磁性元件及其磁芯的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁性元件及其磁芯，磁芯包括至少兩個(gè)磁芯單元，每個(gè)所述磁芯單元包括至少一個(gè)與其他磁芯共用的共用部分和至少一個(gè)不與其他磁芯共用的非共用部分，且所述共用部分的磁阻小于所述非共用部分的磁阻，兩個(gè)所述磁芯單元在其共用部分的直流磁通方向相反。本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案可有效縮減多個(gè)并聯(lián)的單顆電感所占用的體積。
【專利說明】
磁性元件及其磁芯
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種電源技術(shù)，且特別涉及一種磁性元件及其磁芯。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，電源轉(zhuǎn)換器的小型化是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢。在電源轉(zhuǎn)換器中，磁性元件在體積和損耗中都占據(jù)了一定的比例，因而磁性元件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化就顯得至關(guān)重要。
[0003]在某些應(yīng)用場合，如大電流的應(yīng)用場合，電路通常會選用多路交錯(cuò)并聯(lián)的方式來減小紋波。而每路中的磁性器件都會優(yōu)化到各自的最優(yōu)點(diǎn)。通常的磁性器件設(shè)計(jì)中，為了保證磁材料不飽和以及低損耗，一般需要通過增加磁性器件的體積以降低磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。因此追求高效率和高功率密度往往成為一對矛盾。
[0004]因此，如何設(shè)計(jì)一種磁性元件及其磁芯，以解決上述的問題，乃為此一業(yè)界亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的至少一缺陷，提供一種在保持高效率和高功率密度基礎(chǔ)上體積更小的磁性元件及其磁芯。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種磁芯，包括多個(gè)磁芯單元，每個(gè)所述磁芯單元包括至少一個(gè)與相鄰磁芯單元共用的共用部分和至少一個(gè)不與相鄰磁芯單元共用的非共用部分，其中，所述共用部分的磁阻小于所述非共用部分的磁阻，且相鄰的兩個(gè)所述磁芯單元在所述共用部分的直流磁通方向相反。
[0007]本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種磁性元件，包括本發(fā)明所述的磁芯以及多個(gè)繞組，所述多個(gè)繞組分別繞設(shè)于對應(yīng)磁芯單元的所述非共用部分。
[0008]應(yīng)用本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:通過磁性元件中磁芯的設(shè)計(jì)，可有效縮減磁性元件的體積，使磁性元件的體積小于傳統(tǒng)的多個(gè)并聯(lián)的單顆磁芯所占用的總體積;使用本發(fā)明磁芯可以簡化多路并聯(lián)電感的制作，同時(shí)也利于減小整個(gè)并聯(lián)電感的損耗。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中，多路并聯(lián)電源轉(zhuǎn)換器的電路圖；
[0010]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中，應(yīng)用于圖1所示多路并聯(lián)電源轉(zhuǎn)換器中的多路電感的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0011]圖3A為本發(fā)明一實(shí)施例中，圖2的多路電感及其部分磁通的示意圖；
[0012]圖3B為本發(fā)明一實(shí)施例中，圖2的多路電感的等效磁路模型；
[0013]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中，應(yīng)用于多路并聯(lián)電源轉(zhuǎn)換器中的磁性元件的示意圖；
[0014]圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中，應(yīng)用于多路并聯(lián)電源轉(zhuǎn)換器中的磁性元件的示意圖；
[0015]圖6A-6G分別為本發(fā)明一實(shí)施例中，單一個(gè)磁芯單元的示意圖；
[0016]圖7A-7B分別為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯的不意圖；
[0017]圖8為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯的不意圖；
[0018]圖9為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯的不意圖；
[0019]圖10為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯的不意圖；
[°02°]圖11為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯的不意圖；
[0021]圖12為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯的不意圖；
[0022]圖13為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯的不意圖；
[0023]圖14A為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯的不意圖；
[0024]圖14B為圖14A的磁芯制作結(jié)構(gòu)的一示意圖；
[0025]圖15A為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯的不意圖；
[0026]圖15B為圖15A的磁芯的制作結(jié)構(gòu)的一實(shí)施例示意圖；
[0027]圖15C為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯的不意圖；
[0028]圖15D為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯的不意圖；
[0029]圖15E為本發(fā)明一實(shí)施例中，蓋板的不意圖；
[0030]圖15F為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯單元的磁路模型；
[0031 ]圖15G為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯單元的磁路模型；
[0032]圖15H為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯單元的磁路模型；
[0033]圖151為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯單元的磁路模型；
[0034]圖16為本發(fā)明一實(shí)施例中，六相集成電感的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0035]圖17為本發(fā)明一實(shí)施例中，另一六相集成電感的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0036]圖18為圖16所不的六相集成電感中的部分磁通分布圖；
[0037]圖19示出圖16所示的六相集成電感中，一種電感繞組與磁芯單元關(guān)系的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖20示出圖16所示的六相集成電感中，另一種電感繞組與磁芯單元關(guān)系的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖21示出圖20中的電感繞組的立體圖；
[0040]圖22示出圖21中的電感繞組的展開圖；
[0041 ]圖23為本發(fā)明一實(shí)施例中，兩相集成電感的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0043]1:電源轉(zhuǎn)換器
[0044]10a-1OOc:電感
[0045]16:負(fù)載
[0046]2:磁性元件
[0047]22:磁芯
[0048]220a_220c:磁芯單元
[0049]24a_24c:窗口
[0050]300a_300c:磁通[0051 ] 4:磁性元件
