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CN1363940A - 无磁芯超薄pcb式变压器和利用该变压器的电池充电器 - Google Patents

无磁芯超薄pcb式变压器和利用该变压器的电池充电器 Download PDF

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CN1363940A
CN1363940A CN01145309A CN01145309A CN1363940A CN 1363940 A CN1363940 A CN 1363940A CN 01145309 A CN01145309 A CN 01145309A CN 01145309 A CN01145309 A CN 01145309A CN 1363940 A CN1363940 A CN 1363940A
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朴书永
朴尚圭
崔柄朝
车宪宁
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Samsung Electronics Co Ltd
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Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

通过不利用磁芯将绕组安装在通用的PCB(印刷电路板)上制造超薄PCB式变压器。利用该PCB式变压器的无触点式电池充电器包括:一转换器,用于将电源电压转换为高频方波,然后将已转换的高频方波施加到PCB式变压器的一次绕组;以及一充电器,用于将电动势转换为直流电压,再将已转换的直流电压施加到所述充电电路,由在PCB式变压器的一次绕组引起的方波产生的磁场波动在PCB式变压器的二次绕组中感应该电动势。该无触点式电池充电器可应用于便携式信息通信和计算装置,例如移动电话、个人数字助理装置(PDA)、掌上计算机、因特网电话等。

