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TWI879226B - 平板型磁性元件 - Google Patents

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TWI879226B
TWI879226B TW112143640A TW112143640A TWI879226B TW I879226 B TWI879226 B TW I879226B TW 112143640 A TW112143640 A TW 112143640A TW 112143640 A TW112143640 A TW 112143640A TW I879226 B TWI879226 B TW I879226B
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inductor
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TW112143640A
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邱奕勳
張溢盛
賴建安
朱家葦
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台達電子工業股份有限公司
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Abstract

一種平板型磁性元件係配置於諧振轉換器的電路板，諧振轉換器包括初級側電路與次級側電路，且平板型磁性元件包括電感走線、電感鐵芯及比流器走線。電感走線配置於初級側電路，且形成於電路板的其中一層板，以作為耦接初級側電路的諧振電感。電感鐵芯包括鐵芯柱，鐵芯柱貫穿電路板的穿孔，且電感走線環繞於穿孔。比流器走線形成於電路板的另一層板，且作為耦合諧振電感的比流器線圈。比流器走線環繞於穿孔，以形成共用電感鐵芯的共鐵芯結構。

Description

平板型磁性元件
本發明係有關一種平板型磁性元件，尤指一種整合比流器的平板型磁性元件。
隨著資訊產業的快速發展，電源供應器已扮演著不可或缺的角色。資訊和家用電器的輸入電壓分為交流電壓和直流電壓，且電源供應器一般可分為兩個級別。一般前級通常為AC/DC轉換器、功率因數校正器或DC/DC轉換器，且後級通常為諧振轉換器。諧振轉換器是一種直流對直流的電源轉換器，其具有初級側開關零電壓導通(turn on)，次級側整流開關零電流關閉(turn off)，故相比其它轉換器具有輸出功率高、轉換效率高等優點。進一步於次級側搭配採用整流開關，更易於實現高效率、高功率密度的性能。
其中，諧振轉換器通常包括諧振電感與變壓器等磁性元件，這些磁性元件通常是由線圈、繞線架和鐵芯所組成。由於線圈須由銅線繞製於繞線架數十圈以上而形成，然後再使用鐵芯套設繞線而形成閉合磁路。因此，諧振電感與變壓器通常具有體積龐大的致命缺點，無法有效地縮小諧振轉換器的體積，造成電源供應器體積龐大，功率密度不佳的問題。
另外一方面，如圖1所示為習知的比流器耦接諧振轉換器的電路方塊圖。傳統的電流偵測是在初級側路徑串上一個比流器5(Current transformer,CT)，且比流器5包括比流器初級側線圈5A與比流器次級側線圈5B。比流器5通常需要將比流器初級側線圈5A與比流器次級側線圈5B繞至於比流器鐵芯上來進行電流的偵測，因此通常需要較大的空間與安規距離才能滿足設計的需求。因此，同樣無法有效地縮小諧振轉換器的體積，造成電源供應器體積龐大，功率密度不佳的問題。
所以，如何設計出一種平板型磁性元件來替代諧振轉換器中，傳統式的磁性元件，且將比流器線圈整合於平板型磁性元件中，以大幅縮小諧振轉換器的體積，乃為本案創作人所欲行研究的一大課題。
