集成的感应器组件和组装其的方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201410093338.6

申请日:

2014.03.14

公开号:

CN104051131A

公开日:

2014.09.17

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01F 17/04申请日:20140314|||公开

IPC分类号:

H01F17/04; H01F27/28; H01F27/24

主分类号:

H01F17/04

申请人:

通用电气公司

发明人:

A.西尔瓦; J.斯蒂尔

地址:

美国纽约州

优先权:

2013.03.14 US 61/782,961; 2014.03.04 US 14/196,779

专利代理机构:

中国专利代理(香港)有限公司 72001

代理人:

肖日松;杨炯

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内容摘要

本发明提供了集成的感应器组件(102;1300;1400;1500;1600;1700)。集成的感应器组件包括磁芯(138;1602;1702;1800)、第一感应器(104)和第二感应器(106)。磁芯具有第一侧面、相对的第二侧面和限定在磁芯内的开口(166)。开口从第一侧面和第二侧面中的至少一个延伸进入磁芯。第一感应器包括感应地联接到磁芯的第一导电绕组(140)。第一导电绕组包括定位在开口内的第一短接区段(194)。第二感应器包括感应地联接到磁芯的第二导电绕组(142)。第二导电绕组包括定位在开口内的第二短接区段(200)。第一和第二感应器可配置成彼此独立操作。

权利要求书

1.   一种集成的感应器组件(102; 1300; 1400; 1500; 1600; 1700),包括:
磁芯(138; 1602; 1702; 1800),其具有第一侧面、相对的第二侧面以及限定在所述磁芯内的开口(166),所述开口从所述第一侧面和所述第二侧面中的至少一个延伸进入所述磁芯;
第一感应器(104),其包括感应地联接到所述磁芯的第一导电绕组(140),所述第一导电绕组包括定位在所述开口内的第一短接区段(194);以及
第二感应器(106),其包括感应地联接到所述磁芯的第二导电绕组(142),所述第二感应绕组包括定位在所述开口内的第二短接区段(200),其中所述第一和第二感应器能够配置成彼此独立操作。

2.
   根据权利要求1所述的集成的感应器组件(102; 1300; 1400; 1500; 1600; 1700),其特征在于,所述第一和第二短接区段(194, 200)在所述开口(166)内彼此重叠。

3.
   根据权利要求1所述的集成的感应器组件(102; 1300; 1400; 1500; 1600; 1700),其特征在于,所述开口(166)从所述第一侧面到所述第二侧面延伸穿过所述磁芯(138; 1602; 1702; 1800)。

4.
   根据权利要求1所述的集成的感应器组件(102; 1300; 1400; 1500; 1600; 1700),其特征在于,所述第一导电绕组(140)还包括第一对(190)感应区段(192),所述第一短接区段(194)将所述第一对感应区段互连;并且
所述第二感应绕组(142)还包括第二对(198)感应区段(192),所述第二短接区段(200)将所述第二对感应区段互连。

5.
   根据权利要求4所述的集成的感应器组件(102; 1300; 1400; 1500; 1600; 1700),其特征在于,所述第一对(190)感应区段(192)和所述第二对(198)感应区段(192)在所述第一和第二侧面之间被封闭在所述磁芯(138; 1602; 1702; 1800)内。

6.
   根据权利要求4所述的集成的感应器组件(102; 1300; 1400; 1500; 1600; 1700),其特征在于,所述第一对(190)感应区段(192)设置在第一平面中,所述第一短接区段(194)相对于所述第一平面倾斜地成角度。

7.
   根据权利要求1所述的集成的感应器组件(102; 1300; 1400; 1500; 1600; 1700),其特征在于,所述磁芯(138; 1602; 1702; 1800)具有在所述第一侧面和所述第二侧面之间延伸的第一和第二相对的端部,所述第一导电绕组(140)从所述开口(166)朝所述第一端部延伸,并且所述第二感应绕组(142)从所述开口朝所述第二端部延伸。

8.
   根据权利要求1所述的集成的感应器组件(102; 1300; 1400; 1500; 1600; 1700),其特征在于,还包括设置在所述开口(166)内的模制物(146),所述第一和第二短接区段(194, 200)被封闭在所述模制物内。

9.
   根据权利要求1所述的集成的感应器组件(102; 1300; 1400; 1500),其特征在于,所述磁芯(138; 1800)包括第一件(160)和第二件(162),所述第二件(162)与所述第一件分开地形成且附连到所述第一件,其中所述开口(166)延伸穿过所述第一件和所述第二件。

10.
   根据权利要求1所述的集成的感应器组件(102; 1300; 1400; 1500; 1600; 1700),其特征在于,所述磁芯(138; 1602; 1702; 1800)包括第一部段(182)和第二部段(184),所述第一导电绕组(140)感应地联接到所述第一部段,所述第二感应绕组(142)感应地联接到所述第二部段,所述磁芯还包括将所述第一部段和所述第二部段互连的多个芯桥(164),所述多个芯桥至少部分地限定所述开口(166)。

