一种磁性器件、谐振电路及LED驱动电源的制作方法

一种磁性器件、谐振电路及led驱动电源
技术领域
1.本发明涉及电源领域，特别涉及一种磁性器件、谐振电路及led驱动电源。


背景技术：

2.现有开关电源中，谐振电路以其低开关损耗，高频小体积的优势被广泛使用。典型的谐振电路llc电路的磁性器件包括谐振电感和变压器，现有技术中变压器包括骨架和磁芯，骨架上设置两个绕线槽分别用来绕制原边和副边绕组，两个e型磁芯与绕制好的骨架组成变压器，这种变压器具有较高的漏感，可用以替换谐振电感，因此这种变压器结构实际上是集成了漏感和变压器的磁性器件，使得开关电源的体积较小，成本较低。
3.为了进一步降低磁性器件的体积和成本，一些领域使用了平面变压器，又称矩阵变压器。平面变压器撤去了骨架，将原边和副边绕组设置在pcb上，在pcb上开孔，使磁芯直接穿过pcb。现有的平面变压器用于服务器电源等领域时，以满足低压大电流的供电需求。具体如专利cn113517120a，一个矩阵变压器中设置中心磁柱和围绕该中心磁柱的多个副边磁柱，pcb板上设置多个绕组，原边绕组绕于中心磁柱，多个副边绕组分别绕于副边磁柱，实现多个变压器，再将多个变压器的原边绕组串联、副边绕组并联，即可实现低压大电流的效果。
4.但是这种矩阵变压器磁柱数量多，绕组在pcb板上的走线复杂，设计难度高，无法直接应用于非低压大电流的场景中，采用现有技术中的矩阵变压器，势必会增加绕组设计的复杂程度和pcb板的成本。
5.因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构简单、应用范围广的磁性器件、谐振电路及led驱动电源。其具体方案如下：
7.一种磁性器件，包括磁芯和多层pcb板，其中：
8.所述磁芯包括：平行的两个磁性平板，垂直设于两个所述磁性平板之间的若干个磁柱对，每个所述磁柱对包括第一磁柱和第二磁柱，每个所述磁柱对中所述第一磁柱的截面积小于所述第二磁柱的截面积；
9.所有所述pcb板位于两个所述磁性平板之间，每层所述pcb板上均设有通孔，所有所述磁柱对通过所述通孔穿过所述pcb板；
10.多层所述pcb板包括若干层第一pcb板和若干层第二pcb板；
11.每层所述第一pcb板上设有原边绕组，所述原边绕组围绕所述磁柱对绕制；
12.每层所述第二pcb板上设有副边绕组，所述副边绕组围绕由所述原边绕组绕制的所述磁柱对中的所述第二磁柱绕制。
13.优选的，两个所述磁性平板分别为第一平板和第二平板，所有所述磁柱对与所述
第二平板为一体式结构。
14.优选的，每个所述第一磁柱与所述第一平板的垂直距离由目标谐振电感确定；
15.每个所述第二磁柱与所述第一平板的垂直距离由目标励磁电感确定。
16.优选的，所述第一磁柱的截面积与所述第二磁柱的截面积的截面积比值由目标谐振电感确定。
17.优选的，所述截面积比值的取值范围为[0.05,1)。
[0018]
优选的，每个所述磁柱对中所述第一磁柱和所述第二磁柱的垂直距离由目标谐振电感确定。
[0019]
优选的，所述第一pcb板和所述第二pcb板交替设置。
[0020]
优选的，所有所述原边绕组通过盲孔、埋孔或过孔连接形成一个总原边绕组；
[0021]
所有所述副边绕组通过盲孔、埋孔或过孔连接形成一个总副边绕组。
[0022]
相应的，本技术还公开了一种谐振电路，包括上文任一项所述磁性器件。
[0023]
相应的，本技术还公开了一种led驱动电源，包括如上文所述谐振电路。
[0024]