為了解決上述問題，本揭露係提供一種平板型磁性元件，以克服習知技術的問題。因此，本揭露的平板型磁性元件係配置於諧振轉換器的電路板，諧振轉換器包括初級側電路與次級側電路，且平板型磁性元件包括電感走線、電感鐵芯及比流器走線。電感走線配置於初級側電路，且形成於電路板的其中一層板，以作為耦接初級側電路的諧振電感。電感鐵芯包括鐵芯柱，鐵芯柱貫穿電路板的穿孔，且電感走線環繞於穿孔。比流器走線形成於電路板的另一層板，且作為耦合諧振電感的比流器線圈。其中，比流器走線環繞於穿孔，以形成共用電感鐵芯的共鐵芯結構。
為了解決上述問題，本揭露係提供一種平板型磁性元件，以克服習知技術的問題。因此，本揭露的平板型磁性元件係配置於諧振轉換器的電路板， 諧振轉換器包括初級側電路與次級側電路，且平板型磁性元件包括初級側走線、次級側走線、鐵芯及比流器走線。初級側走線形成於電路板的其中一層板，且作為耦接初級側電路的初級側線圈。次級側走線形成於電路板的另一層板，且作為耦接次級側電路的次級側線圈。鐵芯包括第一鐵芯柱與第二鐵芯柱，第一鐵芯柱與第二鐵芯柱分別貫穿電路板的第一穿孔與第二穿孔，且初級側走線與次級側走線環繞於第一穿孔與第二穿孔。比流器走線形成於電路板的另一層板，且作為耦合次級側線圈的比流器線圈。其中，比流器走線環繞於第一穿孔或第二穿孔，以形成共用鐵芯的共鐵芯結構。
本揭露之主要目的及功效在於，由於本揭露的諧振轉換器使用平板型磁性元件的結構，且將比流器線圈平面化而整合於平板型磁性元件之中，因此可達成可以省略比流器的比流器初級側線圈與比流器鐵芯，降低比流器所造成的接觸阻抗，增加效率及提升功率密度之功效。
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
100:諧振轉換器
CB1:電路板
OUT_P1:連接端子
PE:平板型磁性元件
C1:鐵芯
C12:第一鐵芯柱
H1:第一穿孔
C14:第二鐵芯柱
H2:第二穿孔
C_L:電感鐵芯
C_LC:鐵芯柱
H3:穿孔
1A:初級側電路
SA1_M、SA1_N:開關橋臂
Q1~Q4:功率開關
Lr:諧振電感
Lc:電感線圈
Tl:電感走線
Cr:諧振電容
2A:變壓器
22A:初級側線圈
Tp1:初級側走線
24A:次級側線圈
24A-1:第一線圈
24A-2:第二線圈
Ts1:次級側走線
Ts1_1:第一走線
Ts1_2:第二走線
3A:次級側電路
32:整流電路
SR1、SR2:整流開關
4A:控制器
5:比流器
5A:比流器初級側線圈
5B:比流器次級側線圈
52A、52B:比流器線圈
Rs:偵測電阻
Tca、Tcb:比流器走線
Tcb1:第一比流器走線
Tcb2:第二比流器走線
via:過孔
200:前級電路
300:負載
400:電流偵測電路
V_DC:直流電源
V_M:主電源
Vc:跨壓
I1:第一電流
I2:第二電流
Ia:感測電流
圖1為習知的比流器耦接諧振轉換器的電路方塊圖；圖2A為本揭露的諧振轉換器的電路方塊圖；圖2B為本揭露的比流器線圈耦接次級側線圈的電路結構示意圖；圖3A為本揭露的諧振轉換器的立體電路結構分解圖； 圖3B為本揭露的諧振轉換器的立體電路結構組合圖；圖4A~4L為本揭露的平板型磁性元件的線圈於電路板各層的走線示意圖；及圖5A~5C為本揭露的平板型磁性元件的線圈於電路板各層的走線的附加實施例的示意圖。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：
請參閱圖2A為本揭露的諧振轉換器的電路方塊圖，復配合參閱圖1。諧振轉換器100可耦接前級電路200與負載300，且前級電路200可以為交流/直流轉換器、功率因數校正器、直流源等直流電源供應者。諧振轉換器100包括初級側電路1A、至少一組變壓器2A(本實施例以二組示意)、至少一組次級側電路3A(本實施例以一組示意)及控制器4A，且變壓器2A包括初級側線圈22A與次級側線圈24A。以圖1為例，初級側電路1A為全橋架構。初級側電路1A包括二組開關橋臂SA1_M、SA1_N與一組諧振槽(即諧振電感Lr與諧振電容Cr)，且開關橋臂SA1_M、SA1_N分別包括二個串接的功率開關(Q1~Q4)。次級側電路3A包括二組整流電路32，且整流電路32分別包括二個整流開關(SR1、SR2)。二組變壓器2A的次級側線圈24A分別包括第一線圈24A-1與第二線圈24A-2，且第一線圈24A-1與第二線圈24A-2為中心抽頭式的線圈。諧振轉換器100可通過控制器4A控制整流開關(SR1、SR2)的導通/關斷，使第一線圈24A-1與第二線圈24A-2分別耦合初級側線圈22A。
