LLC谐振变换器、充电模块和充电桩的制作方法

本申请涉及直流充电技术领域，具体涉及一种llc谐振变换器、一种充电模块和一种充电桩。

背景技术：

随着新能源电动汽车的发展，充电桩等充电基础设施也处在蓬勃发展中。充电模块是充电桩的重要组成部分，其中，直流/直流(directcurrent/directcurrent，dc/dc)变换器是充电模块的核心组成部分，主要用于将输入其中的一个直流电压转变为可以有效输出给负载的另一个直流电压。llc谐振变换器(llcresonantconverter)是一种dc/dc变换器，由于其具有高功率密度、高转换效率的特点而被广泛应用于充电模块中。

llc谐振变换器一般包括多个谐振电容、一个或多个谐振电感，以及印刷电路板(printedcircuitboard，pcb)等元器件。其中，多个谐振电容、一个或多个谐振电感分别安装在印刷电路板上。请参见图1，图1为现有技术中llc谐振变换器的谐振电容、谐振电感在印刷电路板上的一种安装形式的结构示意图。从图1可见，多个谐振电感92排成一列，设置在印刷电路板91上。在谐振电感92的一侧设置有三列谐振电容93，包括底部的两列底部电容931，以及设置在底部电容931上方的一列长引脚电容932。其中，长引脚电容932通过长引脚9321跨过底部电容931，与印刷电路板91电连接。通过这样的将多个谐振电容93堆叠安装的方式，可以一定程度上节省谐振电容93在印刷电路板91上所占据的区域，有利于提高印刷电路板上的空间利用率。

但是，在图1所示的llc谐振变换器中，谐振电容和谐振电感分别占据了印刷电路板上的一个区域，二者整体仍然需要占据较大的区域。因此，印刷电路板上的空间利用率仍有待提高。此外，长引脚电容的长引脚裸露在环境中，容易引起短路等问题，也不便于电容引脚的防护。

技术实现要素：

本申请提供一种llc谐振变换器，通过改进谐振电容和谐振电感在印刷电路板上的设置方式，来提高印刷电路板上的空间利用率，这有利于缩减llc谐振变换器的尺寸。并且，采用上述llc谐振变换器可以避免使用长引脚电容，从而避免了长引脚裸露引起的短路等问题，也降低了电容引脚的防护难度。

第一方面，本申请提供一种llc谐振变换器，包括印刷电路板、支座、至少两个谐振电容和至少一个谐振电感；其中，所述印刷电路板的一侧架设有所述支座；所述至少两个谐振电容设置于所述支座和所述印刷电路板之间，并与所述印刷电路板电连接；所述至少一个谐振电感设置于所述支座的背向所述印刷电路板的一侧，并与所述印刷电路板电连接。

采用本实现方式，通过设置支座可以将一个或者多个谐振电感设置在多个谐振电容上方，从而使二者在印刷电路板上能够以纵向重叠的方式布局，进而减少了二者在印刷电路板上占据的区域，有利于提高印刷电路板上的空间利用率。并且，本实现方式中的llc谐振变换器将谐振电容直接设置在印刷电路板上，避免使用长引脚电容。这使得该llc谐振变换器的安装操作简单，电容引脚的防护难度也大大降低。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述支座包括支撑板和至少一个支撑腿；所述至少一个支撑腿的一端与所述印刷电路板连接，另一端与所述支撑板连接。

采用本实现方式，支撑板和印刷电路板之间可以保持固定的相对位置，从而使支撑板架空设置在印刷电路板的一侧，便于将谐振电容和谐振电感以纵向重叠的方式布局在印刷电路板上。

结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述支撑腿内开设有贯穿所述支撑腿的一端至另一端的引脚通道；所述谐振电感包括电感引脚，所述电感引脚穿过所述引脚通道，与所述印刷电路板电连接。

采用本实现方式，设置在支座上方的谐振电感的电感引脚就可以穿过引脚通道，到达印刷电路板，从而与印刷电路板电连接，因此，支撑腿可以对谐振电感的电感引脚起到保护作用，避免电感引脚完全裸露在环境中，引起短路等问题。

结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述支撑板上开设有至少一个与所述引脚通道连通的通孔，所述电感引脚穿过所述通孔，到达所述引脚通道。

采用本实现方式，电感引脚可以穿过通孔到达引脚通道，再穿过引脚通道，与印刷电路板电连接，便于谐振电感的安装，也便于电感引脚的防护。

结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述支座包括至少一排所述支撑腿，每排包括至少两个所述支撑腿，每排中相邻的所述支撑腿之间存在间隔。

