[发明专利]集成磁性部件

说明书

本发明公开集成磁性部件。本发明涉及用于开关模式功率变换器的集成磁性部件，其包括具有两个变压器磁芯元件的变压器和至少一个扼流圈磁芯元件。每个磁芯元件包含两个外芯柱和连接外芯柱以形成U形磁芯元件的凸缘。每个扼流圈磁芯元件邻接变压器磁芯元件中的一个的凸缘。集成磁性部件包括被布置在扼流圈磁芯元件的芯柱上的第一扼流圈绕组以及被布置在扼流圈磁芯元件的另一个芯柱上的第二扼流圈绕组，其中变压器的初级绕组或次级绕组中的一个被连接在扼流圈绕组之间并且其中全部绕组被互连以通过磁通补偿减少磁芯损耗以便增加功率密度。

技术领域

本发明涉及用于开关模式功率变换器的集成磁性部件。集成磁性部件包括包含两个变压器磁芯元件的变压器。集成磁性部件还包括至少一个扼流圈磁芯元件。所述磁芯元件中的每个包含第一和第二外芯柱（leg）以及连接外芯柱以形成U形磁芯元件的凸缘（flange）。变压器磁芯元件被布置以形成O形磁芯元件。每个扼流圈磁芯元件邻接变压器磁芯元件中的一个的凸缘。变压器进一步包含被布置在变压器磁芯元件的芯柱上的初级绕组和次级绕组。此外，变压器包括第一气隙，其被布置在变压器磁芯元件之间的磁通路径中。集成磁性部件进一步包括变压器磁芯元件与扼流圈磁芯元件之间的磁通路径中的至少一个第二气隙。

背景技术

作为电信和商业系统主要部分的开关模式电源经常规定其尺寸和电气性能以及可靠性和成本。随着对功率变换器的关键特性功率密度和效率的需求增加，这些评估特性的要求特别地对于电感性部件增加。增加功率密度和效率的一种方法是集成电感性部件。可以将变压器和电感器集成到单个磁性结构中，这然后减少成本，增加功率密度和功率效率。

其中集成磁体被强烈推荐的功率变换器是LLC谐振变换器，其能够在以高开关频率操作的同时产生高效率和高质量EMI。US6344979 B1公开一种隔离类型DC-DC变换器，其能够隔离直流功率源的电压并将直流电输出至负载，如图1中所示出的那样。它包含根据现有技术的LLC变换器，其使用三个磁性部件：串联谐振电感器、并联谐振电感器、双绕组或三绕组变压器。该变换器额外对于分立磁性部件（其产生更高的尺寸和成本）的数量造成至少三个绕组和数个互连，其负面地影响效率。

其中集成磁路被强烈推荐的另一个类型的功率变换器是软开关变换器。

近些年，做出一些努力以将全部三个磁性部件集成到用于LLC谐振变换器的单个部件中。US 2008 0224 809公开一种集成磁性结构（图2），其有助于增加功率密度以及效率。磁芯损耗借助于在相互（mutual）磁芯凸缘中的磁通补偿而被减少并且铜损耗通过减少谐振扼流圈与变压器之间的互连而被最小化。相互磁芯凸缘暗示功率密度的增加。

尽管就效率和EMI而言，LLC变换器具有全部益处，但是仍存在一些缺点。在许多应用中，存在过流保护的需要。US 2011 0255 321公开一种能够进行过流保护的LLC谐振变换器。然而，该电路暗示甚至更多的离散磁性部件和更多的互连，其极大地增加体积并损害效率增益。而且US 2008 0224 809中公开的以上提到的结构不适用于具有多于一个滤波扼流圈的这样复杂的变换器并且尤其不适用于具有分裂（split）谐振扼流圈的变换器。将电感性部件分布在多于一个磁性部件上将不仅使损耗最小化并增加体积，而且还可以使EMI质量恶化。

发明内容

本发明的目标是创建属于最初提到的技术领域的用于开关电源的集成磁性部件，其允许集成更多的电感性部件、具有提高的功率密度并因此具有减少的损耗，而不负面地影响EMI质量。

本发明的解决方案由权利要求1的特征规定。根据本发明，集成磁性部件包括被布置在扼流圈磁芯元件的一个芯柱上的第一扼流圈绕组和被布置在扼流圈磁芯元件的另一个芯柱上的第二扼流圈绕组。初级绕组和次级绕组中的一个被连接在扼流圈绕组之间。这意味着初级绕组被串联连接在扼流圈绕组之间或者次级绕组被串联连接在扼流圈绕组之间。如果初级绕组或次级绕组中的一个被连接在扼流圈绕组之间，则初级或次级绕组中的另一个也可以被串联连接在额外的扼流圈绕组之间。集成磁性部件的绕组被互连以通过磁通补偿来减少磁芯损耗以便增加功率密度。