本公開涉及電源技術領域，具體涉及一種變壓器單元以及應用該變壓器單元的電源轉(zhuǎn)換電路。

背景技術：

數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，將使得pol(負載點)電源的輸入有可能從12v轉(zhuǎn)換為48v甚至是400v，而pol的輸出電壓往往比較低，因此，需要能夠?qū)崿F(xiàn)高輸入輸出電壓比的高頻變換電路，這樣的電路往往含一個變壓器。而要在輸出側實現(xiàn)高頻大電流下的高效率，并不容易。相關技術中，比如llc(諧振變換器)拓撲由于開關損耗小，效率高，輸出功率容易擴充等優(yōu)勢被廣泛使用。對于低壓大電流輸出的應用，如圖1所示，通常采用多個變壓器通過高壓側串聯(lián)，低壓側并聯(lián)的方式連接實現(xiàn)?？梢詫D1中虛線框內(nèi)的電路定義為一個變壓器單元；如圖2所示，該變壓器單元可以包含高壓側的初級繞組以及低壓側的次級繞組，其中，低壓側還含兩個開關器件。變壓器在數(shù)據(jù)中心板級48v/400v級別應用中是必不可少的電磁元件，如何優(yōu)化變壓器是提高效率的關鍵。

圖2所示的變壓器單元是一個帶抽頭變壓器繞組結構，包含初級繞組w3，次級繞組w1和w2以及開關器件q1和開關器件q2。其中次級繞組w1和w2通過至少一個過孔c連接，開關器件q1和q2通過過孔d連接。次級繞組w1和w2以及開關器件q1和q2串聯(lián)所形成的回路(loop)流過交流(ac)電流，在高頻應用中，如何減小低壓側交流回路的阻抗是優(yōu)化變壓器繞阻損耗和漏感的關鍵。

目前在低壓大電流變壓器的繞組結構上，多數(shù)的繞組排布采用s/p/s或者s/p/p/s結構，對應圖2的變壓器單元的實現(xiàn)則為w1/w3/w2結構，次級繞組w1和w2分別位于pcb不同層，并且不相鄰，次級繞組w1和w2之間的中間層為初級繞組w3，次級繞組w1和w2之間通過至少 一個過孔c連接。為了減小變壓器的漏感和繞組損耗，低壓側的交流回路應該盡量位于初級繞組投影內(nèi)。如圖3所示，目前普遍的做法是，盡量讓開關器件q1和q2靠近初級繞組w3的投影，并且將次級繞組w1和w2之間的過孔c也盡量靠近初級繞組w3的投影。如圖4所示，有些產(chǎn)品中，會將次級繞組w1和w2之間多個過孔中的一個過孔設置在初級繞組w3的投影內(nèi)，以減小高頻電流的回路，減小回路阻抗，從而減小繞組損耗。通過分析，在這種變壓器繞組結構中，加入這一個過孔會減小將近20％的繞組損耗。但在這種s/p/s結構的變壓器中，由于次級繞組w1和w2之間的過孔會穿過初級繞組，所以過孔數(shù)量不能太多，否則初級繞組會被割斷，使初級繞阻損耗增加；由于過孔數(shù)量受到限制，也就限制了繞組損耗的進一步優(yōu)化。