采用本实现方式，通过在相邻的支撑腿之间保留间隔，可以减少支撑腿对通风通道的阻挡，从而减少支撑腿对谐振电容的散热效果的影响。同时，采用这种方式一定程度上也可以减小每个支撑腿的尺寸，从而减少支撑腿所耗费的制作材料。

结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述至少两个谐振电容呈行和/或列排布；每一行和/或每一列之间存在间隙。

采用本实现方式，使得每一行和/或每一列谐振电容之间保留有间隙，有利于提高谐振电容的散热效果。

结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述谐振电感为物理集成谐振电感或者磁集成谐振电感；和/或，所述谐振电容为薄膜电容。

采用本实现方式中的物理集成谐振电感或者磁集成谐振电感，可以降低llc谐振变换器中所需采用的谐振电感的数量，从而可以减少谐振电感在印刷电路板上所占据的空间。薄膜电容的价格相对低廉，采用薄膜电容有利于降低整个llc谐振变换器的成本。

结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，所述llc谐振变换器的拓扑结构为半桥llc拓扑、全桥llc拓扑、单相llc拓扑、多相llc拓扑、两电平llc拓扑或者多电平llc拓扑。

本申请中的谐振电容和谐振电感在印刷电路板上的安装方式，可以被应用到采用以上这些拓扑结构的llc谐振变换器中，应用范围较广。

第二方面，本申请提供一种充电模块，该充电模块包括第一方面的任一种llc谐振变换器。

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，该充电模块还包括采样电路、控制电路和驱动电路；其中，所述采样电路与所述llc谐振变换器连接；所述控制电路分别与所述采样电路和所述驱动电路连接，所述驱动电路与所述llc谐振变换器连接。

第三方面，本申请提供一种充电桩，该充电桩包括第二方面的任一种充电模块。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中llc谐振变换器的谐振电容、谐振电感在印刷电路板上的一种安装形式的结构示意图；

图2为本申请的llc谐振变换器的一种实现方式的立体结构示意图；

图3为本申请的llc谐振变换器的一种实现方式的立体装配示意图；

图4为本申请llc谐振变换器中的支座的一种实现方式的结构示意图；

图5为本申请llc谐振变换器中的支座的另一种实现方式的结构示意图；

图6为本申请的充电模块的一种实现方式的电路结构示意图。

附图标记说明：

图1：印刷电路板91；谐振电感92；谐振电容93；底部电容931；长引脚电容932；长引脚9321；

图2至图6：印刷电路板1；谐振电感2；电感引脚21；磁芯22；谐振电容3；支座4；支撑板41；通孔411；支撑腿42；引脚通道421；间隔43；(谐振电容之间的)间隙5；充电模块600；llc谐振变换器610；谐振变换网络611；开关网络612；整流网络613；驱动电路620；控制电路630；采样电路640。

具体实施方式

为了提高llc谐振变换器中印刷电路板上的空间利用率，本申请改进了谐振电容和谐振电感在印刷电路板上的设置方式，将谐振电感和谐振电容以纵向重叠的方式设置到印刷电路板上，从而减少谐振电感和谐振电容在印刷电路板上占据的区域，有利于提高印刷电路板上的空间利用率，进而有利于缩小llc谐振变换器的尺寸。该llc谐振变换器可以被应用在充电模块、充电桩等产品中。

本申请的第一个实施例提供一种llc谐振变换器。请参见图2至图3，图2为本申请的llc谐振变换器的一种实现方式的立体结构示意图，图3为本申请的llc谐振变换器的一种实现方式的立体装配示意图。该llc谐振变换器包括印刷电路板1、支座4、至少两个谐振电容3和至少一个谐振电感2。

为便于简化描述，本申请实施例中将以附图所示的方位(即方向和位置)为例，来描述llc谐振变换器中的各个组成部分之间的方位关系，但这并不指示或暗示各个组成部分必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本申请实施例中的印刷电路板1也称为pcb板，主要用于为产品(例如本申请实施例中的llc谐振变换器等)中的电子元器件提供电气连接，即用作电气连接的提供者。该印刷电路板1可以采用常规的印刷电路板，本申请对于印刷电路板的具体实现形式不作限定。

印刷电路板的一侧架设有支座。支座一般是指用以支承和固定设备的部件。例如，如图2和3所示，在印刷电路板1的一面上架设有支座4。本申请实施例中的支座4主要用于支承谐振电感2，使谐振电感2可以设置在谐振电容3的上方。

