低高度铁氧体电感器和相关方法_4

文档序号:8529130阅读:来源:国知局
表面2924的相应部分上、绕组匝2922的外面。因而,每一个漏磁控制结构3307在高度3306方向上被设置于磁板2910和耦合磁结构3318之间。
[0088]图35是低高度耦合电感器3300的侧平面图,示意出近似磁通路径。实线3502示意出近似親合磁通路径,而虚线3504示意出近似漏磁通路。如图所示,磁化磁通和漏磁通两者都经过耦合磁结构3318的部分3503、绕组匝2922内。只有漏磁通经过漏磁控制结构3307。必然地,在低高度耦合电感器3300的设计过程中通过调节漏磁控制结构3307的组成和/或尺寸,漏电感值可被调节。例如,漏电感值可以通过(I)增大漏磁控制结构3307的导磁率,(2)增大漏磁控制结构3307的长向3302乘宽向3304面积,和/或(3)减小漏磁控制结构3307的高度而增大,以减少漏磁路径磁阻。
[0089]在不偏离本发明的范围的情况下,可以对低高度耦合电感器2900和3300进行修改。例如,虽然低高度耦合电感器2900和3300被示出为磁板2910在底部而磁耦合结构2918和3318在顶部,但磁板和磁耦合结构的位置可以交换。另外,虽然绕组2920被示意出为单一匝绕组,但一个或多个绕组2920可可选地形成多个绕组匝2922。此外,附加绕组2920可被添加,或一个绕组可被省略,以使电感器是离散的或未耦合的电感器。而且,磁板2910可以是非矩形磁板。
[0090]此外,在低高度耦合电感器2900和3300的一些可选实施例中,绕组2920被连接在一起使得各绕组的相对位置被固定,比如以在上面关于图16-18所讨论的类似的方式。这样,在低高度耦合电感器制造过程中,简单地通过控制绕组组件的位置,绕组位置可以得到控制,这样使制造更容易。在这些可选实施例中,绕组2920是公共绕组组件(未示出)的一部分,类似于图16的绕组组件1602,其中绕组2920通过设置于复合磁芯2908的外表面2926上或复合磁芯3308的外表面3326上的公共端子或片部连接起来。
[0091]图36示意出用于形成包括具有单一磁板的复合磁芯的低高度电感器的方法3600?例如,方法3600被用于形成图29的低高度耦合电感器2900或图33的低高度耦合电感器3300。图37-39示意出用于形成低高度耦合电感器3300的方法3600的一个例子。然而,应了解方法3600可被用于形成其它低高度电感器。另外,低高度耦合电感器2900和3300可通过除方法3600之外的方法形成。
[0092]在步骤3602中,一个或多个绕组被设置于由高导磁率磁性材料形成的磁板上,使得每一个绕组形成第一磁板的外表面上的匝。在步骤3602的一个例子中,绕组2920被使用掩膜(mask)印制在第一磁板2910上,使得每一个绕组2920形成外表面2924上的相应绕组匝2922,如图37中所示。在可选的步骤3604中,一个或多个漏磁控制结构被置于磁板的外表面的相应部分上,绕组匝的外面。在步骤3604的一个例子中,漏磁控制结构3307被置于外表面2924的相应部分上、绕组匝2922外面,如图38中所示。在步骤3606中,由低导磁率磁性材料形成的耦合磁结构被置于磁板的外表面上,以提供用于耦合绕组匝的磁通的路径。在步骤3606的一个例子中,由粘合剂内的粉末磁性材料,比如磁膏的形式,形成的耦合磁结构3318被置于外表面2924上,如图39中所示。
[0093]在这里公开的低高度耦合电感器的一个可能应用是多相开关功率转换器应用,包括但不限制于,多相降压转换器应用,多相升压转换器应用,或多相降-升压转换器应用。例如,图40示意出耦合电感器200(图2)在多相降压转换器4000中的一个可能应用。每一个绕组220被电耦合在相应开关节点Vx和公共输出节点Vo之间。相应开关电路4002被电親合到每一个开关节点Vx。每一个开关电路4002被电親合到输入端口 4004,输入端口 4004被电耦合到电源4006。输出端口 4008被电耦合至输出节点Vo。每一个开关电路4002和相应电感器共同被称为转换器的“相” 4010。因此,多相降压转换器4000是两相转换器。
[0094]控制器4012致使每一个开关电路4002在电源4006和地之间反复切换其相应的绕组端部,从而在两个不同的电压水平之间切换其绕组端部,以将来自电源4006的功率传递至跨输出端口 4008电耦合的负载(未示出)。控制器4012典型地致使切换电路4002以诸如100千赫兹或更高的相对高频率切换,以引起低的纹波电流幅值和快的瞬态响应,以及确保切换诱发的噪音位于高于人类可感知的频率上。另外,在某些实施例中,控制器4012致使开关电路4002在时域内相对于彼此异相切换,以提高瞬态响应并且引起输出电容器4014中的纹波电流的消除。
