具有改进的隔离性能的电力电子设备的制作方法

本申请涉及一种包括嵌入式变压器设备的电力电子设备，更具体地涉及用于提高印刷电路板嵌入式磁体的从腔体出口到磁芯的隔离性能的方法和装置。

背景技术：

电源设备通常使用变压器作为转换器电路的一部分。需要大体积电绕组和磁芯的变压器通常对电源设备的重量和尺寸做出最大贡献，使得小型化和降低成本变得困难。此外，变压器设备的隔离要求可能在电弧风险变得不可接受地高之前对可获得的最小设备占用面积产生限制。

已知的嵌入式变压器设备如图1所示。该设备包括绝缘基板100，在所述绝缘基板中形成在外周102a和内周102b之间的腔体102。具有外边缘104a和内边缘104b的环形磁芯104被插入腔体102中。第一组电绕组111和第二组电绕组121缠绕在磁芯104周围。绕组包括穿过绝缘基板100的导电通孔，以及将导电通孔链接在一起成为线圈结构的导电迹线。在图1中示出了导电迹线。

印刷电路板(图1中未示出)被设置在绝缘基板100的顶表面上。电组件安装在第一区域150和第二区域152内的印刷电路板上。第一区域150中的电组件形成连接到第一电绕组111的电路的一部分，并且第二区域152中的电组件形成连接到第二电绕组121的电路的一部分。在一个示例中，第一电绕组是变压器的初级绕组，并且第二电绕组是变压器的次级绕组。为了防止变压器发生故障并且确保安全可靠的操作，第一和第二电绕组必须彼此电隔离，并且第一区域150中的电组件和电路必须与第二区域152中的电组件和电路电隔离。

在绝缘基板100中设置有两个通道或出口103-1和103-2。由通道壁103a限定的通道103将腔体102连接到基板的外部，并允许空气在 嵌入式变压器内循环。通道开口105被设置在绝缘基板100中，以将通道103链接到设备的外部。

从第一区域150到第二区域152存在至少两个不同的电路径。第一电路径由箭头154表示，并且在印刷电路板的表面上方是从第一区域150到第二区域150的距离。为了确保两个区域150、152沿着第一电路径彼此电隔离，距离154必须足够大以防止产生通过空气的电弧。

第二电路径从第一区域150经由通道开口105和通道103-1延伸到磁芯104。路径的这一部分由箭头A表示。路径继续通过作为电导体的磁芯104到相对的通道103-2。路径然后沿着箭头B穿过相对的通道103和相对的通道开口105，直到其到达第二区域152。

为了确保两个区域150、152沿着第二电路径彼此电隔离，距离A和B必须足够大，以防止在磁芯104和第一或第二区域150、152之间产生通过空气和通过通道103的电弧。

我们已经意识到，将期望的提供一种具有改进的隔离性能的嵌入式变压器设备以及一种实现所述嵌入式变压器设备的方法。

技术实现要素：

现在应当参考的独立权利要求限定了本实用新型。从属权利要求阐述了有利特征。

在本实用新型的第一方面，电力电子设备包括：绝缘基板，其中在所述绝缘基板中形成腔体，在所述绝缘基板中形成第一通道，并且所述第一通道连接到所述腔体；磁芯，位于腔体中；一个或多个电绕组，穿过绝缘基板并缠绕在磁芯周围；初级侧电组件，位于所述绝缘基板的主表面的第一区域上；次级侧电组件，位于绝缘基板的主表面的第二区域上；和隔离区，位于所述第一区域和所述第二区域之间的所述绝缘基板的主表面上，用于将所述第一区域与所述第二区域电隔离，其中在所述第一区域和所述第二区域之间提供最小隔离距离。第一通道从腔体延伸到在绝缘基板的外边缘处的第一通道开口，并且当沿着绝缘基板的厚度方向观察时，隔离区与整个第一通道重叠。最小隔离距离基本上等于以下之和：从第一区域到第一通道开口的最短距离；沿着第一通道壁从 第一通道开口到磁芯的距离；沿着第二通道壁从磁芯到第一通道开口的距离；和从第一通道开口到第二区域的最短距离。