[0052]400a-400c:磁芯單元
[0053]44a_44b:共用部分
[0054]50:磁芯
[0055]52a_52c:窗口
[0056]6:磁芯單元
[0057]600、602、604、606:低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)
[0058]700a_700f:磁芯單元
[0059]72a-72f:窗口
[0060]722:第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)[0061 ]8:磁芯
[0062]82a_82f:窗口
[0063]9:磁芯
[0064]900a_900f:磁芯單元
[0065]920:第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)
[0066]100a-1OOOf:磁芯單元
[0067]1020:第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)
[0068]1100:磁芯
[0069]1102:窗口
[0070]1200:磁芯
[0071]1202:窗口
[0072]1300:第二低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)
[0073]1400a-1400b:磁芯單元
[0074]1422a_1422b:第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)
[0075]1500、1500’、1500”:磁芯
[0076]1522a_1522f:第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)
[0077]1541、1542、1543:磁芯
[0078]10:電感模塊
[0079]12a-12c、14a_14c:開關(guān)管
[0080]18:電容[0081 ]20a_20c:繞組
[0082]22’:部分磁芯
[0083]222a_222c:第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)
[0084]26a_26b:共用部分
[0085]302:磁通
[0086]40:磁芯
[0087]42a_42c:窗口
[0088]5:磁性元件
[0089]500a-500c:磁芯單元
[0090]54a_54b:共用部分
[0091]60a-60d:磁柱
[0092]610a-610c:氣隙
[0093]7、7’、7”:磁芯
[0094]704:共用部分
[0095]720a_720b:第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)
[0096]800a_800f:磁芯單元
[0097]820a_820b:第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)
[0098]92:窗口
[0099]1000:磁芯
[0100]1002:窗口
[0101]IlOOa-1lOOc:磁芯單元
[0102]1104a_1104b:共用部分
[0103]1200a-1200c:磁芯單元
[0104]1204a_1204b:共用部分
[0105]1400:磁芯
[0106]1420a_1420b:電感繞組
[0107]1430:磁芯底座
[0108]1440:磁芯蓋板
[0109]1500a-1500f:磁芯單元
[0110]1520a_1520f:電感繞組
[0111]1530:磁芯底座
[0112]1540:磁芯蓋板
【具體實(shí)施方式】
[0113]本發(fā)明中的磁性元件包括本發(fā)明的磁芯以及繞組。本發(fā)明的磁芯包括多個(gè)磁芯單元，通過使相鄰的磁芯單元共用同一個(gè)共用部分，達(dá)到磁性元件直流磁通抵消的效果，減小磁芯中的直流磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而減小磁芯的飽和壓力和直流偏置對磁芯損耗的影響，最終達(dá)到減小磁芯體積以及磁性元件整體體積的目的。本發(fā)明中的磁性元件，通過使用不同類型的繞組即可成為具有不同功能的磁性器件。例如當(dāng)繞組為變壓器繞組時(shí)，則本發(fā)明磁性元件即可用作變壓器；當(dāng)繞組為電感繞組時(shí)，則本發(fā)明磁性元件即可用作電感。下面以三路交錯(cuò)并聯(lián)Buck電路中電感為例詳細(xì)說明本發(fā)明的磁性元件。
[0114]請參照圖1。圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中，電源轉(zhuǎn)換器的電路圖。直流/直流電源轉(zhuǎn)換器包括一電感模塊10、多個(gè)開關(guān)管12a、12b、12c、14a、14b和14c以及負(fù)載16。
[0115]電感模塊10包括多個(gè)單相電感100a、10b和100c。各路電感10a-1OOc的一端直接連接之后作為直流/直流電源轉(zhuǎn)換器中的多路并聯(lián)輸出端Out。因此，電感模塊10為直流/直流電源轉(zhuǎn)換器中，對應(yīng)多路并聯(lián)輸出端Out的輸出電感。
[0116]開關(guān)管12a_12c與對應(yīng)的開關(guān)管14a_14c形成多路并聯(lián)連接的功率轉(zhuǎn)換電路。上述的多路并聯(lián)輸出端Out為功率轉(zhuǎn)換電路的輸出端。于本實(shí)施例中，如圖1所示，各路電感10a-1OOc的另一端分別電性連接于對應(yīng)的開關(guān)管12a_12c及14a_14c。以電感10a為例，其電性連接于開關(guān)管12a及14a。其中，電感100a_100c更通過開關(guān)管12a_12c連接至多路并聯(lián)輸入端In。于本實(shí)施例中，多路并聯(lián)輸入端In接收輸入電壓Vin。
[0117]負(fù)載16與電感模塊10在多路并聯(lián)輸出端Out電性連接。于一實(shí)施例中，直流/直流電源轉(zhuǎn)換器還可包括其他負(fù)載元件，例如但不限于圖1所示出的電容18，以達(dá)到使電路穩(wěn)定的功效。
[0118]需注意的是，上述電感模塊10在直流/直流電源轉(zhuǎn)換器的配置方式僅為一范例。于其他實(shí)施例中，電感模塊10可例如直接與多路并聯(lián)直流輸入端In電性連接而成為對應(yīng)的輸入電感，并通過開關(guān)管12a-12c及14a-14c與多路并聯(lián)輸出端Out電性連接。但是本發(fā)明不限于此。
[0119]電感模塊10可由如圖2所示的磁性元件2實(shí)現(xiàn)。請參照圖2。圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中，應(yīng)用于多路并聯(lián)電源轉(zhuǎn)換器中的磁性元件2的示意圖。磁性元件2包括多個(gè)電感繞組20a、20b和20c以及磁芯22。電感繞組20a-20c以及磁芯22集成如圖1中所示的電感10a-1OOc0
[0120]電感繞組20a_20c的數(shù)目對應(yīng)于圖1中所示的電感模塊10包括的電感10a-1OOc的數(shù)目。電感繞組20a-20c在經(jīng)由電流的輸入并與磁芯22產(chǎn)生電磁作用互相耦合后，用作為電感10a-1OOc。于一實(shí)施例中，電感繞組20a-20c各包括銅皮、利茲線、PCB繞組、圓導(dǎo)線、多股線或扁平線。
[0121]于本實(shí)施例中，磁芯22包括三個(gè)磁芯單元220a、220b和220c。于圖2所示的實(shí)施方式中，磁芯單元220a-220c可以各具有閉合幾何結(jié)構(gòu)以形成三個(gè)窗口24a、24b和24c。需要說明的是，雖然在本實(shí)施方式中包含三個(gè)窗口，但是在其他實(shí)施方式中，磁芯單元并非必然是能形成窗口的閉合幾何結(jié)構(gòu)，其也可以是開放式結(jié)構(gòu)而不形成窗口。
[0122]如圖2所示，每個(gè)磁芯單元220a、220b和220c由四個(gè)磁柱圍繞成帶通孔的四邊形，通孔構(gòu)成用于設(shè)置電感繞組的窗口。其中，磁芯單元220a對應(yīng)于窗口24a，磁芯單元220b對應(yīng)于窗口 24b，磁芯單元220c對應(yīng)于窗口 24c。窗口 24a_24c各設(shè)置電感繞組20a_20c至少其中之一。例如，窗口 24a內(nèi)設(shè)置繞組20a，窗口 24b內(nèi)設(shè)置繞組20b，窗口 24c內(nèi)設(shè)置繞組20c。
