电感器设备和堆叠电源拓扑制造技术

本公开涉及一种电感器设备和堆叠电源拓扑。根据一种配置，一种电感器设备包括：磁芯材料和一个或多个导电路径。该磁芯材料是导磁性的并且围绕(包围)该一个或多个导电路径。每个导电路径穿过该电感器设备的磁芯材料从该电感器设备的第一端延伸至该电感器设备的第二端。该导磁性的磁芯材料可操作以限定(引导、承载、运送、局部化等)从流经相应导电路径的电流中生成的相应磁通量。该磁芯材料存储从流经第一导电路径的电流中生成的磁通量能量(即，第一磁通量)。本文的一种配置包括功率转换器组件，该功率转换器组件由包括如前述的电感器设备的部件堆叠组成，以及第一功率接口、第二功率接口和一个或多个开关。率接口和一个或多个开关。率接口和一个或多个开关。

【技术实现步骤摘要】
电感器设备和堆叠电源拓扑

技术介绍

[0001]常规的开关电源电路有时包括诸如电感器之类的能量存储部件以产生对负载供电的输出电压。例如，为了将输出电压的幅度保持在所期望的范围之内，控制器通过一个或多个电感器来控制输入电流的切换。
[0002]通常，常规电感器是包括连线和其它传导材料的部件，该传导材料被成形为线圈或螺旋状以增加穿过相应电路路径的磁通量的量。将连线绕组为多匝的线圈增加了在相应电感器部件中的相应磁通线的数目，增大了磁场并且因此增大了相应电感器部件的整体电感。