从第一区域到第一通道开口的最短距离可以是从初级侧电组件之一到第一通道开口的最短距离；和从第一通道开口到第二区域的最短距离可以是从第一通道开口到次级侧电组件之一的最短距离。

第一通道可以沿与隔离区的边缘基本上平行的方向从腔体延伸到绝缘基板的外边缘。

第一通道可以沿与绝缘基板的外边缘基本上垂直的方向从腔体延伸到绝缘基板的外边缘。

最小隔离距离可以基本上等于第一区域和第二区域之间经由磁芯的最短距离。

可以在绝缘基板的主表面的至少一部分上形成隔离屏障。当沿着绝缘基板的厚度方向观察时，隔离区可以与隔离屏障的至少一部分重叠。

可以在绝缘基板的主表面的至少一部分上形成绝缘层。当沿着绝缘基板的厚度方向观察时，绝缘层可以覆盖磁芯的至少一部分和腔体的至少一部分。

一个或多个电绕组可以穿过绝缘层，并且可以在一个或多个电绕组上提供另外的绝缘层。

一个或多个电绕组可以包括：初级电绕组，缠绕在磁芯的第一部分周围；以及次级电绕组，缠绕在磁芯的第二部分周围，第二部分不与第一部分重叠。第一通道可以位于初级电绕组和次级电绕组之间。

该设备还可以包括形成在绝缘基板中的第二通道。第二通道可以连接到腔体，第二通道可以从腔体延伸到在绝缘基板的外边缘处的第二通道开口，并且当沿着绝缘基板的厚度方向观察时，隔离区可以与整个第二个通道重叠。

第二通道可以位于初级电绕组和次级电绕组之间。

第二通道可以沿与第一通道从腔体延伸到第一通道开口的方向基本上平行的方向从腔体延伸到第二通道开口。

隔离区可以是基本上矩形的，沿着绝缘基板的相对边缘之间的长度方向延伸，并且沿绝缘基板的主表面的第一区域和绝缘基板的主表面 的第二区域之间的宽度方向延伸。宽度方向基本上垂直于长度方向；和第一通道可以沿与长度方向基本上平行的方向延伸。

该设备还可以包括安装在绝缘基板的主表面上的电路板。

最小隔离距离可以基本上等于5mm。

根据本实用新型的第二方面，提供了用于制造上述电力电子设备的对应方法。

本实用新型提供了具有减小的尺寸并且特别地减小的占用面积的电力电子设备。该设备包括用来将腔体连接到设备的外部的通道，同时确保设备的输入和输出侧之间的电隔离距离，特别是沿着包括通道的路径的电隔离距离保持在安全限度内。此外，由隔离区完全重叠的这样的通道的位置允许实现更均匀的电绕组分布。这提供了一种更平衡的变压器，具有改进的电子和磁性质。

附图说明

现在将仅通过示例的方式并参考附图描述本实用新型的实施例，其中：

图1是现有技术的嵌入式变压器设备的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的嵌入式变压器设备的示意图。

图3是图2所示的嵌入式变压器的示意性侧视图；以及

图4是示出在DC-DC转换器中使用嵌入式变压器设备的电路图。

具体实施方式

图2是根据本实用新型的嵌入式变压器设备的平面示意图。本实用新型申请人提交的UK专利申请GB1414469.5和GB1414468.7中描述了一种用于制造嵌入式磁性组件变压器设备的技术，通过引用将其并入本文。

如图2所示，嵌入式变压器设备包括绝缘基板200、腔体202和一个或多个通道203形成在其中。图2中的视图被引导沿着绝缘基板200的厚度方向。在本示例中，绝缘基板由诸如FR4之类的树脂材料形成。FR4是由浸渍有环氧树脂粘合剂的编织玻璃纤维布组成的复合“预浸” 材料。树脂被预干燥但未硬化，使得当它被加热时，它流动并用作玻璃纤维材料的粘合剂。已经发现FR4具有良好的热和绝缘性质。