一般而言，控制器4A通過控制開關橋臂SA1_M、SA1_N與整流電路32的整流開關(SR1、SR2)來使諧振槽、變壓器2A儲能/釋能，以通過諧振槽、變壓器2A的儲能/釋能而將諧振轉換器100所接收的直流電源V_DC轉換為主電源V_M。由於在同一時間，整流開關SR1、SR2僅有一者動作。因此，當整流開關SR1導通時，第一線圈24A-1與整流開關SR1形成電流迴路，且第一線圈24A-1流過第一電流I1。當整流開關SR2導通時，第二線圈24A-2與整流開關SR2形成電流迴路，且第二線圈24A-2流過第二電流I2。值得一提，於一實施例中，初級側電路1A與次級側電路3A的電路結構僅為示意性的範例，舉凡可構成諧振轉換器100架構的初級側電路1A(例如但不限於，半橋式結構、一組諧振槽等)與次級側電路3A(例如但不限於，半橋式整流電路、單組整流電路等)，皆應包含在本實施例之範疇當中。此外，於一實施例中，變壓器2A可以如圖1所示的為2個，但不以此為限，其可以由一組以上的變壓器2A實施。意即，當變壓器2A的數量為1時，諧振轉換器100僅包括一組初級側線圈22A、第一線圈24A-1及第二線圈24A-2，依此類推。
復參閱圖2A，本揭露的諧振轉換器100更包括比流器線圈(52A、52B)。相較於圖1習知技術的比流器5包括比流器初級側線圈5A與比流器次級側線圈5B而言，本揭露由於比流器初級側線圈5A整合於諧振電感Lr與次級側線圈24A中，因此本揭露未有比流器初級側線圈5A。而且，比流器線圈(52A、52B)作為比流器次級側線圈5B之用，用於感測流過諧振電感Lr與次級側線圈24A的電流。另外一方面，圖2A的比流器線圈(52A、52B)可耦接例如但不限於，電流偵測電路(圖未示)。電流偵測電路(圖未示)可根據比流器線圈(52A、52B)所 感測的電流而相應地產生電壓訊號，以將電壓訊號提供至控制器4A，使控制器4A可通過電壓訊號的計算而得知流過諧振電感Lr與變壓器2A的電流大小。
請參閱圖2B為本揭露的比流器線圈耦接次級側線圈的電路結構示意圖，復配合參閱圖2A。比流器線圈52B的一端耦接第一線圈24A-1或第二線圈24A-2的一端，且比流器線圈52B的另一端耦接偵測電阻Rs。因此，比流器線圈52B與偵測電阻Rs係並聯於第一線圈24A-1或第二線圈24A-2。為方便說明，在此區分流過整流開關SR1、SR2的次級側電流分別為第一電流I1、第二電流I2。當比流器線圈52B耦接第一線圈24A-1，且第一電流I1流過第一線圈24A-1時，比流器線圈52B感應感測電流Ia。感測電流Ia流經偵測電阻Rs可使得偵測電阻Rs上產生跨壓Vc，且後端耦接的電流偵測電路(圖未示)可根據此跨壓Vc產生電壓訊號。進一步而言，由於第一線圈24A-1二端的電壓與比流器線圈52B、偵測電阻Rs二端的電壓會相等，且第一電流I1與感測電流Ia具有對應關係，因此控制器4A可通過跨壓Vc的計算而得知第一電流I1的大小。另外一方面，當比流器線圈52B耦接第二線圈24A-2的操作相似於第一線圈24A-1，在此不再加以贅述。由於比流器線圈52B僅用於感測分流電流Ia，其電流值不宜過大。因此，偵測電阻Rs的阻值不宜過小，可配置例如但不限於，10k以上阻值的電阻為較佳。
請參閱圖3A為本揭露的諧振轉換器的立體電路結構分解圖、圖3B為本揭露的諧振轉換器的立體電路結構組合圖，復配合參閱圖2A。諧振轉換器100配置於電路板CB1，且開關橋臂SA1_M、SA1_N、控制器4A所配置的位置如圖3A所示。其中，諧振電感Lr與(至少一個)變壓器2A形成平板型磁性元件PE。具體地，諧振電感Lr的電感線圈Lc與變壓器2A的初級側線圈22A 與次級側線圈24A皆為平面化(planar)結構，且形成於電路板CB1上。鐵芯C1通過直接地套設於電路板CB1的初級側線圈22A與次級側線圈24A上而形成(至少一個)變壓器2A，且電感鐵芯C_L通過直接地套設於電路板CB1的電感線圈Lc上而形成諧振電感Lr。
