一种内嵌变换器的导线的制作方法

本实用新型涉及一种具有调压功能的内嵌变换器的导线，主要但不限于应用于电子类产品的供电充电领域。

背景技术：

随着经济的发展和社会的进步，电子产业抓住了发展的契机，获得了前所未有的进步，成为推动国民经济发展的重要动力。电子产品逐渐成为人们日常生活中不可或缺的一部分，对人们的生产和生活产生了深远的影响。

目前，电子产品的充电设备一般包含两个部分：适配器和充电线。适配器是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备，一般由外壳、电源变压器和整流滤波电路组成。首先将220V交流电源降低至一个合适的电压，然后将降压后的低电压交流电进行整流，变交流电流成为脉动直流电，最后将脉动直流电用电容滤波变成平直的直流电输出。充电线的作用是连接移动设备和适配器，来达到传输电能的目的。

然而，随着人民生活水平的逐渐提高，各种各样的需求不断涌现，电子设备供电装置的问题也越来越明显，主要可以总结为以下几点：

1.适配器内的变电装置一般由开关器件、变压器、电容、电感等组成，不可弯折，柔韧性差，因此应用场合十分有限；

2.充电线一般设计得比较长以方便使用，而且传统的充电线只有电能传输的作用，因此有很大一部分长度没有充分利用起来；

3.变换器一般做成方形，体积较大，因此其功率密度不高；

4.热源主要集中在变换器，而体积较大的充电线却没有起到散热的作用。

近几年，柔性电子设备的发展日新月异，如柔性显示屏、柔性太阳能电池和柔性可穿戴设备。这些电子设备在实现原有功能的基础上，还具备可弯曲的特性，使用起来十分方便。这些电子设备内部一般具有12V、5V和3.3V等不同等级的电压，传统的变换器由于不可弯折、体积较大的缺点而无法应用于这种场合。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种具有调压功能的内嵌变换器的导线。

为实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：

一种内嵌变换器的导线，包括绝缘层，以及包覆在绝缘层内的铝箔层，在铝箔层内两端或中间分别分布有柔性PCB，内嵌变换器电路分别设在两端或中间柔性PCB中，内嵌变换器电路的输入端和输出端分别设在两端柔性PCB上，电感线设在柔性PCB之间并与两端柔性PCB相连。

作为优化，所述内嵌变换器电路为Buck电路，包括左侧高压输入端并联的输入电容C_in和右侧低压输出端的输出电容C_out；输入电容C_in并联开关电路，开关电路输出端并联有两个电感L₁和L₂，电感L₁和L₂输出端分别与开关电路之间并联有电阻R₁和R₂。

进一步，所述开关电路中的降压芯片、输入电容C_in和电阻R₁和R₂均固定在高压输入端的柔性PCB上，输出电容C_out固定在低压输出端的柔性PCB上，电感L₁和L₂设在高压输入端和低压输出端的柔性PCB之间，并通过磁性材料包裹，反馈线设在电感L₁和L₂之间，输出电容C_out与电感相连进行滤波。

作为优化，所述内嵌变换器电路为Boost电路，包括左侧低压输入端并联的输入电容C_in和右侧高压输出端的输出电容C_out；输入电容C_in并联有两个电感L₁和L₂，电感L₁和L₂分别连接到开关电路，开关电路输出端并联有电阻R₁和R₂。

进一步，所述输入电容C_in固定在低压输入端的柔性PCB上，开关电路的器件包括升压芯片、输出电容C_out和电阻R₁和R₂均固定在高压输出端的柔性PCB上，并且两端柔性PCB上的输入电容C_in和开关电路的器件通过电感L₁和L₂相连；电感L₁和L₂设在高压输入端和低压输出端的柔性PCB之间，并通过磁性材料包裹，反馈线设在电感L₁和L₂之间。

作为优化，所述内嵌变换器电路为Cuk电路，包括左侧输入端并联的输入电容C_in和右侧输出端的输出电容C_out；输入电容C_in并联有两个电感L₁和L₃，电感L₁和L₃分别连接到开关器件Switch，开关器件Switch输出端串联有储能电容C再并联二极管Diode，二极管Diode输出端并联有电感L₂和L₄，电感L₂和L₄与输出电容C_out相连。