说明书

集成的感应器组件和组装其的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年3月14日提交的美国临时专利申请No. 61/782,961的优先权,该申请全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
实施例的领域大体上涉及功率电子器件,并且更具体地,涉及用于在功率电子器件中使用的集成的感应器(inductor)组件。
背景技术
高密度功率电子电路常常需要使用多个磁电部件以用于各种目的,包括蓄能、信号隔离、信号过滤、能量传递、以及功率分流。随着对更高功率密度的电子部件的需求的增加,变得更加希望将诸如多个感应器的两个或更多磁电部件集成到相同的芯或结构中。
然而,已知的集成的磁性组件常常不充分地配置成允许多个绕组在单个结构上制造和彼此独立地操作。结果,当多个部件在给定的电子电路中独立地操作时,使用分开的芯或结构,从而增加给定操作所需的部件的数目和尺寸,并且减小给定电子电路的功率密度。
发明内容
在一方面,提供了一种集成的感应器组件。该集成的感应器组件包括磁芯、第一感应器和第二感应器。磁芯具有第一侧面、相对的第二侧面和限定在磁芯内的开口。开口从第一侧面和第二侧面中的至少一个延伸进入磁芯。第一感应器包括感应地联接(couple,或称“耦合”)到磁芯的第一导电绕组。第一导电绕组包括定位在开口内的第一短接区段。第二感应器包括感应地联接到磁芯的第二导电绕组。第二导电绕组包括定位在开口内的第二短接区段。第一和第二感应器可配置成彼此独立操作。
在另一方面,提供了一种组装集成的感应器组件的方法。该方法包括:提供磁芯,其具有第一侧面、相对的第二侧面和限定在磁芯内的开口,该开口从第一侧面和第二侧面中的至少一个延伸进入磁芯;提供包括第一短接区段的第一导电绕组;提供包括第二短接区段的第二导电绕组;将第一导电绕组感应地联接到磁芯以形成第一感应器,第一导电绕组联接使得第一短接区段定位在开口内;以及将第二导电绕组感应地联接到磁芯以形成第二感应器,第二导电绕组联接使得第二短接区段定位在开口内,并且第一和第二导电绕组感应地联接到磁芯,使得第一和第二感应器可配置成彼此独立操作。
在又一方面,提供了一种用于在集成的感应器组件中使用的磁芯。磁芯包括限定磁芯的第一侧面的第一件、限定与第一侧面相对的磁芯的第二侧面的第二件、以及限定在磁芯内的开口。第二件与第一件分开地形成且附连到第一件。第一件和第二件中的至少一个具有限定在其中的多个通道。通道中的每一个被配置成接纳导电绕组以形成感应器。开口从第一侧面和第二侧面中的至少一个延伸进入磁芯。通道中的每一个延伸进入开口,并且在第一件和第二件之间被封闭在磁芯内。
附图说明
图1是包括集成的感应器组件的示例性电子系统的示意图。
图2是图1中所示集成的感应器组件的透视图,该组件包括磁芯和绕组组件。
图3是图2中所示集成的感应器组件的分解图。
图4是图2所示磁芯的件的俯视图。
图5是图4所示磁芯的件的端视图。
图6是图2所示磁芯的另一个件的俯视图。
图7是图6所示磁芯的件的端视图。
图8是图2和图3中所示绕组组件的侧视图。
图9是图8中所示绕组组件的透视图。
图10是图8中所示绕组组件的另一透视图。
图11是图2和图3中所示的集成的感应器组件的示意图,示出了由集成的感应器组件的第一感应器和第二感应器的操作产生的磁通。
图12是图2和图3中所示的集成的感应器组件的电路等同物的示意图。
图13是第一备选的集成感应器组件的端视图。
图14是第二备选的集成感应器组件的端视图。
图15是第三备选的集成感应器组件的端视图。
图16是第四备选的集成感应器组件的透视图,其具有四件式磁芯。
图17是第五备选的集成感应器组件的透视图,其具有三件式磁芯。
图18是第一备选磁芯的俯视图,其被配置成接纳四个导电绕组以形成集成有四个感应器的感应器组件。
图19是用于组装集成的感应器组件的示例性方法的流程图。
虽然各种实施例的具体特征可能在某些附图中示出而未在其它附图中示出,但这仅仅是为了方便起见。任何附图的任何特征可以结合任何其它附图的任何特征被引用和/或要求保护。
附图标记:
100   电子系统
102   集成感应器组件
104   第一感应器
106   第二感应器
108   第一电路
110   第二电路
112   印刷电路板
114   第一DC电压源
116   第一切换装置
118   第一二极管
120   第一电容器
122   第一负载
124   第一控制器
126   第二DC电压源
128   第二切换装置
130   第二二极管
132   第二电容器
134   第二负载
136   第二控制器
138   磁芯
140   第一导电绕组
142   第二导电绕组
144   绕组组件
146   模制物
148   磁芯的第一侧面
150   磁芯的第二侧面
152   磁芯的第一端部
154   磁芯的第二端部
156   磁芯的前侧面
158   磁芯的后侧面
160   磁芯的第一件
162   磁芯的第二件
164   芯桥
166   开口
168   通道
170   第一件的内表面
172   第一对通道
174   第二对通道
176   内表面的中心区域
178   内表面的侧向外部区域
180   第二件的内表面
182   第一感应部段
184   第二感应部段
186   第一对引线区段
188   引线区段
190   第一对感应区段
192   感应区段
194   第一短接区段
196   第二对通道
198   第二对感应区段
200   第二短接区段
202   重叠长度
204   集成感应器组件的长度
1300  第一备选的集成感应器组件
1302  间隙
1400  第二备选的集成感应器组件
1402  间隙
1500  第三备选的集成感应器组件
1502  间隙
1504  隔离物
1600  第四备选的集成感应器组件
1602  四件式磁芯
1604  磁芯的第一件
1606  磁芯的第二件
1608  磁芯的第三件
1610  磁芯的第四件
1700  第五备选的集成感应器组件
1702  三件式磁芯
1704  第三件
1800  第一备选的磁芯
1802  一对通道
1804  隔离开口。
具体实施方式
本文描述了集成的感应器组件的示例性实施例。集成的感应器组件包括磁芯、第一感应器和第二感应器。磁芯具有第一侧面、相对的第二侧面和限定在磁芯内的开口。开口从第一侧面和第二侧面中的至少一个延伸进入磁芯。第一感应器包括感应地联接到磁芯的第一导电绕组。第一导电绕组包括定位在开口内的第一短接区段。第二感应器包括感应地联接到磁芯的第二导电绕组。第二导电绕组包括定位在开口内的第二短接区段。第一和第二感应器可配置成彼此独立操作。
本文所述实施例提供了集成的感应器组件,该组件包括能够彼此联合地和独立地操作的至少两个感应器。集成的感应器组件包括具有限定在其中的开口的磁芯和感应地联接到磁芯的绕组组件。绕组组件的感应区段被封闭在磁性组件内,并且将感应区段互连的短接区段定位在磁芯的开口内。这样的配置减小和/或最小化了形成于磁芯上的多个感应器之间的互感,从而使得感应器能够彼此独立操作。此外,多个感应器在单个磁芯上的集成有利于减少构造给定类型的电路(例如,功率变换器)所需的部件的数目和尺寸。
图1是示例性电子系统100的示意图,该系统包括具有第一感应器104和第二感应器106的集成的感应器组件102。电子系统100还包括制造在印刷电路板112上的第一电路108和第二电路110。
在示例性实施例中,第一电路108和第二电路110均为降压式(buck)切换DC-DC电压变换器。具体而言,第一电路108包括第一DC电压源114、第一切换装置116、第一二极管118、第一感应器104、第一电容器120、第一负载122以及第一控制器124。第一DC电压源114的正端子联接到第一切换装置116,其又联接到第一感应器104和第一二极管118的阴极端。第一二极管118的阳极端联接到第一DC电压源114的回路输入端子。第一电容器120和第一负载122并联联接,并且第一感应器104联接到第一电容器120和第一负载122之间的并联连接的第一侧。第一切换装置116由第一控制器124操作,第一控制器124在打开位置和闭合位置之间切换第一切换装置116,以产生第一电路108的输出电压Vout,该电压被测量为跨第一负载122的电压降。
在示例性实施例中,第二电路110具有与第一电路108相同的架构。具体而言,第二电路110包括第二DC电压源126、第二切换装置128、第二二极管130、第二感应器106、第二电容器132、第二负载134以及第二控制器136。第二DC电压源126的正端子联接到第二切换装置128,其又联接到第二感应器106和第二二极管130的阴极端。第二二极管130的阳极端联接到第二DC电压源126的回路输入端子。第二电容器132和第二负载134并联联接,并且第二感应器106联接到第二电容器132和第二负载134之间的并联连接的一侧。第二切换装置128由第二控制器136操作,第二控制器136在打开位置和闭合位置之间切换第二切换装置128,以产生第二电路110的输出电压Vout,该电压被测量为跨第二负载134的电压降。
在示例性实施例中,第一切换装置116和第二切换装置128为晶体管开关(具体而言,MOSFET),并且第一控制器124和第二控制器136被配置成分别输出脉宽调制的控制信号到第一切换装置116和第二切换装置128的栅极侧。在备选实施例中,第一切换装置116和/或第二切换装置128可以是任何合适的切换装置,其使得电子系统100能够如本文所述起作用。此外,第一控制器124和/或第二控制器136可被配置成分别向第一切换装置116和第二切换装置128提供任何合适的控制信号,该信号使得电子系统100能够如本文所述起作用。
如本文中更详细描述的,集成感应器组件102的构造使得第一感应器104和第二感应器106能够彼此独立以及彼此联合地(例如,作为相同电路的一部分)操作。因此,虽然集成的感应器组件102结合分开的降压式切换DC-DC电压变换器(即,第一电路108和第二电路110)描述,但本文所述实施例可在任何合适的电气架构中实施,该架构使得集成的感应器组件102能够如本文所述起作用,包括例如多相电压变换器,其中第一感应器104与第二感应器106以约90°或180°的相位差异相操作。
图2是集成的感应器组件102的透视图,并且图3是集成的感应器组件102的分解图。在示例性实施例中,集成的感应器组件102包括磁芯138、感应地联接到磁芯138以形成第一感应器104的第一导电绕组140(图3)、以及感应地联接到磁芯138以形成第二感应器106的第二导电绕组142。第一导电绕组140和第二导电绕组142在本文中统称为绕组组件,总体上表示为144。在示例性实施例中,绕组组件144还包括模制物146(图8-10),为清楚起见而将该模制物146从图2和图3中省去。
在示例性实施例中,磁芯138具有大体上矩形的形状,其包括:第一侧面148;相对的第二侧面150;相对的第一端部152和第二端部154,其在第一侧面148和第二侧面150之间延伸;以及前侧面156和相对的后侧面158,其在第一侧面148和第二侧面150之间且在第一端部152和第二端部154之间延伸。此外,在示例性实施例中,磁芯138包括第一件160、第二件162、多个芯桥164、以及限定在磁芯138内的开口166。