[0123]相鄰的兩個(gè)磁芯單元，例如磁芯單元220a及220b具有共用部分26a，磁芯單元220b及220c則具有共用部分26b。相鄰的兩個(gè)磁芯單元還具有非共用部分，例如磁芯單元220a具有不與磁芯單元220b共用的非共用部分27a、28a和29a;磁芯單元220b具有不與磁芯單元220a和220c共用的非共用部分27b和29b;磁芯單元220c具有不與磁芯單元220b共用的非共用部分27c、28c和29c。換言之，在該實(shí)施例中，磁芯單元220a及220b具有共用部分26a；磁芯單元220b及220c具有共用部分26b。對于磁芯單元220b來說，磁柱26a和磁柱26b均為共用部分的公共磁柱。
[0124]于圖2所示的實(shí)施方式中，相鄰的兩個(gè)磁芯單元220a及220b的共用部分26a為一公共磁柱，二者的非共用部分27a、29a和28a分別為第一磁柱、第二磁柱和第三磁柱，其中第一磁柱27a、第二磁柱29a垂直于用作共用部分26a的公共磁柱;第三磁柱28a平行于公共磁柱。每個(gè)磁芯單元220a-220c中的共用部分的磁阻小于非共用部分的磁阻，以磁芯單元220a及220b為例，其共用部分26a的磁阻小于磁芯單元220a及220b的非共用部分27a、28a和29a的磁阻。對應(yīng)地，為了滿足實(shí)現(xiàn)共用部分與非共用部分的上述磁阻大小關(guān)系，可以分別使用不同磁導(dǎo)率材料來制作共用部分與非共用部分，例如使用高磁導(dǎo)率材料來制作共用部分，使用低磁導(dǎo)率材料來制作非共用部分。其中高磁導(dǎo)率材料其初始磁導(dǎo)率大于50，比如鐵氧體，低磁導(dǎo)率材料其初始磁導(dǎo)率大于等于I且小于等于50，例如粉芯類材料。于一實(shí)施例中，共用部分26a使用初始磁導(dǎo)率高于非共用部分的材料形成，以使共用部分26a的磁阻小于非共用部分的磁阻。
[0125]此外，為了滿足共用部分與非共用部分的上述磁阻大小關(guān)系，也可以使用相同磁導(dǎo)率材料制作共用部分與非共用部分，并在非共用部分上設(shè)置磁導(dǎo)率低的磁性部件，該磁性部件可以是磁導(dǎo)率介于I?50的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)。換言之，雖然共用部分與非共用部分使用相同磁導(dǎo)率的材料，但由于非共用部分設(shè)有低磁導(dǎo)率的磁性部件(諸如，一段或多段氣隙)，因此仍然可滿足共用部分的磁阻小于非共用部分的磁阻。亦即，在非共用部分設(shè)置氣隙的前提下，共用部分與非共用部分均可采用同一磁導(dǎo)率的材質(zhì)，從而簡化磁芯的制程。
[0126]例如，于圖2所示的實(shí)施例中，各磁芯單元220a_220c在非共用部分29a、29b和29c包括磁芯單元220a-220c中磁導(dǎo)率最低的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)222a、222b和222c，以達(dá)到感量要求和防止磁芯單元飽和的目的。于一實(shí)施例中，第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)222a-222c的磁導(dǎo)率小于等于50。于一實(shí)施例中，第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)222a-222c為氣隙。由于共用部分的磁導(dǎo)率很高，而非共用部分中包含第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)，因此共用部分的磁阻會遠(yuǎn)小于非共用部分的磁阻，通常地，共用部分的磁阻是非共用部分磁阻1/10以下。
[0127]正是由于共用部分和非共用部分磁阻的這種數(shù)量級關(guān)系，S卩非共用部分磁阻遠(yuǎn)大于共用部分磁阻，使得不同的磁芯單元可以共用磁柱而不影響電路功能，下面從磁通分布的角度詳細(xì)說明這一點(diǎn)。
[0128]請同時(shí)參照圖3A-3B。圖3A為本發(fā)明一實(shí)施例中，圖2的多路電感2及其部分磁通的示意圖。圖3B為本發(fā)明一實(shí)施例中，圖2的多路電感的等效磁路模型。
[0129]如圖3A所不出，窗口 24a內(nèi)設(shè)置繞組20a，窗口 24b內(nèi)設(shè)置繞組20b，窗口 24c內(nèi)設(shè)置繞組20c。各繞組20a、20b和20c中電流包含直流電流分量和交流電流分量，假設(shè)各繞組20a、20b和20c中的直流電流分量都是垂直流入紙面。以繞組20a為例，其直流分量在磁芯中產(chǎn)生三個(gè)路徑的磁通，分別為磁通300a、300b和300 c。為了簡化討論，此處僅分析磁芯內(nèi)部的磁通分布，忽略擴(kuò)散到空氣中的磁通。
[0130]其中磁通300a為只跟自己親合的磁通，即漏磁通，對應(yīng)于漏感，磁通300b和300c分別為繞組20a和其它兩個(gè)繞組20b和20c耦合的互磁通，分別對應(yīng)于與各自相應(yīng)繞組的互感。
[0131]如圖3B等效磁路模型所示，其中，F(xiàn)為繞組20a的磁動勢，Ra為磁芯單元220a的非共用部分的總磁阻，主要取決于第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)222a;Rb為磁芯單元220b的非共用部分的總磁阻，主要取決于第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)222b;Rc為磁芯單元220c的非共用部分的總磁阻，主要取決于第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)222c;rl2為磁芯單元220a和220b的共用部分的磁阻，r23為磁芯單元220b和220c的共用部分的磁阻。由于共用部分為高磁導(dǎo)率材料，非共用部分中包含第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)，因此共用部分的磁阻rl2和r23會遠(yuǎn)小于非共用部分磁阻Ra、Rb和Re。因此繞組20a產(chǎn)生的三部分磁通300a、300b和300c中，漏磁通300a很大，互磁通300b、300c很小。由此可知，雖然磁芯單元220a與220b共用一個(gè)共用部分26a，但是這兩個(gè)磁芯單元之間的耦合是很小的，因此共用磁柱的電感可以達(dá)到與分立電感基本相同的電路功能。
[0132]下面來說明本發(fā)明磁芯中相鄰磁芯單元具有共用部分帶來的好處。請參考圖3A，這里將某電流產(chǎn)生的多個(gè)磁通中最大的那個(gè)磁通定義為主磁通，則繞組20a產(chǎn)生的主磁通為300a。類似地，繞組20b產(chǎn)生的主磁通為302。磁通300a和302的路徑中有一部分共用的公共磁柱即共用部分26a，在共用部分26a中，磁通300a和302方向相反，存在抵消的效果。因此共用部分26a中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B會減小，損耗和飽和壓力都會減小，因此磁芯體積就可以減小。這樣，圖3A中所示的電感元件通過使相鄰的磁性單元共用具有高磁導(dǎo)率的共用部分，減小整個(gè)磁性元件的體積，其中具有高磁導(dǎo)率的共用部分位于各磁芯單元的主磁通的路徑中。為了實(shí)現(xiàn)一定的感量并防止磁芯的飽和，在各磁芯單元其余的非共用部分的至少一部分上設(shè)置了第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)，以提高非共用部分的磁阻。
[0133]請參照圖4。圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中，應(yīng)用于多路并聯(lián)電源轉(zhuǎn)換器的磁性元件4的示意圖。磁性元件4包括多個(gè)繞組20a-20c以及磁芯40。
[0134]于本實(shí)施例中，磁芯40包括三個(gè)磁芯單元400a_400c以及對應(yīng)的窗口 42a_42c。窗口 42a-42c分別對應(yīng)設(shè)置繞組20a-20c。磁芯單元400a-400c可以呈由三個(gè)磁柱形成的三角形。相鄰的兩個(gè)磁芯單元，例如磁芯單元400a及400b具有共用部分44a，磁芯單元400b及400c則具有共用部分44b。如同先前的實(shí)施例所述，共用部分44a及44b相較其他非共用部分可以具有較高的初始磁導(dǎo)率，從而具有較低的磁阻。在此實(shí)施例中，磁芯單元400b中有兩個(gè)磁柱均為共用部分。
[0135]請參照圖5。圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中，應(yīng)用于多路并聯(lián)電源轉(zhuǎn)換器的磁性元件5的示意圖。磁性元件5包括多個(gè)繞組20a-20c以及磁芯50。
[0136]于本實(shí)施例中，磁芯50包括三個(gè)磁芯單元500a、500b和500c以及對應(yīng)的窗口52a、52b和52c ο窗口 52a-52c分別對應(yīng)設(shè)置繞組20a-20c。磁芯單元500a_500c可以呈由五個(gè)磁柱形成的五邊形。相鄰的兩個(gè)磁芯單元，例如磁芯單元500a及500b具有共用部分54a。而如磁芯單元500b及500c則具有共用部分54b。如同先前的實(shí)施例所述，共用部分54a及54b相較其他未共用部分，由較高的初始磁導(dǎo)率材料形成，因而具有較低的磁阻。
