CN103545081A - 磁性设备和采用磁性设备的功率变换器 - Google Patents

磁性设备和采用磁性设备的功率变换器 Download PDF

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Abstract

一种磁性设备和采用该磁性设备的功率变换器。在一个实施例中，磁性设备包括第一L形铁心分段和相对的第二L形铁心分段，第一L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱，第二L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱。磁性设备还包括围绕第一L形铁心分段或第二L形铁心分段的第一支柱和第二支柱中的至少一个支柱形成的绕组。

Description

磁性设备和采用磁性设备的功率变换器
技术领域
本发明总体上涉及电力电子技术，并且更具体地涉及磁性设备和采用磁性设备的功率变换器。
背景技术
开关模式功率变换器(也被称为“功率变换器”或“调节器”)是将输入电压波形变换成指定的输出电压波形的电源或功率处理电路。在功率变换器中经常采用诸如变压器和电感器的磁性设备，以通过功率变换器存储和/或传输电能。由于磁性设备往往占了功率变换器的相当数量的板空间，并且占去了制造过程中不成比例的时间，因此采用具有灵活设计的紧凑型磁性设备是有利的。因此，本领域中需要用于适合于紧凑型磁性设备的不太复杂磁心的构造块。
发明内容
技术优势通常通过本发明的包括磁性设备和采用该磁性设备的功率变换器的有利实施例来实现。在一个实施例中，磁性设备包括：包括第一支柱和从其延伸的第二支柱的第一L形铁心分段，以及包括第一支柱和从其延伸的第二支柱的相对的第二L形铁心分段。磁性设备还包括围绕所述第一L形铁心分段或者所述第二L形铁心分段的所述第一支柱和所述第二支柱中的至少一个支柱形成的绕组。
前文已经相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优势，以便能够更好地理解以下的本发明的详细描述。将在下文中描述本发明的附加特征和优点，其形成本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，所公开的构思和具体实施例可以容易地被使用作为修改或者设计其他结构或过程的基础，以实现和本发明相同的目的。本领域技术人员也应当认识到这样的等同构造不脱离在所附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更全面地理解本发明，现在参考结合附图进行的以下描述，附图中：
图1示出功率变换器的实施例的框图；
图2和图3示出采用升压调节器的功率变换器的示例性传动系的示意图；
图4和图5示出功率变换器的一部分的实施例的示意图；
图6示出用于演示图4和图5的功率变换器的运行的时序图；
图7和图8示出功率变换器的一部分的可替换实施例的示意图；
图9示出功率变换器的可替换实施例的示意图；
图10示出功率变换器的可替换实施例的示意图；
图11示出磁性设备一部分的实施例的透视图；
图12示出磁性设备一部分的实施例的侧视图；以及
图13至图49示出磁性设备的实施例的视图。
除非另外指明，否则不同图中的对应数字和符号一般指代对应的部件，并且在第一实例后为了简洁起见可能没有再次描述。绘制附图以示出示例性实施例的有关方面。
具体实施方式
以下详细讨论本示例性实施例的进行和使用。然而，应当理解本发明提供可以在很多具体的情景中实现的许多可应用的创造性构思。具体实施例仅说明形成和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
将关于具体环境中的示例性实施例，即采用L形形铁心的磁性设备、形成该铁心的方法和采用该磁性设备的功率变换器，来描述本发明。虽然将在功率变换器的情景中描述本发明的原理，但是可以从此处描述的包括功率放大器或者电机控制器在内的磁性设备受益的任何应用也在本发明的宽泛范围之内。