腔体202通过从绝缘基板200的块去除材料来形成，例如以形成如图2所示的环形形状。因此，腔体202被容纳在外周202a和内周202b之间。

磁芯204插入腔体中。在图2所示的实施例中，磁芯204是环形的，具有外边缘204a和内边缘204b。腔体202的形状使得其紧密地配合在磁芯204的边缘周围。

一个或多个通道203也形成在绝缘基板中的腔体边缘203a之间，将腔体202连接到绝缘基板200的外部。通道203和腔体202通过铣削工艺方便地形成，其中第一通道203-1被铣削钻头去除，随后是腔体202，随后是第二通道203-2。取决于磁芯204的尺寸，从制造的观点来说，通道203的宽度与腔体202的宽度相匹配可以是有利的。在其他实施例中，通道203和腔体202具有不同的宽度。通道203在通道开口205处终止于绝缘基板202的外部。当腔体202和通道203已经形成时，覆盖层被设置在腔体202和通道203的顶部上。覆盖层可以由与绝缘基板200的材料相同或相似的材料形成，并且可以牢固地接合到其。覆盖层在腔体202内密封磁芯204，并且通过为其提供上表面而有效地成为绝缘基板200的一部分。在本申请中，绝缘基板200的措词“上表面”将用于指代该上表面。注意，图2中未示出覆盖层，以使得能够看到磁芯204的细节。

通道或出口203允许空气在腔体202内循环，这可以防止腔体202和磁芯204过热。通道203还使得空气在SMA回流焊接工艺期间能够从腔体202逸出。在这种工艺中，热被施加到设备，导致在腔体202内捕获的任何空气膨胀。通道203提供用于空气逸出而不造成对设备的损坏的装置。

嵌入式变压器设备包括第一电绕组211和第二电绕组221。为了清楚起见，也可以提供诸如一个或多个辅助绕组的另外的电绕组，尽管图2中省略了这些。在一个实施例中，第一电绕组211是变压器的初级(输入侧)绕组，并且第二电绕组221是变压器的第二(输出侧)绕组。 在其他实施例中，第一电绕组211可以是次级变压器绕组，并且第二电绕组221可以是初级变压器绕组。在一些实施例中，当使用嵌入式变压器作为图4示出的转换器电路的一部分时，(一个或多个)辅助绕组上的(一个或多个)电压被反馈至用于对第一绕组211供能的输入电路，从而辅助绕组用作反馈绕组。备选地或附加地，(一个或多个)辅助绕组可用于控制输入电路和/或输出电路的一些其他方面。一个或多个)辅助绕组的其他用途可以是提供内务供给(housekeeping supply)或控制同步整流器。(一个或多个)辅助绕组的其他用途也是可以的。此外，并非总需要有辅助绕组。例如如下情况，如果同步整流器设置在变压器的输出侧并且输入侧由独立装置来控制。

第一电绕组211和第二电绕组221与一个或多个辅助电绕组(如果提供)一起缠绕在共同的磁性变压器芯204周围。第一电绕组211和第二电绕组221彼此分离并缠绕在磁芯204的非重叠区域周围。

由位于绝缘基板200的顶部和底部表面的上导电迹线和下导电迹线形成变压器的第一电绕组211，第二电绕组221和辅助电绕组，并通过从绝缘基板200一侧穿至另一侧的多个相应导电通孔来连接。在图2中，上导电迹线是可见的。在这些迹线的末端，导电通孔(图中未示出)在基板的厚度方向上延伸通过绝缘基板200，以连接到下导电迹线(图中未示出)。以这种方式，为第一电绕组211和第二电绕组221(以及如果提供，一个或多个辅助电绕组)形成完整的线圈布置。由于导电通孔穿过绝缘基板200，并且由于上迹线和下迹线设置在绝缘基板200的顶表面和底表面上，所以导电通孔和迹线与磁芯204电绝缘。