因此，本揭露的諧振轉換器100結構主要係將諧振電感Lr的電感線圈Lc與變壓器2A的初級側線圈22A與次級側線圈24A形成於電路板CB1上，而使得平板型磁性元件PE能夠平面化(planar)，以大幅度的提高諧振轉換器100的空間利用率而達到高功率密度需求。並且，諧振轉換器100也因使用平板型磁性元件PE而具有體積小的特性，相對的可大幅提高諧振轉換器100的操作頻率，因此開關橋臂SA1_M、SA1_N與整流電路32的功率開關可使用寬能隙(WBG)等第三代半導體元件作為主要功率開關，使諧振轉換器100具有更高的效率、顯著縮減功率開關尺寸、更輕盈和改善散熱性能等優越性。
另外一方面，本揭露的比流器線圈(52A、52B)也為平面化(planar)結構，且形成於電路板CB1上。比流器線圈52A形成於電感線圈Lc附近而可通過耦合的方式感應流過電感線圈Lc的電流，且比流器線圈52A再利用與電感線圈Lc共用電感鐵芯C_L的共鐵芯結構而形成用以感測初級側電流的比流器。同理，比流器線圈52B形成於次級側線圈24A附近而可通過耦合的方式感應流過次級側線圈24A的電流，且比流器線圈52B再利用與次級側線圈24A共用鐵芯C1的共鐵芯結構而形成用以感測次級側電流的比流器。因此，通過上述的共鐵芯結構，可大幅縮小諧振轉換器100的電路體積，且大幅度的提高諧振轉換器100的空間利用率而達到高功率密度需求。
請參閱圖4A~4L為本揭露的平板型磁性元件的線圈於電路板各層的走線示意圖，復配合參閱圖2A~3B。電路板CB1為多層板(在此以12層板為例，但不以此為限)，圖4A為頂層板，且圖4L為底層板。其中，電感走線Tl作為電感線圈Lc，且初級側走線Tp1作為初級側線圈22A。複數條電感走線Tl與複數條初級側走線Tp1分別形成於圖4B、4E、4H、4K的層板(即稱之為初級層板)。具體而言，電感走線Tl可分別通過各個初級層板的聯通(例如使用過孔via)而使電感走線Tl串接在一起，以作為電感線圈Lc。同樣的，初級側走線Tp1可分別通過各個初級層板的聯通(例如使用過孔via)而使初級側走線Tp1串接在一起，以作為耦接初級側電路1A的初級側線圈22A。
複數條次級側走線Ts1作為次級側線圈24A，且形成於圖4A、4C~4D、4F~4G、4I~4J、4L的層板(即稱之為次級層板)。具體而言，次級側走線Ts1可分別通過各個次級層板的聯通(例如使用過孔via)而使次級側走線Ts1串接在一起，以作為耦接次級側電路3A的次級側線圈24A。配合參閱圖3A~3B，鐵芯C1包括第一鐵芯柱C12與第二鐵芯柱C14。第一鐵芯柱C12貫穿電路板CB1的第一穿孔H1，且第二鐵芯柱C14貫穿電路板CB1的第二穿孔H2。各初級層板的初級側走線Tp1環繞於第一穿孔H1與第二穿孔H2，且各次級層板的次級側走線Ts1同樣環繞於第一穿孔H1與第二穿孔H2，以使鐵芯C1套設於初級側走線Tp1與次級側走線Ts1後，可形成閉合磁路而構成變壓器2A。同理，電感鐵芯C_L包括鐵芯柱C_LC。鐵芯柱C_LC貫穿電路板CB1的穿孔H3，且各初級層板的電感走線Tl環繞於穿孔H3，以使電感鐵芯C_L套設於電感走線Tl後，可形成閉合磁路而構成諧振電感Lr。值得一提，於一實施例中，各層板 所形成的走線的材質可以為銅箔，但並不排除可以使用易於導電的其他金屬箔(例如但不限於，金、銀等)。
於圖4B、4E、4H、4K中，初級側走線Tp1以第一方向D1(順時針方向/逆時針方向)環繞於第一穿孔H1，且以與第一方向D1相反的第二方向D2(逆時針方向/順時針方向)環繞於第二穿孔H2，以形成∞字走線。意即，當初級側走線Tp1以順時針方向環繞於第一穿孔H1時，則會以逆時針方向環繞於第二穿孔H2。反之，當初級側走線Tp1以逆時針方向環繞於第一穿孔H1時，則會以順時針方向環繞於第二穿孔H2。其中，在相鄰的初級層板(例如但不限於，圖4B與圖4E)，其初級側走線Tp1的環繞方向會相同(所指的為初級側電流的流動方向)。舉例而言，在圖4B，且以第一整流開關SR1導通的狀況為例，初級側走線Tp1以順時針方向(第一方向D1)由第一穿孔H1出發，且以逆時針方向(第二方向D2)接近第二穿孔H2。鄰近初級側走線Tp1(圖4E)的電流路徑則相反，初級側走線Tp1以順時針方向(第一方向D1)接近第一穿孔H1，且以逆時針方向(第二方向D2)由第二穿孔H2出發。依此類推，不再加以贅述。