图4是磁芯138的第二件162的俯视图,并且图5是磁芯138的第二件162的端视图。图6是磁芯138的第一件160的俯视图,并且图7是磁芯138的第一件160的端视图。在示例性实施例中,第一件160和第二件162均制造为一体的磁性块。第一件160和第二件162由包括例如铁素体的任何合适的磁性材料制成,该材料使得集成的感应器组件102能够如本文所述起作用。此外,第一件160和第二件162由相同的磁性材料制成。第一件160和第二件162分开地制造并附连到彼此以形成磁芯138。在备选实施例中,第一件160和/或第二件162可以不制造成一体的磁性块(参见例如图16和17)。
在示例性实施例中,第一件160限定磁芯138的第一侧面148,并且第二件162限定磁芯138的相对的第二侧面150。此外,第一件160和第二件162共同地限定磁芯138的第一端部152、第二端部154、前侧面156和后侧面158。
此外,在示例性实施例中,第一件160包括限定在其中的多个通道168。通道168被配置成接纳导电绕组140和142的一部分以形成第一感应器104和第二感应器106中的一个。具体而言,通道168限定在第一件160的内表面170上,并且每个通道168从开口166朝第一端部152和第二端部154中的一个延伸。此外,在示例性实施例中,通道168围绕相应的第一端部152或第二端部154延伸至磁芯138的第一侧面148,使得当集成的感应器组件102被组装时导电绕组140和142与相应的第一端部152或第二端部154齐平。此外,当集成的感应器组件102被组装时,通道168在第一侧面148和第二侧面150之间、更具体地在第一件160和第二件162之间被封闭在磁芯138内。
如图3所示,多个通道168包括第一对172通道168和第二对174通道168。第一对172通道168从开口166朝磁芯138的第一端部152延伸,并且第二对174通道168从开口166朝磁芯138的第二端部154延伸。第一对172通道168中的通道168基本上彼此平行,并且第二对174通道168中的通道168基本上彼此平行。如图6所示,每一对172和174通道168将内表面170分成中心区域176和侧向外部区域178。
第二件162包括内表面180,当集成的感应器组件102被组装时,该内表面180面向第一件160的内表面170。在示例性实施例中,第二件162的内表面180为基本上平面的,并且其中不包括任何通道。在备选实施例中,第二件162的内表面180可包括对应于第一件160的通道168的通道。在另外的备选实施例中,第一件的内表面170可为基本上平面的(即,第一件160不包括通道168),并且通道168被限定在第二件162的内表面180内。
参看图2,开口166将磁芯138分成第一感应部段182和第二感应部段184。第一感应部段182从开口166延伸至磁芯138的第一端部152,并且包括第一对172通道168。第二感应部段184从开口166延伸至磁芯138的第二端部154,并且包括第二对174通道168。开口166被配置成限制来自第一感应器104和第二感应器106之一的磁通妨碍或影响第一感应器104或第二感应器106中另一个的操作。
在示例性实施例中,开口166具有大体上矩形的形状,并且从第一侧面148到第二侧面150延伸穿过磁芯138。即,开口166延伸穿过第一件160和第二件162两者。在备选实施例中,开口166可具有使集成感应器组件102能够如本文所述起作用的任何合适形状。此外,在备选实施例中,开口166可从第一侧面148或第二侧面150中的仅仅一个延伸进入磁芯138。即,开口166可以不完全延伸穿过磁芯138。在一些合适的实施例中,磁芯138中的开口166填充有一种或多种非磁性材料,以防止异物进入开口并妨碍集成感应器组件102的操作。
芯桥164在第一感应部段182和第二感应部段184之间延伸且将它们互连。此外,多个芯桥164至少部分地限定开口166。在示例性实施例中,第一件160包括设置在开口166的相对侧上的两个芯桥164,并且第二件162包括设置在开口166的相对侧上的两个芯桥164。
在示例性实施例中,芯桥164被配置成在第一感应部段182和第二感应部段184之间提供低磁阻磁通路径,使得当第一感应部段182和第二感应部段184中的一个未被相应的第一感应器104或第二感应器106的操作饱和时第一感应器104和第二感应器106能“共享”磁芯138。在示例性实施例中,每个芯桥164由诸如铁素体的合适磁性材料制成。此外,在示例性实施例中,芯桥164与磁芯138的第一件160或第二件162中的一个一体地形成,但在备选实施例中,一个或多个芯桥164可与第一件160和/或第二件162分开地形成。磁芯138在第一感应器104和第二感应器106之间的“共享”增加了当第一感应器104和第二感应器106中的一个在低负载或低电流下操作时第一感应器104和第二感应器106的饱和电流(即,磁芯138饱和时的电流),因为芯桥164使得感应器104和106能够利用本来未被第一感应器104或第二感应器106之一在低负载或低电流下的操作饱和的磁芯138的部分。
如上所述,第一感应器104包括感应地联接到磁芯138的第一导电绕组140,并且第二感应器106包括感应地联接到磁芯138的第二导电绕组142。图8是绕组组件144的侧视图,其包括第一导电绕组140、第二导电绕组142和模制物146。图9和图10是绕组组件144的透视图。
参看图3和图8-10,第一导电绕组140由合适的导电材料(例如,冲压铜)制成,并且包括第一对186引线区段188、第一对190感应区段192、以及将第一对190感应区段192互连的第一短接区段194。
第一对190感应区段192中的感应区段192定位在第一对172通道168内。第一对190感应区段192中的每个感应区段192从开口166朝磁芯138的第一端部152延伸至第一对186引线区段188中的对应的引线区段188。第一对190感应区段192中的感应区段192在第一侧面148和第二侧面150之间、更具体地在第一件160和第二件162之间被封闭在磁芯138内。第一对190感应区段192中的感应区段192设置在第一平面中。
第一短接区段194定位在开口166内,并且在第一对190感应区段192中的感应区段192之间延伸且将它们互连。在示例性实施例中,第一短接区段194被定向成基本上垂直于第一对190感应区段192中的每个感应区段192。此外,在示例性实施例中,第一短接区段194具有基本上平面的配置,并且相对于第一对190感应区段192设置在其中的第一平面倾斜地成角度。具体而言,第一短接区段194朝磁芯138的第一侧面148倾斜地成角度。此外,在示例性实施例中,第一短接区段194具有比第一对190感应区段192中的每个感应区段192更大的横截面积。
第一对186引线区段188中的每个引线区段188在磁芯138的第一端部152处连接到第一对190感应区段192中的相应的感应区段192。在示例性实施例中,第一对186引线区段188中的每个引线区段188从第一对190感应区段192中的相应的感应区段192朝磁芯138的第一侧面148以约90°的角度延伸。此外,在示例性实施例中,第一对186引线区段188中的每个引线区段188延伸超出磁芯138的第一侧面148,使得第一对186引线区段188将磁芯138与集成感应器组件102所焊接或安装到的表面(例如,印刷电路板)间隔开。
在示例性实施例中,第二导电绕组142具有与第一导电绕组140基本上类似的配置。具体而言,第二导电绕组142由合适的导电材料(例如,冲压铜)制成,并且包括第二对196引线区段188、第二对198感应区段192、以及将第二对198感应区段192互连的第二短接区段200。
第二对198感应区段192中的感应区段192定位在第二对174通道168内。第二对198感应区段192中的每个感应区段192从开口166朝磁芯138的第二端部154延伸至第二对196引线区段188中的对应的引线区段188。第二对198感应区段192中的感应区段192在第一侧面148和第二侧面150之间、更具体地在第一件160和第二件162之间被封闭在磁芯138内。第二对198感应区段192中的感应区段192设置在第二平面中,第二平面在示例性实施例中平行于其中设置第一对190感应区段192的第一平面。此外,在示例性实施例中,第二平面是与其中设置第一对190感应区段192的第一平面相同的平面。这样,第一对190感应区段192和第二对198感应区段192在示例性实施例中设置在基本上相同的平面中。
第二短接区段200定位在开口166内,并且在第二对198感应区段192中的感应区段192之间延伸且将它们互连。在示例性实施例中,第二短接区段200被定向成基本上垂直于第二对198感应区段192中的每个感应区段192。此外,在示例性实施例中,第二短接区段200具有基本上平面的配置,并且相对于其中设置第二对198感应区段192的第二平面倾斜地成角度。具体而言,第二短接区段200朝磁芯138的第二侧面150倾斜地成角度。此外,在示例性实施例中,第二短接区段200具有比第二对198感应区段192中的每个感应区段192更大的横截面积。如图8所示,第一短接区段194和第二短接区段200以大约相同的角度远离彼此成角度。更具体而言,第一短接区段194以相对于第一平面的角度α朝磁芯138的第一侧面148成角度,并且第二短接区段200以相对于第二平面的角度β(基本上等于角度α)朝磁芯138的第二侧面150成角度。角度α和β可以是在约90°至约180°的范围内的任何合适角度。在图示实施例中,角度α和β均为约120°。此外,如图8所示,当穿过开口166(具体而言沿垂直于第一平面和/或第二平面的观察方向)观察时,第一短接区段194和第二短接区段200在开口166内彼此重叠长度202。
第二对196引线区段188中的每个引线区段188在磁芯138的第二端部154处连接到第二对198感应区段192中的相应的感应区段192。因此,第一对186引线区段188和第二对196引线区段188设置在磁芯138的相对端上。在示例性实施例中,第一对186引线区段188设置在磁芯138的第一端部152上,并且第二对引线区段188设置在磁芯138的第二端部154上。此外,在示例性实施例中,第二对196引线区段188中的每个引线区段188从第二对198感应区段192中的相应的感应区段192朝磁芯138的第二侧面150以约90°的角度延伸。此外,在示例性实施例中,第二对196引线区段188中的每个引线区段188延伸超出磁芯138的第二侧面150,使得第二对196引线区段188将磁芯138与集成感应器组件102所焊接或安装到的表面(例如,印刷电路板)间隔开。
参看图8-10,第一短接区段194和第二短接区段200被封闭在模制物146内。模制物146被配置成接纳在开口166内。模制物146可由任何合适的模制物形成,包括例如酚醛树脂模制物。模制物146的磁导率可大于或小于空气的磁导率,取决于开口166内的期望磁导率。模制物146通过减少需要组装的分开部件的数目并且还通过维持第一短接区段194和第二短接区段200的相对位置来方便集成感应器组件102的组装。在备选实施例中,可从绕组组件144省去模制物146。
由于第一导电绕组140和第二导电绕组142的配置,第一感应器104和第二感应器106为基本上单匝的感应器。换言之,第一导电绕组140和第二导电绕组142在磁芯138周围缠绕不超过单圈。结果,第一感应器104和第二感应器106的DC电阻相比多匝感应器减小。此外,由于感应区段192在磁芯138内的封装,第一感应器104和第二感应器106的电感可以相当于已知的多匝感应器。
