[发明专利]一种直流-直流变换器

说明书

技术领域

本发明属于电力电子器件领域，具体地涉及一种基于无铁芯硅基电感的直流-直流变换器。

背景技术

直流-直流变换器(也称DC/DC变换器)是一种将直流基础电源转变为其他电压种类的直流变换装置。现有的DC/DC变换器基本都是采用片外分立功率电感，IC芯片和功率电感是分开的，体积重量相对较大，不适合应用于体积受限的移动电子设备。而且客户在使用时需要通过计算来选择功率电感，还涉及与功率电感供应商的确认、产品认证以及仓储相关的成本和物流问题，使用非常不便。

公开专利：CN102870175B公开了一种把含铁芯的硅基功率电感与IC芯片集成的DC/DC变换器，可显著减小体积。但是在一些苛刻的应用场合，例如强辐射环境或者电磁干扰严重的场合，铁芯的磁性材料会因为外部极高的磁通密度导致磁饱和而失去效用。这种应用场合禁止选用任何磁性材料。另外这种铁芯硅基电感结构比较复杂，在生产过程中需要在有限的面积内注入磁性材料，加工工序繁杂，难度高，原材料多，管理麻烦，不利于成本降低，产品一致性较差，而且影响成品率。

发明内容

本发明的目的在于为解决上述问题而提供一种采用无铁芯硅基电感，结构体积小，成本低，效率不受影响，且不受应用场合限制，可应用于强辐射环境或者电磁干扰严重的场合的直流-直流变换器。

为此，本发明公开了一种直流-直流变换器，包括无铁芯硅基电感、控制器和至少一个电容，所述无铁芯电感包括硅衬底和导电线圈，所述导电线圈嵌入在硅衬底中，所述导电线圈具有多个匝，其相邻匝之间有间隔，所述间隔由硅衬底填充，所述导电线圈与硅衬底之间设有绝缘层，所述硅衬底的至少一个面上沉积有绝缘覆盖层，所述控制器和电容安装在绝缘覆盖层上，并与导电线圈电气连接。

进一步的，所述导电线圈为矩形螺旋状、多边形螺旋状、圆形螺旋状或螺旋管状。

进一步的，所述绝缘层为二氧化硅。

进一步的，所述无铁芯硅基电感还包括金属环，所述金属环嵌入在硅衬底中，所述导电线圈位于金属环内。

进一步的，所述控制器和电容通过穿透所述绝缘覆盖层的多个线圈连接点电气连接到所述导电线圈，每个线圈连接点与导电线圈的一部分接触。

进一步的，所述导电线圈为多个，相邻放置嵌入在硅衬底中。

进一步的，所述控制器包括两个开关管。

更进一步的，所述开关管为MOS管。

更进一步的，所述开关管为N型MOS管，所述电容的数量为两个。

本发明的有益技术效果：

与现有的采用片外分立功率电感的DC/DC变换器相比，本发明在无铁芯硅基电感上集成了控制器和电容，有利于减小移动电子设备的体积重量，优化变换器性能，降低损耗和延长系统运行时间，客户使用方便，消除了与片外分立功率电感供应商的确认，产品认证以及仓储相关的成本和物流问题。

与现有的含铁芯硅基电感相比，本发明的硅基电感不含铁芯，不存在磁饱和的问题，应用场合不受限制，可应用于强辐射环境或者电磁干扰严重的场合，不仅拥有铁芯硅基电感的体积重量小的特点，而且不需要磁性材料的注入，其加工工序的减少可以降低加工成本，缩短加工流程，提高产品一致性及成品率，且由于不需要磁性材料，原料种类减少，方便管理，从而降低产品成本。

附图说明

图1为本发明实施例的无铁芯硅基电感的结构示意图一；

图2为本发明实施例的无铁芯硅基电感的结构示意图二；

图3为本发明实施例的导电线圈的结构示意图一；

图4为本发明实施例的导电线圈的结构示意图二；

图5为本发明实施例的导电线圈的结构示意图三；

图6为本发明实施例的结构示意图；

图7为本发明实施例的降压型DC/DC变换器的简化电路原理图；

图8为一典型的降压型DC/DC变换器的电路原理图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1至图6所示，一种直流-直流变换器，包括无铁芯硅基电感1、控制器3和至少一个电容2。