值得一提，於一實施例中，圖4B、4E、4H、4K所出示的初級側走線Tp1係形成如圖3A所示的二組初級側線圈22A，但同理可推知依諧振轉換器100的電路配置，初級側走線Tp1可形成一組以上的初級側線圈22A。可增加的組數可依第一電路板CB1的層數及初級側走線Tp1的圈數而定，在此不再加以贅述。
在圖4B中，當第二整流開關SR2導通的狀況則恰巧相反，初級側走線Tp1以逆時針方向(第一方向D1)由第一穿孔H1出發，且以順時針方向(第二方向D2)接近第二穿孔H2。依此類推，不再加以贅述。因此，所述第一方 向D1與第二方向D2所指的是環繞於第一穿孔H1與第二穿孔H2的電流方向為二個相異的電流方向，並不以順時針或逆時針為限定。因此，初級側走線Tp1分別以第一穿孔H1與第二穿孔H2為中心環繞至少二圈，且形成相似於∞的圖樣而稱之為∞字走線。
另外一方面，本揭露的初級側走線Tp1更整合了電感走線Tl，且電感走線Tl環繞於穿孔H3。進一步地，如圖1所示，諧振電感Lr雖然與變壓器2A為不同的電路元件，且事實上這二者可以分離配置(即這二者之間可以包括，例如但不限於諧振電容Cr等其他的電路元件元件)。然而，這二者電路元件的類別相似，同樣會具有線圈結構，因此本揭露係將諧振電感Lr的電感線圈Lc與初級側線圈22A整合在一起而形成平板型磁性元件PE為較佳的實施方式，但實務上並不以此為限。意即，本揭露的電感走線Tl的金屬箔直接地連接初級側走線Tp1的金屬箔，以形成共走線結構。因此，圖4B、4E、4H、4K的整片金屬箔為一體成形的結構，且此一體成形的金屬箔的一部份屬於電感走線Tl，另一部分屬於初級側走線Tp1。
另外一方面，在圖4B、4E、4H、4K，雖然電感走線Tl與初級側走線Tp1的金屬箔位於同一層，且為一體成形的結構。但是，電感走線Tl與初級側走線Tp1也可以分別在不同層，且通過過孔via來耦接。因此，只要電感走線Tl的金屬箔可通過耦接的方式耦接初級側走線Tp1(例如但不限於通過過孔via，或二者之間還包括諧振電容Cr等其他的電路元件)而形成同一路徑即可。因此，雖然電感走線Tl與初級側走線Tp1的金屬箔如圖4B、4E、4H、4K所示為一體成形的結構。但事實上，電感走線Tl與初級側走線Tp1的金屬箔可以分離配置(即圖4B、4E、4H、4K的電感走線Tl與初級側走線Tp1的金屬箔為斷開 的)，且通過過孔via或其他可串接於此路徑上的電路元件來耦接。值得一提，於一實施例中，圖4B、4E、4H、4K所出示的初級側走線Tp1係形成如圖2A所示的二組初級側線圈22A，但同理可推知依諧振轉換器100的電路配置，初級側走線Tp1可形成一組以上的初級側線圈22A。可增加的組數可依第一電路板CB1的層數及第一初級側走線Tp1的圈數而定，在此不再加以贅述。
更進一步而言，於圖4A、4C~4D、4F~4G、4I~4J、4L的次級側走線Ts1結構中，次級側走線Ts1與第一穿孔H1、第二穿孔H2形成m字走線。而且，流過次級側走線Ts1的電流可由m字的中心點分別向二端流出，或者由m字的二端向中心點流入(依照整流開關(SR1、SR2)的動作，後文將有更進一步的說明)。在m的底部可包括複數個過孔via，這些過孔via內部填充導電材料，以使圖4A、4C~4D、4F~4G、4I~4J、4L的次級層板的次級側走線Ts1可通過過孔via來電性連接。