本技术公开了一种磁性器件，包括磁芯和多层pcb板，所述磁芯包括：平行的两个磁性平板，垂直设于两个所述磁性平板之间的若干个磁柱对，每个所述磁柱对包括第一磁柱和第二磁柱，每个所述磁柱对中所述第一磁柱的截面积小于所述第二磁柱的截面积；所有所述pcb板位于两个所述磁性平板之间，每层所述pcb板上均设有通孔，所有所述磁柱对通过所述通孔穿过所述pcb板；多层所述pcb板包括若干层第一pcb板和若干层第二pcb板；每层所述第一pcb板上设有原边绕组，所述原边绕组围绕所述磁柱对绕制；每层所述第二pcb板上设有副边绕组，所述副边绕组围绕由所述原边绕组绕制的所述磁柱对中的所述第二磁柱绕制。本技术通过对第一磁柱和第二磁柱的截面积设置以及原边绕组和副边绕组的绕制方式设置，在实现了变压器功能和变压器漏磁替代谐振电感功能的同时，增加了磁芯的利用率，相比现有技术，本技术的磁性器件成本和体积更低，结构更为简单，应用场景更为广泛。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0026]
图1为本发明实施例中一种磁性器件的结构分布图；
[0027]
图2为本发明实施例中第一种磁芯的结构分布图；
[0028]
图3为本发明实施例中第二种磁芯的结构分布图；
[0029]
图4为本发明实施例中第三种磁芯的结构分布图；
[0030]
图5a为本发明实施例中一种谐振输出整流电路的结构分布图；
[0031]
图5b为本发明实施例中另一种谐振输出整流电路的结构分布图。
具体实施方式
[0032]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
传统矩阵变压器磁柱数量多，绕组在pcb板上的走线复杂，设计难度高，无法直接应用于非低压大电流的场景中，采用现有技术中的矩阵变压器，势必会增加绕组设计的复杂程度和pcb板的成本。
[0034]
本技术通过对第一磁柱和第二磁柱的截面积设置以及原边绕组和副边绕组的绕制方式设置，在实现了变压器功能和变压器漏磁替代谐振电感功能的同时，增加了磁芯的利用率，相比现有技术，本技术的磁性器件成本和体积更低，结构更为简单，应用场景更为广泛。
[0035]
本发明实施例公开了一种磁性器件，参见图1所示，包括磁芯和多层pcb板，其中：
[0036]
磁芯包括：平行的两个磁性平板1，垂直设于两个磁性平板1之间的若干个磁柱对，每个磁柱对包括第一磁柱21和第二磁柱22，每个磁柱对中第一磁柱21的截面积小于第二磁柱22的截面积；
[0037]
所有pcb板位于两个磁性平板1之间，每层pcb板上均设有通孔，所有磁柱对通过通孔穿过pcb板；
[0038]
多层pcb板包括若干层第一pcb板和若干层第二pcb板；
[0039]
每层第一pcb板上设有原边绕组31，原边绕组31围绕磁柱对绕制；
[0040]
每层第二pcb板上设有副边绕组32，副边绕组32围绕由原边绕组31绕制的磁柱对中的第二磁柱22绕制。
[0041]
可以理解的是，本实施例中所有pcb板作为原边绕组31或副边绕组32的载体，穿过通孔设置于两个磁性平板1之间，此时pcb板上的原边绕组31和副边绕组32分别围绕相应的磁柱，绕制一般为8字形，如图1所示；具体的，对于任一第一pcb板上的原边绕组31，该原边绕组31以磁柱对作为单元进行绕制，也即该原边绕组31同时围绕该磁柱对中的第一磁柱21和第二磁柱22，相应的，该第二磁柱22将被任一第二pcb板上的副边绕组22围绕，这种绕制方式形成变压器，同时使得该磁性器件产生漏感，该漏感可在谐振电路中替代谐振电感，也即本实施例中磁性器件集成了谐振电路需要的变压器和电感，将这种磁性器件应用到谐振电路时，谐振电路的元件数量减少，降低了成本和体积。相比现有技术中多个磁柱用于绕制多个副边绕组的矩阵变压器形式，本实施例中磁性器件中一个磁柱对中仅包括一个第一磁柱21和一个第二磁柱22，对应一个原边绕组31和一个副边绕组32，不需要现有技术中矩阵变压器的多个变压器集成，也不需要多个变压器的原边串联、副边并联等复杂结构。
