集成磁性組件及其組裝方法
【專利說明】集成磁性組件及其組裝方法
[0001]相關申請的交叉引用
本申請主張在2013年3月15日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/792,574的益處，在此通過引用將其全部內容并入于此。
技術領域
[0002]本發(fā)明的領域大體涉及功率電子，并且尤其是涉及在功率電子中使用的集成磁性組件。
【背景技術】
[0003]為了多種目的，高密度功率電子組件通常需要使用多個磁性電子元件，包括能量存儲、信號隔離、信號過濾、能量轉換和功率分配。由于對更高功率密度元件需求的增加，因而更加希望集成兩個或更多個磁性電子元件，例如將變壓器和電感器集成到同一磁芯或者結構中。
[0004]然而，在已知的集成磁性組件中，由一個元件產(chǎn)生的磁通可能不能對集成結構中的其它元件的操作產(chǎn)生零網(wǎng)影響。因此，可能會減少對集成元件的有效性和/或效率。
[0005]另外，在至少已知的一些集成磁性組件中，雜散磁通對于集成磁性組件的操作有幾個不利的影響。雜散磁通是從主磁通路徑偏離的磁通路徑成分。雜散磁通通常穿過電子電路中的其它的非主動元件，感應這些元件的繞組中的渦流。這將導致繞組中功率損耗的增加和效率的降低。另外，雜散磁通減少集成磁性組件的電感。因此，當在功率變換器中使用集成磁性組件時，雜散磁通增加紋波電流的振幅，導致更大的電力損耗和更差的效率。

【發(fā)明內容】

[0006]在一個方案中，提供了一種集成磁性組件。集成磁性組件包括磁芯、電感耦合到磁芯的輸入繞組、電感耦合到磁芯的第一輸出繞組以及電感耦合到磁芯的第二輸出繞組。磁芯包括第一和第二無繞組腿，以及第一和第二繞組腿。第一和第二無繞組腿彼此間隔分開，磁芯限定第一和第二無繞組腿之間的開口。輸入繞組穿過第一和第二無繞組腿之間的開口延伸，并圍著第一和第二繞組腿的每一個纏繞。第一輸出繞組圍著第一繞組腿纏繞。第二輸出繞組圍著第二繞組腿纏繞。
[0007]在另一個方案中，提供了一種集成磁性組件的組裝方法。該方法包括提供包括第一和第二無繞組腿以及第一和第二繞組腿的磁芯，其中第一和第二無繞組腿彼此隔開，磁芯限定第一和第二無繞組腿之間的開口，提供輸入繞組，提供第一輸出繞組，提供第二輸出繞組，電感耦合輸入繞組到磁芯，使得輸入繞組穿過第一和第二無繞組腿之間的開口延伸，并圍繞第一和第二繞組腿的每一個纏繞，電感耦合第一輸出繞組到磁芯，使得第一輸出繞組圍繞第一繞組腿纏繞，并電感耦合第二輸出繞組到磁芯，使得第二輸出繞組圍繞第二繞組腿纏繞。
[0008]在又一個方案中，提供了一種集成磁芯。磁芯包括第一板、第二板，在第一板和第二板之間延伸的第一和第二無繞組腿，以及第一和第二繞組腿在第一板和第二板之間延伸。第一和第二無繞組腿彼此隔開，第一板、第二板、第一無繞組腿和第二無繞組腿限定第一和第二無繞組腿之間的開口。
【附圖說明】
[0009]圖1是包括集成磁性組件的實例功率變換器的示意圖。
[0010]圖2是適用于圖1中顯示的功率變換器的實例集成磁性組件的分解圖。
[0011]圖3是圖2中顯示的集成磁性組件的磁芯的端視圖。
[0012]圖4是圖2所示的集成磁性組件的磁芯的另一端視圖。
[0013]圖5是圖2所示的集成磁性組件的磁芯的側視圖。
[0014]圖6是圖1的功率變換器的示意圖，示出了圖2的集成磁性組件的繞組的方向。
[0015]圖7是適用于圖1所示的功率變換器的集成磁性組件的第一備選實施例的透視圖。
[0016]圖8是圖7所示的集成磁性組件的分解圖。
[0017]圖9是圖7所示的集成磁性組件的磁芯的側視圖。
[0018]圖10是適用于圖1所示的功率變換器的集成磁性組件的第二備選實施例的透視圖。
[0019]圖11是圖10所示的集成磁性組件的透視圖。
[0020]圖12是圖10所示的集成磁性組件的磁芯的側視圖。
[0021 ]圖13是圖10所示的集成磁性組件的磁芯的端視圖。
[0022]圖14是圖10所示的集成磁性組件的磁芯的另一端視圖。
[0023]圖15是組裝集成磁性組件的實例方法的流程圖。
[0024]盡管在某些圖中而不是在其它圖中示出了多種實施例的具體特征，但是這僅僅是出于便利。任何附圖中的任何特征都可以參考，和/或結合任何其它附圖的任何特征提出。
【具體實施方式】
[0025]在本文中描述了集成磁性組件的實例實施例。集成磁性組件包括磁芯、電感耦合到磁芯的輸入繞組、電感耦合到磁芯的第一輸出繞組以及電感耦合到磁芯的第二輸出繞組。磁芯包括第一和第二無繞組腿以及第一和第二繞組腿。第一和第二無繞組腿彼此隔開，磁芯限定第一和第二無繞組腿之間的開口。輸入繞組延伸穿過第一和第二無繞組腿之間的開口，并圍繞第一和第二繞組腿中的每一個纏繞。第一輸出繞組圍繞第一繞組腿纏繞。第二輸出繞組圍繞第二繞組腿纏繞。
[0026]圖1是實例電子電路的不意圖，顯不為處于將輸入電壓Vin轉換成輸出電壓VmJt的功率變換器100的形式。功率變換器100包括通過集成磁性組件106彼此電耦合的輸入側102和輸出側104。