本申请实施例中的谐振电感2可以采用现有的谐振电感，本申请对于谐振电感2的具体实现形式不作限定。llc谐振变换器可以包括一个或者多个谐振电感2，本申请对谐振电感2的具体数量也不作限定。

谐振电感设置于支座的背向印刷电路板的一侧。例如，如图2和图3所示，谐振电感2设置在支座4的上方。可选地，谐振电感2可以通过粘合剂或者机械连接等方式固定在支座4上。此时，支座4还可以起到稳固谐振电感、防震动的作用。

谐振电感2与印刷电路板1电连接。一般地，谐振电感2具有一个或者多个电感引脚21，通过电感引脚21，谐振电感2与印刷电路板1之间可以实现电连接。

本申请实施例中的谐振电容3可以采用现有的谐振电容，本申请对于谐振电容3的具体实现形式不作限定。一般地，由于llc谐振变换器要求谐振电容整体的通流较大，因此需要将多个谐振电容并联，以便分散电流，加大散热面积。基于此，本申请实施例中的llc谐振变换器可以包括多个谐振电容3，本申请对谐振电容3的具体数量也不作限定。

谐振电容设置于支座和印刷电路板之间。例如，如图2和图3所示，谐振电容3设置在印刷电路板1上，并位于支座4的下方。

谐振电容3与印刷电路板1电连接。一般地，谐振电容3具有一个或者多个电容引脚(图中未示出)，通过电容引脚，谐振电容3与印刷电路板1之间可以实现电连接。

需要说明的是，本申请的llc谐振变换器还可以包括其他必要的组件或者元器件，例如激励电感、开关网络、整流网络等。本申请对于可能包含的其他组件或者元器件的具体形式不作限定。

在上述的llc谐振变换器中，通过设置支座4可以将一个或者多个谐振电感2设置在多个谐振电容3上方，从而使二者在印刷电路板1上能够以纵向重叠的方式布局，进而减少了二者在印刷电路板1上占据的区域，有利于提高印刷电路板1上的空间利用率。

换一个角度来说，在印刷电路板1上的区域有限的情况下，由于本实施例中的谐振电感2和谐振电容3整体占据的区域较小，故而设计者可以在印刷电路板1上安装更多llc谐振变换器中的其他元器件。这有利于从整体上提高llc谐振变换器的功率，进而提高llc谐振变换器的功率密度。

同时，本申请实施例的llc谐振变换器的安装操作简单。在图1所示的例子中，长引脚电容932需要设置在底部电容931上方。在其实际安装过程中，首先需要将长引脚电容932固定在底部电容931上方，以便焊接长引脚9321与印刷电路板1。在焊接完成后，一般还需要通过固定胶(例如白乳胶等)来进一步固定长引脚电容932，以使长引脚电容932能够持续稳定地处于底部电容931的上方。这导致长引脚电容932的安装操作过于复杂。与之相比，本申请实施例中的llc谐振变换器由于不采用长引脚电容，而是将谐振电容3直接安装在印刷电路板1上，因此只需要按照常规的谐振电容的安装方式进行安装即可，操作相对简单。

此外，本申请实施例的llc谐振变换器中的电容引脚防护难度也大大降低。在图1所示的例子中，由于长引脚电容932的长引脚9321裸露在环境中，因此需要在其外部套设套管来保护长引脚9321。这增加了电容引脚防护的工序和成本。与之相比，本申请实施例中的所有谐振电容3都可以直接设置在印刷电路板1上，无需像图1所示的例子那样采用长引脚电容932，从而避免了对长引脚9321做防护所耗费的额外的工序和成本，使得谐振电容3的电容引脚防护难度大大降低。

请参见图4和图5，图4为本申请llc谐振变换器中的支座的一种实现方式的结构示意图，图5为本申请llc谐振变换器中的支座的另一种实现方式的结构示意图。

可选地，在上述支座的一种实现形式中，支座4可以包括支撑板41和至少一个支撑腿42。支撑腿42的一端与印刷电路板1连接，另一端与支撑板41连接，从而使支撑板41和印刷电路板1保持固定的相对位置，即，使支撑板41可以架空设置在印刷电路板1的上方。这样，谐振电感2就可以设置在支撑板41上，谐振电容3则可以设置在支撑板41下方的印刷电路板1上。