第一电绕组211可以具有形成完整的第一电绕组的相同数目的内导电通孔和外导电通孔。这确保了第一电绕组211的任一端处的端子位于同一侧，例如在绝缘基板200的顶表面上，或者在绝缘基板200的底表面上。备选地，还可以形成具有内导电通孔比外导电通孔多一个或者内导电通孔比外导电通孔少一个的结构的第一电绕组211。这种结构意味着第一电绕组211的任一端处的端子在绝缘基板200的相对侧。根据与端子相连的输入电路和输出电路的位置，端部端子在相同或相对侧的上述两个备选例可是所希望的。第二电绕组221和/或(一个或多个) 辅助绕组也可以类似地布置。

当变压器设备操作时，第一电绕组211、第二电绕组221两端提供的电压的比率与每个相应绕组的匝数成正比。因此，通过增加或减少导电通孔和导电迹线，可以选择每个绕组的匝数，从而获得所希望的绕组间电压比。这在例如通常需要满足对输出电压的严格要求的隔离式DC-DC变换器中尤为重要。

可以在绝缘基板200的顶表面和/或底表面上提供隔离屏障，以在第一电绕组211的上(下)导电迹线与第二电绕组221的上(下)导电迹线之间提供电隔离。

变压器设备当用作诸如功率转换器的电力电子设备中的组件时，将连接到用于控制第一电绕组211和第二电绕组221的电路。在一些情况下，输入侧电路将连接到第一电绕组211，并且输出侧电路将连接到第二电绕组221。形成电路的组件被安装到附接到绝缘基板200的顶表面的印刷电路板(PCB)。尽管图2中未示出PCB，但电组件的位置在第一区域250和第二区域252内示意性地表示。第一区域250中的电组件形成连接到第一电绕组211的电路的一部分，并且第二区域252中的电组件形成连接到第二电绕组221的电路的一部分。在第一电绕组211是初级(输入侧)绕组的示例中，第一区域250内的电路可能负责向第一电绕组211提供通电AC电流。第二区域252内的电路可以对应地负责处理次级(输出侧)电绕组221中感应的AC电流。

如果变压器要安全地操作并且没有故障，则第一电绕组211和第一区域250内的电路必须与第二电绕组221和第二区域252内的电路电隔离。在考虑电隔离距离时，必须记住，磁芯204通常是电导体，并且从第一区域250或第一电绕组211到第二区域252或第二电绕组221的电路径可以包括磁芯204。

第一电绕组211与第二电绕组221电隔离，因为两组绕组被封闭在绝缘基板200内，和/或借助隔离屏障或覆盖层来保护。相比之下，第一区域250中的电组件和第二区域252中的电组件仅通过空气彼此分离，例如沿着横过设备顶表面的箭头254所示的路径，并且没有保护由绝缘基板200的一部分或隔离屏障提供。

因此，隔离区256跨越设备的顶表面设置在第一区域250和第二区域252之间。在一个实施例中，第一区域250和第二区域252设置在设备的相对侧上，并且基本上是矩形形状。如图2中阴影区域所示，第一区域250和第二区域252沿长度方向260和宽度方向262延伸。长度方向260基本上垂直于长度方向的区域262。长度方向260和宽度方向262可以基本上平行于绝缘基板200的边缘。在图2的实施例中，隔离区256的宽度254(即，宽度方向262上的隔离区256的尺寸)在沿设备的长度方向260移动时基本上是恒定的。隔离区256因此基本上是矩形的。这种布置确保了第一区域250中的电组件和第二区域252中的电组件之间总是至少有一个距离254。距离254被选择为使得第一区域250与第二区域252充分隔离，以防止沿着设备顶表面产生通过空气的电弧。由于变压器设备可用于在各种不同的电压之间转换，因此防止电弧所需的最小安全距离254将根据使用该设备的应用类型而变化。在一个示例中，如果变压器设备要处理大约250V rms的馈电线加强电压，则隔离区256的宽度254使用5mm的最小隔离距离。这确保满足标准EN/UL60950的绝缘体要求。

