嵌入式磁性部件变压器装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及嵌入式磁性部件变压器装置，并且尤其涉及具有降低的耦合和改善的隔离性能的嵌入式磁性部件变压器装置。
【背景技术】
[0002]例如在US2011/0108317A1中已知的是提供小轮廓变压器和电感器，其中，磁性部件被嵌入在树脂基板中的空腔中，并且用于变压器或电感器的必要的输入和输出电连接形成在基板表面上。然后可以通过将阻焊层和电镀铜层添加到所述基板的顶表面和/或底表面来形成用于电源装置的印刷电路板(PCB)。然后该装置的必要的电子部件可以表面贴装在PCB上。
[0003]与传统的变压器相比，嵌入式设计允许构建明显地更薄和更紧凑的装置。这是期望的，因为典型地用于将变压器装置安装到例如电子装置的母板等的PCB上的可用空间是非常有限的。具有较小的占地面积的变压器部件因此使得更多的部件能够被安装在PCB上，或者使得PCB的整体尺寸以及因此整个装置的尺寸被减小。
[0004]当减小变压器装置的尺寸时，变压器绕组上的相邻线圈之间的间隙将可能被设置成更加彼此靠近，并且设置在变压器上的分开的绕组之间的间隙也将被减小。这样就降低了在使用期间在变压器中建立的磁场能够从变压器芯部中逸出的容易度，并且因此经由磁场在设置在芯部上的分开的绕组之间导致更强的耦合。减小相邻的线圈之间的间隙的另一后果是:在包含变压器绕组的相邻导电部件之间存在的电容增加。绕组之间的经由它们所产生的磁场而引起的增大的耦合，以及变压器上的增大的电容分布对于特定应用场合中的变压器而言是不期望的特性。
[0005]此外，减小变压器尺寸可能导致安全隐患，尤其是如果共享一个公共的变压器芯部的两个分开的绕组必须处理高电压的话。此种变压器典型地例如被用在电力电子应用中和电力变换技术中。在此情况下，绕组必须彼此电隔离。较小的变压器趋于降低电隔离绕组之间的距离，意味着电隔离对于由电弧引起的故障而言是不耐用的，并且降低了变压器绕组能够安全处理的最大电压。
[0006]通过如下的方式可以增大电隔离的安全等级:通过使用具有设置在不同的PCB层中的不同绕组的多层PCB装置，通过在变压器芯部上提供覆盖物，或者通过在绕组上涂覆保形涂料或者其他类型的诸如绝缘胶带等的绝缘材料。三重绝缘导线也可以被使用。然而，所有这些技术具有如下的缺点:嵌入式磁性部件变压器装置必须被制作得较大，从而将额外的PCB层或较厚的绝缘体容纳在绕组和/或芯部上。
[0007]因此，我们已经认识到，需要提供一种具有减小的线圈之间的耦合和改进的隔离特性的嵌入式变压器装置，并提供一种制造这种装置的方法。
【发明内容】
[0008]现在，将参考独立权利要求对本发明进行限定。有利的特征在从属权利要求中提出。
[0009]在本发明的第一方面中，提供一种嵌入式变压器装置，包括:绝缘基板，所述绝缘基板具有第一侧和与第一侧相反的第二侧，并且在所述绝缘基板中具有空腔，所述空腔具有内周缘和外周缘；磁芯，所述磁芯被容纳在空腔中并且具有第一区段和第二区段；第一电绕组，所述第一电绕组贯穿绝缘基板并且围绕磁芯的第一区段设置；以及第二电绕组，所述第二电绕组贯穿绝缘基板并且围绕磁芯的第二区段设置。第一电绕组和第二电绕组中的每一个包括:设置在所述绝缘基板的第一侧上的上导电迹线；设置在所述绝缘基板的第二侧上的下导电迹线；内导电连接器，所述内导电连接器在邻近磁芯的内周缘处贯穿绝缘基板并，所述内导电连接器分别在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间形成电连接；以及外导电连接器，所述外导电连接器在邻近磁芯的外周缘处贯穿绝缘基板，所述外导电连接器分别在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间形成电连接。第一绕组的内导电连接器被设置在多个弯曲排中，各排被定位成与空腔的内周缘相距基本恒定的距离。第二绕组的内导电连接器被设置在第一弯曲排中，该第一弯曲排被定位成与空腔的内周缘相距基本恒定的距离，该基本恒定的距离足够大以允许第二弯曲排内导电连接器被容纳在第一弯曲排和空腔的内周缘之间。第二绕组的外导电连接器被设置在第一弯曲排中，该第一弯曲排被定位成与空腔的外周缘相距基本恒定的距离，该基本恒定的距离足够大以允许第二弯曲排外导电连接器被容纳在第一弯曲排和空腔的外周缘之间。
[0010]第一绕组的最靠近空腔的内周缘的弯曲排上的内导电连接器可以被设置在具有第一半径的第一大致圆形弧线上；第二绕组的第一弯曲排上的内导电连接器可以被设置在第二大致圆形弧线上，该第二大致圆形弧线与第一大致圆形弧线同心，并且具有第二半径；并且第一半径大于第二半径。
[0011]第一绕组可以与第二绕组隔开，从而在第一绕组和第二绕组之间提供电隔离。
[0012]嵌入式变压器装置还可以包括:第一隔离屏障，所述第一隔离屏障形成在绝缘基板的第一侧上，以至少覆盖第一侧的位于第一电绕组与第二电绕组之间的第一电绕组和第二电绕组彼此最接近的部分，并与绝缘基板的第一侧形成紧密结合连接；以及第二隔离屏障，所述第二隔离屏障形成在绝缘基板的第二侧上，以至少覆盖第二侧的位于第一电绕组与第二电绕组之间的第一电绕组和第二电绕组彼此最接近的部分，并与绝缘基板的第二侧形成紧密结合连接。