[0137]于其他實(shí)施例中，磁芯的磁芯單元的數(shù)目以及磁芯單元的形狀均可依實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，不為上述實(shí)施例的數(shù)目與形狀所限制。
[0138]請參照圖6A-6G。圖6A-6G分別為本發(fā)明一實(shí)施例中，單一個(gè)磁芯單兀6的不意圖。
[0139]于本實(shí)施例中，磁芯單元6為四邊形，包括四個(gè)磁柱60a、60b、60c及60d。于一實(shí)施例中，磁柱60c是與其他磁芯單元(未示出)共用的共用部分;磁柱60a、60b及60d為磁芯單元的非共用部分。因此，磁柱60a、60b及60d可設(shè)置第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)(諸如氣隙)。依不同需求，第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)的配置方式，如數(shù)目以及位置等，可進(jìn)行不同的調(diào)整。
[OMO]以圖6A為例，第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)600為一氣隙，設(shè)置在磁柱60a的中央。在圖6B中，第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)600設(shè)置在磁柱60a靠近磁柱60d的一端。在圖6C中，包括單個(gè)氣隙的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)600，設(shè)置在距磁柱60a—端的四分之一處。
[OH1] 于圖6D中，各自包括單個(gè)氣隙的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)600及602分別設(shè)置在磁柱60a以及磁柱60b的中央。于圖6E中，各自包括單個(gè)氣隙的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)602及604分別設(shè)置在磁柱60b以及磁柱60d的中央。于圖6F中，各自包括單個(gè)氣隙的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)600、602及604分別設(shè)置在磁柱60a、60b及60d的中央。
[0142]以上例舉的多個(gè)第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)為分布式設(shè)置于磁芯單元上的例子。
[0143]于圖6G中，包括三個(gè)氣隙610a、610b以及610c的低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)606設(shè)置在磁柱60a的中央。在圖6G所示的實(shí)施例是多個(gè)第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)為集中式設(shè)置于磁芯單元上的例子。
[0144]需注意的是，上述各種第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)的位置、數(shù)目以及包括的氣隙數(shù)目均可依情形進(jìn)行排列組合，不為上述的實(shí)施方式所限。當(dāng)然，第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)所包括的氣隙也可填充其他低磁導(dǎo)率材料，如粘結(jié)膠等。
[0145]圖7A-7B分別為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯7的示意圖。于本實(shí)施例中，磁芯7包括六個(gè)磁芯單元700&、70013、700(3、700(1、70(^和70(^以及對應(yīng)的窗口723、7213、72(3、72(1、726和72f。磁芯單元700a-700f為四邊形。在本實(shí)施例中，所示磁芯7的各窗口的中心軸是相互平行的。
[0146]各個(gè)磁芯單元700a_700f各自包括第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)。于圖7A中，各個(gè)磁芯單元700a-700f包括兩個(gè)具有單一氣隙并設(shè)置在與共用部分垂直的一對非共用部分一端的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)，例如對應(yīng)于磁芯單元700a具有第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)720a及720b。而于圖7B中，各個(gè)磁芯單元700a-700f則包括集中式分布的多個(gè)第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)并設(shè)置在同一個(gè)與共用部分垂直的非共用部分的中央，例如磁芯單元700a的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)722包括3個(gè)氣隙，并且集中設(shè)置在同一個(gè)非共用部分的中央。換言之，圖7B的各個(gè)磁芯單元各自的氣隙均設(shè)置于同一側(cè)。
[0147]圖8為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯8的示意圖。于本實(shí)施例中，磁芯8包括六個(gè)磁芯單元800a、800b、800c、800d、800e 和 800f 以及對應(yīng)的窗口 82a、82b、82c、82d、82e 和 82f。磁芯單元800a-800f為四邊形。于本實(shí)施例中，每個(gè)磁芯單元800a-800f具有兩個(gè)或兩個(gè)以上與其鄰接的磁芯單元。以磁芯單元800a為例，其與磁芯單元800b及800d相鄰接。而磁芯單元800b則與磁芯單元800a、800c及800e鄰接。
[0148]各個(gè)磁芯單元800a-800c各包括多個(gè)第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)(諸如氣隙)，并集中式設(shè)置在同側(cè)非共用部分的中央部分，例如對應(yīng)于磁芯單元800a的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)820a。而各個(gè)磁芯單元800d-800f各包括多個(gè)第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)，并集中式設(shè)置在同側(cè)非共用部分的中央部分，例如磁芯單元SOOd的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)820b包括3個(gè)氣隙，并且均設(shè)置在同一個(gè)非共用部分的中央。
[0149]因此，磁芯8包括的磁芯單元800a_800f彼此間具有更多共用的部分即共用部分，可更有效的縮減整體磁芯8的體積。
[0150]圖9為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯9的示意圖。于本實(shí)施例中，磁芯9包括六個(gè)磁芯單元900a、900b、900c、900d、900e和900f以及對應(yīng)的窗口，例如磁芯單元900a對應(yīng)的窗口92。磁芯單元900a-900f為四邊形。于本實(shí)施例中，每個(gè)磁芯單元900a-900f具有兩個(gè)鄰接的磁芯單元，以圍繞成長方體。以磁芯單元900a為例，其與磁芯單元900b及900f相鄰接。而磁芯單元900c則與磁芯單元900b及900d鄰接。
[0151]各個(gè)磁芯單元900a_900f各包括多個(gè)第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)，并設(shè)置在同側(cè)非共用部分的中央部分，例如對應(yīng)于磁芯單元900a的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)920。
[0152]該磁芯9中，各磁芯單元900a_900f的窗口的各中軸線有的相互平行，有的相互垂直。例如，磁芯單元900a和900b的窗口的中軸線相互垂直，磁芯單元900b和900c的窗口的中軸線相互平行，因此，磁芯9的各磁芯單元900a-900f相互連接后可形成長方體的結(jié)構(gòu)，這樣可更有效的縮減整體磁芯9的體積。