技術實現(xiàn)要素：

本公開的目的在于提供一種變壓器單元以及應用該變壓器單元的電源轉(zhuǎn)換電路，用于至少在一定程度上克服由于相關技術的限制和缺陷而導致的一個或多個問題。

本公開的其他特性和優(yōu)點將通過下面的詳細描述變得顯然，或部分地通過本公開的實踐而習得。

根據(jù)本公開的第一方面，提供一種變壓器單元，包括：

第一次級布線層，包括一第一次級繞組；

第二次級布線層，與所述第一次級布線層相鄰，包括一第二次級繞組，且所述第二次級繞組的第一端通過至少一第一過孔連接所述第一次級繞組的第一端；以及

復數(shù)個初級布線層，包括一初級繞組，且所述第一次級布線層和所述第二次級布線層位于所述復數(shù)個初級布線層之間；

其中，至少一所述第一過孔位于至少一所述復數(shù)個初級布線層內(nèi)的初級繞組的投影內(nèi)。

在本公開的一種示例性實施例中，所述變壓器單元還包括：

一第一開關單元，所述第一開關單元的第一功率端與所述第一次級繞組的第二端連接；以及

一第二開關單元，所述第二開關單元的第一功率端與所述第二次級繞 組的第二端連接，所述第二開關單元的第二功率端通過至少一第二過孔與所述第一開關單元的第二功率端連接。

在本公開的一種示例性實施例中，所述變壓器單元還包括：

至少一所述第二過孔位于至少一所述復數(shù)個初級布線層的初級繞組的投影內(nèi)。

在本公開的一種示例性實施例中，所述第一開關單元和/或所述第二開關單元至少部分位于至少一所述初級布線層的初級繞組的投影內(nèi)。

在本公開的一種示例性實施例中，所述第一開關單元和所述第一次級繞組形成的功率路徑與所述第二開關單元和所述第二次級繞組形成的功率路徑至少部分重疊。

在本公開的一種示例性實施例中，所述第一開關單元和所述第一次級繞組形成的功率路徑與所述第二開關單元和所述第二次級繞組形成的功率路徑至少部分位于至少一所述初級布線層的初級繞組的投影內(nèi)。

在本公開的一種示例性實施例中，所述至少一第一過孔和所述至少一第二過孔交叉排布。

在本公開的一種示例性實施例中，所述至少一第一過孔和所述至少一第二過孔排成直線或弧線。

在本公開的一種示例性實施例中，所述初級繞組、所述第一次級繞組及所述第二次級繞組為pcb繞組，且所述第一開關單元形成在所述初級繞組和所述第一次級繞組之間，所述第二開關單元形成在所述初級繞組和所述第二次級繞組之間。

在本公開的一種示例性實施例中，所述初級繞組、所述第一次級繞組及所述第二次級繞組布置于一塊pcb板內(nèi)。

在本公開的一種示例性實施例中，所述第一次級繞組及所述第二次級繞組布置于一塊pcb板內(nèi)。

在本公開的一種示例性實施例中，所述初級繞組為餅式繞組并分為至少兩層，所述第一次級繞組及所述第二次級繞組為pcb繞組，且所述第一開關單元形成在所述餅式繞組和所述第一次級繞組之間，所述第二開關單元形成在所述餅式繞組和所述第二次級繞組之間。

根據(jù)本公開的第二方面，提供一種電源轉(zhuǎn)換電路，包括：

一初級側開關單元，用于接收一輸入電壓以輸出一第一輸出電壓；

至少一上述任意一種變壓器單元，具有一輸入端及一輸出端，所述輸入端用于接收所述第一輸出電壓，所述輸出端用于輸出一第二輸出電壓；以及

一負載，接收所述第二輸出電壓。

在本公開的一種示例性實施例中，所述電源轉(zhuǎn)換電路包括復數(shù)個所述變壓器單元，所述復數(shù)個變壓器單元的輸入端之間并聯(lián)連接或串聯(lián)連接。

在本公開的一種示例性實施例中，所述電源轉(zhuǎn)換電路包括復數(shù)個所述變壓器單元，所述復數(shù)個變壓器單元的輸出端之間并聯(lián)連接或串聯(lián)連接。

在本公開的一種示例性實施例中，所述電源轉(zhuǎn)換電路包括復數(shù)個所述變壓器單元，復數(shù)個所述變壓器單元以堆疊方式排布，或者在同一個平面內(nèi)排布。