首先参考图1，其示出了功率变换器的实施例的框图。功率变换器被耦合至诸如ac电网的电功率的源，以便提供ac输入电压Vin。功率变换器包括由控制器110控制的传动系105。控制器110通常测量功率变换器的操作特性，例如输出电压Vout，并且响应于所测量的操作特性以控制其中的开关的占空比(一般指定“D”)以调节该特性。功率变换器可形成电源的一部分，并且向其另一个子系统提供功率，例如耦合至它的向负载提供经调节的电压的输出的隔离dc至dc变换器。传动系105可以采用此处描述的调节器(例如升压或降压调节器)。功率变换器的传动系105通常包括耦合至电抗性电路元件以提供功率变换功能的多个开关。
现在转到图2和图3，其示出的是采用升压调节器的功率变换器的示例性传动系的示意图。以图2开始，其示出的是采用升压调节器的传动系200。功率变换器在其输入处从诸如ac电网的电功率的源接收输入电压Vin(如未调节的ac输入电压)，并且在功率变换器的输出处提供经调节的输出电压Vout。按照升压拓扑的原理，输出电压Vout通常高于输入电压Vin，从而其开关操作可调节输出电压Vout。升压调节器的主开关S1(如N沟道金属氧化物半导体“有源”开关)被用于主间隔D的栅极驱动信号GD使能以导通，并且通过整流桥将输入电压Vin耦合至升压电感器Lboost。在主间隔D，经整流的输入电流或者输入电流iin通过升压电感器Lboost流向本地电路接地。
在稳定状态下，在升压电感器Lboost中的连续电流条件下，用于传动系200的占空比根据以下方程式分别取决于输入电压Vin和输出电压Vout的比率。
D = 1 - V in V out
在互补间隔1-D期间，主开关S1被转换到非导通状态，并且辅助开关(如，二极管D1)导通。在可替换的电路布置中，辅助开关可以包括由互补的栅极驱动信号进行控制而导通的第二有源开关。二极管D1提供用以维持流过升压电感器Lboost的输入电流iin的连续性的路径。在互补间隔1-D期间，流过升压电感器Lboost的输入电流iin降低，并且可能变为零并且一段时间内保持为零，导致操作的“非连续导通模式。”
在互补间隔1-D期间，流过升压电感器Lboost的电流iin流过二极管D1进入到输出滤波电容器C。通常，主开关S1的占空比(以及二极管D1的互补占空比)可以被调整以维持功率变换器的输出电压Vout的调节。用于主开关和辅助开关的导通期可以基本上相等或者变化以维持功率变换器的输出电压Vout的调节。本领域技术人员理解通过使用“缓冲”电路元件(未示出)或者通过控制电路时序可以使主开关和辅助开关的导通期分开小的时间间隔，以避免它们之间的交叉传导电流，并且有益地减少与功率变换器相关联的开关损耗。用于防止开关间的交叉传导电流的电流和控制技术为本领域熟知，并且为了简洁起见将不做进一步的描述。
现在转到图3，其示出的是采用分别耦合至第一和第二升压电感器Lboost1、Lboost2的第一和第二升压调节器的功率变换器的示例性传动系300的示意图。第一升压调节器包括主开关S1和第一辅助开关(如，第一二极管D1)。第二升压调节器包括主开关S2和第二辅助开关(如，第二二极管D2)。第一和第二主开关S1和S2分别接收第一和第二栅极驱动信号GDS1、GDS2，第一和第二栅极驱动信号GDS1、GDS2通常被控制以相对于彼此异相约180度进行操作。升压调节器的异相操作提供交错效应，其针对传送至整流桥305的ac输入电流使纹波频率加倍，并且减小纹波幅度。整流桥305提供经整流的输入电流或输入电流iin。针对供应至输出滤波电容器C的电流，有类似的效应得以实现。ac输入电流中的开关纹波的减少对于输入滤波器(未示出)有助于减少不期望的高频分量的滤波需求。虽然由两个升压调节器之间的交错效应产生实质益处，但是先前描述的用于实现高效升压电感器的设计挑战依旧。图3和以下图中的与图2和其他图中的类似的其余电路元件为了简洁起见通常不再次描述。