[0042]
进一步的，为了使走线排布更为简洁，每个磁柱对上第一磁柱21和第二磁柱22均以x方向排列，所有磁柱对在平板所在平面均以垂直于x方向排列，相应的，每层第一pcb板上原边绕组31的个数、每层第二pcb板上副边绕组32的个数，均与磁柱对的个数相同，原边绕组31在第一pcb板上的排列、副边绕组32在第二pcb板上的分布均与磁柱对或第二磁柱22的位置对应。
[0043]
本技术公开了一种磁性器件，包括磁芯和多层pcb板，所述磁芯包括：平行的两个磁性平板，垂直设于两个所述磁性平板之间的若干个磁柱对，每个所述磁柱对包括第一磁柱和第二磁柱，每个所述磁柱对中所述第一磁柱的截面积小于所述第二磁柱的截面积；所
有所述pcb板位于两个所述磁性平板之间，每层所述pcb板上均设有通孔，所有所述磁柱对通过所述通孔穿过所述pcb板；多层所述pcb板包括若干层第一pcb板和若干层第二pcb板；每层所述第一pcb板上设有原边绕组，所述原边绕组围绕所述磁柱对绕制；每层所述第二pcb板上设有副边绕组，所述副边绕组围绕由所述原边绕组绕制的所述磁柱对中的所述第二磁柱绕制。本技术通过对第一磁柱和第二磁柱的截面积设置以及原边绕组和副边绕组的绕制方式设置，在实现了变压器功能和变压器漏磁替代谐振电感功能的同时，增加了磁芯的利用率，相比现有技术，本技术的磁性器件成本和体积更低，结构更为简单，应用场景更为广泛。
[0044]
本发明实施例公开了一种具体的磁性器件，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：
[0045]
在一些具体的实施例中，两个磁性平板1分别为第一平板和第二平板，所有磁柱对与第二平板为一体式结构。可以理解的是，一体式结构的设置，确保磁柱对与第二平板之间没有气隙间隔，磁性器件上的气隙只有磁柱对与第一平板之间存在。
[0046]
可以理解的是，磁柱对与磁性平板1之间存在气隙，该气隙处于pcb板外侧，而非两层pcb板之间，这样气隙与绕组的位置错位，可以有效减少涡流损耗。
[0047]
进一步的，每个第一磁柱21与第一平板的垂直距离由目标谐振电感确定；每个第二磁柱22与第一平板的垂直距离由目标励磁电感确定。这里的垂直距离，也即磁芯之间的气隙距离。
[0048]
可以理解的是，第一磁柱21与第一平板的垂直距离与磁性器件的漏感具有相关性，由于该漏感用于替代谐振电感，因此可根据需求的目标谐振电感来确定第一磁柱21与第一平板的垂直距离；类似的，第二磁柱22与第一平板的垂直距离与变压器的励磁电感具有相关性，因此可根据需求的目标励磁电感来确定第二磁柱22与第一平板的垂直距离。第一磁柱21与第一平板的垂直距离、第二磁柱22与第一平板的垂直距离的确定互相独立，各自优化，互不干扰，因此在具体确定垂直距离时需要考虑第一平板和第二平板之间的距离、所有pcb板的厚度、第一磁柱21和第二磁柱22的高度等各方面因素。
[0049]
可以理解的是，本实施例中目标谐振电感还与第一磁柱21、第二磁柱22的截面积比值和垂直距离具有关联关系，具体的：
[0050]
第一磁柱21的截面积与第二磁柱22的截面积的截面积比值由目标谐振电感确定，通常在led驱动领域，截面积比值的取值范围为[0.05,1)。在气隙固定的情况下，该截面积比值的数值越小，漏感的感量越小，截面积比值的数值越大，漏感的感量越大，可根据需求的目标谐振电感的感值设置截面积比值。
[0051]
类似的，每个磁柱对中第一磁柱21和第二磁柱22的垂直距离由目标谐振电感确定，也即，每个磁柱对中第一磁柱21和第二磁柱22的远近同样可以调整漏感的大小，根据需求的目标谐振电感的感值来确定每个磁柱对中第一磁柱21和第二磁柱22的垂直距离。