本公開的示例實施方式所提供的變壓器單元中，通過使第一次級繞組與第二次級繞組分別位于相鄰兩個布線層上，初級繞組在第一次級繞組與第二次級繞組的上下兩側，形成p/s/s/p結構，因此連接第一次級繞組和第二次級繞組的過孔不會穿過初級繞組。進而相比于現(xiàn)有技術而言，大大減少了過孔的數(shù)量限制以及大小限制，因此過孔可以全部或部分位于初級布線層的初級繞組的投影內(nèi)。由于大量過孔可以位于初級繞組的投影內(nèi)，因此所述變壓器單元可以在不影響初級繞組的前提下，大幅度減小交流回路的阻抗，進一步減小繞阻損耗。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本公開的實施例，并與說明書一起用于解釋本公開的原理。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本公開的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是相關技術中的諧振變換電路結構示意圖；

圖2是相關技術中的變壓器單元電路結構示意圖；

圖3是相關技術中的變壓器單元的布線示意圖；

圖4是相關技術中的變壓器單元的布線示意圖；

圖5是本公開示例實施方式中一種變壓器單元電路結構示意圖；

圖6是本公開示例實施方式中一種變壓器單元的布線示意圖；

圖7是本公開示例實施方式中另一種變壓器單元的布線示意圖；

圖8是本公開示例實施方式中又一種變壓器單元的布線示意圖；

圖9是本公開示例實施方式中又一種變壓器單元的布線示意圖；

圖10是本公開示例實施方式中再一種變壓器單元的布線示意圖；

圖11a是本公開示例實施方式中一種變壓器單元的結構示意圖；

圖11b是本公開示例實施方式中另一種變壓器單元的結構示意圖；

圖12a是本公開示例實施方式中一種電源變換電路的結構示意圖；

圖12b是本公開示例實施方式中一種變壓器模組的結構示意圖；

圖12c是本公開示例實施方式中另一種變壓器模組的結構示意圖；

圖12d是本公開示例實施方式中又一種變壓器模組的結構示意圖；

圖12e是本公開示例實施方式中再一種變壓器模組的結構示意圖；

圖13是本公開示例實施方式中一種多個變壓器單元的布線示意圖；

圖14是本公開示例實施方式中另一種多個變壓器單元的布線示意圖。

具體實施方式

現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限于在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本公開將全面和完整，并將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。在圖中，為了清晰，夸大了區(qū)域和層的厚度。在圖中相同的附圖標記表示相同或類似的結構，因而將省略它們的詳細描述。

此外，所描述的特征、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施例中。在下面的描述中，提供許多具體細節(jié)從而給出對本公開的實施例的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以實踐本公開的技術方案而沒有所述特定細節(jié)中的一個或更多，或者可以采用其它的方法、組元、材料等。在其它情況下，不詳細示出或描述公知結構、材料或者操作以避免模糊本公開的各方面。

本示例實施方式中首先提供了一種變壓器單元。參考圖5中所示的電路，該變壓器單元可以包括初級繞組w3、第一次級繞組w1和第二次級繞組w2，第一次級繞組w1的第一端與第二次級繞組w2的第一端連接。 參考圖6中所示，為圖5的變壓器單元電路中初級繞組w3、第一次級繞組w1以及第二次級繞組w2的一種實現(xiàn)結構。參考圖6中所示，變壓器單元可以包括一第一次級布線層a1、第二次級布線層a2以及復數(shù)個初級布線層(如圖中的初級布線層b1、b2)。其中，第一次級布線層a1包括第一次級繞組w1；第二次級布線層a2與第一次級布線層a1相鄰，第二次級布線層a2包括第二次級繞組w2，且第二次級繞組w2的第一端通過至少一第一過孔c連接第一次級繞組w1的第一端。本示例實施方式中，所述復數(shù)個初級布線層是以兩個為例進行說明，即初級布線層b1、b2；但本領域技術人員容易理解的是，包含更多個初級布線層的技術方案同樣屬于本公開的保護范圍。兩個初級布線層包括初級繞組w3，且第一次級布線層a1和第二次級布線層a2位于兩個初級布線層之間。

