專利名稱：集成有感應器的變壓器的制作方法
技術領域：
本發明涉及集成有感應器的變壓器，更具體地，涉及其中執行變壓器功能的元件和執行諧振感應器功能的元件物理集成為一個元件的變壓器。
背景技術：
近來，隨著對諧波電流的限制國際性地增大，各種電氣產品和電子產品中的功率因數校正電路的使用已經變得越來越普遍和必要。因此，目前，大多數的供電裝置(powersupply device)包括功率因數校正電路(PFC)和直流-直流(DC-DC)轉換器。一般的功率因數校正電路使用升壓轉換器，其中，由于升壓轉換器本身的特性，升壓轉換器的輸出總是高于其輸入。而且，由于輸出電壓再次用作DC-DC轉換器的輸入，所以DC-DC轉換器具有高的輸入電壓。同時，為了將供電裝置制造為具有高的功率密度的嵌入式產品，有必要簡化其結構并減小其體積。通常，隨著切換頻率變高，可以減小功率因數校正電路的體積，而同時切換損耗與切換頻率成比例增大，因而降低了效率。因此，在功率因數校正電路中獲得高效率所需的零電壓切換成為需求。利用變壓器的漏電感和外部諧振感應器的電感執行零電壓切換。即，諧振感應器和變壓器在諧振轉換器結構中起到了重要的作用。
發明內容
本發明的目的在于提供用來簡化系統結構的裝置。根據本發明的示例性實施方式，提供了集成有感應器的變壓器，包括變壓器單元，通過彼此相對連接的第一磁芯和第二磁芯與包括在第一磁芯和第二磁芯之間的空間中的初級線圈和次級線圈之間的互相感應來執行電壓變換；以及感應器單元，具有連接至第二磁芯的第三磁芯和包括在第二磁芯和第三磁芯之間的空間中的感應器。根據本發明的另一個示例性的實施方式，提供了集成有感應器的變壓器，包括依次連接的第一磁芯至第三磁芯；第一線圈管，插入在第一磁芯和第二磁芯之間并具有依次纏繞在其上的初級線圈和次級線圈；以及第二線圈管，插入在第二磁芯和第三磁芯之間并具有纏繞在其上的第三線圈。
圖1示出了根據本發明實施方式的包括變壓器的供電裝置的結構；圖2是示出圖1的變壓器的截面圖；以及圖3是示出圖1的變壓器的透視圖。
具體實施例方式下文中，將參照附圖描述本發明的示例性實施方式。然而，僅通過實例描述了示例性實施方式，但本發明并不限于此。在描述本發明的過程中，當與本發明相關的已知技術的詳細說明不會使本發明的精神不清楚時，將省略其詳細說明。此外，考慮到本發明的功能定義了以下的技術術語，可以通過用戶和操作者的意圖以不同的方式來解釋這些技術術語。因此，應該基于整個說明書的內容來解釋其定義。因此，本發明的精神由權利要求來確定，并且可以提供以下的示例性實施方式來向本領域的技術人員有效地描述本發明的精神。以下參照附圖描述根據本發明實施方式的集成有感應器的變壓器。圖1是示出根據本發明實施方式的包括變壓器的供電裝置的結構的示圖。如圖1中所示，根據本發明實施方式的供電裝置100包括EMI濾波器102、功率因數校正電路104以及DC-DC轉換器106。下面將描述供電裝置100的各個模塊的功能。首先，EMI濾波器102去除包括在交流電壓中的諧波成分，并將其輸出。其次，功率因數校正電路(PFC) 104為將交流電壓變換為直流電壓并將其輸出的電路，這降低了由直流電壓構成的電流波形和電壓波形的噪聲，提高并輸出功率因數。更具體地，隨著功率傳輸的距離增加，電流波形和電壓波形之間的不匹配增大。隨著電流波形和電壓波形彼此不匹配的間隔變寬，無效功率與有效功率之比增大，從而功率因數減小。功率因數校正電路104增大其中兩個波形彼此匹配的間隔，從而其中可以使用有效功率的間隔增大，因而提高了功率因數。從功率因數校正電路104輸出的直流電壓通過DC-DC轉換器106上升至具有適合于操作內部電路的電平的電源。DC-DC轉換器106包括開關單元107、諧振電容器Cs、變壓器108、整流單元109和平滑單元110。