[0013]嵌入式变压器装置还可以包括:辅助电绕组，所述辅助电绕组贯穿绝缘基板并且围绕磁芯设置；所述辅助电绕组包括:设置在所述绝缘基板的第一侧上的上导电迹线；设置在所述绝缘基板的第二侧上的下导电迹线；内导电连接器，所述内导电连接器在邻近磁芯的内周缘处贯穿绝缘基板，所述内导电连接器分别在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间形成电连接；以及外导电连接器，所述外导电连接器在邻近磁芯的外周缘处贯穿绝缘基板，所述外导电连接器分别在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间形成电连接；其中，辅助绕组的内导电连接器被设置在多个弯曲排中，各排被定位成与空腔的内周缘相距基本恒定的距离。
[0014]辅助绕组可以与第二绕组隔开，从而在辅助绕组和第二绕组之间提供电隔离。
[0015]可以通过如下距离的最小距离来提供电隔离:第一电绕组和第二电绕组之间的最小间隔距离；以及第二电绕组和磁芯之间的最小间隔距离。
[0016]基本恒定的距离可以足够大以允许容纳第二弯曲排外导电连接器，从而增大变压器的漏电感。
[0017]变压器的漏电感和变压器绕组的分布电容可以形成高频振荡LC电路，该高频振荡LC电路能够被操作以使得当发生短路时限制第一绕组和第二绕组之间电力的传递。
[0018]还可以提供一种包括嵌入式变压器装置的电力转换器。
[0019]电力转化器还可以包括电路以激励变压器绕组，其中该电路是Royer电路。
[0020]在本发明的第二方面中，还提供一种嵌入式变压器装置，包括:绝缘基板，所述绝缘基板具有第一侧和与第一侧相反的第二侧，并且在所述绝缘基板中具有空腔，所述空腔具有内周缘和外周缘；磁芯，所述磁芯被容纳在空腔中并且具有第一区段和第二区段；第一电绕组，所述第一电绕组贯穿绝缘基板并且围绕磁芯的第一区段设置；以及第二电绕组，所述第二电绕组贯穿绝缘基板并且围绕磁芯的第二区段设置。第一电绕组和第二电绕组中的每一个包括:设置在所述绝缘基板的第一侧上的上导电迹线；设置在所述绝缘基板的第二侧上的下导电迹线；内导电连接器，所述内导电连接器在邻近磁芯的内周缘处贯穿绝缘基板，所述内导电连接器分别在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间形成电连接；以及外导电连接器，所述外导电连接器在邻近磁芯的外周缘处贯穿绝缘基板，所述外导电连接器分别在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间形成电连接。第一绕组的内导电连接器被设置在一个以上弯曲排中，各排被定位成与空腔的内周缘相距基本恒定的距离。第二绕组的内导电连接器被设置在一个或多个弯曲排中，各排被定位成与空腔的内周缘相距基本恒定的距离。第二绕组的内导电连接器和磁芯之间的最小距离大于第一绕组的内导电连接器和磁芯之间的最小距离。
[0021 ] 本发明还提供一种相应的制造方法。
【附图说明】
[0022]现在将仅通过举例说明的方式并参照附图描述本发明的实施例，其中:
[0023]图1A至IG示出了用于制造包括嵌入式磁性部件装置的示例性技术；
[0024]图2以形成绕组结构的导电导通孔的俯视图的形式示出了本发明的第一实施例；
[0025]图3示出了图1中的导电导通孔的布置以导通孔和绕组之间的距离；
[0026]图4示出了用于图2和3中的导电导通孔的布置的迹线图案；
[0027]图5示出了嵌入式变压器装置形成自激振荡推挽电路的一部分的实施例；以及
[0028]图6是示出在短路模式期间变压器电压的高频振荡的图形。
【具体实施方式】
[0029]本发明的实施例性实施例采用嵌入式磁性部件变压器装置的形式，该变压器装置具有围绕嵌入在基板中的磁芯而布置的第一、第二和辅助绕组。嵌入式磁性部件变压器装置有利地可以被用作切换电力电子装置的一部分，诸如Royer电路。以下将详细讨论在图2至6中示出的装置的第一实施例。
[0030]为了便于理解，现在将参考图1A至IF来说明制作嵌入式磁性部件变压器装置的示例性方法。在由本申请人提交的英国专利申请GB1414469.5和GB1414468.7中公开了用于制造嵌入式磁性部件变压器装置的方法，这些专利的内容通过引用纳入此文。
[0031]在该方法的第一步骤中，如图1A所示，用于容纳磁芯的环形圆环或空腔302布置在绝缘基板301中。在本实例中，绝缘基板由树脂材料形成，例如FR4。FR4是由织造的玻璃纤维布浸渗环氧树脂粘结剂组成的复合“预浸”材料。将树脂预干燥，但没有硬化，使得当它被加热时，它流动并充当用于玻璃纤维材料的粘合剂。FR4已被发现具有良好的热性能和绝缘性能。
[0032]如图1B所示，环形磁芯304随后将被安装在空腔302中。空腔302可以比该磁芯304略大，使得空气间隙可存在于磁芯304周围。磁芯304可手动地或通过表面贴装装置(例如拾取和放置机器)安装在空腔中。
[0033]在如图1C所示的下一步骤中，第一绝缘层305或覆盖层被固定或层合在绝缘基板301上，以覆盖空腔302和磁芯304。优选地，覆盖层305由与绝缘基板301相同的材料形成，因为这有助于在绝缘基板301的顶表面和覆盖层305的下表面之间的结合。因此，覆盖层305也可由层合在绝缘基板301上的材料