一种变压器和电感的磁集成结构制造技术

本发明专利技术公开了一种变压器和电感的磁集成结构，包括：用于电感磁路的第一磁芯，用于变压器磁路的第二磁芯和同时用于电感磁路和变压器磁路的公共磁芯；第一磁芯与公共磁芯所组成的电感磁芯窗口朝向与第二磁芯和公共磁芯所组成的变压器磁芯窗口朝向存在偏向角

【技术实现步骤摘要】
一种变压器和电感的磁集成结构


[0001]本专利技术涉及磁集成技术，特别涉及一种变压器和电感的磁集成结构
。

技术介绍

[0002]随着数据中心
、
工业
、
军事
、
航空航天和电动汽车等应用的不断发展，具有优化尺寸和效率的电源变换系统的需求越来越高
。
期望具有高效率
、
高频率和高功率密度电源的需求显著增加
。
[0003]磁器件在电源中占据了约
40
％的体积，重量和损耗，尤其是在传统的电源变换器中，多采用分散式的电感和变压器组合，电感和变压器都占据着较大的体积和重量；为了降低磁器件的体积和重量占比，磁集成技术得到了长足的发展
。
[0004]近年来，对磁集成的研究多集中在两个方面：
1.
在变压器中集成一个或多个单独的谐振电感或者滤波电感，即在一个变压器上堆叠一个电感，电感和变压器公用部分磁芯，可以有效降低磁器件的
footprint
，多用于大功率应用场合，工作频率在几十
kHz
到几百
kHz
之间；
2.
在变压器中造出一段副边绕组不经过的磁芯，或者给原副边绕组之间插入一个耦合路径，用原边绕组产生但不经过复边绕组的磁通，即漏感作为单独的电感使用，同样可以将分散的电感和变压器集成在一起，绕组损耗得到了明显的优化，但
footprint
优化不明显，磁芯高度没有变化，多用于平面型串联电感和变压器的集成，频率可以提高到
1MHz
附近
。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是：提供一种新的变压器和电感的磁集成结构，采用电感和变压器堆叠的集成方式，通过改变电感和变压器之间的磁通角度，可在降低
footprint
的同时有效降低磁器件的高度，
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]变压器和电感的磁集成结构，包括：
[0008]用于电感磁路的第一磁芯，用于变压器磁路的第二磁芯和同时用于电感磁路和变压器磁路的公共磁芯；第一磁芯与公共磁芯所组成的电感磁芯窗口朝向与第二磁芯和公共磁芯所组成的变压器磁芯窗口朝向存在偏向角
θ
；
[0009]穿过电感磁芯窗口的电感绕组，采用一组或多组导线；流过电感绕组的电感电流，在第一磁芯和公共磁芯中产生电感磁通；
[0010]穿过变压器磁芯窗口的变压器绕组，包括一次侧绕组和二次侧绕组，采用一组或多组导线；流过变压器一次侧绕组的变压器电流，在第二磁芯和公共磁芯中产生变压器磁通；
[0011]电感电流和变压器电流之间有一定的相位差
φ
，相位差
φ
满足范围：
90≤
φ
＜
180。
[0012]优选的，所述第一磁芯为一个
I
型盖板
。
[0013]优选的，所述公共磁芯包括一个磁芯盖板和至少两个磁芯柱，磁芯柱位于磁芯盖板表面且至少有两个磁芯柱朝向所述第一磁芯
。
[0014]优选的，所述第一磁芯和公共磁芯通过公共磁芯的至少两个磁芯柱集成为一体作为电感磁芯
。
[0015]优选的，所述第一磁芯和公共磁芯组成电感磁芯中至少设置一个隔断的气隙
。
[0016]优选的，所述电感绕组为穿过电感磁芯窗口的铜片
、
利兹线
、
三重绝缘线
、
完全绝缘线中的一种
。
[0017]优选的，所述变压器绕组为穿过变压器磁芯窗口的铜箔
、
利兹线
、
三重绝缘线
、
完全绝缘线和印刷电路板中的一种
。
[0018]优选的，穿过电感磁芯窗口的多根导线之间存在磁耦合关系
。
[0019]优选的，所述电感电流和变压器电流之间的相位差