Description

无磁芯超薄PCB式变压器和利用该变压器的电池充电器
                        技术领域
本发明涉及一种电池充电器，更具体地说，涉及一种无触点式电池充电器。
                        背景技术
一些便携式智能通信和计算装置例如移动电话、个人数字助理装置(PDA)、掌上计算机、因特网电话等，它们都包含可充电电池，通常都需一电池充电器，这是由于使用可充电电池作为能源，而可充电电池被消耗，故必须重新充电或替换。
在近来进入市场的台式和便携式电池充电器中，在电池和电池充电器电接触的情况下利用带触点的充电方法。然而，触点式电池充电器存在必须解决的严重问题。
首先，应解决是例如电池欠充电和电池老化导致的缩短电池寿命的问题。其次，通信装置暴露于湿气和灰尘而恶化了系统的性能。第三，通信装置可能由于外部露出的充电金属端子与使用者的衣服接触所产生的静电而失效，由此降低了装置的可靠性。
为了解决这些问题，已研究了一种无触点式充电方法，利用磁耦合而无电接触向电池充电。在结合便携式通信装置利用电池充电器的情况下，使用常规的利用磁芯的变压器作为磁耦合介质。在这种情况下，按有磁芯制造的变压器二次侧通常安装在便携式信息装置内部，这就增加了便携式信息装置的尺寸并对该装置的形状提出限制。此外，该装置的机械强度由于增加了电池的尺寸和重量而受到损害。
                          发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种新颖的变压器，其不利用磁芯，由此避免了降低移动终端尺寸时遇到的困难。
本发明的另一个目的是提供一种利用新颖的变压器的无触点式电池充电器。
根据本发明的一个实施例，为了达到上述目的，提供一种PCB(印刷电路板)变压器，其包括：第一PCB，其上具有一次绕组；以及第二PCB，其上具有二次绕组，沿竖直方向配置在距第一PCB一预定距离内并与第一PCB平行。
根据本发明的另一个实施例，为了达到上述目的，提供一种无触点式电池充电器，其包括：具有PCB式变压器的一次侧的转换器(converter)，用于将电源电压转换为高频方波，然后将已转换的高频方波施加到PCB式变压器的一次侧；以及一充电器，包括PCB式变压器的二次侧，并具有充电电路，用于将输入电压转换为低电压并将已转换的电压提供到电池，其中充电器将电动势转换为直流电压，再将已转换的直流电压施加到充电电路，由在PCB式变压器的一次侧感应的方波产生的磁场波动(magnetic wave)在PCB式变压器的绕组感应该电动势。
                            附图说明
根据结合附图的对本发明的一个示范性的实施例如下的详细介绍，使本发明的上述和其它目的、特点和优点将变得更明显，其中：
图1是表示根据本发明的一个实施例的PCB式变压器的结构的透视图；
图2是利用图1所示PCB式变压器的用于移动电话的无触点式电池充电器的侧视图；
图3是表示图1所示PCB式变压器的二次侧的透视图，该PCB式变压器安装在电池组件(pack)的表面上；
图4是表示根据本发明的一个实施例的用于移动电话的无触点式电池充电器结构的示意线路图；
图5是表示根据本发明的另一个实施例的用于移动电话的无触点式电池充电器电路的详细电路图。
                           具体实施方式
下面将参照附图详细介绍一个优选实施例。在附图中对于标注各组成部分的标号应理解为，既使在不同的附图中，用相似的标号标注相似的组成部分。在如下的介绍中，虽然列出了特定的部件例如详细的电路装置的数量，但对于本技术领域的技术人员来说，很明显，提供这些特定的部件仅用于完整理解本发明，不用这些特定的部件也可以实现本发明。此外，在介绍本发明时，已经略去了关于公知的功能和结构的详细介绍，因为它们可能妨碍对本发明的该方面的理解。
本发明涉及一种用于通过利用PCB式变压器实现无触点的对电池充电的方法，在该PCB式变压器中，PCB式变压器绕组安装在公用的PCB电路上；本发明还涉及一种无触点式电池充电器的电路结构。
图1是表示根据本发明的一个实施例的PCB式变压器的结构的透视图。
如图1中所示，PCB式变压器72具有一对分别安装在PCB电路上的绕组，包括一次侧76和二次侧78。一次侧76和二次侧78彼此平行配置，沿竖直方向具有一定距离，使得一次侧76和二次侧78磁耦合，由此能够实现无触点式充电。一次侧76包括绕组74，二次侧76包括绕组80。如图所示，绕组74和绕组80从中心沿径向向外扩展。