首先，開關單元107包括第一至第四開關SWl SW4。第一開關SWl和第四開關SW4與第二開關SW2和第三開關SW3以恒定的時間間隔交替接通和斷開，從而生成方波。更具體地，當第一開關SWl和第四開關SW4或第二開關SW2和第三開關SW3斷開時，由于變壓器的諧振感應器Ls和諧振電容器Cs的諧振操作，變壓器108的初級線圈中感應的電流方向發生改變。此時，第一開關SWl和第四開關SW4或第二開關SW2和第三開關SW3兩端的電壓變為0V，然后，在零電壓的狀態下，相應的開關接通，從而提高了功率變換效率。S卩，開關單元107利用諧振電容器Cs和變壓器108的諧振感應器Ls生成的諧振來執行零電壓切換(ZVS)，從而根據方波的生成獲得了高的功率變換效率。通過結合諧振電容器Cs執行諧振操作，變壓器108的諧振感應器Ls有助于開關單元107的零電壓切換，利用初級線圈和次級線圈使方波(即，由開關單元107生成的交流電)升壓至具有恒定電平的電壓，并輸出該電壓。在初級線圈和次級線圈之間產生互感，因此輸入至初級線圈的交流電電壓被變換為在次級線圈中發生感應。變壓器108的初級線圈串聯地分別連接至諧振感應器Ls和諧振電容器Cs。同時，變壓器108被制造為具有物理集成有諧振感應器Ls的結構。下面將參照圖2和圖3詳細描述這種結構。隨后，整流單元109對由變壓器108升壓的交流電力進行整流，平滑單元110對由整流單元109整流的直流電力進行平滑并輸出該直流電力。圖2是示出了圖1的變壓器的截面圖，圖3是示出了圖1的變壓器的透視圖。參照圖2和圖3，變壓器108包括變壓器單元200和感應器單元202。首先，變壓器單元200包括彼此相對連接的第一磁芯204和第二磁芯206，以及插入在第一磁芯204和第二磁芯206之間且其上纏繞有初級線圈210和次級線圈212的線圈管(bobbin) 214。在這種情況下，初級線圈210首先纏繞在線圈管214上，次級線圈212隨后纏繞在其上。初級線圈210和次級線圈212通過絕緣乙烯樹脂互相絕緣。同時，感應器單元202包括連接至變壓器單元200的第二磁芯206的第三磁芯208，以及插入在第二磁芯206和第三磁芯208之間且在其上纏繞有線圈216的線圈管218。在這種情況下，第二磁芯206和第三磁芯208朝著同一方向彼此連接，而不同于第一磁芯204和第二磁芯206。換句話說，在變壓器108中，第一磁芯204、第二磁芯206、和第三磁芯208依次連接，通過相對彼此互感而執行電壓變換功能的初級線圈210和次級線圈212包括在第一磁芯204和第二磁芯206之間，用作諧振感應器的線圈216包括在第二磁芯206和第三磁芯208之間。S卩，初級線圈210和次級線圈212與線圈216之間的間隔距離由第二磁芯206的厚度B確定。第一磁芯204、第二磁芯206和第三磁芯208中的每個磁芯都可以包括具有圖2和圖3中所示的E形狀的E-形磁芯。同時，由于初級線圈210和次級線圈212與線圈216被設置為彼此接近，因此它們之間的互感是有問題的。為了避免這種情況，將用來物理絕緣初級線圈210和次級線圈216與線圈216的第二磁芯206的厚度B制造得比第一磁芯204的厚度A或第三磁芯208的厚度C寬。在這種情況下，第一磁芯204、第二磁芯206和第三磁芯208的各厚度之比是1:2:1。當然，為了提供足夠的間隔距離，可以進一步增加第二磁芯206的厚度。同時，可以通過使第一磁芯204的厚度A、第二磁芯206的厚度B和第三磁芯208的厚度C相等而在第二磁芯206和第三磁芯208之間另外插入I-形磁芯，來增大初級線圈210和次級線圈212與線圈216之間的距離。