具體而言，由於次級側線圈24A為中心抽頭式的線圈結構，因此次級側走線Ts1分別包括至少一條第一走線Ts1_1(如圖4A、4F、4I~4J所示各配置1條)與至少一條第二走線Ts1_2(如圖4C~4D、4G、4L所示各配置1條)。因此，多層電路板CB1的層數可至少為三層以上，使得頂層、中間層及底層可分別單獨形成一條第一走線Ts1_1、一條第二走線Ts1_2及一條整合的初級側走線Tp1與電感走線Tl，且當層數增加時，第一走線Ts1_1、第二走線Ts1_2、初級側走線Tp1及電感走線Tl的數量可選擇性的增加(基於電路需求)。其中，圖4A、4F、4I~4J的次級層板的第一走線Ts1_1可分別通過過孔via的連接而形成二組第一線圈24A-1，且圖4C~4D、4G、4L的次級層板的第二走線Ts1_2可分別通過過孔via的連接而形成二組第二線圈24A-2(如圖2A所示)。相似地，雖然 圖4A、4C~4D、4F~4G、4I~4J、4L所出示的次級側走線Ts1可形成如圖1所示的二組次級側線圈24A，但同理可推知依諧振轉換器100的電路配置，次級側走線Ts1可形成一組以上的次級側線圈24A。可增加的組數可依電路板CB1的層數及次級側走線Ts1的圈數而定，在此不再加以贅述。
其中，第一走線Ts1_1環繞於第一穿孔H1與第二穿孔H2而形成m字走線。同樣地，第二走線Ts1_2也環繞於第一穿孔H1與第二穿孔H2而形成m字走線。這二者差異在於，在圖4A、4F、4I~4J中的第一走線Ts1_1的電流方向由m字的二端向中心點流至電路板CB1的第一電源輸出端OUT_P1。反之，4C~4D、4G、4L中的第二走線Ts1_2的電流方向與第一走線Ts1_1恰巧相反，係由向m字的中心點向二端流至電路板CB1的第一電源輸出端OUT_P1。
在圖4D中，出示了比流器走線(Tca、Tcb)，且比流器走線(Tca、Tcb)分別作為比流器線圈(52A、52B)。比流器走線Tca與電感走線Tl配置於不同一層板，且比流器走線Tca環繞於穿孔H，以耦合不同一層板的電感走線Tl。因此，電路板CB1可在電感鐵芯C_L套設於電感走線Tl與比流器走線Tca後，形成閉合磁路而構成諧振電感Lr以及與諧振電感Lr共鐵芯結構的比流器。比流器走線Tcb與第二走線Ts1_2配置於同一層板，且比流器走線Tcb與次級側走線Ts1的第二走線Ts1_2呈同心圓結構。另外一方面，比流器走線Tcb也可與第一走線Ts1_1配置於同一層板，且比流器走線Tcb與次級側走線Ts1的第二走線Ts1_2呈同心圓結構。
在圖4D中，比流器走線Tcb環繞於第一穿孔H1，以耦合同一層板的第二走線Ts1_2。因此，電路板CB1可在鐵芯C1套設於初級側走線Tp1、次級側走線Ts1及比流器走線Tcb後，形成閉合磁路而構成變壓器2A以及與變 壓器2A共鐵芯結構的比流器。假設比流器走線Tcb與第一走線Ts1_1配置於同一層板，且當整流開關SR1導通時，比流器走線Tcb可感應流過第一走線Ts1_1的第一電流I1。反之，假設比流器走線Tcb與第二走線Ts1_2配置於同一層板，且當整流開關SR2導通時，比流器走線Tcb可感應流過第二走線Ts1_2的第二電流I2。由於整流開關SR1與整流開關SR2(抑或是二極體)係為互補導通(順偏)的設計，因此當整流開關SR1導通時，整流開關SR2關斷，反之亦然。其中，比流器走線Tcb所配置的位置較次級側走線Ts1的第二走線Ts1_2更為接近第一穿孔H1，以使鐵芯C1套設於次級側走線Ts1與比流器走線Tcb後，可形成閉合磁路而構成變壓器2A以及與變壓器2A共鐵芯結構的比流器。
其中，環繞於穿孔H的比流器走線Tca具有第一面積，且環繞於穿孔H的電感走線Tl具有第二面積。由於比流器主要是用於感應流過諧振電感Lr的電流大小，流過比流器線圈52A的電流也不至於太大，因此第一面積必定小於第二面積，且其面積差為1/5~1/10為較佳的實施方式。同理，環繞於第一穿孔H1的比流器走線Tcb具有第三面積，且環繞於第一穿孔H1的次級側走線Ts1具有第四面積，第三面積也必定小於第四面積，且其面積差為1/5~1/10為較佳的實施方式。