[0027]輸入側102包括第一開關器件108、第二開關器件110、第三開關器件112和第四開關器件114。如在本文中更詳細描述的，集成磁性組件106的輸入繞組的終端電耦合在第一開關器件108和第二開關器件110之間，和在第三開關器件112和第四開關器件114之間。
[0028]輸出側104包括第五開關器件116和第六開關器件118。如在本文中更詳細描述的，集成磁性組件106的第一和第二輸出繞組的終端分別電耦合到第五開關器件116和第六開關器件118。
[0029]在操作中，第一開關器件108和第四開關器件114共同地在斷開和閉合位置之間切換，而第二開關器件110和第三開關器件112相對于第一開關器件108和第四開關器件114，以相反相共同地在斷開和閉合位置之間切換。類似地，第五開關器件116和第六開關器件118以相反相在斷開和閉合位置之間切換，以產(chǎn)生施加給負載120的輸出電壓V-。在實例實施例中，開關器件108、110、112、114、116和118描繪成晶體管開關(具體地，金屬氧化物半導體場效應晶體管)，并耦合到一個或更多個控制器(未示出)，控制器配置成向每個開關器件108、110、112、114、116和118的柵極側輸出脈寬調制控制信號，以在斷開和閉合位置之間切換開關器件。
[0030]盡管在本文中參考功率變換器100描述了集成磁性組件106，但是，可以以允許集成磁性組件106如在本文中所描述地起作用的任何適當?shù)碾娏Y構實施集成磁性組件106，例如，包括逆向變換器、正向變換器和推拉式變換器。
[0031]圖2是適用于功率變換器100的實例集成磁性組件200的分解圖。集成磁性組件200包括磁芯202、輸入繞組204、第一輸出繞組206和第二輸出繞組208。輸入繞組204、第一輸出繞組206和第二輸出繞組208電感地耦合到磁芯202，使得多個變壓器和電感器形成在集成磁性組件200內。
[0032]圖3是磁芯202的端視圖，圖4是磁芯202的另一端視圖，而圖5是磁芯202的側視圖。如圖2-5所示，在實例實施例中，磁芯202具有包括六側的基本矩形的形狀。磁芯202的六側包括第一側210、相對的第二側212、在第一側210和第二側212之間延伸的第一和第二相對端214和216，以及在第一側210和第二側212之間以及在第一端214和第二端216之間延伸的頂部218和相對的底部220。在備選實施例中，磁芯202可具有允許集成磁性組件200如在本文中所描述地起作用的任何適當?shù)男螤詈腿魏芜m當數(shù)量的側部。
[0033]在實例實施例中，磁芯202包括第一板222、第二板224、在第一板222和第二板224之間延伸的第一和第二無繞組腿226和228，以及在第一板222和第二板224之間延伸的第一和第二繞組腿230和232。如在本文中所使用的，術語“繞組腿”指的是磁芯202的腿，輸入繞組204、第一輸出繞組206和第二輸出繞組208中的至少一個繞其纏繞。如在本文中所使用的，術語“無繞組腿”指的是沒有纏繞腿的磁芯202的腿。
[0034]如圖3-5所示，在實例實施例中，第一板222經(jīng)由第一和第二無繞組腿226和228耦合到第二板224。在其它適當?shù)膶嵤├校谝话?22可以通過第一繞組腿230和第二繞組腿232中的一者或兩者耦合到第二板224。第一板222和第二板224分別包括相對應的內表面234和236，繞組腿230和232和無繞組腿226和228在它們之間延伸。當集成磁性組件200被組裝時(圖3-5所示)，內表面234和236與另一個處于相互面對的關系。在實例實施例中，每個繞組腿230和232和無繞組腿226和228從第一板222的內表面234朝著第二板224的內表面236延伸。在其它適當?shù)膶嵤├校粋€或更多個繞組腿230和232以及無繞組腿226和228可以從第二板224的內表面236朝著第一板222的內表面234延伸。
[0035]第一繞組腿230和第二繞組腿232彼此間隔開足夠距離，以在其之間容納輸入繞組204、第一輸出繞組206以及第二輸出繞組208中的一個或更多個節(jié)段。而且，第一繞組腿230與第一無繞組腿226間隔開足夠的距離，以及在它們之間容納輸入繞組204、第一輸出繞組206和第二輸出繞組208中的一個或更多個節(jié)段，而第二繞組腿232與第二無繞組腿228間隔開足夠的距離，以在它們之間容納輸入繞組204、第一輸出繞組206和第二輸出繞組208中的一個或更多個節(jié)段。
[0036]而且，第一無繞組腿226和第二無繞組腿228彼此間隔開，磁芯202限定第一無繞組腿226和第二無繞組腿228之間的開口 238。開口 238尺寸確定為能容納輸入繞組204。換而言之，集成磁性組件200包括在其之間容納輸入繞組204的“分開”的無繞組腿。如在本文中更詳細