进一步，所述输入电容C_in和输出电容C_out分别固定在两端柔性PCB中，包括开关器件Switch、二极管Diode和储能电容C的开关电路器件固定在中间柔性PCB上，输入电容C_in与开关电路器件通过两个电感L₁和L₃连接，输出电容C_out与开关电路器件通过两个电感L₂和L₄连接；电感L₁和L₃、L₂和L₄分别通过磁性材料包裹。作为优化，所述内嵌变换器电路为H桥电路，包括与电源并联的输入电容C_in，输入电容C_in上并联有四个开关管S₁和S₃，S₂和S₄，各开关管S₁和S₃，S₂和S₄上分别并联有二极管D₁和D₂，D₃和D₄，开关管S₁和S₃，S₂和S₄之间节点连接有相互串联的电感L和电阻R，电阻R上并联有输出电容C_out。

进一步，所述输入电容C_in和两个桥臂开关管S₁和S₃固定在左侧柔性PCB中，输出电容C_out和两个桥臂开关管S₂和S₄固定在右侧柔性PCB中，两侧柔性PCB分别通过电感L以及电感L外部的导线相连，外部导线并通过磁性材料包裹。

进一步，所述电感L外部的导线包括正极导线和负极导线，正极导线分别连接两侧柔性PCB上的桥臂开关管S₁和S₂，负极导线分别连接两侧柔性PCB上的桥臂开关管S₃和S₄。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下技术效果：

1.导线内部集成的变换电路采用柔性PCB，且PCB上的电容、电阻和开关器件很小，整体具有可弯折的特性，应用场合十分广泛。

2将变换器集成在导线中，供电设备的体积小，功率密度高。

3.导线被用作电感，既省去了原有的电感，又使导线得以充分利用，因此制造成本很低。

4.热源产生的热可以通过整条导线散发掉，因此散热效果极好。

附图说明

图1是Buck电路的原理图。

图2是内嵌Buck变换器的导线的示意图。

图3是Boost电路的原理图。

图4是内嵌Boost变换器的导线的示意图。

图5是Cuk电路的拓扑。

图6是内嵌Cuk变换器的导线的示意图。

图7为H桥的原理图。

图8是内嵌H桥的导线的示意图。

图中：1.输入端；2.输出端；3.绝缘层；4.铝箔层；5.磁性材料；6.柔性PCB；7.反馈线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

为了更加清晰说明本实用新型的目的、技术方案及优点，以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1是Buck电路的原理图，包括左侧高压输入端并联的输入电容C_in和右侧低压输出端的输出电容C_out。输入电容C_in并联开关电路，开关电路输出端并联有两个电感L₁和L₂，电感L₁和L₂输出端分别与开关电路之间并联有电阻R₁和R₂。

开关电路包括开关器件、驱动电路和控制电路，降压芯片mp2130可供参考。输入电容C_in和输出电容C_out选用体积较小的贴片陶瓷电容，起滤波作用。电阻R₁和R₂为贴片电阻，两者对输出电压进行分压，将反馈信号反馈到降压芯片调节占空比。电感L₁和L₂由导线自身充当。降压芯片、电容、电阻的选型可以根据实际情况决定。

图2是与图1对应的内嵌Buck变换器的导线，包括绝缘层3，以及包覆在绝缘层3内的铝箔层4，在铝箔层4内两端分布有柔性PCB6，两端柔性PCB6中分别设置Buck电路的输入端1和输出端2。左侧为高压输入端，开关电路中的降压芯片、输入电容C_in和电阻R₁和R₂均焊接在柔性PCB上。右侧是低压输出端，输出电容C_out焊接在柔性PCB上，电感L₁和L₂设在两端柔性PCB之间，并通过磁性材料5包裹，反馈线7设在电感L₁和L₂之间，输出电容C_out与电感相连进行滤波。导线的最外层是绝缘层，用于绝缘。再往内一层是铝箔，将电感及磁性材料包裹起来，增大了散热面积，有利于散热。电感用导线绕成，其外层用磁性材料包裹来减小集肤效应，有利于减小损耗。可以通过改变导线的长度、排列方式、磁性材料的厚度和磁导率来改变电感值。