其中，至少一第一過孔c位于至少一所述復數(shù)個初級布線層內(nèi)的初級繞組w3的投影內(nèi)。由于圖6中的變壓器單元在布線設計時，第一次級繞組w1與第二次級繞組w2分別兩個相鄰布線層上，初級繞組w3在該第一次級繞組w1與第二次級繞組w2的上下兩側，形成p/s/s/p結構，因此第一次級繞組w1和第二次級繞組w2之間的第一過孔c不會穿過初級繞組w3。進而相比于現(xiàn)有技術而言，大大減少了第一過孔c的數(shù)量限制以及大小限制，因此第一過孔c可以全部或部分的，即至少一第一過孔c位于初級布線層的初級繞組w3的投影內(nèi)；例如，參考圖6中所示，其中虛線范圍內(nèi)的第一過孔c均位于兩個初級布線層的初級繞組w3的投影內(nèi)。由于大量第一過孔c可以位于初級繞組w3的投影內(nèi)，因此本示例實施方式中的變壓器單元可以在不影響初級繞組的前提下，減小交流回路的阻抗，進一步減小繞阻損耗。

繼續(xù)參考圖5中所示，本示例實施方式中，所述變壓器單元還可以包括一第一開關單元q1以及一第二開關單元q2。其中，所述第一開關單元q1的第一功率端與所述第一次級繞組w1的第二端連接，形成圖中的連接點a；所述第二開關單元q2的第一功率端與所述第二次級繞組w2的第二端連接，形成圖中的連接點b。此外，所述第二開關單元q2的第二功率端與所述第一開關單元q1的第二功率端連接；本示例實施方式中可以是所述第二開關單元q2的第二功率端通過至少一第二過孔d與所述第 一開關單元q1的第二功率端連接。

同樣的，由于圖6中的變壓器單元采用的是p/s/s/p結構，因此第一次級繞組w1和第二次級繞組w2之間的第二過孔d不會穿過初級繞組w3；進而相比于現(xiàn)有技術而言，大大減少了第二過孔d的數(shù)量限制以及大小限制。在一示例實施方式中，為了實現(xiàn)變壓器單元在不影響初級繞組的前提下，減小交流回路的阻抗，進一步減小繞阻損耗，第二過孔d同樣可以全部或部分，即至少一第二過孔d位于初級布線層的初級繞組w3的投影內(nèi)。本領域技術人員容易理解的是，本示例實施方式中可以是僅部分或全部第一過孔c位于初級繞組w3的投影內(nèi)，也可以是僅部分或全部第二過孔d位于初級繞組w3的投影內(nèi)，也可以是部分或全部第一過孔c以及部分或全部第二過孔d同時位于初級繞組w3的投影內(nèi)。另根據(jù)實際需要，所述至少一第一過孔c和所述至少一第二過孔d可以有不同的排列方式。例如，參考圖7中所示，所述至少一第一過孔c和所述至少一第二過孔d可以交叉排布。第一過孔c和第二過孔d在交叉排布時可不限制排布形狀，例如，所述至少一第一過孔c和所述至少一第二過孔d排成直線、弧線、圓形或三角形等各種形狀，也可以呈一排排列或多排排列。并且在交叉排布時，可以是每兩個第一過孔c之間設置一個或多個第二過孔d，也可以兩個第一過孔c、兩個第二過孔d交叉間隔設置，或者兩個第一過孔c、一個第二過孔d交叉間隔設置，或者一個第一過孔c、三個第二過孔d交叉間隔設置等等，交叉排布形式有多種，在此不一一列舉。