现在转到图4和图5，示出的是功率变换器的一部分的实施例的示意图。更具体地，图4示出采用具有两个交错的升压调节器(如，第一和第二升压调节器)和耦合的升压电感器Lboost的升压拓扑的传动系。然而，应当理解，诸如本文描述的具有交错的调节器(如，第一和第二调节器)和耦合电感器的降压拓扑的其他拓扑也在本发明的宽泛范围之内。耦合的升压电感器Lboost包括公共绕组Nic(耦合在节点1和2之间)、第一绕组Nsc1(耦合在节点2和3之间)、以及第二绕组Nsc2(耦合在节点2和4之间)。第一绕组Nsc1和第二绕组Nsc2电耦合和磁耦合至公共绕组Nic。在有利的实施例中，第一绕组Nsc1和第二绕组Nsc2具有相等的匝数，并且在下文中将用参考符号NS来表示。图中示出的邻近绕组的点用以指示每个绕组的感应方向(sense)(即，绕组方向和其中磁感应电压的感应方向)。
在有利的实施例中，交错的升压调节器被控制以提供具有高功率因数的输入电流。第一升压调节器包括第一主开关(如，场效应晶体管)S1和第一辅助开关(如，第一二极管D1)，并且被耦合至包括公共绕组Nic和第一绕组Nsc1的耦合的升压电感器Lboost的一部分。第二升压调节器包括第二主开关(如，场效应晶体管)S2和第二辅助开关(如，第二二极管D2)，并且被耦合至包括公共绕组Nic和第二绕组Nsc2的耦合的升压电感器Lboost的一部分。来自传动系的升压调节器的输出电流被交错并且流过第一和第二二极管D1、D2进入到输出滤波电容器C。类似地，至升压调节器的经整流的输入电流或者输入电流iin被交错并且流过公共绕组Nic。第一和第二主开关S1和S2分别由控制信号GDS1、GDS2进行控制，以对于两个交错的升压调节器中的每一个提供占空比控制。通常，控制信号GDS1、GDS2被控制以相对于彼此异相约180度，并且针对每个升压调节器提供公共占空比(一般指定“D”)。对于控制信号GDS1、GDS2，也可能被独立地控制以提供两个不同的占空比，以确保电感器电流i1和i2相等。由电流源CS代表的负载被耦合至功率变换器的输出端子并且汲取电流io。
具有选定匝的公共绕组Nic可以围绕耦合的升压电感器Lboost的磁心的公共支柱(即，中央支柱)形成。在可替换的实施例中，具有选定匝的公共绕组Nic可以围绕磁心的在几何学上不是中央支柱的公共支柱形成。因此，术语公共支柱可以包括在几何学上不位于中央支柱的磁心的支柱。(参见例如Chandrasekaran等人的、于2012年2月28日授权的、标题为“Power Converter EmployingRegulators with a Coupled Inductor”的美国专利No.8,125,205，通过引用将其并入此处。)
关于图5，示出的是具有如下传动系的功率变换器的可替换实施例的示意图，该传动系具有使用耦合升压电感器Lboost的两个交错的升压调节器。再次，诸如本文描述的具有交错的调节器(如，第一和第二调节器)和耦合电感器的降压拓扑的其他拓扑也在本发明的宽泛范围之内。耦合升压电感器Lboost包括节点1A和1B之间、并且在被耦合至用于提供输入电压Vin的电功率的源的升压调节器的返回支柱中耦合至其节点2的公共绕组Nic。耦合升压电感器Lboost的第一绕组Nsc1被耦合在节点2和3之间，并且第二绕组Nsc2被耦合在节点2和4之间。第一绕组Nsc1和第二绕组Nsc2被磁耦合至公共绕组Nic，并且被电耦合至公共绕组Nic。图4和图5中示出的功率变换器的操作基本上类似。图5中其余元件具有对应于图4中的元件基本相同的参考标记，并且为了简洁起见通常不再次描述。
在耦合升压电感器Lboost的另一个可替换的实施例中，第一绕组Nsc1和第二绕组Nsc2可以在磁性设备的外部电耦合在一起，形成耦合升压电感器Lboost的一部分。在耦合的升压电感器Lboost的另一个可替换的实施例中，公共绕组Nic可以被分成两个绕组部分，每个部分耦合在图4和图5中所指示的功率变换器用于各自的绕组。
现在转到图6，其示出的是用于演示图4和图5的功率变换器的操作的时序图。开关周期的时段由变量TS表示，第一和第二主开关S1和S2被使能以导通时的时段由数量D TS表示，其被假定是用于其的相同的时间间隔。如图6所示，第一和第二主开关S1和S2通过延迟0.5TS而以异相180度进行操作。