需要说明的是，上述支座可以包括一个支撑腿，也可以包括多个支撑腿，只需要使支撑板架空设置在印刷电路板上方即可，本申请对于支撑腿的具体数量不作限定。

支撑腿的一端与印刷电路板之间可以采用多种连接方式，支撑腿的另一端与支撑板之间也可以采用多种连接方式，本申请对具体的连接方式不作限定。例如，在一种实现方式中，支撑腿的一端可以直接放置在印刷电路板上，与印刷电路板相抵接。又例如，在另一种实现方式中，支撑腿42的另一端的端面可以与支撑板41的底面相抵接，如图4所示。还例如，在另一种实现方式中，支撑腿的另一端的侧壁可以与支撑板的一个侧面可以通过粘合剂相连接。

上述支撑板和支撑腿可以是一体成型的，也可以是独立的、可组装的零部件，本申请对此不作限定。支撑板的形状、尺寸、材质等，以及支撑腿的形状、尺寸、材质等，都可以根据实际产品的需求进行调整，本申请对此也不作限定。

可选地，请参见图4和图5，在支座的支撑腿的一种实现方式中，支撑腿42内开设有贯穿支撑腿42的一端至另一端的引脚通道421。这样，设置在支座4上方的谐振电感2的电感引脚21就可以穿过引脚通道421，到达印刷电路板1，从而与印刷电路板1电连接。

本申请实施例中的引脚通道是一个处于支撑腿内部的封闭或者半封闭的通道。例如，图4示出了一种半封闭的引脚通道421。在图4的例子中，支撑腿42的侧壁局部内凹，形成了一个半封闭的空间，这个空间就可以作为引脚通道。又例如，图5示出了一种封闭的引脚通道421。在图5的例子中，支撑腿42内部开设一个通道，该通道除了上端口和下端口以外是一个完全封闭的空间，这个空间也可以作为引脚通道。无论引脚通道是封闭还是半封闭的，其都可以在一定程度上对电感引脚21起到保护作用。

上述引脚通道可以被设计成任意可能的形状，例如可以是规则形状(如图5所示的立方体状等)，也可以是非规则形状(如图4所示的非规则形状等)，本申请对此不作限定。

需要说明的是，一个支撑腿内可以设置一个或者多个引脚通道，一个引脚通道内部可以容纳一个或者多个电感引脚，本申请对引脚通道的具体数量，以及每个引脚通道所容纳的电感引脚的数量均不作限定。

可选地，请参见图4和图5，在支撑板的一种实现方式中，支撑板41上开设有至少一个与引脚通道421连通的通孔411，这样，电感引脚21就可以穿过通孔411到达引脚通道421，再穿过引脚通道421，与印刷电路板1电连接。

需要说明的是，一个通孔可以对应一个或者多个引脚通道，多个通孔也可以对应一个引脚通道。本申请对于二者之间的对应关系不作限定，只需要满足以下条件即可，即一个引脚通道与至少一个通孔连通，从而使电感引脚可以穿过。

支撑板下方的谐振电容由于通流较大，通常需要进行冷却(例如通风冷却)，以便散热。如图5所示，当支撑腿42的宽度较宽时，虽然采用较少数量的支撑腿42，就可以使支撑板41稳定地固定在印刷电路板1上方，但是，支撑腿42会像一堵墙壁一样，挡住支撑板41下方的谐振电容3的部分通风通道，从而影响谐振电容3的散热效果。

为解决这一问题，请参见图4，在支座的一种实现方式中，支座4可以包括至少一排支撑腿42，每排包括至少两个支撑腿42，每排中相邻的支撑腿42之间存在间隔43。通过在相邻的支撑腿42之间保留间隔43的这种方式，可以减少支撑腿42对通风通道的阻挡，从而减少支撑腿42对谐振电容3的散热效果的影响。同时，采用这种方式一定程度上也可以减小每个支撑腿42的尺寸，从而减少支撑腿42所耗费的制作材料。

可选地，本申请实施例中的多个谐振电容可以采用分散式分布的方式。在一种分布方式中，多个谐振电容可以呈行排布，或者呈列排布。上述呈行排布和呈列排布的方式还可以结合起来。其中，每一行谐振电容之间可以保留间隙，每一列谐振电容之间也可以保留间隙。例如，如图3所示，谐振电容3按照六行六列的方式排布，每一行和每一列之间都存在间隙5。通过这样的方式，有利于提高谐振电容的散热效果。

需要说明的是，本申请实施例中的行和列，指的是一种相互垂直的相对位置关系，不应理解为必须具有特定的方位。

可选地，本申请实施例中的谐振电容可以采用小型化电容。例如，在一个例子中，谐振电容可以采用高度为9mm的薄膜电容。一般地，高度越小的电容，其相应的长宽或者半径的尺寸也越小。因此，采用小型化电容，不但可以减小谐振电容在印刷电路板上占据的区域，还可以减小谐振电容、支座以及谐振电感整体在印刷电路板上方的高度，有利于进一步提高印刷电路板上的空间利用率。换一个角度来说，在占用印刷电路板上相同的空间体积的情况下，与采用一般的谐振电容相比，采用小型化电容可以安装更多数量的电容。因此，这有利于提升单位体积内的谐振电容的通流能力。