图11是集成的感应器组件102的示意图,示出了由第一感应器104和第二感应器106的操作产生的磁通,并且图12是集成的感应器组件102的电路等同物的示意图。集成感应器组件102的配置有利于最小化在第一感应器104和第二感应器106之间的互感(即,由不同的感应器产生的磁通在一个感应器中感应出电动势),从而使第一感应器104和第二感应器106能够彼此独立地操作。具体而言,由于感应区段192被封闭在具有相对高的磁导率的磁芯138内,并且磁芯138由具有相比磁芯138相对低的磁导率的开口166分成第一感应部段182和第二感应部段184,因而由第一感应器104和第二感应器106产生的磁通分别被基本上限制在第一感应部段182和第二感应部段184内。结果,开口166内的磁通显著小于磁芯138内的磁通,并且在第一感应器104和第二感应器106之间的互感被最小化。如图12所示,第一感应器104和第二感应器106中的每一个的配置等同于由相应的短接区段194或200串联连接的两个感应器(对应于感应区段192),短接区段194或200在磁芯138内很少或不产生磁通。
此外,由于第一短接区段194和第二短接区段200远离彼此成角度,因而第一短接区段194和第二短接区段200可在开口166内彼此重叠,同时彼此仍保持足够的距离以最小化在第一感应器104和第二感应器106之间的互感。相比其中短接区段不成角度的集成感应器组件,这样的重叠减小了集成感应器组件102的总长度204(图2),并且因此需要沿组件长度的显著更大的间距以限制互感。此外,考虑到来自一个感应器104或106的磁通延伸进入另一感应器104或106的感应部段182或184,芯桥164为这样的磁通提供相对低磁阻的路径,这使来自第一感应器104和第二感应器106的磁通之间的干涉作用最小化。
可对集成感应器组件102进行各种修改以进一步最小化或控制第一感应器104和第二感应器106之间的互感,和/或调整集成感应器组件102的性能。
例如,图13是集成的感应器组件的第一备选实施例1300的端视图,其具有设置在磁芯138的第一侧面148和第二侧面150之间的间隙1302,以增加磁芯138的饱和电流。除非指出,集成的感应器组件1300与集成的感应器组件102(在图2和图3中示出)基本上相同。在图13中所示的实施例中,间隙1302定位在第一件160的内表面170的中心区域176和第二件162的内表面180之间,并且延伸集成感应器组件1300的整个长度。
图14是集成的感应器组件102的第二备选实施例的端视图,其具有设置在磁芯138的第一侧面148和第二侧面150之间的间隙1402,以增加磁芯138的饱和电流。除非指出,集成的感应器组件1400与集成的感应器组件102(在图2和图3中示出)基本上相同。在图14中所示的实施例中,间隙1402定位在第一件160的内表面170的侧向外部区域178和第二件162的内表面180之间,并且延伸集成感应器组件102的整个长度。
图15是集成的感应器组件的第三备选实施例1500的端视图,其具有设置在磁芯138的第一侧面148和第二侧面150之间的间隙1502和多个隔离物1504,以增加磁芯138的饱和电流。除非指出,集成的感应器组件1500与集成的感应器组件102(在图2和图3中示出)基本上相同。在图15中所示的实施例中,间隙1502在第一件160和第二件162之间的整个界面上延伸,并且隔离物1504设置在第一件160和第二件162之间的期望位置处,以在第一件160和第二件162之间提供机械连接。在图15中所示的实施例中,隔离物1504由非磁性材料形成。
在图13-15中所示的实施例中,间隙1302、1402和1502不含任何填料材料并且因此是气隙。在备选实施例中,间隙1302、1402和/或1502可填充有一种或多种非磁性材料,包括例如Mylar?,以调整集成的感应器组件1300、1400和/或1500的特性。
图16是集成的感应器组件的第四备选实施例1600的透视图,其具有四件式磁芯1602。除非指出,集成的感应器组件1600与集成的感应器组件102(在图2和图3中示出)基本上相同。集成的感应器组件1600的磁芯1602包括第一件1604、第二件1606、第三件1608、第四件1610、多个芯桥164、以及限定在磁芯1602内的开口166。
第一件1604和第二件1606由芯桥164彼此互连,并且第三件1608和第四件1610由芯桥164彼此互连。此外,第一件1604和第二件1606共同限定磁芯1602的第一侧面148,并且第三件1608和第四件1610共同限定磁芯1602的第二侧面150。此外,第一件1604和第三件1608共同限定磁芯1602的第一端部152,并且第二件1606和第四件1610共同限定磁芯1602的第二端部154。第一件1604、第二件1606、第三件1608和第四件1610共同限定磁芯1602的前侧面156和后侧面158。
第一对172通道168(图3中示出)被限定在第一件1604的内表面上,并且第二对174通道168(图3中示出)被限定在第二件1606的内表面上。第一对190感应区段192(图3中示出)定位在第一件1604上的第一对172通道168内,并且在磁芯1602的第一侧面148和第二侧面150之间、具体地在第一件1604和第三件1608之间被封闭在磁芯1602内。第二对174通道168(图3中示出)被限定在第二件1606的内表面上。第二对198感应区段192(图3中示出)定位在第二对174通道168内,并且在磁芯1602的第一侧面148和第二侧面150之间、具体地在第二件1606和第四件1610之间封闭在磁芯1602内。
在图16中所示的实施例中,芯桥164与第一件1604、第二件1606、第三件1608和第四件1610中的每一个分开地制造。此外,芯桥164由单件磁性材料制成并且连接到彼此以向集成感应器组件1600提供改进的机械稳定性。
图17是集成的感应器组件的第五备选实施例1700的透视图,其具有三件式磁芯1702。除非指出,集成的感应器组件1700与集成的感应器组件1600(在图16中示出)基本上相同。特别地,集成的感应器组件1700与集成的感应器组件1600基本上相同,除了第三件1608、第四件1610和将第三件1608与第四件1610互连的芯桥164被替换成实心一体的第三件1704。此外,磁芯1702中的开口166仅从第一侧面148延伸至第三件1704。即,开口166不延伸穿过整个磁芯138。
虽然集成的感应器组件102、1300、1400、1500、1600和1700描述为各自包括两个感应器,但集成的感应器组件102、1300、1400、1500、1600和1700可被修改以包括两个以上感应器,例如三个、四个、六个或更多感应器。
例如,图18是磁芯1800的第一备选实施例的俯视图,其被配置成接纳四个导电绕组以形成集成有四个感应器的感应器组件。如图18所示,磁芯1800包括四对1802通道168,每一对都被配置成接纳导电绕组以形成感应器。磁芯1800还包括两个开口166,每个开口166具有两对1802通道168,其从开口166朝磁芯138的第一端部152和第二端部154中的一个延伸。此外,磁芯1800包括定位在开口166之间的隔离开口1804。隔离开口1804沿磁芯1800的纵向方向延伸,并且在形成于磁芯1800上的感应器对之间提供分离。在图示实施例中,隔离开口1804延伸穿过磁芯1800。
图19是组装集成感应器组件(诸如在图2和图3中示出的集成感应器组件102)的示例性方法1900的流程图。提供1902磁芯,例如磁芯138。磁芯包括第一侧面、相对的第二侧面和限定在磁芯内的开口。开口从第一侧面和第二侧面中的至少一个延伸进入磁芯。提供1904第一导电绕组,例如第一导电绕组140。第一导电绕组包括第一短接区段,例如第一短接区段194。提供1906第二导电绕组,例如第二导电绕组142。第二导电绕组包括第二短接区段,例如第二短接区段200。将第一导电绕组感应地联接1908到磁芯以形成第一感应器,例如第一感应器104。第一导电绕组联接到磁芯使得第一短接区段被定位在开口内。将第二导电绕组感应地联接1910到磁芯以形成第二感应器,例如第二感应器106。第二导电绕组感应地联接到磁芯使得第二短接区段被定位在开口内。此外,第一和第二导电绕组被感应地联接到磁芯,使得第一和第二感应器可配置成彼此独立操作。
本文描述了集成的感应器组件的示例性实施例。集成的感应器组件包括磁芯、第一感应器和第二感应器。磁芯具有第一侧面、相对的第二侧面和限定在磁芯内的开口。开口从第一侧面和第二侧面中的至少一个延伸进入磁芯。第一感应器包括感应地联接到磁芯的第一导电绕组。第一导电绕组包括定位在开口内的第一短接区段。第二感应器包括感应地联接到磁芯的第二导电绕组。第二导电绕组包括定位在开口内的第二短接区段。第一和第二感应器可配置成彼此独立操作。
相比至少一些集成的磁性组件,在本文所述集成感应器组件中,至少两个感应器形成在单个磁芯上,并且感应器能够彼此联合地和独立地操作。绕组组件的感应区段被封闭在磁性组件内,并且将感应区段互连的短接区段定位在磁芯的开口内。这种配置提供了紧凑的集成感应器组件,而且充分地最小化形成于磁芯上的多个感应器之间的互感,以允许感应器的独立操作。相比使用分立部件形成的相同电路板,集成感应器组件的紧凑配置还减少了形成给定电路所需的部件的数目和板空间。此外,通过使用更短的绕组来形成感应器,并且还通过使用具有比绕组的感应区段更大的横截面积的短接区段,相比具有类似电感的多匝感应器,集成感应器组件的配置减小了形成于其中的感应器的DC电阻。
另外,当集成感应器组件的感应器彼此联合地操作时,本文所述的集成感应器组件提供与分立的感应器相比改进的性能。特别地,当感应器彼此联合地操作(例如,通过操作彼此异相约180°相位差的感应器)时,相比用来执行等同功能的分立感应器,集成感应器组件的能量损耗由于磁芯内的磁通相抵而减小。
另外,本文所述的集成感应器组件使用芯桥在磁芯的不同感应部段之间提供低磁阻通量路径。当一个感应部段不完全饱和时,芯桥允许“共享”磁芯的不同感应部段。结果,形成于磁芯上的感应器的饱和电流与分立的感应器相比能够增加。
在本文所示和所述的本发明的实施例中操作的执行或实行次序并非至关重要的,除非另外指明。也就是说,除非另外指明,可以以任何次序来执行操作,并且本发明的实施例可包括另外的操作或比本文公开更少的操作。例如,可设想,在另一操作之前、同时或之后执行或实行特定操作都在本发明的方面的范围内。
虽然本发明的各种实施例的具体特征可能在某些图中而未在其它图中示出,但这仅仅是为了方便起见。根据本发明的原理,附图的任何特征可以结合任何其它附图的任何特征被引用和/或要求保护。
该书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明,并且还使本领域技术人员能够实施本发明,包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定,并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例具有与权利要求的字面语言没有差别的结构元件,或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件,则这种其它示例意图在权利要求的范围内。