通道203布置成使得它们完全延伸在隔离区256的下方。换句话说，当沿着绝缘基板的厚度方向观察设备时，隔离区256与通道203中的每一个的整体重叠。在一个示例中，厚度方向可以基本上垂直于长度方向260和宽度方向262，如图3中的箭头264所示。

回到图2，像在第一区域250和第二区域252之间的直接电路径254一样，也必须考虑通过磁芯204的间接电路径。在一个示例中，该间接路径从第一区域250开始沿着箭头C沿绝缘基板200的外边缘延伸，经由通道开口205进入通道203-1，并沿着箭头D沿通道203的第一边缘203a延伸，直到到达导电磁芯204。电路径继续通过导电磁芯204，直到到达相对的通道壁203a，然后沿着箭头E延伸回到通道开口205，沿着箭头F沿绝缘基板200的外边缘继续并在第二区域252处结束。也可以经由通道203-2进行类似的间接路径，尽管这在图2中未示出。

根据设备的精确几何形状，所组合的间接电路径距离C+D+E+F可能小于或等于直接电路径距离254。为了确保安全操作并避免电弧， 直接和间接距离两者必须大于最小安全值。如上所述，防止电弧所需的最小安全距离将根据使用设备的应用类型而变化。在变压器设备要处理大约250V rms的馈电线加强电压的示例中，所组合距离C+D+E+F使用5mm的最小隔离距离。这确保满足标准EN/UL60950的绝缘体要求。

与图1的现有技术设备相比，根据本实用新型并如图2所例示的嵌入式变压器具有若干优点。

首先，通道203的定位使得它们完全与隔离区256重叠，这意味着可以在不影响隔离距离的情况下构造更小的设备。在图1(现有技术)和图2两者的布置中，分别由箭头154和254描绘的相同的最小直接隔离距离被要求将第一区域150、250的电组件与第二区域152、252的电组件电隔离。在图1的现有技术的布置中，需要提供相对长的通道103以确保间接隔离距离A+B电符合防止电弧所需的最小安全隔离距离。在图1的示例中，如果在第一区域150和第二区域152之间需要L的最小间接隔离距离，那么存在以下的设计约束：L＝A+B。因此，每个通道103的长度A、B需要为大约L/2。在如图2实施例所示的本实用新型中，可以提供短得多的通道203，同时仍然确保获得最小间接隔离距离L。在图2的实施例中，设计约束是L＝C+D+E+F，因此每个通道203的长度D、E需要为大约(L-C-F)/2。这是当与现有技术设备相比时所需的通道203的长度的显著减小。因此，区域250和252可以在宽度方向262上变短，导致作为整体的设备的宽度减小。这使得本实用新型的设备与现有技术的设备相比具有显著减小的占用面积。由于设备将要配合到其的电路板或母板上的可用空间是非常珍贵的，所以这样的设备占用面积的减小是有利的。

其次，通道203的定位使得它们完全与隔离区256重叠，这意味着与图1的现有技术的布置中相比，电绕组的更均匀分布在本实用新型中是可能的。在图1中，通道103沿宽度方向延伸，这意味着它们中断第一电绕组111和第二电绕组121。因此，在图1的现有技术的布置中，第一电绕组111被分成两组：一组在通道103-1上方，另一组在通道103-1下方。类似地，第二电绕组121也分成两组：一组在通道103-2 上方，另一组在通道103-2下方。在现有技术的布置中，不可能将每个绕组的匝均匀地定位在磁芯104周围，结果是难以平衡变压器设备的每个匝。这不利地影响变压器的电磁性质。在如图2实施例所示的本实用新型中，通道203不再约束绕组布置，允许第一电绕组211和第二电绕组221均匀地分布在磁芯204周围，在绕组211和221的每个匝之间具有基本上相等的距离。得到了更平衡的变压器，其具有改进的电磁性质。应当注意，即使在使用空气芯变压器设备的情况下也可获得该优点。