技术实现思路

[0003]本公开包括常规电感器部件适用于平面电路应用的观察，在该平面电路应用中，电源电路板的相应平面表面被填充以多种不同的部件，该部件进而经由设置在该平面表面上的电路迹线相互耦合。这种(在电源电路板中提供水平功率流的)拓扑不可避免地使得难以形成紧凑、高效且高电流输出功率的电源电路。因此，实现一个或多个电感器的常规电源电路并不是所期望的。
[0004]更具体地，对于以低于2V的输出电压提供1000Amp输出电流目标的功率转换器而言，现有技术通过实现水平功率流的电源电路来实现电压调节器。利用实现水平功率流的常规拓扑的主要问题在于：
[0005]·
因为由于具有存储器和其它内核的CPU的高频通信所需的I/O轨线的潜在干扰所导致的特定的“禁用(keep-out)”区域，相应电路的PoL(负载点)级无法被移动至更靠近于CPU(中央处理器)负载；
[0006]·
在VRM(电压调节器模块)的输出处的铜轨线的纯传导损耗，该VRM用于将电流经信道送入处理器；
[0007]·
将VRM的噪声与输出信道的任一侧上的数据信道进行极为贴近且潜在的耦合；
[0008]·
铜轨线的阻抗限制了最大瞬时响应速度；
[0009]·
为了处理瞬时响应，需要大量的靠近处理器且位于其下方的输出电容器和空腔电容器；
[0010]·
消耗了相应主板上的CPU负载一侧的大量表面空间；
[0011]·
随着相应负载的动态电流消耗的增加，以上的所有问题将变得恶化。
[0012]与常规技术相比，本文的实施例提供了新颖且改进的电感器部件以及新颖且改进的堆叠功率转换器拓扑。
[0013]第一实施例——改进的电感器部件
[0014]本文的第一实施例提供了一种新颖的电感器设备及其制造该电感器设备的方法。
[0015]例如，制作者制造一种电感器设备(部件)以包括：磁芯材料和第一导电路径。磁芯材料是导磁性的并且围绕(包围)第一导电路径。第一导电路径(第一感应路径)穿过该电感器设备的磁芯材料从电感器设备的第一端(诸如近端)延伸至第二端(诸如电感器设备的远
端)。导磁性的磁芯材料可操作以限定(和/或引导、承载、运送、局部化等)从流经第一导电路径的第一电流中生成的第一磁通量。磁芯材料可操作以存储从流经第一导电路径的电流中生成的磁通量能量(即，第一磁通量)。
[0016]依据进一步的实施例，制造装置制造电感器设备以包括：第二导电路径(第二感应路径)，第二导电路径在磁芯材料中与第一导电路径间隔开。第二导电路径穿过磁芯材料从电感器设备的第一端延伸至第二端。导磁性的磁芯材料可操作以限定(引导、承载、运送、局部化等)从流经第二电路径的第二电流中生成的第二磁通量。
[0017]在其他的实施例中，制造装置制造电感器设备以包括：从电感器设备的第一端延伸至第二端的第三导电路径。第三导电路径是返回路径，返回路径可操作以将(来自第一导电路径的)第一电流和(来自第二导电路径的)第二电流运送返回到基准电压(诸如地)。
[0018]本文进一步的实施例包括制造电感器设备的、并行的第一导电路径和第二导电路径。
[0019]在其他实施例中，第二导电路径被制造为磁耦合至第一导电路径，其中穿过第二导电路径的第二电流的流动(经由磁通量)感应了穿过第一导电路径的电流的流动。
[0020]电感器设备中的第一导电路径和第二导电路径之间的耦合系数可以是任意适当的值。例如，在一个实施例中，第一导电路径和第二导电路径之间的电感耦合系数可以处于0.6和0.95之间。在某些实例中，电感耦合可以小于0.6并且低至0。
[0021]在其他的实施例中，制造装置制造第二导电路径以从电感器设备的第一端延伸至电感器设备的第二端；第二导电路径包括金属材料的环(或屏蔽物)，第一导电路径和磁芯材料位于金属材料的环(或屏蔽物)中。
[0022]磁芯材料可以由任何适当材料所制成并且具有任何适当的通量磁导率。在一个实施例中，磁芯材料具有在30至50亨利/米之间的通量磁导率。依据进一步的实施例，磁芯材料具有在10至1000亨利/米之间的通量磁导率。
[0023]在其他的实施例中，制造装置制造电感器设备而使得第一导电路径穿过的磁芯材料不包括任何气隙。
[0024]依据其他的实施例，制造装置制造如本文所描述的电感器设备以包括：第一开口材料环，第一开口材料环包括第一弯曲金属材料层(第一感应路径)和第二弯曲金属材料层(第二感应路径)。第一弯曲金属材料层是延伸穿过磁芯材料的第一导电路径。第二弯曲金属材料层是延伸穿过磁芯材料的第二导电路径。以与先前讨论的相似方式，第一开口材料环(第一弯曲层和第二弯曲层)从电感器设备的第一端(诸如第一节点的输入端)延伸至电感器设备的第二端(诸如输出端或输出节点)。
[0025]在其他的实施例中，制造装置制造电感器设备以包括：延伸穿过磁芯材料的第三弯曲金属材料层和第四弯曲金属材料层。第三弯曲金属材料层是延伸穿过磁芯材料的第三导电路径(感应路径)。第四弯曲金属材料层是延伸穿过磁芯材料的第四导电路径(感应路径)。在一个实施例中，制造装置将第三弯曲金属材料层和第四弯曲金属材料层制造为第二开口材料环的一部分，所述第二开口材料环的部分相对于先前讨论的第一开口材料环(电感器设备中的第一弯曲金属材料层和第二弯曲金属材料层)而同心设置。