在這種情況下，僅提供1 2 1的比率作為實例，從而其可以根據第一至第三磁芯204、206和208的材料、線圈數，磁芯的形狀等進行變化。如上所述，通過將執行變壓器功能的元件和執行諧振感應器功能的元件集成為單個元件來制造根據本發明實施方式的集成有諧振感應器的變壓器，從而簡化了系統的結構，并且熱沉變成為單塊集成電路而提高了熱沉效率。此外，將兩個元件之間的間隔距離設定為足夠寬，從而可以防止兩個集成單元之間發生互感。本發明實施方式通過將分別具有不同功能的兩個元件物理集成為一個元件而簡化了系統的結構。 此外，本發明實施方式通過將兩個元件集成為一個元件而將分別配備有兩個元件的熱沉集成為一個元件，從而有效地執行熱沉。盡管為了說明已經公開了本發明的示例性實施方式，本領域的技術人員應該理解的是，在不脫離所附權利要求所公開的本發明的范圍和精神的情況下，可以做出各種修改、增加和替換。因此，本發明的范圍不應當限于以上描述的實施方式，而應當用所附權利要求及其等同替換來確定。
權利要求
1.一種變壓器，包括變壓器單元，通過彼此相對連接的第一磁芯和第二磁芯與包括在所述第一磁芯和所述第二磁芯之間的空間中的初級線圈和次級線圈之間的互感來執行電壓變換；以及感應器單元，具有連接至所述第二磁芯的第三磁芯和包括在所述第二磁芯和所述第三磁芯之間的空間中的感應器。
2.根據權利要求1所述的變壓器，其中，所述第二磁芯和所述第三磁芯朝著同一方向連接。
3.根據權利要求1所述的變壓器，其中，所述第二磁芯具有設定為比所述第一磁芯和所述第三磁芯的厚度寬的厚度。
4.根據權利要求3所述的變壓器，其中，所述第一磁芯、所述第二磁芯和所述第三磁芯的各厚度之比被設定為1 2 1。
5.根據權利要求1所述的變壓器，其中，將I-形磁芯另外連接在所述第二磁芯和所述第三磁芯之間。
6.根據權利要求1或5所述的變壓器，其中，所述第一磁芯至所述第三磁芯是E-形磁-I-H心。
7.根據權利要求5所述的變壓器，其中，所述第一磁芯至所述第三磁芯的厚度被設定為彼此相同。
8.一種變壓器，包括依次連接的第一磁芯至第三磁芯；第一線圈管，插入在所述第一磁芯和所述第二磁芯之間并具有依次纏繞在其上的初級線圈和次級線圈；以及第二線圈管，插入在所述第二磁芯和所述第三磁芯之間并具有纏繞在其上的第三線圈。
9.根據權利要求8所述的變壓器，其中，所述第一磁芯和所述第二磁芯彼此相對地連接，所述第二磁芯和所述第三磁芯朝著同一方向連接。
10.根據權利要求8所述的變壓器，其中，所述第二磁芯具有設定為比所述第一磁芯和所述第三磁芯的厚度寬的厚度。
11.根據權利要求10所述的變壓器，其中，所述第一磁芯、所述第二磁芯和第三磁芯的各厚度之比被設定為1 2 1。
12.根據權利要求8所述的變壓器，其中，將I-形磁芯另外連接在所述第二磁芯和所述第三磁芯之間。
13.根據權利要求8或12所述的變壓器，其中，所述第一磁芯至所述第三磁芯為E-形磁芯。
14.根據權利要求12所述的變壓器，其中，所述第一磁芯至所述第三磁芯的厚度被設定為彼此相同。
全文摘要
本發明公開了一種集成有感應器的變壓器。該變壓器包括變壓器單元，被配置為通過彼此相對連接的第一磁芯和第二磁芯與包括在第一磁芯和第二磁芯之間的空間中的初級線圈和次級線圈之間的互感來執行電壓變換；以及感應器單元，具有連接至第二磁芯的第三磁芯和包括在第二磁芯和第三磁芯之間的空間中的感應器。通過將具有不同功能的兩個元件物理集成為一個元件來制造該變壓器，從而簡化了系統的結構。
文檔編號H01F27/30GK102385978SQ20111025365
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月30日 優先權日2010年8月31日
發明者孫瑩豪, 崔碩文, 韓奎范 申請人:三星電機株式會社