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1、10申请公布号CN104051131A43申请公布日20140917CN104051131A21申请号201410093338622申请日2014031461/782,96120130314US14/196,77920140304USH01F17/04200601H01F27/28200601H01F27/2420060171申请人通用电气公司地址美国纽约州72发明人A西尔瓦J斯蒂尔74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人肖日松杨炯54发明名称集成的感应器组件和组装其的方法57摘要本发明提供了集成的感应器组件102;1300;1400;1500;1600;1700。集成的感应器。

2、组件包括磁芯138;1602;1702;1800、第一感应器104和第二感应器106。磁芯具有第一侧面、相对的第二侧面和限定在磁芯内的开口166。开口从第一侧面和第二侧面中的至少一个延伸进入磁芯。第一感应器包括感应地联接到磁芯的第一导电绕组140。第一导电绕组包括定位在开口内的第一短接区段194。第二感应器包括感应地联接到磁芯的第二导电绕组142。第二导电绕组包括定位在开口内的第二短接区段200。第一和第二感应器可配置成彼此独立操作。30优先权数据51INTCL权利要求书2页说明书12页附图16页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书12页附图16页10申请公布号。

3、CN104051131ACN104051131A1/2页21一种集成的感应器组件10213001400150016001700,包括磁芯138160217021800,其具有第一侧面、相对的第二侧面以及限定在所述磁芯内的开口166,所述开口从所述第一侧面和所述第二侧面中的至少一个延伸进入所述磁芯;第一感应器104,其包括感应地联接到所述磁芯的第一导电绕组140,所述第一导电绕组包括定位在所述开口内的第一短接区段194;以及第二感应器106,其包括感应地联接到所述磁芯的第二导电绕组142,所述第二感应绕组包括定位在所述开口内的第二短接区段200,其中所述第一和第二感应器能够配置成彼此独立操作。2。

4、根据权利要求1所述的集成的感应器组件10213001400150016001700,其特征在于,所述第一和第二短接区段194,200在所述开口166内彼此重叠。3根据权利要求1所述的集成的感应器组件10213001400150016001700,其特征在于,所述开口166从所述第一侧面到所述第二侧面延伸穿过所述磁芯138160217021800。4根据权利要求1所述的集成的感应器组件10213001400150016001700,其特征在于,所述第一导电绕组140还包括第一对190感应区段192,所述第一短接区段194将所述第一对感应区段互连;并且所述第二感应绕组142还包括第二对198感应区。

5、段192,所述第二短接区段200将所述第二对感应区段互连。5根据权利要求4所述的集成的感应器组件10213001400150016001700,其特征在于,所述第一对190感应区段192和所述第二对198感应区段192在所述第一和第二侧面之间被封闭在所述磁芯138160217021800内。6根据权利要求4所述的集成的感应器组件10213001400150016001700,其特征在于,所述第一对190感应区段192设置在第一平面中,所述第一短接区段194相对于所述第一平面倾斜地成角度。7根据权利要求1所述的集成的感应器组件10213001400150016001700,其特征在于,所述磁芯1。

6、38160217021800具有在所述第一侧面和所述第二侧面之间延伸的第一和第二相对的端部,所述第一导电绕组140从所述开口166朝所述第一端部延伸,并且所述第二感应绕组142从所述开口朝所述第二端部延伸。8根据权利要求1所述的集成的感应器组件10213001400150016001700,其特征在于,还包括设置在所述开口166内的模制物146,所述第一和第二短接区段194,200被封闭在所述模制物内。9根据权利要求1所述的集成的感应器组件102130014001500,其特征在于,所述磁芯1381800包括第一件160和第二件162,所述第二件162与所述第一件分开地形成且附连到所述第一件,。

7、其中所述开口166延伸穿过所述第一件和所述第二件。10根据权利要求1所述的集成的感应器组件10213001400150016001700,其特征在于,所述磁芯138160217021800包括第一部段182和第二部段184,所述第一导电绕组140感应地联接到所述第一部段,所述第二感应绕组142感权利要求书CN104051131A2/2页3应地联接到所述第二部段,所述磁芯还包括将所述第一部段和所述第二部段互连的多个芯桥164,所述多个芯桥至少部分地限定所述开口166。权利要求书CN104051131A1/12页4集成的感应器组件和组装其的方法0001相关申请的交叉引用本申请要求2013年3月14。

8、日提交的美国临时专利申请NO61/782,961的优先权,该申请全文以引用的方式并入本文中。技术领域0002实施例的领域大体上涉及功率电子器件,并且更具体地,涉及用于在功率电子器件中使用的集成的感应器INDUCTOR组件。背景技术0003高密度功率电子电路常常需要使用多个磁电部件以用于各种目的,包括蓄能、信号隔离、信号过滤、能量传递、以及功率分流。随着对更高功率密度的电子部件的需求的增加,变得更加希望将诸如多个感应器的两个或更多磁电部件集成到相同的芯或结构中。0004然而,已知的集成的磁性组件常常不充分地配置成允许多个绕组在单个结构上制造和彼此独立地操作。结果,当多个部件在给定的电子电路中独立。

9、地操作时,使用分开的芯或结构,从而增加给定操作所需的部件的数目和尺寸,并且减小给定电子电路的功率密度。发明内容0005在一方面,提供了一种集成的感应器组件。该集成的感应器组件包括磁芯、第一感应器和第二感应器。磁芯具有第一侧面、相对的第二侧面和限定在磁芯内的开口。开口从第一侧面和第二侧面中的至少一个延伸进入磁芯。第一感应器包括感应地联接COUPLE,或称“耦合”到磁芯的第一导电绕组。第一导电绕组包括定位在开口内的第一短接区段。第二感应器包括感应地联接到磁芯的第二导电绕组。第二导电绕组包括定位在开口内的第二短接区段。第一和第二感应器可配置成彼此独立操作。0006在另一方面,提供了一种组装集成的感应。

10、器组件的方法。该方法包括提供磁芯,其具有第一侧面、相对的第二侧面和限定在磁芯内的开口,该开口从第一侧面和第二侧面中的至少一个延伸进入磁芯;提供包括第一短接区段的第一导电绕组;提供包括第二短接区段的第二导电绕组;将第一导电绕组感应地联接到磁芯以形成第一感应器,第一导电绕组联接使得第一短接区段定位在开口内;以及将第二导电绕组感应地联接到磁芯以形成第二感应器,第二导电绕组联接使得第二短接区段定位在开口内,并且第一和第二导电绕组感应地联接到磁芯,使得第一和第二感应器可配置成彼此独立操作。0007在又一方面,提供了一种用于在集成的感应器组件中使用的磁芯。磁芯包括限定磁芯的第一侧面的第一件、限定与第一侧面。