[0153]圖10為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯1000的示意圖。于本實(shí)施例中，磁芯1000包括六個(gè)磁芯單元1000a、1000b、1000c、100cU100e和100f以及對應(yīng)的窗口，例如磁芯單元100d對應(yīng)的窗口 1002。磁芯單元100a-1OOOf為四邊形。于本實(shí)施例中，磁芯單元1000a-1000c位于相同的平面上，磁芯單元100b分別與磁芯單元100a及100c鄰接。磁芯單元100d-1OOOf位于相同的另一平面上，磁芯單元100e分別與磁芯單元100b及100f鄰接。磁芯單元100e及100f則分別與磁芯單元100a及100c鄰接。
[0154]磁芯單元100a-1OOOc與磁芯單元100d-1OOOf互相垂直，因此磁芯單元100a-1OOOc以及磁芯單元100d-1OOOf所對應(yīng)的窗口的中心軸互相垂直，以圍繞成立體的不規(guī)則形狀。
[0155]在本實(shí)施例中，各個(gè)磁芯單元100a-1OOOf各包括多個(gè)第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)。所述多個(gè)第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)集中式設(shè)置在其中一個(gè)非共用部分的中央部分例如圖10中，磁芯單元100d所示的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1020。
[0156]因此，磁芯1000包括的磁芯單元100a-1OOOf彼此間亦可視需求結(jié)合為不規(guī)則的立體形。
[0157]圖11為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯1100的示意圖。于本實(shí)施例中，磁芯1100包括三個(gè)磁芯單元I10a-110c以及對應(yīng)的窗口，例如磁芯單元I10a對應(yīng)的窗口 1102。磁芯單元IlOOa-1lOOc為長方形。于本實(shí)施例中，磁芯單元IlOOa及IlOOb間的共用部分1104a對于磁芯單元IlOOa及IlOOb的非共用部分來說，是部分共用。而磁芯單元IlOOb及IlOOc間的共用部分1104b對于磁芯單元IlOOb的非共用部分來說，是部分共用。也就是說中，在該圖11所示的磁芯1100中，共用部分和非共用部分形成于同一個(gè)磁柱的不同位置上。
[0158]進(jìn)一步地，各個(gè)磁芯單元I 10a-1 10c各包括第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)，第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)可具有多種數(shù)目、位置的組合。需注意的是，雖然磁芯單元llOOa-llOOc中的某些磁柱，包括磁芯單元之間的共用部分1104a及1104b，但是第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)仍可形成于這些磁柱的非共用部分上。
[0159]因此，磁芯1100中的磁芯單元llOOa-llOOc可視需求以部分共用的形式形成。
[0160]圖12為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯1200的示意圖。于本實(shí)施例中，磁芯1200包括三個(gè)磁芯單元1200a-1200c以及對應(yīng)的窗口，例如磁芯單元1200a對應(yīng)的窗口 1202。磁芯單元1200a-1200c為長條形。于本實(shí)施例中，磁芯單元1200a及1200b間的共用部分1204a對于磁芯單元1200a及1200b的磁柱來說，是部分共用。而磁芯單元1200b及1200c間的共用部分1204b對于磁芯單元1200b及1200c的磁柱來說，是部分共用。
[0161]進(jìn)一步地，各個(gè)磁芯單元1200a-1200c各包括第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)可具有多種數(shù)目、位置的組合。需注意的是，雖然磁芯單元1200a-1200c中的某些磁柱包括磁芯單元之間的共用部分1204a及1204b，但是第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)仍可形成于這些磁柱的非共用部分上。
[0162]因此，磁芯1200包括的磁芯單元1200a_1200c可視需求以部分共用的形式形成。
[0163]圖13為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯7”的不意圖。
[0164]于本實(shí)施例中，磁芯7”包括六個(gè)磁芯單元700a、700b、700c、700d、700e和700f以及對應(yīng)的窗口 72a-72f。磁芯單元700a-700f為四邊形。且各個(gè)磁芯單元700a_700f包括第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)，該第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)具有單一氣隙并分別設(shè)置在與共用部分垂直的一對非共用部分的一端，例如磁芯單元700a具有設(shè)置在與共用部分704垂直的兩個(gè)非共用部分一端的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)720a及720b。
[0165]然而于本實(shí)施例中，以磁芯單元700a及700b間的共用部分704為例，該共用部分704包括一第二低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1300。因此，于一實(shí)施例中，非公用部分中第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)720a的磁導(dǎo)率為Ul，磁芯單元700a其他非公用部分的磁導(dǎo)率為U3，其中U3大于Ul，而共用部分中第二低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1300的磁導(dǎo)率為U2，共用部分其他部分的磁導(dǎo)率為U4，其中U4大于U2。如磁芯單元700a在非共用部分的截面積為SI且長度為LI，而共用部分704的截面積為S2且長度為L2。在U3遠(yuǎn)大于Ul的條件下，則非共用部分的磁阻Rml約為(2*L1)/(U1*S1);在U4遠(yuǎn)大于U2的條件下，共用部分704的磁阻Rm2約為L2/(U2*S2)。在經(jīng)過長度LI與L2以及截面積為SI與S2的調(diào)整后，亦可使共用部分704的磁阻Rm2小于非共用部分的磁阻Rml。
[0166]請參見圖14A和圖14B，圖14A為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯1400的示意圖，圖14B為圖14A的磁芯1400的制作結(jié)構(gòu)的一實(shí)施例示意圖。
[0167]于圖14A所示實(shí)施例中，磁芯1400包括兩個(gè)磁芯單元1400a_1400b以及對應(yīng)的窗口，并分別包括對應(yīng)的電感繞組1420a及1420b。磁芯單元1400a-1400b各包括第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1422a及1422b，且第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1422a及1422b分別設(shè)置于與共用部分平行的非共用部分上，電感繞組1420a及1420b分別繞設(shè)于與共用部分垂直的非共用部分上。
[0168]圖14A的磁芯1400在制成的實(shí)現(xiàn)上，是分別制作圖14B中磁芯底座1430和磁芯蓋板1440而實(shí)現(xiàn)。其中磁芯蓋板1440可以是I型磁芯，底座1430可以是一 E形磁芯，底座1430包括一個(gè)中柱、兩個(gè)邊柱和分別連接中柱與邊柱的連接部。E型磁芯中間的磁柱為共用部分，兩側(cè)的磁柱以及連接中間和兩側(cè)磁柱的連接部以及磁芯蓋板為非共用部分。第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1422a及1422b分別設(shè)于E型磁芯的兩側(cè)的邊柱上，電感繞組1420a及1420b分別繞設(shè)于E型磁芯的連接部。
[0169]如圖14B所示，底座1430的兩側(cè)的邊柱距磁芯蓋板的垂直距離分別為Hl和H2，為了保證兩路電感的感量盡量相等，需要盡量使H1=H2。由于邊柱的上表面和中柱的上表面不在同一平面內(nèi)，兩側(cè)邊柱的研磨需要分兩次進(jìn)行，通常容易導(dǎo)致磁芯制成會有公差導(dǎo)致Hl和H2的不等，需要后續(xù)再去研磨邊柱的上表面以減小Hl和H2的差異。因此，圖14A和圖14B所示的磁芯1400可以在保證高功率基礎(chǔ)上減小體積，但在制作加工上有較高的要求。