繼續(xù)參考圖7中所示，在本示例實施方式中，所述第一開關單元q1以及所述第二開關單元q2可以至少部分位于至少一所述初級布線層的初級繞組w3的投影內(nèi)。參考圖8中所示，通過使所述第一開關單元q1以及所述第二開關單元q2至少部分位于至少一所述初級布線層的初級繞組w3的投影內(nèi)，并且結合上述示例性實施例中部分或全部第一過孔c以及部分或全部第二過孔d位于初級繞組w3的投影內(nèi)，可以使所述第一開關單元q1和所述第一次級繞組w1形成的功率路徑與所述第二開關單元q2和所述第二次級繞組w2形成的功率路徑至少部分位于至少一所述初級布線層的初級繞組w3的投影內(nèi)。這樣，則使得次級側交流回路部分或全部在初級繞組的投影區(qū)內(nèi)，增強電磁耦合效應，明顯減小變壓器的漏感和繞 阻損耗，將變壓器的適用頻率推到更高頻。此外，本示例實施方式中，所述第一開關單元q1和所述第一次級繞組w1形成的功率路徑可以與所述第二開關單元q2和所述第二次級繞組w2形成的功率路徑至少部分重疊，從而可以進一步減少變壓器的漏感。另外，本領域技術人員容易理解的是，當所述第一開關單元q1或者所述第二開關單元q2其中之一的至少部分位于至少一所述初級布線層的初級繞組w3的投影內(nèi)時，同樣屬于本公開的保護范圍。

參考圖9中所示，在本示例實施方式中，可以是所述初級繞組w3、所述第一次級繞組w1及所述第二次級繞組w2均為pcb繞組，且所述第一開關單元q1形成在所述初級繞組w3和所述第一次級繞組w1之間，所述第二開關單元q2形成在所述初級繞組w3和所述第二次級繞組w2之間。本示例實施方式中，所述初級繞組w3、所述第一次級繞組w1及所述第二次級繞組w2可以布置于同一塊pcb板內(nèi)。

在本公開的另一示例實施方式中，也可以是所述初級繞組w3、所述第一次級繞組w1及所述第二次級繞組w2分別布置于不同pcb板內(nèi)，且所述第一開關單元q1形成在所述初級繞組w3和所述第一次級繞組w1之間，所述第二開關單元q2形成在所述初級繞組w3和所述第二次級繞組w2之間。其中，所述第一次級繞組w1及所述第二次級繞組w2布置于同一塊pcb板內(nèi)，而初級繞組w3在該pcb板的上下兩側。

參考圖10中所示，在本公開的其他示例實施方式中，所述初級繞組w3也可以為餅式繞組并分為至少兩層，所述第一次級繞組w1及所述第二次級繞組w2為pcb繞組，且所述第一開關單元q1形成在所述餅式繞組和所述第一次級繞組w1之間，所述第二開關單元q2形成在所述餅式繞組和所述第二次級繞組w2之間。餅式繞組具有散熱性能好，機械強度高以及適用范圍大等優(yōu)點。由上可知，上述變壓器單元并不局限于本示例實施方式中所列舉的實現(xiàn)方式，也可以通過其他各種可行的方式實現(xiàn)。

本示例實施方式中，上述的第一開關單元q1以及第二開關單元q2可以為mosfet(金屬氧化物半導體場效應管)開關，也可以是二極管開關、可控硅開關、igbt(insulatedgatebipolartransistor，絕緣柵雙極型晶體管)開關等。上述第一過孔c和第二過孔d可以采用常規(guī)的pcb (printedcircuitboard印刷電路板)鉆孔和電鍍工藝方式，也可以先通過激光打孔，然后再電鍍的工藝方式；先通過激光打孔，然后再電鍍的工藝方式對孔徑的要求不高，可以在有限尺寸內(nèi)制作更多的過孔，因此在高頻應用中，更有利于高頻電流的均勻分布。此外，如圖11a以及圖11b所述，上述第一過孔c和第二過孔d的兩端還可以連接電容單元，或者電感和電容的串聯(lián)單元等其他元件，進而可以實現(xiàn)濾波或者穩(wěn)壓等其他所需要的功能。

如圖12a所示進一步的，本公開實施例中還提供了一種電源轉(zhuǎn)換電路。該電源轉(zhuǎn)換電路可以包括一初級側開關單元、至少一如上述任一示例性實施例中所述的變壓器單元以及一負載。其中，初級側開關單元可以用于接收一輸入電壓vin以輸出一第一輸出電壓vout1，所述初級側開關單元可以包括mosfet開關、二極管開關、可控硅開關、igbt開關等。各所述變壓器單元具有位于初級側的一輸入端及位于次級側的一輸出端；所述輸入端可以用于接收所述第一輸出電壓vout1，所述輸出端可以用于輸出一第二輸出電壓vout2，通過調(diào)整初級繞組以及次級繞組的匝數(shù)比，可以實現(xiàn)不同大小的第二輸出電壓vout2。所述負載接收所述第二輸出電壓vout2。