11、相对的磁芯的第二侧面的第二件、以及限定在磁芯内的开口。第二件与第一件分开地形成且附连到第一件。第一件和第二件中的至少一个具有限定在其中的多个通道。通道中的每一个被配置成接纳导电绕组以形成感应器。开口从第一侧面和第二侧面中的至少一个延伸进入磁芯。通道中的每一个延伸进入开口,并且在第一件和第二件之间被封闭在磁芯内。说明书CN104051131A2/12页5附图说明0008图1是包括集成的感应器组件的示例性电子系统的示意图。0009图2是图1中所示集成的感应器组件的透视图,该组件包括磁芯和绕组组件。0010图3是图2中所示集成的感应器组件的分解图。0011图4是图2所示磁芯的件的俯视图。0012图5。

12、是图4所示磁芯的件的端视图。0013图6是图2所示磁芯的另一个件的俯视图。0014图7是图6所示磁芯的件的端视图。0015图8是图2和图3中所示绕组组件的侧视图。0016图9是图8中所示绕组组件的透视图。0017图10是图8中所示绕组组件的另一透视图。0018图11是图2和图3中所示的集成的感应器组件的示意图,示出了由集成的感应器组件的第一感应器和第二感应器的操作产生的磁通。0019图12是图2和图3中所示的集成的感应器组件的电路等同物的示意图。0020图13是第一备选的集成感应器组件的端视图。0021图14是第二备选的集成感应器组件的端视图。0022图15是第三备选的集成感应器组件的端视图。。

13、0023图16是第四备选的集成感应器组件的透视图,其具有四件式磁芯。0024图17是第五备选的集成感应器组件的透视图,其具有三件式磁芯。0025图18是第一备选磁芯的俯视图,其被配置成接纳四个导电绕组以形成集成有四个感应器的感应器组件。0026图19是用于组装集成的感应器组件的示例性方法的流程图。0027虽然各种实施例的具体特征可能在某些附图中示出而未在其它附图中示出,但这仅仅是为了方便起见。任何附图的任何特征可以结合任何其它附图的任何特征被引用和/或要求保护。0028附图标记100电子系统102集成感应器组件104第一感应器106第二感应器108第一电路110第二电路112印刷电路板114第。

14、一DC电压源116第一切换装置118第一二极管120第一电容器122第一负载说明书CN104051131A3/12页6124第一控制器126第二DC电压源128第二切换装置130第二二极管132第二电容器134第二负载136第二控制器138磁芯140第一导电绕组142第二导电绕组144绕组组件146模制物148磁芯的第一侧面150磁芯的第二侧面152磁芯的第一端部154磁芯的第二端部156磁芯的前侧面158磁芯的后侧面160磁芯的第一件162磁芯的第二件164芯桥166开口168通道170第一件的内表面172第一对通道174第二对通道176内表面的中心区域178内表面的侧向外部区域180第二件。

15、的内表面182第一感应部段184第二感应部段186第一对引线区段188引线区段190第一对感应区段192感应区段194第一短接区段196第二对通道198第二对感应区段200第二短接区段说明书CN104051131A4/12页7202重叠长度204集成感应器组件的长度1300第一备选的集成感应器组件1302间隙1400第二备选的集成感应器组件1402间隙1500第三备选的集成感应器组件1502间隙1504隔离物1600第四备选的集成感应器组件1602四件式磁芯1604磁芯的第一件1606磁芯的第二件1608磁芯的第三件1610磁芯的第四件1700第五备选的集成感应器组件1702三件式磁芯1704。

16、第三件1800第一备选的磁芯1802一对通道1804隔离开口。具体实施方式0029本文描述了集成的感应器组件的示例性实施例。集成的感应器组件包括磁芯、第一感应器和第二感应器。磁芯具有第一侧面、相对的第二侧面和限定在磁芯内的开口。开口从第一侧面和第二侧面中的至少一个延伸进入磁芯。第一感应器包括感应地联接到磁芯的第一导电绕组。第一导电绕组包括定位在开口内的第一短接区段。第二感应器包括感应地联接到磁芯的第二导电绕组。第二导电绕组包括定位在开口内的第二短接区段。第一和第二感应器可配置成彼此独立操作。0030本文所述实施例提供了集成的感应器组件,该组件包括能够彼此联合地和独立地操作的至少两个感应器。集成。

17、的感应器组件包括具有限定在其中的开口的磁芯和感应地联接到磁芯的绕组组件。绕组组件的感应区段被封闭在磁性组件内,并且将感应区段互连的短接区段定位在磁芯的开口内。这样的配置减小和/或最小化了形成于磁芯上的多个感应器之间的互感,从而使得感应器能够彼此独立操作。此外,多个感应器在单个磁芯上的集成有利于减少构造给定类型的电路例如,功率变换器所需的部件的数目和尺寸。0031图1是示例性电子系统100的示意图,该系统包括具有第一感应器104和第二感应器106的集成的感应器组件102。电子系统100还包括制造在印刷电路板112上的第一电路108和第二电路110。0032在示例性实施例中,第一电路108和第二电。

18、路110均为降压式BUCK切换DCDC说明书CN104051131A5/12页8电压变换器。具体而言,第一电路108包括第一DC电压源114、第一切换装置116、第一二极管118、第一感应器104、第一电容器120、第一负载122以及第一控制器124。第一DC电压源114的正端子联接到第一切换装置116,其又联接到第一感应器104和第一二极管118的阴极端。第一二极管118的阳极端联接到第一DC电压源114的回路输入端子。第一电容器120和第一负载122并联联接,并且第一感应器104联接到第一电容器120和第一负载122之间的并联连接的第一侧。第一切换装置116由第一控制器124操作,第一控制。

19、器124在打开位置和闭合位置之间切换第一切换装置116,以产生第一电路108的输出电压VOUT,该电压被测量为跨第一负载122的电压降。0033在示例性实施例中,第二电路110具有与第一电路108相同的架构。具体而言,第二电路110包括第二DC电压源126、第二切换装置128、第二二极管130、第二感应器106、第二电容器132、第二负载134以及第二控制器136。第二DC电压源126的正端子联接到第二切换装置128,其又联接到第二感应器106和第二二极管130的阴极端。第二二极管130的阳极端联接到第二DC电压源126的回路输入端子。第二电容器132和第二负载134并联联接,并且第二感应器1。

20、06联接到第二电容器132和第二负载134之间的并联连接的一侧。第二切换装置128由第二控制器136操作,第二控制器136在打开位置和闭合位置之间切换第二切换装置128,以产生第二电路110的输出电压VOUT,该电压被测量为跨第二负载134的电压降。0034在示例性实施例中,第一切换装置116和第二切换装置128为晶体管开关具体而言,MOSFET,并且第一控制器124和第二控制器136被配置成分别输出脉宽调制的控制信号到第一切换装置116和第二切换装置128的栅极侧。在备选实施例中,第一切换装置116和/或第二切换装置128可以是任何合适的切换装置,其使得电子系统100能够如本文所述起作用。此。

21、外,第一控制器124和/或第二控制器136可被配置成分别向第一切换装置116和第二切换装置128提供任何合适的控制信号,该信号使得电子系统100能够如本文所述起作用。0035如本文中更详细描述的,集成感应器组件102的构造使得第一感应器104和第二感应器106能够彼此独立以及彼此联合地例如,作为相同电路的一部分操作。因此,虽然集成的感应器组件102结合分开的降压式切换DCDC电压变换器即,第一电路108和第二电路110描述,但本文所述实施例可在任何合适的电气架构中实施,该架构使得集成的感应器组件102能够如本文所述起作用,包括例如多相电压变换器,其中第一感应器104与第二感应器106以约90或。

22、180的相位差异相操作。0036图2是集成的感应器组件102的透视图,并且图3是集成的感应器组件102的分解图。在示例性实施例中,集成的感应器组件102包括磁芯138、感应地联接到磁芯138以形成第一感应器104的第一导电绕组140图3、以及感应地联接到磁芯138以形成第二感应器106的第二导电绕组142。第一导电绕组140和第二导电绕组142在本文中统称为绕组组件,总体上表示为144。在示例性实施例中,绕组组件144还包括模制物146图810,为清楚起见而将该模制物146从图2和图3中省去。0037在示例性实施例中,磁芯138具有大体上矩形的形状,其包括第一侧面148;相对的第二侧面150;。

23、相对的第一端部152和第二端部154,其在第一侧面148和第二侧面150之间延伸;以及前侧面156和相对的后侧面158,其在第一侧面148和第二侧面150之间且说明书CN104051131A6/12页9在第一端部152和第二端部154之间延伸。此外,在示例性实施例中,磁芯138包括第一件160、第二件162、多个芯桥164、以及限定在磁芯138内的开口166。0038图4是磁芯138的第二件162的俯视图,并且图5是磁芯138的第二件162的端视图。图6是磁芯138的第一件160的俯视图,并且图7是磁芯138的第一件160的端视图。在示例性实施例中,第一件160和第二件162均制造为一体的磁性。