請參閱圖5A~5C為本揭露的平板型磁性元件的線圈於電路板各層的走線的附加實施例的示意圖，復配合參閱圖2A~4L。在圖5A~5C的走線結構僅為簡易的走線示意，因此僅出示了主要元件的走線，其細部結構可由圖4A~4L的結構來輕易推知。在圖5A中，比流器走線Tca與電感走線Tl配置於同一層板，且比流器走線Tca所配置的位置較電感走線Tl更為接近穿孔H。其中，比流器走線Tca可通過例如但不限於，過孔via來耦接電流偵測電路(圖未 示)。在圖5B中，比流器走線Tcb與第一走線Ts1_1配置於同一層板，且比流器走線Tcb與次級側走線Ts1的第一走線Ts1_1呈同心圓結構。比流器走線Tcb環繞於第二穿孔H2，以耦合同一層板中，繞於第二穿孔H2的第一走線Ts1_1。因此相似於圖4D，當整流開關SR1導通時，比流器走線Tcb可感應流過第一走線Ts1_1的第一電流I1。其中，比流器走線Tcb所配置的位置較次級側走線Ts1的第一走線Ts1_1更為接近第二穿孔H2，以使鐵芯C1套設於次級側走線Ts1與比流器走線Tcb後，可形成閉合磁路而構成變壓器2A以及與變壓器2A共鐵芯結構的比流器。
在圖5C中，比流器走線Tcb包括第一比流器走線Tcb1與第二比流器走線Tcb2，且第二比流器走線Tcb2與第一比流器走線Tcb1配置於同一層。其中，該層係獨立地配置第一比流器走線Tcb1與第二比流器走線Tcb2(相似於圖4D的比流器走線Tca)，但第一比流器走線Tcb1與第二比流器走線Tcb2並不排除可與第一走線Ts1_1或第二走線Ts1_2的其中一者配置於同一層，只要第二比流器走線Tcb2與第一比流器走線Tcb1配置於同一層即可。第一比流器走線Tcb1環繞於第一穿孔H1，且第二比流器走線Tcb2環繞於第二穿孔H2，以耦合不同一層板的第一走線Ts1_1與第二走線Ts1_2。由於整流開關SR1與整流開關SR2(抑或是二極體)係為互補導通(順偏)的設計，因此當整流開關SR1動作時，第一比流器走線Tcb1與第二比流器走線Tcb2可感應流過第一走線Ts1_1，且當整流開關SR2動作時，第一比流器走線Tcb1與第二比流器走線Tcb2可感應流過第二走線Ts1_2的第二電流I2。值得一提，於一實施例中，圖4A~5C的配置特點可以相互交替應用，在此不再加以贅述。
由於本揭露的比流器線圈(52A、52B)為平面化(planar)的比流器走線Tca、Tcb結構，且分別整合於電感走線Tl與次級側走線Ts1之中，以形成平板型磁性元件PE的結構。如此，可利用比流器走線Tca、Tcb分別與電感走線Tl與次級側走線Ts1的圈數比達到電流偵測。因此，本揭露的諧振轉換器100可以省略比流器5的比流器初級側線圈5A與比流器鐵芯，降低比流器所造成的接觸阻抗，增加效率及提升功率密度。此外，使用整合型的平板型磁性元件PE可以增加諧振轉換器100的空間的利用率，減少製程上的人力組裝。而且，變壓器2A的初級側線圈22A與次級側線圈24A可有效分佈，降低交流渦流損失而提升效率。
惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包括於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
CB1:電路板
Ts1:次級側走線
Ts2_2:第二走線
Tca、Tcb:比流器走線
I2:第二電流

Claims (16)

  1. 一種平板型磁性元件，係配置於一諧振轉換器的一電路板，且該諧振轉換器包括一初級側電路與一次級側電路，該平板型磁性元件包括：一電感走線，配置於該初級側電路，且形成於該電路板的其中一層板，以作為耦接該初級側電路的一諧振電感；一電感鐵芯，包括一鐵芯柱，該鐵芯柱貫穿該電路板的一穿孔，且該電感走線環繞於該穿孔；及一比流器走線，形成於該電路板，且作為耦合該諧振電感的一比流器線圈；其中，該比流器走線與該電感走線共同環繞於該穿孔，以形成共用該電感鐵芯的一共鐵芯結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之平板型磁性元件，其中環繞於該穿孔的該比流器走線具有一第一面積，且環繞於該穿孔的該電感走線具有一第二面積，該第一面積小於該第二面積。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之平板型磁性元件，其中該比流器走線與該電感走線配置於同一層板，且該比流器走線所配置的一位置較該電感走線接近該穿孔。