通道相对于长度方向260或宽度方向262的精确角度可以在实施例之间变化。在优选示例中，通道203基本上平行于长度方向260延伸，或者在基本上垂直于其中形成通道开口205的绝缘基板200的边缘的方向上延伸。尽管在图2中示出了两个通道203，但是在一些实施例中仅提供单个通道203。在另外的实施例中，提供多于两个通道203，每个通道203将腔体202连接到绝缘基板200的外部。如果提供两个或更多个通道203，则隔离区256不必与通道203中的每一个的整体重叠，只要隔离区256与通道203中的至少一个重叠。在优选实施例中，隔离区256与通道203中的两个重叠，并且两个通道203基本上平行。

图3示出了根据本实用新型的并且如图2的平面图所示的嵌入式变压器设备的侧视示意图。在绝缘基板200的顶表面上设置印刷电路板(PCB)270。PCB包括PCB 270的第一区域250中的电组件251和PCB 270的第二区域252中的电组件253。指示了绝缘基板200的宽度方向262和厚度方向264。图3中的视图沿长度方向260。

磁芯204和电绕组211、221在图3中不可见，因为它们被封闭在绝缘基板200内。可以在绝缘基板200和PCB 270之间设置绝缘覆盖层和/或隔离屏障。在一个示例中，该绝缘覆盖层和/或隔离屏障将第一电绕组211和第二电绕组221电绕组彼此电隔离并且与PCB 270电隔离，并且防止第一电绕组211和第二电绕组221接触PCB 270的下表面。在一些实施例中，不提供PCB 270，并且电组件直接安装到绝缘基板200或绝缘覆盖层。

隔离区256位于第一区域250和第二区域252之间。在图中还指示了直接电隔离距离254，该距离在宽度方向262上沿着PCB 270的表面 链接第一区域250和第二252区。通道203的开口205在绝缘基板200中是可见的。指示了如相对于图2首先引入的距离C和F.在一个示例中，距离C是沿着绝缘基板200和PCB 270的边缘在第一区域250的电组件251与通道开口205之间通过空气的最短距离。相应地，距离F是在第二区域252的电组件253和通道开口205之间通过空气的最短距离。距离C和F不需要平行于宽度方向262，并且通常将以与该方向成一定角度延伸以形成对角路径。在另一示例中，距离C和F是沿着绝缘基板200和PCB 270的边缘在通道开口205和相应的第一区域250和第二区域252中的电导体之间通过空气的最短距离。电导体可以是例如印刷到PCB 270上或到绝缘基板200上的导电迹线，并且连接到相应的电组件251、253。

在图3的实施例中，通道开口205在隔离区256内沿宽度方向262基本上是中心的。在其他实施例中，通道开口205在该方向上偏心设置。此外，在图3实施例中，通道开口205在绝缘基板200内沿厚度方向264基本上是中心的。在其他实施例中，通道开口205在该方向上偏心设置。

根据本实用新型的嵌入式变压器设备可以有利地用作切换式电力电子设备(例如，自振荡推挽(罗耶(Royer))电路)的一部分，或者可以用于将DC输入电压转换为DC输出电压。将结合图4讨论该实施例，以示出嵌入式变压器设备在电力电子设备上的普遍应用。

图4是包括上述嵌入式变压器设备TX1、位于变压器TX1输入侧的罗耶电路400和位于变压器TX1输出侧的同步整流器电路450的电路图。

罗耶电路400采用+V输入端子401和GND输入端子405之间的DC输入，GND端子保持在接地电势。电阻器R1和电容器C1串联在输入端子401、405之间。电阻器R1连接在节点402和403之间，电容器C1连接在节点403和404之间。节点402连接至+V输入端子401，节点404连接至GND输入端子405。

变压器TX1是上述嵌入式变压器设备，并且包括限定在节点415和419之间的第一电绕组211、限定在节点420和422之间的第二电绕 组221和限定在节点430和434之间的辅助绕组。节点417沿第一电绕组的中部连接，节点432沿辅助绕组的中部连接。因此，节点417和432形成分接端子。在一个示例中，节点417和432连接至各自绕组的中点，形成中央分接端子。因而，第一电绕组211被分为两个绕组部416和418，并且辅助绕组被分为两个辅助绕组部431和433。第二电绕组221设置为单个绕组部421。