[0170]請參見圖15A和圖15B，圖15A為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯1500的示意圖，圖15B為圖15A的磁芯1500的制作結(jié)構(gòu)的一實(shí)施例示意圖。
[0171]于圖15A所示的實(shí)施例中，磁芯1500包括兩個(gè)磁芯單元1500a、1500b及兩個(gè)電感繞組1520a及1520b。兩個(gè)磁芯單元1500a、1500b具有共用部分1510a，其可以是一公共磁柱;兩個(gè)磁芯單元 1500a、1500b 還具有非共用部分 151 la、1512a、1513a、151 lb、1512b 和 1513b，這些非共用部分各自可由一磁柱形成。磁芯單元1500a、1500b各包括至少一磁導(dǎo)率介于I?50的磁性部件，例如第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)。于圖15A示出的磁芯1500中，磁芯單元1500a、1500b各包括第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1522a及1522b，且第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1522a及1522b分別設(shè)置于與共用部分垂直的非共用部分上，電感繞組1520a及1520b分別繞設(shè)于與共用部分垂直的非共用部分上。
[0172]圖15A的磁芯在制成上是分別制作圖15B中的磁芯蓋板1540和磁芯底座1530而實(shí)現(xiàn)。其中磁芯蓋板1540可以是I型磁芯，底座1530可以是一E形磁芯，底座1530包括一個(gè)中柱、兩個(gè)邊柱和分別連接中柱與邊柱的連接部。E型磁芯中間的磁柱為共用部分，兩側(cè)的磁柱以及連接中間和兩側(cè)磁柱的連接部以及磁芯蓋板為非共用部分。第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1522a及1522b設(shè)于磁芯蓋板1540上，電感繞組1520a及1520b分別繞設(shè)于E型磁芯的連接部。
[0173]如圖15B所示，磁芯底座1530的邊柱和中柱需要高度相等，通常磁芯制成中產(chǎn)生的不等高，后續(xù)只需將這三個(gè)面一起同時(shí)研磨即可保證高度相等。而磁芯蓋板1540則是通過將磁芯1541、1542和1543通過粘結(jié)劑粘合起來實(shí)現(xiàn)的，粘結(jié)劑即形成第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1522a及1522b。而為了保證兩路電感的感量盡量相等，需要控制磁芯蓋板1540中的兩個(gè)第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1522a和1522b的寬度Dl和D2，使Dl和D2盡量相等。其中一種方式可以通過在粘結(jié)劑中摻入非導(dǎo)電、非導(dǎo)磁且直徑為Dl的球狀固體顆粒，這樣就固定兩片磁芯粘合處的間距，從而提高各路感量的一致性。
[0174]遵循本發(fā)明中磁柱共用的原則，第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)的位置可以任意出現(xiàn)在非共用磁芯處，因此多個(gè)磁芯單元共用磁柱后會形成不同的磁芯形狀。結(jié)合圖14B，圖14A中第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1422a及1422b位于磁芯1400的磁芯蓋板1440與磁芯底座1430的邊柱結(jié)合處。而圖15A中，第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1522a及1522b位于磁芯1500的磁芯蓋板1540上。雖然這兩個(gè)磁芯從磁路的角度上看是等效的，但是制成的實(shí)現(xiàn)方面卻是有比較大的區(qū)別。因此類似于圖15A，第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1522a和1522b位于磁芯蓋板1540的磁芯1500，其在感量控制精度和制成的方便性上均優(yōu)于類似于圖14A中第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1422a和1422b位于兩側(cè)邊柱的磁芯1400。
[0175]此外，對磁芯窗口中的繞組來說，第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)通常會有磁場的擴(kuò)散，磁場擴(kuò)散的結(jié)果是電感繞組損耗的增加，且距離第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)越近，電感繞組損耗越大。假設(shè)圖14A和圖15A中，磁芯只是第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)有所不同，其余尺寸均相同，圖14A中電感繞組1420b距離第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1422b的垂直距離為Hwl，圖15A中電感繞組1520b距離第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1522b的垂直距離為Hw2，顯然Hw2>Hwl，因此圖15A所示實(shí)施例中電感繞組的損耗更小。
[0176]同時(shí)在磁芯的擴(kuò)展性上，由于受到第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)設(shè)置于非共用部分的限制，圖14A所示的磁芯1400無法在水平維度方向上擴(kuò)展為應(yīng)用于三路電感或三路電感以上的磁芯，只能在垂直于水平維度方向上進(jìn)行擴(kuò)展，且每增加一路，在制程上就得多增加一次研磨工序，對應(yīng)地會增加磁芯制成的復(fù)雜度和增加感量控制一致性的難度。
[0177]而圖15A的兩路電感共用磁芯的不但可以在垂直于水平維度方向上進(jìn)行擴(kuò)展，而且還可以在水平維度方向上再增加一個(gè)或一個(gè)以上磁芯單元，很容易地?cái)U(kuò)展成三路電感或三路電感以上的磁芯。
[0178]圖15C為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯1500’的示意圖。磁芯1500’即為圖15A中的磁芯1500在水平維度擴(kuò)展應(yīng)用于三路電感的磁芯，包括磁芯單元1500a-1500c以及對應(yīng)的窗口，并分別包括對應(yīng)的電感繞組1520a-1520c，且磁芯單元1500a-1500b各包括第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1522a-1522c。這種水平維度方向上的擴(kuò)展非常靈活方便，對整個(gè)磁芯的制成工藝也不需要額外調(diào)整。
[0179]圖15D為本發(fā)明一實(shí)施例中，磁芯1500”的示意圖。磁芯1500”為在圖15C的磁芯1500 ’結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在垂直于水平維度方向上進(jìn)行鏡像擴(kuò)展，以包括磁芯單元1500a-1500f以及對應(yīng)的窗口，并分別包括對應(yīng)的電感繞組1520a-1520f，且磁芯單元1500a-1500f各包括第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1522a-1522f。圖15D所示的磁芯相比于圖15C，電路的路數(shù)增加一倍，只需增加一次研磨工序，制作起來也更加簡單。
[0180]另外需要指出的是:在X維度方向上擴(kuò)展為應(yīng)用于三路電感或三路電感以上磁芯時(shí)(以三路電感為例，如圖15C所示)，其上蓋板如圖15E所示，其中D31為磁芯單元1500a中第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1522a的長度，D32為磁芯單元1500b中第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1522b的長度，D33為磁芯單元1500c中第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1522c的長度，通常的做法是盡量把D31、D32和D33做成一樣。忽略各種公差的影響，理想情況下，由結(jié)構(gòu)的對稱性可知，磁芯單元1500a和磁芯單元1500c的感量是一樣，而磁芯1500b跟它們不是完全對稱的，因此磁芯單元1500b的感量Lb與磁芯單元1500a的感量La不完全相等。