φ
，满足范围
90
°
＜
φ
＜
135
°
。
[0020]优选的，所述电感磁芯窗口朝向与变压器磁芯窗口朝向之间的偏向角
θ
，满足
θ
＝
180
‑
φ
关系
。
[0021]本专利技术的优点是：
[0022]1、
本专利技术提出的变压器和电感的磁集成结构，其中电感的产生的磁通方向与变压器产生的磁通方向可以不在一个平面上，通过调节电感和变压器磁通的偏移角，可降低公共磁芯部分的高度，从而有机会在不增加
footprint
或几乎不增加高度的情况下将电感集成到变压器中
。
[0023]2、
由于电感电流和变压器励磁电流的相位差
φ
，与磁通的偏移角
θ
满足
θ
＝
180
‑
φ
，本专利技术可根据电感电流和变压器励磁电流的相位差进行调节电感磁通方向，可保证盖板磁通最小，减小磁芯损耗
。
附图说明
[0024]下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：
[0025]图1为现有的堆叠式磁集成结构的原理图；
[0026]图2为现有的平面式磁集成结构的示意图；
[0027]图3为本专利技术的磁集成结构的爆炸图；
[0028]图4为本专利技术的磁集成结构的整体示意图；
[0029]图5为本专利技术的磁集成结构的主视图；
[0030]图6为通过磁芯柱调节磁通角的磁集成结构的爆炸图；
[0031]图7为通过磁芯柱调节磁通角的磁集成结构的整体示意图；
[0032]图8为通过磁芯柱调节磁通角的磁集成结构的主视图；
[0033]图9为通过磁芯柱调节磁通角的优化对比图；
[0034]图
10
为电感磁芯与公共磁芯集成为一个整体的立体图；
[0035]图
11
为电感磁芯与公共磁芯集成为一个整体的主视图；
[0036]图
12
为公共磁芯包含四个磁芯柱的磁集成结构的爆炸图；
[0037]图
13
为公共磁芯包含四个磁芯柱的磁集成结构的主视图；
[0038]图
14
为多电感绕组的磁集成结构的爆炸图；
[0039]图
15
为多电感绕组的磁集成结构的主视图；
[0040]图
16
为磁集成结构应用于
LLC
电路的原理图；
[0041]图
17
为磁集成结构应用于
LLC
电路的时序图；
[0042]图
18
为磁集成结构应用于两级电路的原理图
。
[0043]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
变压器和电感的磁集成结构，其特征在于，包括：用于电感磁路的第一磁芯，用于变压器磁路的第二磁芯和同时用于电感磁路和变压器磁路的公共磁芯；第一磁芯与公共磁芯所组成的电感磁芯窗口朝向与第二磁芯和公共磁芯所组成的变压器磁芯窗口朝向存在偏向角
θ
；穿过电感磁芯窗口的电感绕组，采用一组或多组导线；流过电感绕组的电感电流，在第一磁芯和公共磁芯中产生电感磁通；穿过变压器磁芯窗口的变压器绕组，包括一次侧绕组和二次侧绕组，采用一组或多组导线；流过变压器一次侧绕组的变压器电流，在第二磁芯和公共磁芯中产生变压器磁通；电感电流和变压器电流之间有一定的相位差相位差满足范围：满足范围：
2.
如权利要求1所述的变压器和电感的磁集成结构，其特征在于，所述第一磁芯为一个
I
型盖板
。3.
如权利要求1所述的变压器和电感的磁集成结构，其特征在于，所述公共磁芯包括一个磁芯盖板和至少两个磁芯柱，磁芯柱位于磁芯盖板表面且至少有两个磁芯柱朝向所述第一磁芯
。4.
如权利要求1所述的变压器和电感的磁集成结构，其特征在于，所述第一磁芯和公共磁芯通过公共磁芯的至少两个磁芯柱集成为一体作为电感磁芯
。5.<...

【专利技术属性】
技术研发人员：付志恒，周嫄，叶益青，
申请(专利权)人：苏州悉智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：