24、块。第一件160和第二件162由包括例如铁素体的任何合适的磁性材料制成,该材料使得集成的感应器组件102能够如本文所述起作用。此外,第一件160和第二件162由相同的磁性材料制成。第一件160和第二件162分开地制造并附连到彼此以形成磁芯138。在备选实施例中,第一件160和/或第二件162可以不制造成一体的磁性块参见例如图16和17。0039在示例性实施例中,第一件160限定磁芯138的第一侧面148,并且第二件162限定磁芯138的相对的第二侧面150。此外,第一件160和第二件162共同地限定磁芯138的第一端部152、第二端部154、前侧面156和后侧面158。0040此外,在示例性实。

25、施例中,第一件160包括限定在其中的多个通道168。通道168被配置成接纳导电绕组140和142的一部分以形成第一感应器104和第二感应器106中的一个。具体而言,通道168限定在第一件160的内表面170上,并且每个通道168从开口166朝第一端部152和第二端部154中的一个延伸。此外,在示例性实施例中,通道168围绕相应的第一端部152或第二端部154延伸至磁芯138的第一侧面148,使得当集成的感应器组件102被组装时导电绕组140和142与相应的第一端部152或第二端部154齐平。此外,当集成的感应器组件102被组装时,通道168在第一侧面148和第二侧面150之间、更具体地在第一件。

26、160和第二件162之间被封闭在磁芯138内。0041如图3所示,多个通道168包括第一对172通道168和第二对174通道168。第一对172通道168从开口166朝磁芯138的第一端部152延伸,并且第二对174通道168从开口166朝磁芯138的第二端部154延伸。第一对172通道168中的通道168基本上彼此平行,并且第二对174通道168中的通道168基本上彼此平行。如图6所示,每一对172和174通道168将内表面170分成中心区域176和侧向外部区域178。0042第二件162包括内表面180,当集成的感应器组件102被组装时,该内表面180面向第一件160的内表面170。在示例。

27、性实施例中,第二件162的内表面180为基本上平面的,并且其中不包括任何通道。在备选实施例中,第二件162的内表面180可包括对应于第一件160的通道168的通道。在另外的备选实施例中,第一件的内表面170可为基本上平面的即,第一件160不包括通道168,并且通道168被限定在第二件162的内表面180内。0043参看图2,开口166将磁芯138分成第一感应部段182和第二感应部段184。第一感应部段182从开口166延伸至磁芯138的第一端部152,并且包括第一对172通道168。第二感应部段184从开口166延伸至磁芯138的第二端部154,并且包括第二对174通道168。开口166被配置。

28、成限制来自第一感应器104和第二感应器106之一的磁通妨碍或影响第一感应器104或第二感应器106中另一个的操作。0044在示例性实施例中,开口166具有大体上矩形的形状,并且从第一侧面148到第二侧面150延伸穿过磁芯138。即,开口166延伸穿过第一件160和第二件162两者。在备选实施例中,开口166可具有使集成感应器组件102能够如本文所述起作用的任何合适形状。此外,在备选实施例中,开口166可从第一侧面148或第二侧面150中的仅仅一个延伸进入说明书CN104051131A7/12页10磁芯138。即,开口166可以不完全延伸穿过磁芯138。在一些合适的实施例中,磁芯138中的开口1。

29、66填充有一种或多种非磁性材料,以防止异物进入开口并妨碍集成感应器组件102的操作。0045芯桥164在第一感应部段182和第二感应部段184之间延伸且将它们互连。此外,多个芯桥164至少部分地限定开口166。在示例性实施例中,第一件160包括设置在开口166的相对侧上的两个芯桥164,并且第二件162包括设置在开口166的相对侧上的两个芯桥164。0046在示例性实施例中,芯桥164被配置成在第一感应部段182和第二感应部段184之间提供低磁阻磁通路径,使得当第一感应部段182和第二感应部段184中的一个未被相应的第一感应器104或第二感应器106的操作饱和时第一感应器104和第二感应器10。

30、6能“共享”磁芯138。在示例性实施例中,每个芯桥164由诸如铁素体的合适磁性材料制成。此外,在示例性实施例中,芯桥164与磁芯138的第一件160或第二件162中的一个一体地形成,但在备选实施例中,一个或多个芯桥164可与第一件160和/或第二件162分开地形成。磁芯138在第一感应器104和第二感应器106之间的“共享”增加了当第一感应器104和第二感应器106中的一个在低负载或低电流下操作时第一感应器104和第二感应器106的饱和电流即,磁芯138饱和时的电流,因为芯桥164使得感应器104和106能够利用本来未被第一感应器104或第二感应器106之一在低负载或低电流下的操作饱和的磁芯1。

31、38的部分。0047如上所述,第一感应器104包括感应地联接到磁芯138的第一导电绕组140,并且第二感应器106包括感应地联接到磁芯138的第二导电绕组142。图8是绕组组件144的侧视图,其包括第一导电绕组140、第二导电绕组142和模制物146。图9和图10是绕组组件144的透视图。0048参看图3和图810,第一导电绕组140由合适的导电材料例如,冲压铜制成,并且包括第一对186引线区段188、第一对190感应区段192、以及将第一对190感应区段192互连的第一短接区段194。0049第一对190感应区段192中的感应区段192定位在第一对172通道168内。第一对190感应区段19。

32、2中的每个感应区段192从开口166朝磁芯138的第一端部152延伸至第一对186引线区段188中的对应的引线区段188。第一对190感应区段192中的感应区段192在第一侧面148和第二侧面150之间、更具体地在第一件160和第二件162之间被封闭在磁芯138内。第一对190感应区段192中的感应区段192设置在第一平面中。0050第一短接区段194定位在开口166内,并且在第一对190感应区段192中的感应区段192之间延伸且将它们互连。在示例性实施例中,第一短接区段194被定向成基本上垂直于第一对190感应区段192中的每个感应区段192。此外,在示例性实施例中,第一短接区段194具有基。

33、本上平面的配置,并且相对于第一对190感应区段192设置在其中的第一平面倾斜地成角度。具体而言,第一短接区段194朝磁芯138的第一侧面148倾斜地成角度。此外,在示例性实施例中,第一短接区段194具有比第一对190感应区段192中的每个感应区段192更大的横截面积。0051第一对186引线区段188中的每个引线区段188在磁芯138的第一端部152处连接到第一对190感应区段192中的相应的感应区段192。在示例性实施例中,第一对186引说明书CN104051131A108/12页11线区段188中的每个引线区段188从第一对190感应区段192中的相应的感应区段192朝磁芯138的第一侧面。

34、148以约90的角度延伸。此外,在示例性实施例中,第一对186引线区段188中的每个引线区段188延伸超出磁芯138的第一侧面148,使得第一对186引线区段188将磁芯138与集成感应器组件102所焊接或安装到的表面例如,印刷电路板间隔开。0052在示例性实施例中,第二导电绕组142具有与第一导电绕组140基本上类似的配置。具体而言,第二导电绕组142由合适的导电材料例如,冲压铜制成,并且包括第二对196引线区段188、第二对198感应区段192、以及将第二对198感应区段192互连的第二短接区段200。0053第二对198感应区段192中的感应区段192定位在第二对174通道168内。第二。

35、对198感应区段192中的每个感应区段192从开口166朝磁芯138的第二端部154延伸至第二对196引线区段188中的对应的引线区段188。第二对198感应区段192中的感应区段192在第一侧面148和第二侧面150之间、更具体地在第一件160和第二件162之间被封闭在磁芯138内。第二对198感应区段192中的感应区段192设置在第二平面中,第二平面在示例性实施例中平行于其中设置第一对190感应区段192的第一平面。此外,在示例性实施例中,第二平面是与其中设置第一对190感应区段192的第一平面相同的平面。这样,第一对190感应区段192和第二对198感应区段192在示例性实施例中设置在基。

36、本上相同的平面中。0054第二短接区段200定位在开口166内,并且在第二对198感应区段192中的感应区段192之间延伸且将它们互连。在示例性实施例中,第二短接区段200被定向成基本上垂直于第二对198感应区段192中的每个感应区段192。此外,在示例性实施例中,第二短接区段200具有基本上平面的配置,并且相对于其中设置第二对198感应区段192的第二平面倾斜地成角度。具体而言,第二短接区段200朝磁芯138的第二侧面150倾斜地成角度。此外,在示例性实施例中,第二短接区段200具有比第二对198感应区段192中的每个感应区段192更大的横截面积。如图8所示,第一短接区段194和第二短接区段。

37、200以大约相同的角度远离彼此成角度。更具体而言,第一短接区段194以相对于第一平面的角度朝磁芯138的第一侧面148成角度,并且第二短接区段200以相对于第二平面的角度基本上等于角度朝磁芯138的第二侧面150成角度。角度和可以是在约90至约180的范围内的任何合适角度。在图示实施例中,角度和均为约120。此外,如图8所示,当穿过开口166具体而言沿垂直于第一平面和/或第二平面的观察方向观察时,第一短接区段194和第二短接区段200在开口166内彼此重叠长度202。0055第二对196引线区段188中的每个引线区段188在磁芯138的第二端部154处连接到第二对198感应区段192中的相应的。