[0026]本文其他的实施例包括将磁芯材料中的一个或多个导电路径制造为圆柱形。磁芯材料包围电感器设备中的一个或多个导电路径(感应路径)。在一个实施例中，磁芯材料与
一个或多个导电路径的相应表面接触或者围绕所述相应表面。
[0027]在其他的实施例中，制造装置制造电感器设备以包括：被设置以形成第一圆环的第一导电路径集合；第一导电路径集合包括第一导电路径，第一集合中的每个导电路径从电感器设备的第一端延伸至电感器设备的第二端。制造装置进一步制造电感器设备以包括：设置在第二圆环中的第二导电路径集合。第二集合中的每个导电路径从电感器设备的第一端延伸至电感器设备的第二端。在一个实施例中，导电路径的第一圆环相对于导电路径的第二圆环是同心的。
[0028]在其他的实施例中，通过电感器设备的磁芯材料的一个或多个导电路径中的每个导电路径(诸如柱、杆、弯曲表面等)遵循从电感器设备的第一端到电感器设备的第二端的相应非绕组路径。因此，如本文所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有近端和远端的电感器设备，所述电感器设备包括：磁芯材料，所述磁芯材料是导磁性的；以及第一导电路径，所述第一导电路径穿过所述磁芯材料、从所述电感器设备的所述近端延伸至所述电感器设备的所述远端，所述磁芯材料可操作以限定从流经所述第一导电路径的第一电流中生成的第一磁通量；以及第二导电路径。2.根据权利要求1所述的电感器设备，其中所述第二导电路径与所述第一导电路径间隔开，所述第二导电路径穿过所述磁芯材料、从所述电感器设备的所述近端延伸至所述电感器设备的所述远端，所述磁芯材料可操作以限定从流经所述第二导电路径的第二电流中生成的第二磁通量。3.根据权利要求2所述的电感器设备，进一步包括：第三导电路径，所述第三导电路径从所述电感器设备的所述近端延伸至所述电感器设备的所述远端，所述第三导电路径是可操作以运送所述第一电流和所述第二电流的返回路径。4.根据权利要求2所述的电感器设备，其中所述第一导电路径和所述第二导电路径被并行连接。5.根据权利要求2所述的电感器设备，其中所述第二导电路径被磁耦合至所述第一导电路径，穿过所述第二导电路径的所述第二电流的流动感应了穿过所述第一导电路径的电流的流动。6.根据权利要求1所述的电感器设备，其中所述第一导电路径和所述第二导电路径之间的电感耦合系数处于0.6和0.95之间。7.根据权利要求2所述的电感器设备，其中所述第二导电路径从所述电感器设备的所述近端延伸至所述电感器设备的所述远端，所述第二导电路径是金属材料圆环，所述第一导电路径和所述磁芯材料位于所述金属材料圆环中。8.根据权利要求1所述的电感器设备，其中所述磁芯材料具有介于10至1000亨利/米之间的通量磁导率。9.根据权利要求1所述的电感器设备，其中所述磁芯材料不包括任何气隙。10.根据权利要求1所述的电感器设备，其中所述磁芯材料可操作以存储与磁通量相关联的磁能量。11.根据权利要求1所述的电感器设备，进一步包括：第一开口材料环，包括第一弯曲金属材料层和第二弯曲金属材料层，所述第一弯曲金属材料层是所述第一导电路径，所述第二弯曲金属材料层是延伸穿过所述磁芯材料的所述第二导电路径，所述第一开口材料环从所述电感器设备的所述近端延伸至所述电感器设备的所述远端。12.根据权利要求11所述的电感器设备，进一步包括：延伸穿过所述磁芯材料的第三弯曲金属材料层和第四弯曲金属材料层，所述第三弯曲金属材料层是延伸穿过所述磁芯材料的第三导电路径，所述第四弯曲金属材料层是延伸穿过所述磁芯材料的第四导电路径；并且其中所述第三弯曲金属材料层和所述第四弯曲金属材料层是第二开口材料环的一部
分，所述第二开口材料环相对于所述第一开口材料环同心设置。13.根据权利要求1所述的电感器设备，其中所述第一导电路径是圆柱形的。14.根据权利要求1所述的电感器设备，进一步包括：设置在第一圆环中的导电路径的第一集合，导电路径的所述第一集合包括所述第一导电路径，所述第一集合中的每个导电路径从所述电感器设备的所述近端延伸至所述电感器设备的所述远端；以及设置在第二圆环中的导电路径的第二集合，所述第二集合中的每个导电路径从所述电感器设备的所述近端延伸至所述电感器设备的所述远端。15.一种系统，包括：电路板；根据权利要求1所述的电感器设备，所述电感器设备设置在被附接至所述电路板的功率转换器中，所述功率转换器操作以生成输出电压；以及负载，所述负载被附接至所述电路板并且由所述输出电压供电。16.一种制造电感器设备的方法，所述方法包括：容纳磁芯材料，所述磁芯材料是导磁性的；并且在所述磁芯材料中设置第一导电路径，所述第一导电路径穿过所述磁芯材料、从所述电感器设备的近端延伸至所述电感器设备的远端，所述磁芯材料可操作以限定从流经所述第一导电路径的第一电流中生成的第一磁通量；以及生产所述电感器设备以包括第二导电路径。17....

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：