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之平板型磁性元件，其中平板型磁性元件更包括：一初級側走線，形成於該電路板的其中一層板，且作為耦接該初級側電路的一初級側線圈； 該初級側走線以一第一方向環繞於一第一穿孔，且以一第二方向環繞於一第二穿孔，以形成一∞字走線。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之平板型磁性元件，其中該電感走線的金屬箔耦接該初級側走線的金屬箔。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之平板型磁性元件，其中該電感走線的金屬箔與該初級側走線的金屬箔呈一體成形的結構。
  7. 一種平板型磁性元件，係配置於一諧振轉換器的一電路板，且該諧振轉換器包括一初級側電路與一次級側電路，該平板型磁性元件包括：一初級側走線，形成於該電路板的其中一層板，且作為耦接該初級側電路的一初級側線圈；一次級側走線，形成於該電路板的另一層板，且作為耦接該次級側電路的一次級側線圈；一鐵芯，包括一第一鐵芯柱與一第二鐵芯柱，該第一鐵芯柱與該第二鐵芯柱分別貫穿該電路板的一第一穿孔與一第二穿孔，且該初級側走線與該次級側走線環繞於該第一穿孔與該第二穿孔；及一比流器走線，形成於該電路板，且作為耦合該次級側線圈的一比流器線圈；其中，該比流器走線與該次級側走線共同環繞於該第一穿孔或該第二穿孔，以形成共用該鐵芯的一共鐵芯結構。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之平板型磁性元件，其中環繞於該第一穿孔或該第二穿孔的該比流器走線具有一第三面積，且環繞於該第一穿孔或該第二穿孔的該次級側走線具有一第四面積，該第三面積小於該第四面積。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之平板型磁性元件，其中該比流器走線與該次級側走線配置於同一層板，且該比流器走線所配置的一位置較該次級側走線接近該第一穿孔或該第二穿孔。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之平板型磁性元件，其中該電路板為多層板，且該次級側線圈為一中心抽頭式的線圈結構，以於該電路板形成至少一第一走線與至少一第二走線；該至少一第一走線環繞於該第一穿孔與該第二穿孔而形成一m字走線，且該至少一第二走線環繞於該第一穿孔與該第二穿孔而形成該m字走線。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之平板型磁性元件，其中該比流器走線環繞於該第一穿孔，以耦合該至少一第一走線與該至少一第二走線。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之平板型磁性元件，其中該比流器走線環繞於該第二穿孔，以耦合該至少一第一走線與該至少一第二走線。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之平板型磁性元件，其中該比流器走線包括：一第一比流器走線，環繞於該第一穿孔；及一第二比流器走線，與該第一比流器走線配置於同一層，且繞於該第二穿孔；其中，該第一比流器走線耦合繞於該第一穿孔的該至少一第一走線與該至少一第二走線，且該第二比流器走線耦合繞於該第二穿孔的該至少一第一走線與該至少一第二走線。
  14. 如申請專利範圍第7項所述之平板型磁性元件，其中該初級側走線以一第一方向環繞於該第一穿孔，且以一第二方向環繞於該第二穿孔，以形成一∞字走線。
  15. 如申請專利範圍第7項所述之平板型磁性元件，其中該平板型磁性元件包括一電感走線，且該電感走線的金屬箔耦接該初級側走線的金屬箔。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之平板型磁性元件，其中該電感走線的金屬箔與該初級側走線的金屬箔呈一體成形的結構。
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