[0181]圖15F為磁芯單元1500a的磁路模型，其總磁阻Za為PortI看進(jìn)去的總阻抗(如圖15G)。同理，圖15H為磁芯單元1500b的磁路模型，其總磁阻Zb為Port 2看進(jìn)去的總阻抗(如圖151)，從磁路的串并聯(lián)關(guān)系可以得到:Za>Zb。而磁芯單元的感量反比于磁路的總磁阻，因此La〈Lb，記Lb = (I +a) *La，通常α的范圍在0.1 %?1 %。在實(shí)際的電感規(guī)格中，同一尺寸的電感都存在10%的感量偏差，因此通常情況下La和Lb感量的這些偏差是可以接受的。但是對于多路并聯(lián)的電感或有更高感量精度控制要求的電感，這部分的感量偏差需要在設(shè)計(jì)的時(shí)候修正掉，具體的方法為:將磁芯單元1500b的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1522b長度D32設(shè)計(jì)為磁芯單元1500a的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1522a長度D31的(l+α)倍。因此，在圖15C中所示的磁性元件的實(shí)施例中，有兩個(gè)相鄰磁芯單元的磁芯單元1500b中的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1522b的磁阻大于另外兩個(gè)只有一個(gè)磁芯單元相鄰的磁芯單元1500a和1500c中的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1522a和1522c的磁阻。以此類推，有較多相鄰磁芯單元的磁芯單元為保證與較少相鄰磁芯單元的電感量均衡，較多相鄰磁芯單元的磁芯單元中第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)的磁阻可以設(shè)計(jì)得比較少相鄰磁芯單元的磁芯單元中第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)的磁阻大。
[0182]當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，也可以通過采用一個(gè)磁芯單元中的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)的材料的磁導(dǎo)率小于另一磁芯單元中的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)的材料的磁導(dǎo)率來實(shí)現(xiàn)一磁芯單元中第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)的磁阻大于另一磁芯單元中的第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)的磁阻。
[0183]應(yīng)用本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過磁芯的設(shè)計(jì)，大幅縮減多個(gè)并聯(lián)的磁性元件的體積，也利于減小多路并聯(lián)電感的損耗，也利于多路并聯(lián)電感的制作。
[0184]下面對多相集成電感的電感繞組實(shí)現(xiàn)做說明。
[0185]參見圖16，圖16為六相集成電感的一具體實(shí)施例，該集成電感包括集成磁芯和電感繞組。其中六相集成磁芯的結(jié)構(gòu)類似于圖7B所示磁芯，包括6個(gè)沿同一維度排列的磁芯單元，相鄰兩個(gè)磁芯單元共用具有高磁導(dǎo)率的共用部分1502，第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1504為氣隙，位于與共用部分1502垂直的非共用部分上，且所有氣隙1504均位于磁芯同一側(cè)。該集成磁芯的每個(gè)窗口中還包含相應(yīng)的電感繞組1505，各電感繞組1505分別圍繞在各自對應(yīng)磁芯單元的不帶氣隙的非共用部分上。
[0186]該集成電感的磁芯可以由一個(gè)I型磁芯蓋板1503和磁芯底座1501組合而成。I型磁芯蓋板上設(shè)有多段氣隙，以形成多個(gè)第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1504。該磁芯底座1501包括一基板以及基板上的7個(gè)磁柱，其中2個(gè)為非共用部分，5個(gè)為共用部分。在一實(shí)施例中，磁芯底座1501可以由6個(gè)U型磁芯拼接而成。每個(gè)U型磁芯具有兩個(gè)磁柱和連接兩個(gè)磁柱的連接部，位于首尾兩端部的兩個(gè)U型磁芯的外側(cè)磁柱為非共用部分，其余磁柱、各U型磁芯的連接部以及蓋板均形成非共用部分。在其他實(shí)施例中，磁芯底座1501也可以由3個(gè)E型磁芯拼接而成，或者由U型磁芯E型磁芯共同拼接而成。
[0187]本發(fā)明集成電感可設(shè)置于一電源轉(zhuǎn)換器的多路并聯(lián)輸入端或多路并聯(lián)輸出端。流經(jīng)集成電感的多個(gè)繞組中的直流電流方向相同，交流電流存在預(yù)設(shè)相位差。
[0188]參見圖17，圖17為六相集成電感的另一實(shí)施例，該集成電感包括集成磁芯和電感繞組。與圖16所示的六相集成電感類似，集成磁芯包括I型磁芯蓋板1603和磁芯底座1601，磁芯底座1601包括2個(gè)非共用部分和5個(gè)共用部分，磁芯蓋板1603上設(shè)有多個(gè)用作第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)1604的氣隙。與圖16所示的六相集成電感的不同之處在于:各電感繞組1605分別圍繞在帶有氣隙的磁芯蓋板1603上。相比于圖16所示的實(shí)施例，該實(shí)施例可以顯著減小各磁芯單元的漏磁通，從而改善電磁干擾性能，同時(shí)還可以降低各磁芯單元之間的耦合。
[0189]請參考圖18，圖18為圖16所示的六相集成電感中第一相電感繞組1505考慮擴(kuò)散到空氣中的互磁通之后的磁通分布圖。如圖16所不，電感繞組1505產(chǎn)生的磁通可以分成六部分，其中Φ 11為只跟自己電感繞組耦合的漏磁通，對應(yīng)漏電感；Φ 12、Φ 13、Φ 14、Φ 15和Φ16分別為電感繞組1505和其他電感繞組耦合的互磁通，分別對應(yīng)于與相應(yīng)電感繞組的互感(請參考圖3A，根據(jù)之前的分析，磁芯中的互磁通非常小，為了簡化，此處做了忽略)；雖然相鄰的磁芯單元的共用部分已經(jīng)是高磁導(dǎo)率的磁柱了，但是由于各相磁芯單元的氣隙沒有被電感繞組包圍，互磁通仍然很大，導(dǎo)致耦合不可忽略;特別是在頻率較高，電感體積很小，相與相之間的距離變得很近時(shí)，相鄰兩相之間的耦合系數(shù)甚至可以達(dá)到0.2-0.5的范圍。對于圖17所示的結(jié)構(gòu)，由于各氣隙被電感繞組包圍，漏磁通就很小，耦合系數(shù)可以減小到0-0.15的范圍，例如耦合系數(shù)為0.12、0.10、0.08、0.06等等，此時(shí)對電路的影響就很小了，可以達(dá)到跟分立電感相同的效果。
[0190]參見圖19，圖19示出圖16所示的六相集成電感中，一種電感繞組與磁芯單元關(guān)系的結(jié)構(gòu)示意圖。在一六相集成電感中，如圖16(圖17)所示的六相集成電感中，電感繞組1605為扁平線，該扁平線橫截面為矩形，寬度為《，厚度為h，w>h，如圖19所示。使用扁平線狀的電感繞組1605的好處在于:當(dāng)導(dǎo)體彎折成電感繞組后可以直接形成兩個(gè)焊盤1606(見圖17)，能直接與PCB焊接。
[0191]在圖16、圖17所示的六相集成電感中，電感繞組的兩個(gè)焊盤都是朝電感內(nèi)側(cè)彎折。在另一實(shí)施例中，電感繞組焊盤也可以朝電感外側(cè)彎折。電感繞組包圍氣隙時(shí)(見圖17)，氣隙的擴(kuò)散磁通可能會在電感繞組上引入額外的損耗，本實(shí)施例中采取了三個(gè)措施來減小這部分損耗:
[0192]—是使電感繞組的寬度W所在方向與第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)即氣隙所在的磁柱(非共用部分)平行，因?yàn)楦哳l電流會分布在靠近氣隙的導(dǎo)體表面，當(dāng)導(dǎo)體寬度所在平面面對第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)時(shí)可以增加高頻電流的導(dǎo)電面積，降低損耗。
[0193]二是使電感繞組與第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)即氣隙之間保持適當(dāng)?shù)木嚯xSi，如圖19所示。較優(yōu)的，距離Si與電感繞組的寬度w的關(guān)系滿足sl>w/5，此時(shí)氣隙的擴(kuò)散磁通帶來的損耗通常可以忽略不計(jì)。