在一些的應用場合，為了滿足設計需求，通常需要多個變壓器單元組合使用。多個變壓器單元的輸入端之間可以互相并聯(lián)連接來實現(xiàn)，也可以互相串聯(lián)連接來實現(xiàn)。同樣的，多個變壓器單元的輸出端之間可以互相串聯(lián)連接來實現(xiàn)，也可以互相并聯(lián)連接來實現(xiàn)。例如，如圖12b或圖12d所示，電源轉(zhuǎn)換電路中的變壓器模組可以包括復數(shù)個所述變壓器單元，并且所述復數(shù)個變壓器單元的輸入端之間串聯(lián)連接；或者，如圖12c或圖12e所示，電源轉(zhuǎn)換電路中的變壓器模組可以包括復數(shù)個所述變壓器單元并且所述復數(shù)個變壓器單元的輸入端之間并聯(lián)連接。此外，如圖12b或圖12c所示，電源轉(zhuǎn)換電路中的變壓器模組可以包括復數(shù)個所述變壓器單元，并且所述復數(shù)個變壓器單元的輸出端之間并聯(lián)連接；或者，如圖12d或圖12e所示，電源轉(zhuǎn)換電路中的變壓器模組可以包括復數(shù)個所述變壓器單元，并且所述復數(shù)個變壓器單元的輸出端之間串聯(lián)連接，本示例實施方式中對此不做特殊限定。

在多個變壓器單元組合使用時，多個變壓器單元在排布結構上可以根據(jù)使用環(huán)境的不同選擇不同的排布方式。例如，在對高度要求不高的情況下可以選擇堆疊方式排布，如圖13所示，5個變壓器單元1300在垂直方向上以堆疊方式排布。本公開的其他示例實施方式中，也可以是變壓器單元分為多組，至少一組包括兩個以上以堆疊方式排布的變壓器單元。例如，可以將圖13中的5個變壓器單元1300分成兩組，其中一組是三個變壓器單元1300堆疊排布，另一組是兩個變壓器單元1300堆疊，這兩組變壓器單元均設置在一個pcb板內(nèi)等。又例如，為降低多個變壓器單元的整體高度，多個變壓器單元也可以采用平面方式排布，即在一個平面載板內(nèi)有多個變壓器單元分布。例如，如圖14所示，四個變壓器單元1400分布在同一塊載板上。此外，在本公開的其他示例性實施例中，也可能是部分所述變壓器單元以堆疊方式排布，部分所述變壓器單元以平面方式排布等，本示例實施方式中對此不做特殊限定。

綜上所述，本公開的示例實施方式所提供的變壓器單元，將次級側的兩個次級繞組分別設置在相鄰的兩個布線層上，并且使兩個次級繞組之間的第一過孔和/或兩個開關單元之間的第二過孔部分或全部在初級繞組的投影區(qū)內(nèi)。同時使得第一次級繞組和第一開關單元形成的功率路徑和/或第二次級繞組和第二開關單元形成的功率路徑投影部分或全部重疊，或，部分或全部在初級繞組的投影區(qū)內(nèi)。這樣，第一過孔和第二過孔均可以不用穿過初級繞組，因此，既可以減小交流回路的阻抗，又不會影響初級初級繞組的損耗。相對于相關技術中的解決方案，可以進一步減小繞阻損耗，為高頻變換電路提供了一個高效的變壓器優(yōu)化設計方案。

本公開已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本公開的范例。必需指出的是，已揭露的實施例并未限制本公開的范圍。相反地，在不脫離本公開的精神和范圍內(nèi)所作的更動與潤飾，均屬本公開的專利保護范圍。