现在转到图7和图8，示出的是功率变换器的一部分的可替换的实施例的示意图。更具体地，图7示出采用具有耦合电感器Lbuck的降压调节器的功率变换器。图8示出采用具有耦合电感器Lbuck的降压-升压调节器的功率变换器。虽然图7和图8的功率变换器的操作不同，以分别适应降压和降压-升压操作，但是关于交错的调节器和耦合电感器的本发明的原理与以上描述的原理类似，并且在下文中将不再重复。
现在转到图9，示出的是功率变换器的可替换实施例的示意图。该功率变换器包括两个交错的半桥、隔离的倍流整流器(标记为“CDR-I”和“CDR-II”)。通过施加经由通过桥式整流器的电功率的源的ac输入电压(未示出)来操作功率变换器，以向各个初级绕组提供dc输入电压Vdc。dc输入电压Vdc跨第一串联连接的开关对S11、S12连接，并且跨第二串联连接的开关对S21、S22连接。第一串联连接的开关对S11、S12在第一节点N1连接在一起，并且第二串联连接的开关对S21、S22在第二节点N2连接在一起。第一串联连接的开关对S11、S12和第二串联连接的开关对S21、S22优选为场效应晶体管，在其两端均跨接有寄生二极管。dc输入电压Vdc跨一对电容器C1、C2连接，电容器C1、C2在第一公共节点Nc1连接在一起。第一串联连接的开关对S11、S12和第二串联连接的开关对S21、S22使用控制器910进行操作以生成第一节点N1和第一公共节点Nc1之间的第一驱动电压Vp1，以及第二节点N2和第一公共节点Nc1之间的第二驱动电压Vp2。
第一交错的半桥、隔离的倍流整流器CDR-I包括两个串联连接的初级绕组PR11、PR12，初级绕组PR11、PR12跨第一节点N1和第一公共节点Nc1连接，并且从而使用第一驱动电压Vp1进行驱动。一对次级绕组SC11、SC12在输出节点No连接在一起，并且分别磁耦合至初级绕组PR11、PR12。一对串联连接的同步整流开关SR11、SR12分别与次级绕组SC11、SC12并联连接，并且在第二公共节点Nc2连接在一起。类似地，第二交错的半桥、隔离的倍流整流器CDR-II包括两个串联连接的初级绕组PR21、PR22，初级绕组PR21、PR22跨第二节点N2和第一公共节点Nc1连接，并且从而使用第二驱动电压Vp2进行驱动。一对次级绕组SC21、SC22在输出节点No连接在一起，并且分别磁耦合至初级绕组PR21、PR22。一对串联连接的同步整流开关SR21、SR22分别与次级绕组SC21、SC22并联连接，并且在第二公共节点Nc2连接在一起。同步整流开关SR11、SR12、SR21、SR22优选为场效应晶体管，在其两端均跨接有寄生二极管。可替换地，同步整流开关SR11、SR12、SR21、SR22可以替换为二极管，并且以与寄生二极管类似的方式定向。输出滤波电容器C3连接在输出节点No和第二公共节点Nc2之间，其中输出电压Vo被提供至耦合于其的负载。
按照对称的调制方案生成ac输入电压。据此，施加于各自的电流倍流整流器的驱动电压被相对于彼此移相Ts/(2*N)，其中Ts是驱动电压的开关周期，并且N是电流倍流整流器的数目。对于示出的N＝2的功率变换器，控制器910操作开关S11、S12、S21、S22使得第一和第二驱动电压Vp1、Vp2被移相四分之一个开关周期Ts，这确保两个电流倍流整流器的经整流的输出电流被交错。控制器910还提供需要用以操作同步整流开关SR11、SR12、SR21、SR22的信号。控制器910根据功率变换器的输出电压Vo操作前述开关。(参见例如Sun等人的、于2006年5月16日发布的、标题为“Core Structureand Interleaved DC-DC Converter Topology”的美国专利No.7,046,523，以及Chandrasekaran等人的、于2012年3月13日发布的、标题为“Extended E Matrix Integrated Magnetic(MIM)Core”的美国专利No.8,134,443，通过引用将其并入此处。)