38、感应区段192。因此,第一对186引线区段188和第二对196引线区段188设置在磁芯138的相对端上。在示例性实施例中,第一对186引线区段188设置在磁芯138的第一端部152上,并且第二对引线区段188设置在磁芯138的第二端部154上。此外,在示例性实施例中,第二对196引线区段188中的每个引线区段188从第二对198感应区段192中的相应的感应区段192朝磁芯138的第二侧面150以约90的角度延伸。此外,在示例性实施例中,第二对196引线区段188中的每个引线区段188延伸超出磁芯138的第二侧面150,使得第二对196引线区段188将磁芯138与集成感说明书CN10405113。

39、1A119/12页12应器组件102所焊接或安装到的表面例如,印刷电路板间隔开。0056参看图810,第一短接区段194和第二短接区段200被封闭在模制物146内。模制物146被配置成接纳在开口166内。模制物146可由任何合适的模制物形成,包括例如酚醛树脂模制物。模制物146的磁导率可大于或小于空气的磁导率,取决于开口166内的期望磁导率。模制物146通过减少需要组装的分开部件的数目并且还通过维持第一短接区段194和第二短接区段200的相对位置来方便集成感应器组件102的组装。在备选实施例中,可从绕组组件144省去模制物146。0057由于第一导电绕组140和第二导电绕组142的配置,第一感。

40、应器104和第二感应器106为基本上单匝的感应器。换言之,第一导电绕组140和第二导电绕组142在磁芯138周围缠绕不超过单圈。结果,第一感应器104和第二感应器106的DC电阻相比多匝感应器减小。此外,由于感应区段192在磁芯138内的封装,第一感应器104和第二感应器106的电感可以相当于已知的多匝感应器。0058图11是集成的感应器组件102的示意图,示出了由第一感应器104和第二感应器106的操作产生的磁通,并且图12是集成的感应器组件102的电路等同物的示意图。集成感应器组件102的配置有利于最小化在第一感应器104和第二感应器106之间的互感即,由不同的感应器产生的磁通在一个感应器。

41、中感应出电动势,从而使第一感应器104和第二感应器106能够彼此独立地操作。具体而言,由于感应区段192被封闭在具有相对高的磁导率的磁芯138内,并且磁芯138由具有相比磁芯138相对低的磁导率的开口166分成第一感应部段182和第二感应部段184,因而由第一感应器104和第二感应器106产生的磁通分别被基本上限制在第一感应部段182和第二感应部段184内。结果,开口166内的磁通显著小于磁芯138内的磁通,并且在第一感应器104和第二感应器106之间的互感被最小化。如图12所示,第一感应器104和第二感应器106中的每一个的配置等同于由相应的短接区段194或200串联连接的两个感应器对应于感。

42、应区段192,短接区段194或200在磁芯138内很少或不产生磁通。0059此外,由于第一短接区段194和第二短接区段200远离彼此成角度,因而第一短接区段194和第二短接区段200可在开口166内彼此重叠,同时彼此仍保持足够的距离以最小化在第一感应器104和第二感应器106之间的互感。相比其中短接区段不成角度的集成感应器组件,这样的重叠减小了集成感应器组件102的总长度204图2,并且因此需要沿组件长度的显著更大的间距以限制互感。此外,考虑到来自一个感应器104或106的磁通延伸进入另一感应器104或106的感应部段182或184,芯桥164为这样的磁通提供相对低磁阻的路径,这使来自第一感应。

43、器104和第二感应器106的磁通之间的干涉作用最小化。0060可对集成感应器组件102进行各种修改以进一步最小化或控制第一感应器104和第二感应器106之间的互感,和/或调整集成感应器组件102的性能。0061例如,图13是集成的感应器组件的第一备选实施例1300的端视图,其具有设置在磁芯138的第一侧面148和第二侧面150之间的间隙1302,以增加磁芯138的饱和电流。除非指出,集成的感应器组件1300与集成的感应器组件102在图2和图3中示出基本上相同。在图13中所示的实施例中,间隙1302定位在第一件160的内表面170的中心区域176和第二件162的内表面180之间,并且延伸集成感应。

44、器组件1300的整个长度。0062图14是集成的感应器组件102的第二备选实施例的端视图,其具有设置在磁芯说明书CN104051131A1210/12页13138的第一侧面148和第二侧面150之间的间隙1402,以增加磁芯138的饱和电流。除非指出,集成的感应器组件1400与集成的感应器组件102在图2和图3中示出基本上相同。在图14中所示的实施例中,间隙1402定位在第一件160的内表面170的侧向外部区域178和第二件162的内表面180之间,并且延伸集成感应器组件102的整个长度。0063图15是集成的感应器组件的第三备选实施例1500的端视图,其具有设置在磁芯138的第一侧面148和。

45、第二侧面150之间的间隙1502和多个隔离物1504,以增加磁芯138的饱和电流。除非指出,集成的感应器组件1500与集成的感应器组件102在图2和图3中示出基本上相同。在图15中所示的实施例中,间隙1502在第一件160和第二件162之间的整个界面上延伸,并且隔离物1504设置在第一件160和第二件162之间的期望位置处,以在第一件160和第二件162之间提供机械连接。在图15中所示的实施例中,隔离物1504由非磁性材料形成。0064在图1315中所示的实施例中,间隙1302、1402和1502不含任何填料材料并且因此是气隙。在备选实施例中,间隙1302、1402和/或1502可填充有一种或。

46、多种非磁性材料,包括例如MYLAR,以调整集成的感应器组件1300、1400和/或1500的特性。0065图16是集成的感应器组件的第四备选实施例1600的透视图,其具有四件式磁芯1602。除非指出,集成的感应器组件1600与集成的感应器组件102在图2和图3中示出基本上相同。集成的感应器组件1600的磁芯1602包括第一件1604、第二件1606、第三件1608、第四件1610、多个芯桥164、以及限定在磁芯1602内的开口166。0066第一件1604和第二件1606由芯桥164彼此互连,并且第三件1608和第四件1610由芯桥164彼此互连。此外,第一件1604和第二件1606共同限定磁。

47、芯1602的第一侧面148,并且第三件1608和第四件1610共同限定磁芯1602的第二侧面150。此外,第一件1604和第三件1608共同限定磁芯1602的第一端部152,并且第二件1606和第四件1610共同限定磁芯1602的第二端部154。第一件1604、第二件1606、第三件1608和第四件1610共同限定磁芯1602的前侧面156和后侧面158。0067第一对172通道168图3中示出被限定在第一件1604的内表面上,并且第二对174通道168图3中示出被限定在第二件1606的内表面上。第一对190感应区段192图3中示出定位在第一件1604上的第一对172通道168内,并且在磁芯1。

48、602的第一侧面148和第二侧面150之间、具体地在第一件1604和第三件1608之间被封闭在磁芯1602内。第二对174通道168图3中示出被限定在第二件1606的内表面上。第二对198感应区段192图3中示出定位在第二对174通道168内,并且在磁芯1602的第一侧面148和第二侧面150之间、具体地在第二件1606和第四件1610之间封闭在磁芯1602内。0068在图16中所示的实施例中,芯桥164与第一件1604、第二件1606、第三件1608和第四件1610中的每一个分开地制造。此外,芯桥164由单件磁性材料制成并且连接到彼此以向集成感应器组件1600提供改进的机械稳定性。0069图。

49、17是集成的感应器组件的第五备选实施例1700的透视图,其具有三件式磁芯1702。除非指出,集成的感应器组件1700与集成的感应器组件1600在图16中示出基本上相同。特别地,集成的感应器组件1700与集成的感应器组件1600基本上相同,除了第三件1608、第四件1610和将第三件1608与第四件1610互连的芯桥164被替换成实心一体说明书CN104051131A1311/12页14的第三件1704。此外,磁芯1702中的开口166仅从第一侧面148延伸至第三件1704。即,开口166不延伸穿过整个磁芯138。0070虽然集成的感应器组件102、1300、1400、1500、1600和1700描述为各自包括两个感应器,但集成的感应器组件102、1300、1400、1500、1600和1700可被修改以包括两个以上感应器,例如三个、四个、六个或更多感应器。0071例如,图18是磁芯1800的第一备选实施例的俯视图,其被配置成接纳四个导电绕组以形成集成有四个感应器的感应器组件。如图18所示,磁芯1800包括四对1802通道168,每一对都被配置成接纳导电绕组以形成感应器。磁芯1800还包括两个开口166,每个开口166具有两对1802通道168,其从开口166朝磁芯138的第一端部152和第二端部154中的一个延伸。此外,磁芯1800包括定位在开口166。

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