PCB式变压器72的最主要的优点是可以作为低外形轮廓的装置制造，其中可以根据应用装置改变PCB式变压器的尺寸和形状。此外，由于PCB式变压器72不使用磁化线圈，制造成本低廉，机械强度十分高。如果利用柔性的PCB来制造，还可以降低PCB式变压器72的重量和高度。
图2是利用图1所示PCB式变压器的用于移动电话的无触点式电池充电器的侧视图。
转换器100将通常的电源电压转换为适合于作用于(actuting)PCB式变压器72的方波。图1中所示的PCB式变压器72的一次侧76安装在转换器100的上侧。
图1中所示的PCB式变压器72的二次侧78安装在电池组件300的表面上，而电池组件300安装在移动电话200中。此外，以紧凑的尺寸制造用于对电池充电和控制所需的电路并安装在电池组件300中。
移动电话200安放在转换器100的上侧，电池组件300方向朝下，以便在电池组件300处开始无触点式充电。通过触点140和触点340实现充电。
这种充电方法能够进行无触点式充电，不受现行使用的移动电话或电池组件形状和尺寸的影响。这种充电方法可以应用于便携式信息通信和计算装置，例如个人数字助理装置(PDA)、掌上计算机、因特网电话以及移动电话。
图3是表示图1所示PCB式变压器72的二次侧78的透视图，该PCB式变压器安装在电池组件300的表面上。图4是表示根据本发明的一个实施例的用于移动电话200的无触点式电池充电器结构的示意线路图。
参照图4，该无触点式充电器包括：包括PCB式变压器72的一次侧76的转换器100，和PCB式变压器72的二次侧78的充电器301。
PCB式变压器72的二次侧78安装在电池组件300的表面上，一与充电器301相关的电路安装在电池组件300的内部。充电器301用虚线表示。
转换器100包括：二极管D1到D4、输出电容C1、逆变器110以及PCB式变压器72的一次侧76。
电源电压Vs施加到转换器100，经过包括二极管D1到D4和输出电容C1的整流电路转换为直流，然后施加到逆变器110。将施加到逆变器110的直流转换为高频方波，然后施加到PCB式变压器72的一次侧76。
施加到PCB式变压器72的一次侧76的方波产生磁场，其在PCB式变压器72的二次侧78上感应电动势。在PCB式变压器72的二次侧78上感应的电动势经过由二极管D5到D8和输出电容C2的整流电路转换为直流电压，然后施加到充电电路320。
充电电路320将输入电压转换为较低电压，并将其施加到锂离子电池BAT。控制和监测电路360检测电池BAT的电压或电流信号，并根据检测的信号产生适当的信号，提供到充电电路320。此外，控制和监测电路360检测电池BAT的电压，以检查电池BAT的充电和放电状态及向外部发送关于电池状态的信息。电池BAT向终端200供电。
图5是表示根据本发明的另一个实施例的用于移动电话的无触点式电池充电器的逆变器110电路的详细电路图。在这一个实施例中，逆变器110由半波桥式串联谐振式逆变器构成。标号C3和C4代表用于平分输入电压的电容，标号Q1和Q2代表MOS型场效应晶体管开关。标号T1代表通常的利用磁芯的降压变压器，标号T2代表根据本发明的该实施例的PCB式变压器。
由电容C3和C4对施加到电容C1两端的电压进行平分，利用开关Q1和Q2的切换作用将其转换为方波，然后经过电容C5施加到降压变压器T1的一次侧。这里，电容C5截断直流分量，降压变压器T1降低了施加到PCB式变压器T2一次侧的方波的量值。
电容C6是一个谐振电容，其与PCB式变压器T2的漏感相关联，构成一串联谐振电路。在PCB式变压器T2二次侧上感应的电压经过整流电路的二极管D5到D8施加到充电电路320。逆变器110采用可以有效地弥补与PCB式变压器T2相关联的缺点的电路，原因如下：
首先，该降压变压器防止当PCB式变压器T2利用磁感应时的电路的低效率，该磁感应与通常的变压器相比较很小。因此，如果不使用降压变压器T1，磁化电流过分增加，其降低了逆变器的效率。
其次，PCB式变压器T2具有与通常的变压器相比较相对大的漏感。因此，逆变器利用PCB式变压器T2的漏感作为谐振电感，故提高了电路的效率。
虽然在以上的说明书部分中参照本发明的详细实施例对本发明进行了介绍，但是很明显，在不脱离本发明的构思的情况下可以进行各种改进。因此，本发明的范围不是由上述实施例限制的，而是由如下的权利要求及其等效物中限定的。