[0095]每一个开关电路4002包括在控制器4012的命令之下在导通和非导通状态之间交替切换的控制开关装置4016。每一个开关电路4002还包括适合于当开关电路的控制开关装置4016从其导通状态转变至非导通状态时为通过其相应绕组220的电流提供路径的续流设备4018。续流设备4018可以是二极管,如示出的,以提升系统的简单性。然而,在某些替代的实施例中,可以采用运行在控制器4012的命令之下的开关装置来补充或替代续流设备4018,以提高转换器的性能。例如,续流设备4018中的二极管可以由开关装置来补充,以降低续流设备4018正向电压降。在此公开的上下文中,开关装置包含但不限于双极结型晶体管、场效应晶体管(例如,N沟道或P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管、结型场效应晶体管、金属半导体场效应晶体管)、绝缘栅双极结型晶体管、晶闸管、或可控硅整流器。
[0096]控制器4012可选地被配置用于控制开关电路4002,以调节多相降压转换器4000的一个或多个参数,比如输入电压,输入电流,输入功率,输出电压,输出电流,或输出功率。降压转换器4000典型地包含跨输入端口 4004电耦合的一个或多个输入电容器4020,用于提供开关电路4002输入电流的纹波成分。另外,一个或多个输出电容器4014 —般跨输出端口 4008电耦合,以分流(shunt)由开关电路4002产生的纹波电流。
[0097]可以将降压转换器4000修改为具有不同数量的相。例如,可以将转换器4000修改为具有三相并且使用图1的低高度耦合电感器1100。还可以将降压转换器4000修改为使用在这里公开的其它低高度耦合电感器中的一个,比如低高度耦合电感器1200,1600,1900,2400,2900,或3300。另外,在不偏离本发明的范围的情况下,还可以将降压转换器4000修改为具有诸如多相升压转换器拓扑结构或多相降-升压转换器拓扑结构的不同的多相开关功率转换器拓扑结构,或诸如反激或正激转换器的隔离的拓扑结构。
[0098]特征的组合:
[0099]在不偏离本发明的范围的情况下,上面描述的特征以及下面要求的那些可以各种方式组合。下面的例子示意出一些可能的组合:
[0100](Al)具有长度,宽度和高度的低高度耦合电感器可包括:(I)复合磁芯,包括:(i)在高度方向上彼此分离开的第一和第二磁板,和(ii)在高度方向上连接所述第一与第二磁板的多个耦合齿,其中,所述多个耦合齿由导磁率比形成所述第一和第二磁板的磁性材料低的磁性材料形成;和(2)围绕着所述多个耦合齿中的每一个耦合齿绕制的相应绕组。
[0101](A2)在如(Al)代表的低高度耦合电感器中:所述第一和第二磁板可由铁氧体磁性材料形成,并且所述多个耦合齿可由粘合剂内的磁粉形成。
[0102](A3)在如(Al)或(A2)代表的低高度親合电感器的任一个中,所述第一和第二磁板中的每一个可具有矩形形状。
[0103](A4)在如(Al)至(A3)代表的低高度耦合电感器的任一个中,每一个绕组可通过公共片部连接以形成绕组组件。
[0104](A5)在如(Al)至(A4)代表的低高度耦合电感器的任一个中,每一个绕组的相反两端形成相应焊料凸部,每一个焊料凸部可被设置于所述复合磁芯的外表面上。
[0105](A6)在如(Al)至(A4)代表的低高度耦合电感器的任一个中,每一个绕组的相反两端形成相应焊料凸部,每一个焊料凸部可在宽向方向上远离所述复合磁芯延伸。
[0106](A7)在如(Al)至(A6)代表的低高度耦合电感器的任一个中,每一个绕组可形成第一磁板的外表面上的相应胆。
[0107](AS)多相开关功率转换器可包括⑴如(Al)至(A7)代表的低高度耦合电感器中的任一个和(2)电耦合至低高度耦合电感器的每一个绕组的相应开关电路,其中每一个开关电路被适于在至少两个不同的电压水平之间反复地切换其相应绕组的端部。
[0108](A9)如(AS)表示的多相开关功率转换器可还包括适于控制每一个开关电路使该开关电路相对于每一个其它开关电路异相切换的控制器。
[0109](BI)具有长度,宽度,和高度的低高度耦合电感器可包括:(I)复合磁芯,包括:
(i)在高度方向上彼此分离开的第一和第二磁板,和(ii)分别在高度方向上连接所述第一与第二磁板的第一和第二耦合齿,其中,所述第一和第二磁板以及所述第一和第二耦合齿共同形成在宽向方向上延伸穿过所述磁芯的通道,并且所述第一和第二耦合齿由导磁率比形成所述第一和第二磁板的磁性材料低的磁性材料形成;和(2)围绕着所述第一磁板并且穿过所述通道绕制的第一和第二绕组。
[0110](B2)如(BI)表示的低高度耦合电感器中,所述第一和第二磁板可由铁氧体材料形成,并且所述第一和第二耦合齿可由粘合剂内的磁粉形成。
[0111](B3)在如(BI)或(B2)表不的低高度親合电感器的任一个中,第一和第二磁板中的每一个可具有矩形形状。
[0112](B4)在如(BI)至(B3)表示的低高度耦合电感器的任一个中,每一个绕组可通过公共片部连接以形成绕组组件。
[0113](B5)多相开关功率转换器可包括(I)如(BI)至(B4)代表的低高度耦合电感器中的任一个和(2)电耦合至低高度耦合电感器的每一个绕组的相应开关电路,其中每一个开关电路被适于在至少两个不同的电压水平之间反复地切换其相应绕组的端部。
[0114](B6)如(B5)表示的多相开关功率转换器可还包括适于控制每一个开关电路使该开关电路相对于每一个其它开关电路异相切换的控制器。
[0115](Cl)具有长度,宽度,和高度的低高度耦
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