[0052]
进一步的，本实施例中每个磁柱对中第一磁柱21和第二磁柱22的形状，除了要求为标准柱体之外，其横截面形状并没有严格的规定，该横截面可以是任何形状，包括且不限于圆形、矩形、圆角矩形、斜角矩形，还可根据设计需求增加倒角，如图2所示第一磁柱21的横截面为圆形，第二磁柱22的横截面为矩形，如图3所示第一磁柱21的横截面为矩形，第二磁柱22的横截面为圆角矩形；本实施例中第一磁柱21和第二磁柱22在第二平板上的相对位
置，也没有严格要求，既可以是如图2所示所有磁柱对均位于第二平板上距离侧边一定距离的中心范围内，也可以如图2所示第一磁柱21的外侧和第二磁柱22的外侧与第二平板的两个侧边分别平齐，也可以是第一磁柱21的外侧或第二磁柱22的外侧与第二平板的一个侧边平齐，如图4所示。可以理解的是，图2-图4均为以两个磁柱对为例所作的示意图，其他数量的磁柱对同样可以按照以上描述进行位置或形状的设置。
[0053]
本发明实施例公开了一种具体的磁性器件，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。
[0054]
可以理解的是，第一pcb板作为原边绕组31的载体，第二pcb板作为副边绕组32的载体，根据变压器生产的基本要求，绕制于同一磁柱对的所有原边绕组31应具有相同的绕制方向，以保证磁场方向一致，避免磁路相互抵消，类似的，绕制于同一第二磁柱22的副边绕组32应具有相同的绕制方向。
[0055]
进一步的，不同层副边绕组32与不同层原边绕组31之间互相穿插，两层第一pcb板之间设置至少一层第二pcb板，从pcb板的层板可看作“原-副-原”的“对称”夹绕形式，这种形式能够有效降低电流磁场之间的相互影响，降低电磁干扰，同时降低磁性器件的铜损。因此通常情况下第一pcb板和第二pcb板交替设置，具体的，任意两个相邻的第一pcb板之间存在至少一层第二pcb板，任意两层相邻的第二pcb板之间存在至少一层第一pcb板。
[0056]
进一步的，对于不同层的同类绕组，可通过埋孔、盲孔或过孔进行电连接，具体的，所有原边绕组31通过盲孔、埋孔或过孔连接形成一个总原边绕组；类似的，所有副边绕组32通过盲孔、埋孔或过孔连接形成一个总副边绕组。
[0057]
可以理解的是，所有副边绕组32形成的总副边绕组可以是抽头型绕组，其谐振输出整流电路可如图5a所示，总副边绕组也可以是两端型绕组，其谐振输出整流电路可如图5b所示。
[0058]
相应的，本技术实施例还公开了一种谐振电路，包括上文任一实施例所述磁性器件。
[0059]
具体的，该谐振电路为包括谐振电感和变压器的任一谐振电路，该谐振电路包括且不限于lcc谐振电路、llcc谐振电路，所述磁性器件在谐振电路中作为变压器和谐振电感的集成元件。
[0060]
其中，具体有关磁性器件的细节内容可以参照上文实施例中的相关描述，此处不再赘述。
[0061]
相应的，本技术实施例还公开了一种led驱动电源，包括如上文任一实施例所述谐振电路。
[0062]
其中，本实施例中谐振电路和led驱动电源均具有与上文实施例中磁性器件相同的技术效果，此处不再赘述。
[0063]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排
除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0064]
以上对本发明所提供的一种磁性器件、谐振电路及led驱动电源进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。