[發明專利]M相耦合的磁元件以及相關的電感結構

有效

• 申請號: 200980113783.1
• 申請日: 2009-03-16
• 公開（公告）號: CN102007553A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 亞歷山德·伊克拉納科夫;安東尼·斯特拉塔科夫
• 申請（專利權）人: 沃特拉半導體公司
• 主分類號: H01F37/00
• 分類號: H01F37/00
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 余朦;王艷春

相關申請的交叉引用

本申請要求于2008年3月14日提交的第61/036,836號美國臨時專利申請以及于2008年4月21日提交的第為61/046,736號美國臨時專利申請的優先權，上述專利申請的內容均通過引用并入本文。

背景技術

Schultz等人提出的第6,362,986號美國專利(Schultz’986)描述了具有多相耦合電感器拓撲的直流-直流變換器，其公開的內容通過引用并入本文。這種變換器具有的優點包括電感器和切換器中具有減小的波紋電流，這可以減少每相的電感系數，或者減少具有傳統多相直流-直流變換器拓撲的變換器的切換頻率。因此，與傳統多相拓撲相比，具有磁耦合輸出電感器的直流-直流變換器具有優異的瞬態響應，并且不損失效率。這使得輸出電容顯著下降，從而使解決方案的成本更低更小。

如Schultz’986中所描述的，采用耦合電感器的直流-直流變換器的性能受到所耦合的電感器的漏電感的影響。因此，期望根據電感器的應用來定制或調節耦合電感器的漏電感。

已經設計出了一些耦合電感器。例如，圖1至3示出了由VolterraSemiconductor?Corporation開發的一個耦合電感器100。具體地，圖1示出了耦合電感器100的側視平面圖，圖2示出了其截面圖，以及圖3示出了其端視平面圖。具有高度106的耦合電感器100包括磁芯102和至少兩個繞組104。圖4示出了一個繞組104的側視立體圖。

如另一示例，Dong等人在標題為“Twisted?Core?Coupled?Inductorsfor?Microprocessor?Voltage?Regulators”的論文中提出了雙相“絞合芯(twisted?core)”耦合電感器。然而，該耦合電感器具有容積利用率較低的復合芯。另外，漏電感是由垂直型芯結構之間的距離和這些結構的高度限定的，因此很難控制漏電感。而且，該絞合芯耦合電感器的泄露通道使電感器的設計變得復雜。

此外，Dong等人在標題為“The?Short?Winding?Path?CoupledInductor?Voltage?Regulators”的論文中提出了一種耦合電感器。圖5示出了一個耦合電感器500的俯視平面圖，示出了Dong的論文中的多相耦合電感器。圖5沒有示出繞組以更清晰地示出芯502。但是圖6示出了包括繞組602的電感器500。

芯502包括用于每相的相應的腿504。每個腿504都具有寬度508，且具有寬度510的窗口506將相鄰的腿504分隔開。因此，繞組602具有節距604，如圖6和圖7所示。窗口的寬度510相對校大并與腿的寬度508相似。需要大的窗口寬度510來提供磁通泄露通道，從而使漏電感足夠大。通過改變芯502的幾何結構和/或通過改變窗口的寬度510來改變漏電感。窗口506還容納有相應的繞組連接端(windingtab)，如圖6所示。

圖7示出了沿著圖5中A-A線的電感器500的橫截面圖。每個區域702相應于對應的腿504，每個區域704相應于對應的窗口506。如圖7所示，耦合電感器500的大部分容積未被磁性材料占據。

發明內容

一種M相耦合電感器，包括磁芯和M個繞組，其中M為大于1的整數。所述磁芯由芯材形成，并包括第一外置腿，所述第一外置腿形成第一縫隙。所述第一縫隙包括第一縫隙材料，所述第一縫隙材料具有的導磁率低于所述芯材的導磁率。每個繞組至少部分地纏繞所述磁芯的至少一部分，每個繞組具有各自的漏電感。所述第一縫隙使得所述漏電感大于所述第一外置腿未形成所述第一縫隙時的漏電感。

一種M相電源，包括耦合電感器和M個切換電路，其中M為大于1的整數。所述耦合電感器包括：由芯材形成的磁芯，所述磁芯包括第一外置腿。所述第一外置腿形成第一縫隙，所述第一縫隙包括第一縫隙材料，所述第一縫隙材料具有的導磁率低于所述芯材的導磁率。耦合電感器進一步包括：M個繞組，每個繞組至少部分地纏繞所述磁芯的至少一部分。每個繞組具有各自的第一端、第二端，以及各自的漏電感。每個所述第一端與公共第一節點電耦合，且每個切換電路與相應的繞組的第二端電耦合。每個切換電路被構造和設置以使所述第二端在至少兩個不同電壓之間切換。所述第一縫隙使得所述漏電感大于所述第一外置腿未形成所述第一縫隙時的漏電感。