可选地，本申请实施例中的谐振电容可以采用薄膜电容。与现有的贴片陶瓷电容相比，薄膜电容的价格相对低廉，有利于降低整个llc谐振变换器的成本。

可选地，本申请实施例中的谐振电感可以采用物理集成谐振电感或者磁集成谐振电感等。通过采用这些谐振电感，可以降低llc谐振变换器中所需采用的谐振电感的数量，从而可以减少谐振电感在印刷电路板上所占据的空间。

可选地，本申请实施例中的谐振电感的磁芯22可以采用现有的磁芯，例如pq型磁芯(即外形类似字母p或q的磁芯)等。磁芯的尺寸以及磁通面积等理化参数，可以根据谐振电感或者llc谐振变换器的应用场景的不同，来进行定制化的设计。

可选地，上述llc谐振变换器的可以是半桥llc拓扑、全桥llc拓扑、单相llc拓扑、多相llc拓扑、两电平llc拓扑或者多电平llc拓扑。

本申请中的拓扑结构，主要是指电路的组成架构，也称为电路结构，用于指示出经过抽象的电路的连接关系和性质。上述的半桥llc拓扑、全桥llc拓扑、单相llc拓扑、多相llc拓扑、两电平llc拓扑或者多电平llc拓扑等，是从不同的角度去划分llc谐振变换器的电路，而得到的拓扑结构。

本申请实施例中的谐振变换器的拓扑结构可以采用这些类型的拓扑结构，即上述的谐振电容和谐振电感在印刷电路板上的安装方式，可以被应用到采用以上这些拓扑结构的llc谐振变换器中，应用范围较广。

在本申请的第二个实施例中，提供一种充电模块。该充电模块可以被应用在充电桩等产品中。

请参见图6，图6为本申请的充电模块的一种实现方式的电路结构示意图。该充电模块600可以将外部的输入模块所输入的电压经过转换后，输出给外部的负载，以给负载供电。该充电模块600包括llc谐振变换器610，该llc谐振变换器610可以采用前述第一个实施例中的任一种llc谐振变换器。关于llc谐振变换器可以参考前述第一个实施例的相关描述，此处不再赘述。

需要说明的是，llc谐振变换器610中除了包括谐振电容3和谐振电感2的谐振变换网络611以外，还可以包括其他必要的组件或者元器件，例如激励电感、图6所示的开关网络612和整流网络613等。其中，开关网络612、整流网络613可以分别与谐振变换网络611连接。这些网络内部的元器件之间、各个网络之间，以及网络与某些元器件之间可以通过前述第一个实施例中的印刷电路板等来实现电连接。

可选地，除了llc谐振变换器以外，充电桩中还可以包括其他必要的组件或者元器件，例如图6所示的采样电路640、控制电路630、驱动电路620等。

其中，采样电路640与llc谐振变换器610连接，用于对llc谐振变换器610输出的电流进行采样。

控制电路630分别与采样电路640和驱动电路620连接，用于接收采样电路640所采集的采样信息，对这些采样信息进行分析，以及，根据分析结果输出控制指令给驱动电路620。

驱动电路620分别与控制电路630，以及llc谐振变换器610中的开关网络612连接，用于接收控制电路630输出的控制指令，以及，根据控制指令驱动llc谐振变换器610的开关网络612。

本申请实施例中的充电模块可以采用不同冷却方式，例如采用风冷的冷却方式等，本申请对充电模块所采用的具体冷却方式不作限定。

本实施例中还提供一种充电桩，该充电桩可以包括前述的任一种充电模块。该充电模块可以参考前述的相关描述，此处不再赘述。此外，该充电桩中也可以包括其他必要的组件或者元器件，本申请对此不作限定。

上述充电模块和充电桩都采用的第一个实施例中的llc谐振变换器，相应地具有第一个实施例中所描述的有益效果，此处不再赘述。

应理解，在本申请的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

应理解，在本申请的描述中，除非另有明确具体的限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接或电连接；可以是直接连接或通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，其可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

还应理解，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。除非另有明确具体的限定，“多个”的含义是两个或两个以上。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例中的不同实现方式，只要不相互矛盾，均可以相互结合。以上实施方式并不构成对本实用新型保护范围的限定。