两个晶体管TR1和TR2被设置为分别接入和断开第一电绕组的两个部分418和416上的供能电压。晶体管被示为npn类型，但其他类型也可以。大功率开关晶体管，例如，MOSFET(金属氧化物场效应管)是适用的。

晶体管TR2的集电极在节点415处连接至第一电绕组的第一端，晶体管TR1的集电极在节点419处连接至第一电绕组的第二端。晶体管TR1的发射极和晶体管TR2的发射极都连接至节点406。节点406电连接至节点407、408和409，这些节点全都保持在接地电势，如图4中GND所示。

电容器C2的第一端子连接至节点409，另一端子连接至节点410，节点110直接连接至节点402处的高电压输入+V。节点410和节点417之间设置电阻器R3。电容器C3与晶体管TR2并联，设置在节点411和408之间，并且电容器C4与晶体管TR1并联，设置在节点407和412之间。节点411连接至第一电绕组的第一端415并连接至晶体管TR2的集电极，节点412连接至第一电绕组的第二端419并连接至晶体管TR1的集电极。

辅助绕组的每一端连接至晶体管的基极之一。因而，节点430连接晶体管TR1的基极，节点434连接至晶体管TR2的基极。中间节点432连接电阻器R2的第一端子，电阻器R2的另一端子连接至节点403。

输入侧电路400在对绕组部416供能和对绕组部418供能之间振荡。当对绕组部418供能时，穿过变压器TX1的芯的增加磁通量感应出辅助绕组431和433两端的电压。辅助绕组431两端的感应电压具有对晶体管TR1的基极端子施加电压的合适极性，以便将晶体管TR1保持导通。因而实现了TR1导通而TR2截止的正反馈布置。最终，变压 器芯中的磁场饱和，并且其中磁通量的变换率降为零。第一电绕组部418两端的电压，继而其中流过的电流也降为零。辅助绕组431和433响应该变化，其两端产生具有相反极性的感应电压。由此，这具有导通晶体管TR2并截止TR1的效果，从而对绕组部416供能。再一次地，产生正反馈，使得由辅助绕组部433施加于晶体管TR2的基极的电压将晶体管TR2保持在导通状态，同时将晶体管TR1保持在截止状态。然后，芯内的磁场饱和，并且电路返回到对绕组部418供能。只要对输入端子401和405提供输入功率，这种交替对第一绕组部418和416供能的振荡行为将无限继续下去。

变压器的输出侧采用同步整流器电路450的形式，包括连接在第一和第二输出端子+Vout(440)和0V(442)之间的第一和第二晶体管Q1和Q2。在图4中，尽管两个晶体管Q1和Q2被示为电感性沟道MOSFET，但可以使用任意其他合适的晶体管技术。二极管D1连接在晶体管Q1的两端，以允许电流从节点454流至节点452。二极管D2连接在晶体管Q2的两端，以允许电流从节点454流至节点455。

在变压器TX1的输出侧，第二电绕组421设置在节点420和422之间。节点420经由节点451和455连接至正向偏置的二极管D3，D3进而经由节点456和459连接至+Vout输出端子440。在该情况下，+Vout输出端子440是正输出端子。此外，节点422经由节点452和453连接至另一个正向偏置的二极管D4，D4进而经由节点457、456和459连接至+Vout输出端子440。尽管图4中二极管D3和D4被示为肖特基二极管，但同样可以使用常规整流器二极管。

位于节点420和二极管D3的输入之间的节点451将节点420连接至晶体管Q1的栅极端子。位于节点422和二极管D4之间的节点453将节点422连接至晶体管Q2的栅极端子。晶体管Q1的漏极端子连接至位于节点422和二极管D4之间的节点452。晶体管Q2的漏极端子连接至位于节点420和二极管D3之间的节点455。晶体管Q1和晶体管Q2的源极端子都连接至节点454，节点154进而经由节点458和460连接至0V输出端子442。