Claims (23)

1.一种印刷电路板(PCB)式变压器，用于在向便携式电子装置充电的电池充电器中，该变压器包括：第一PCB，其上具有一次绕组；以及第二PCB，其上具有二次绕组，并沿竖直方向位于在距第一PCB一预定距离的平行平面内，因此第一PCB与第二PCB不相接触。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板式变压器，其中第一PCB包括PCB式变压器一次侧，以及其中第二PCB包括PCB式变压器二次侧。
3.根据权利要求1所述的印刷电路板式变压器，其中一次绕组和二次绕组从每个PCB的表面的中心沿径向扩展。
4.根据权利要求所述2的印刷电路板式变压器，其中一次绕组和二次绕组从每个PCB的表面的中心沿径向扩展。
5.一种无触点式电池充电器，其包括：
一种印刷电路板式变压器，包括：第一PCB，其上具有一次绕组；以及第二PCB，其上具有二次绕组；
转换器，包括第一PCB，用于将电源电压转换为高频方波，然后将已转换的高频方波施加到PCB式变压器的一次绕组；以及
一充电器，具有充电电路，用于将输入电压转换为低电压并将已转换的电压提供到电池，并包括PCB式变压器的第二PCB，其中充电器将电动势转换为直流电压，再将已转换的直流电压施加到所述充电电路，由在PCB式变压器的第一PCB的绕组引起的方波产生的磁场波动在PCB式变压器的第二PCB的绕组感应该电动势。
6.根据权利要求5所述的无触点式电池充电器，其中所述充电器装设在电池组件内部。
7.根据权利要求6所述的无触点式电池充电器，其中所述第二PCB装设在所述电池组件的内表面上。
8.根据权利要求6所述的无触点式电池充电器，其中所述电池组件装设在移动电话中，作为工作电源向内部电池提供电压。
9.根据权利要求5所述的无触点式电池充电器，其中所述转换器包括：整流电路，用于对电源电压进行整流以转换为直流电压；以及逆变器，用于将直流电压转换为高频方波，并将所转换的高频方波施加到PCB式变压器的第一PCB的一次绕组。
10.根据权利要求9所述的无触点式电池充电器，其中所述整流电路包括：连接到电源电压输入端的二极管整流器，以及连接在所述二极管整流器和所述逆变器之间的输出电容。
11.根据权利要求9所述的无触点式电池充电器，，其中所述转换器还包括半波桥式串联谐振式逆变器。
12.根据权利要求9所述的无触点式电池充电器，其中所述逆变器具有：用于平分输入电压的两个电容；用于按照切换操作将所平分的电压转换为方波的两个开关；以及一利用磁芯的降压变压器，用于降低施加到PCB式变压器一次绕组的方波的量值。
13.根据权利要求12所述的无触点式电池充电器，其中每个所述开关是MOS型场效应晶体管开关。
14.根据权利要求12所述的无触点式电池充电器，还包括用于截断在所述开关和所述降压变压器一次侧的连接点之间的直流分量。
15.根据权利要求14所述的无触点式电池充电器，还包括连接在所述降压变压器二次侧和所述降压变压器一次侧之间的谐振电容，其与PCB式变压器的漏感相配合形成一串联谐振电路。
16.根据权利要求5所述的无触点式电池充电器，还包括控制和监测电路，用于检测电池的电压或电流信号，并根据检测的信号产生提供到所述充电电路的控制信号。
17.根据权利要求16所述的无触点式电池充电器，所述控制和监测电路检测电池的电压，以检查电池的充电和放电状态，及向通信终端发送关于电池状态的信息，由所述电池向通信终端提供工作电源。
18.根据权利要求17所述的无触点式电池充电器，所述通信终端是移动电话。
19.根据权利要求5所述的无触点式电池充电器，还包括控制和监测电路，用于检测电池的电压，以检查所述电池的充电和放电状态，并向通信终端发送关于电池状态的信息，由所述电池向通信终端提供工作电源。
20.根据权利要求19所述的无触点式电池充电器，所述通信终端是移动电话。
21.根据权利要求5所述的无触点式电池充电器，其中所述电池是锂离子电池。
22.根据权利要求5所述的无触点式电池充电器，其中所述一次绕组从第一PCB的表面的中心沿径向扩展，所述二次绕组从第二PCB的表面的中心沿径向扩展，其中第二PCB沿竖直方向与第一PCB平行隔开。
23.一种无触点式电池充电器，其包括：
一PCB式变压器，包括其上具有从PCB式变压器一次侧的中心沿径向扩展的一次绕组的一次侧：
第一整流器电路，用于将所施加的电源电压转换为直流电压；以及逆变器，用于直流电压转换为方波，将所转换的方波施加到PCB式变压器一次侧；
充电器，具有PCB式变压器二次侧，该二次侧具有从PCB式变压器二次侧的中心沿径向扩展的二次绕组；该一次侧与PCB式变压器二次侧沿竖直方向平行隔开一定距离；以及
第二整流器电路，用于将电动势转换为直流电压，再将已转换的直流电压施加到所述充电电路，由在PCB式变压器的一次侧引起的方波产生的磁场波动在PCB式变压器的二次侧的绕组感应该电动势，该充电器还具有充电电路，用于将来自第二整流器电路的输入电压转换为较低的电压，再将所转换的电压提供到电池。
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