[0194]三是利用帶凹槽的扁平線來做電感繞組，如圖20、21所示，圖21示出圖20中的電感繞組的立體圖。用作電感繞組1605的扁平線上設(shè)有凹槽1801。凹槽可以呈U形，其深度為s2，深度為s2與電感繞組的寬度w的關(guān)系滿足s2>w/5，此時(shí)氣隙的擴(kuò)散磁通帶來的損耗通常可以忽略不計(jì)。凹槽1801的形狀不限于U形，其還可以是弧形等其他形狀。凹槽1801的寬度wl可以大于氣隙的寬度。利用帶凹槽的扁平線來做電感繞組的優(yōu)點(diǎn)是:當(dāng)組裝繞組和磁芯時(shí)，可以將繞組抵靠到氣隙所在的磁柱進(jìn)行組裝，從而可以很容易地控制繞組與具有第一低磁導(dǎo)率結(jié)構(gòu)的磁柱即具有氣隙的磁柱之間的距離，從而方便組裝。
[0195]參見圖22，圖22示出圖21中的電感繞組的展開圖。為了得到圖21所示的繞組結(jié)構(gòu)，可以將一段帶凹槽的平直的扁平線通過彎折而成，為了方便彎折，減小變形，還可以進(jìn)一步在帶凹槽的平直扁平線上開設(shè)缺口例如一V型口 1802。在一實(shí)施方式中，該V型口 1802可以是90°，當(dāng)然本發(fā)明不限于此，該V型口的大小可根據(jù)需要任意增減，并且該缺口也不限于V型，其還可以呈弧形等其他形狀。
[0196]參見圖23，圖23為本發(fā)明一實(shí)施例中，兩相集成電感的結(jié)構(gòu)示意圖。該兩相集成電感中磁芯2101包含兩個(gè)磁芯單元，兩個(gè)磁芯單元分別具有一氣隙2102，兩個(gè)氣隙2102分別位于兩個(gè)磁芯單元中與公共磁柱平行的非公共磁柱的正中間位置。兩個(gè)電感繞組2103和2104均為扁平線，分別繞設(shè)于帶氣隙的非公共磁柱上。電感繞組的寬度W的方向與氣隙所在非公共磁柱的平行。本發(fā)明的集成電感可以應(yīng)用于多路并聯(lián)的降壓電路(buck circuit),也可以應(yīng)用于多路并聯(lián)的升壓電路(boost circuit)，或者與這兩者類似的其他應(yīng)用場合。由于該集成電感相與相之間的耦合很弱，相當(dāng)于分立電感，因此對每個(gè)并聯(lián)支路的開關(guān)信號并沒有相位差的要求。例如在一實(shí)施例中，不同的并聯(lián)支路之間開關(guān)信號是同步的;在另一實(shí)施例中，不同的并聯(lián)支路之間開關(guān)信號有一定的延遲，例如延遲時(shí)間等于T/N，其中，T為開關(guān)周期，N為并聯(lián)的路數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁芯，其特征在于，包括: 多個(gè)磁芯單元，每個(gè)所述磁芯單元包括至少一個(gè)與相鄰磁芯單元共用的共用部分和至少一個(gè)不與相鄰磁芯單元共用的非共用部分，其中，所述共用部分的磁阻小于所述非共用部分的磁阻，且相鄰的兩個(gè)所述磁芯單元在所述共用部分的直流磁通方向相反。2.如權(quán)利要求1所述的磁芯，其特征在于，所述共用部分包括一公共磁柱，所述非共用部分包括一第一磁柱以及一第二磁柱，其中，所述第一磁柱與所述第二磁柱均垂直于所述公共磁柱。3.如權(quán)利要求2所述的磁芯，其特征在于，所述第一磁柱或所述第二磁柱包括至少一磁性部件，且所述磁性部件的磁導(dǎo)率介于I?50。4.如權(quán)利要求3所述的磁芯，其特征在于，所述磁性部件為一段或多段氣隙。5.如權(quán)利要求4所述的磁芯，其特征在于，所述磁性部件為多段氣隙，所述多段氣隙分布于同一磁柱上或分別分布于不同的磁柱。6.如權(quán)利要求3所述的磁芯，其特征在于，在所述第一磁柱或所述第二磁柱中，所述磁性部件之外的其余部分與所述公共磁柱采用相同磁導(dǎo)率的材料制成。7.如權(quán)利要求2所述的磁芯，其特征在于，所述第一磁柱和所述第二磁柱具有一第一磁導(dǎo)率，所述公共磁柱具有一第二磁導(dǎo)率，且所述第二磁導(dǎo)率大于所述第一磁導(dǎo)率。8.如權(quán)利要求7所述的磁芯，其特征在于，所述第一磁柱和所述第二磁柱由粉芯類材料制成。9.如權(quán)利要求1所述的磁芯，其特征在于，每個(gè)所述磁芯單元包括至少一個(gè)磁柱，所述共用部分與所述非共用部分位于同一磁柱的不同位置。10.如權(quán)利要求1所述的磁芯，其特征在于，每個(gè)所述磁芯單元包括至少兩個(gè)磁柱，所述共用部分所在的磁柱數(shù)量大于或等于2。11.如權(quán)利要求3所述的磁芯，其特征在于，所述磁芯單元還包括一磁芯蓋板以及一磁芯底座，該磁芯蓋板覆蓋于該磁芯底座以形成一幾何結(jié)構(gòu)，其中，所述磁芯蓋板形成所述第一磁柱與所述第二磁柱，所述磁性部件設(shè)置于該磁芯蓋板。12.如權(quán)利要求1所述的磁芯，其特征在于，所述磁芯為集成式電感磁芯。13.—種磁性元件，包括: 磁芯，其是如權(quán)利要求1所述的磁芯；以及 多個(gè)繞組，所述多個(gè)繞組分別繞設(shè)于對應(yīng)磁芯單元的所述非共用部分。14.如權(quán)利要求13所述的磁性元件，其特征在于，所述非共用部分包括一第一磁柱和一第二磁柱，所述第一磁柱與所述第二磁柱均垂直于所述共用部分，其中，所述第一磁柱或所述第二磁柱包括至少一磁性部件，且所述磁性部件的磁導(dǎo)率介于I?50。15.如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其特征在于，所述多個(gè)繞組分別繞設(shè)于所述磁性部件所在的磁柱。16.如權(quán)利要求15所述的磁性元件，其特征在于，相鄰兩磁芯單元的各自繞組之間的耦合系數(shù)小于0.15。17.如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其特征在于，所述多個(gè)繞組分別繞設(shè)于與所述磁性部件所在的磁柱相對的另一磁柱。18.如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其特征在于，所述磁芯包括I型磁芯蓋板和磁芯底座，所述磁芯底座由至少一個(gè)E型磁芯和/或至少一個(gè)U型磁芯拼接而成;所述磁性部件設(shè)于所述磁芯蓋板上;其中，所述繞組繞設(shè)于所述E型磁芯的連接部、所述U型磁芯的連接部或者所述磁芯蓋板。19.如權(quán)利要求13所述的磁性元件，其特征在于，所述磁芯包括并排設(shè)置的第一磁芯單元和第二磁芯單元，每個(gè)磁芯單元包括一公共磁柱、與所述公共磁柱垂直的一第一磁柱和一第二磁柱、與所述公共磁柱平行的一第三磁柱，其中，所述第三磁柱包括一段或多段氣隙，且所述繞組繞設(shè)于每個(gè)磁芯單元的所述第三磁柱。20.如權(quán)利要求13所述的磁性元件，其特征在于，所述繞組為電感繞組或變壓器繞組。21.如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其特征在于，所述繞組為扁平線。22.如權(quán)利要求21所述的磁性元件，其特征在于，所述扁平線的橫截面為矩形，扁平線的寬度為w，所述扁平線與所述磁性部件所在的磁柱之間的間距Si滿足: sl>w/5。23.如權(quán)利要求13所述的磁性元件，其特征在于，所述繞組為帶凹槽的扁平線，所述凹槽為U形槽或者弧形槽。24.如權(quán)利要求23所述的磁性元件，其特征在于，所述凹槽的深度s2滿足: s2>w/5， 其中，w表示所述扁平線的寬度，且所述凹槽的寬度小于所述扁平線的寬度。25.如權(quán)利要求13所述的磁性元件，其特征在于，所述繞組由平直的扁平線通過彎折而形成，所述平直的扁平線上開設(shè)有缺口，藉由所述缺口來降低所述平直的扁平線彎折所產(chǎn)生的形變量。26.如權(quán)利要求13所述的磁性元件，其特征在于，所述磁性元件為集成電感，設(shè)置于一電源轉(zhuǎn)換器的多路并聯(lián)輸入端或多路并聯(lián)輸出端。27.如權(quán)利要求26所述的磁性元件，其特征在于，流經(jīng)所述集成電感的多個(gè)繞組中的直流電流方向相同，交流電流存在預(yù)設(shè)相位差。
【文檔編號】H01F27/30GK106057401SQ201610173671
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年3月24日 公開號201610173671.7, CN 106057401 A, CN 106057401A, CN 201610173671, CN-A-106057401, CN106057401 A, CN106057401A, CN201610173671, CN201610173671.7
【發(fā)明人】周錦平, 吳睿, 曾劍鴻, 張鈺, 周敏
【申請人】臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司