电容器C5连接在+Vout和0V输出端子440和442的两端。第一 电容器端子连接至位于二极管D4的输出和+Vout输出端子440之间的节点457，而另一端子连接至位于OV输出端子442和晶体管Q1和Q2的源极端子之间的节点458。节点457连接至位于二极管D3和+Vout输出端子440之间的节点456。反向偏置齐纳二极管D5也连接在输出端子的两端，并且具有连接至与+Vout输出端子440耦接的节点459的一个端子，和连接至与+0V输出端子442耦接的节点460的另一个端子。

第二电绕组421具有根据变压器TX的芯中的磁通量变化率在其两端感应的电压。因此，在第二电绕组中产生交流电。

在第一操作模式中，交流电以通过正向偏置的二极管D3的第一方向循环，并经由节点451流入晶体管Q1的栅极端子，将晶体管Q1导通。当晶体管Q1导通时，电流从源极到漏极流过晶体管Q1，并且电流在绕组421中从第二节点422流向第一节点420，并经由二极管D3流向+Vout输出端子440。因此，在输出端子+Vout(440)和0V(442)之间形成正电压。在该操作模式中，反向偏置二极管D4阻止电流流入保持截止的第二晶体管Q2的栅极端子。

在第二操作模式中，交流电以通过此时正向偏置的二极管D4的第二方向循环，并经由节点453流入晶体管Q2的栅极端子，将晶体管Q2导通。当晶体管Q2导通时，电流从源极到漏极流过晶体管Q2，并且电流在绕组421中从节点420流向节点422，并经由二极管D4流向+Vout输出端子440。因此，如第一操作模式，在输出端子+Vout(440)和0V(442)之间也形成正电压。

随着变压器中的磁通量变化，输出电路中的交流电的幅值和方向变化。由此，二极管D3和D4对交流电进行整流，使得提供至端子的输出总处于正电压信号形式。

电容器C5平滑输出电压信号，以便在输出端子440和442之间提供近似恒定的直流电。二极管D5也可以连接在输出端子的两端，以便将FET Q1和Q2处的栅极电压限制为取决于二极管值的特定范围。可以使用电阻来替代二极管D5，作为虚负载。因此，图4中示出的电路形成一种隔离式DC-DC变换器，其接收+V和GND输入端子401和405两端的DC输入，并产生+Vout和0V输出端子440和442两端的 DC输出。本领域技术人员将认识到，通过改变第一电绕组211和第二电绕组221上的匝数，可以调整相对于DC输入电压的DC输出电压。尽管在图4的实施例中嵌入式变压器设备被包含在罗耶电路中，应当注意，其优点可以在包含嵌入式变压器的任意功率变换器电路拓扑中实现。

尽管贯穿本申请参考了导电通孔，应当注意，可以使用任意导电连接装置(例如导电引脚)来完全等同地替换导电通孔中的任意一个或多个。此外，第一绕组211和第二绕组221各自可以是与变压器的输入电源相连的初级变压器绕组，或者是与变压器的输出相连的次级变压器绕组。嵌入式变压器设备可以是升压(step-up)变压器或降压(step-down)变压器。

在一些实施例中，上述设备安装在第三方电路板或母板上。在这些情况下，需要限制第三方电路板上的电组件和导体的定位，以便不影响上述最小隔离距离。

此外，尽管在上述示例中磁芯204和腔体202被示为圆形形状，在其他实施例中，其可以具有不同形状。非限制性示例包括椭圆或细长环形(toroidal)形状，环形形状具有间隙、EE、EI、I、EFD、EP、UI和UR芯形状。磁芯204上可以涂覆绝缘材料以降低导电磁芯和导电通孔或金属迹线之间出现击穿的可能性。磁芯还可以具有提供磨圆的轮廓或横截面的倒角边。

在不脱离由所附权利要求限定的本实用新型的范围的情况下，可以并且本领域技术人员将想到对上述示例性实施例做出各种修改。特别地，应当理解，关于单个实施例描述的特征可以存在于其他实施例中。