图3是Boost电路的原理图，包括左侧低压输入端并联的输入电容C_in和右侧高压输出端的输出电容C_out。输入电容C_in并联有两个电感L₁和L₂，电感L₁和L₂分别连接到开关电路，开关电路输出端并联有电阻R₁和R₂。

开关电路可以采用升压芯片mp3414，输入电容C_in和输出电容C_out选用体积较小的贴片陶瓷电容，起滤波作用。电阻R₁和R₂为贴片电阻，两者对输出电压进行分压，将反馈信号反馈到升压芯片调节占空比。电感L₁和L₂由导线自身充当。

图4是与图3对应的内嵌Boost变换器的导线，包括绝缘层3，以及包覆在绝缘层3内的铝箔层4，在铝箔层4内两端分布有柔性PCB6，两端柔性PCB6中分别设置Boost电路的输入端1和输出端3。左侧为低压输入端，输入电容C_in焊接在柔性PCB上来稳定输入电压，并且与电感L₁和L₂相连；电感L₁和L₂设在高压输入端和低压输出端的柔性PCB之间，并通过磁性材料5包裹，反馈线7设在电感L₁和L₂之间，与电感L₁和L₂平行设置。右侧是高压输出端，开关电路的升压芯片、输出电容C_out和电阻R₁和R₂均焊接在柔性PCB上。导线具体结构与内嵌Buck变换器的导线类似。

图5是Cuk电路的原理图，同时具有升压和降压的作用。包括左侧输入端并联的输入电容C_in和右侧输出端的输出电容C_out。输入电容C_in并联有两个电感L₁和L₃，电感L₁和L₃分别连接到开关器件Switch，开关器件Switch输出端串联有储能电容C再并联二极管Diode，二极管Diode输出端并联有电感L₂和L₄，电感L₂和L₄与输出电容C_out相连。

图6是与图5对应的内嵌Cuk变换器的导线，包括绝缘层3，以及包覆在绝缘层3内的铝箔层4，在铝箔层4内两端以及中部分别分布有柔性PCB6，两端柔性PCB6中分别设置Boost电路的输入端1和输出端2，输入电容C_in和输出电容C_out分别集成在两端柔性PCB中。变换电路集成在导线中间的柔性PCB中，开关器件Switch、二极管Diode和储能电容C等开关电路器件焊接在柔性PCB上。输入电容C_in与上述开关电路器件通过两个电感L₁和L₃连接，输出电容C_out与开关电路器件通过两个电感L₂和L₄连接；电感L₁和L₃、L₂和L₄分别通过磁性材料5包裹，与电感L₁和L₂平行设置。

图7是H桥的拓扑图，包括与电源并联的输入电容C_in，输入电容C_in上并联有四个开关管S₁和S₃，S₂和S₄，各开关管S₁和S₃，S₂和S₄上分别并联有二极管D₁和D₂，D₃和D₄，开关管S₁和S₃，S₂和S₄之间节点连接有相互串联的电感L和电阻R，电阻R上并联有输出电容C_out。

该电路可以将输入的直流电变为交流电输出。S₁～S₄是四个开关管，D₁～D₄是开关管的寄生二极管。

图8是内嵌H桥的导线，包括绝缘层3，以及包覆在绝缘层3内的铝箔层4，在铝箔层4内两端以分别分布有柔性PCB6，两个桥臂开关管S₁和S₃，S₂和S₄分别集成在导线两端的柔性PCB6上，输入电容C_in和两个桥臂开关管S₁和S₃固定在左侧柔性PCB中，输出电容C_out和两个桥臂开关管S₂和S₄固定在右侧柔性PCB中，两侧柔性PCB分别通过电感L以及电感L外部的导线相连，外部导线被磁性材料包裹。电感L外部的导线包括正极导线和负极导线，V+除了直接与导线左侧的S₁相连，还通过V+母线与导线右端的S₃相连。V-除了直接与导线左侧的S₃相连，还通过V-母线与导线右端的S₄相连。导线中间是电感L，左侧连接S₁和S₃的中点，右侧与输出电容C_out连接。电感L外侧是V+母线和V-母线。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。