现在转到图10，其示出的是功率变换器的可替换实施例的示意图。功率变换器包括电流倍流整流器(“CDR”)和控制器。电流倍流整流器采用能够在其两端施加正的、负的和零电压的双端、半桥拓扑结构。电流倍流整流器包括第一和第二电容器C1、C2以及第一和第二开关S1、S2。第一和第二电容器C1、C2以及第一和第二开关S1、S2接收dc输入电压Vin。第一和第二电容器C1、C2例如可以是钽电解电容器，并且第一和第二开关S1、S2例如可以是金属氧化物半导体场效应晶体管。
电流倍流整流器包括具有磁心MC、初级绕组(标记为“Np”)和次级绕组(标记为“Ns”)的磁性设备。电流倍流整流器还包括输出滤波电容器Cout、以及第一和第二整流二极管D1、D2。磁心MC包括中央支柱CL、第一外支柱OL1和第一外支柱OL2。第一外支柱OL1和第二外支柱OL2设置在中央支柱CL的相对侧。初级绕组Np包括围绕第一外支柱OL1形成的第一初级绕组PR1以及围绕第二外支柱OL2形成的第二初级绕组PR2。次级绕组Ns包括分别围绕第一外支柱OL1、第二外支柱OL2和中央支柱CL形成的第一、第二和第三次级绕组SC1、SC2和SC3。控制第一和第二开关S1、S2的占空比从而降低输出电压Vo从预定的设置点电平偏离。
除了控制第一和第二开关S1、S2的占空比之外，当第一和第二整流二极管D1、D2被替换为有源开关(例如，同步整流开关)时控制器还控制输出整流器。控制器包括在磁性设备的任一侧上的元件之间提供电气隔离的隔离电路(例如，变压器)。
在操作中，输入电压Vin被施加到第一和第二电容器C1、C2以及第一和第二开关S1、S2。通过控制器的驱动电路以互补的方式控制第一和第二开关S1、S2。第一和第二开关S1、S2向初级绕组Np施加ac电压Vab，导致第一电流i1通过第一次级绕组SC1、第二电流i2通过第二次级绕组SC2、以及第三电流i3通过第三次级绕组SC3(其中i1+i2＝i3)。第一电流i1和第二电流i2分别被第一和第二整流二极管D1、D2整流。第三电流i3对输出滤波电容器Cout充电，然后输出滤波电容器Cout向耦合于功率变换器的输出的负载提供功率。(参见例如Sun等人的、于2003年4月15日发布的、标题为“Integrated Magnetic Converter Circuit and Method with ImprovedFiltering”的美国专利No.6,549,436，通过引用将其并入此处。)
现在转到图11，其示出的是磁性设备的一部分的实施例的透视图。具体地，示出了具有第一支柱LEG1和第二支柱LEG2的L形铁心分段。第一支柱LEG1具有长度L1和厚度TH1，第二支柱LEG2具有长度L2和厚度TH2。在示出的实施例中，第一支柱LEG1的长度L1相对于第二支柱LEG2的长度L2(例如，L1≠L2)是细长的(即，延伸的或者较长的)，并且第二支柱LEG2基本上垂直于第一支柱LEG1。然而，应当理解第一和第二支柱LEG1、LEG2可以基本上是相同的长度(例如，L1＝L2)，并且第二支柱LEG2可以在不同的角度从第一支柱LEG1延伸。虽然第一和第二支柱LEG1、LEG2被示出具有相同的厚度(例如，TH1＝TH2)，但是可以预期支柱的厚度可以不同(例如，TH1≠TH2)。L形铁心分段提供适合紧凑型磁性设备的不太复杂的磁心。L形铁心分段还提供允许在不需线筒的情况下在其附近形成绕组的结构。此外，L形铁心分段可以被用作多个磁性几何形状和磁性设备组建的构造块。
现在转到图12，示出的是磁性设备的一部分的实施例的侧视图。磁性设备的磁心包括第一L形铁心分段LC1和相对的第二L形铁心分段LC2。第一L形铁心分段LC1包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC2包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第一L形铁心分段LC1的第二支柱LEG2的端面ES与第二L形铁心分段LC2的第一支柱LEG1的内表面IS的一部分配合(例如，胶合地、粘合地固定或者捆绑在一起)。此外，第二L形铁心分段LC2的第二支柱LEG2的端面ES与第一L形铁心分段LC1的第一支柱LEG1的内表面IS的一部分配合(例如，胶合地、粘合地固定或者捆绑在一起)。如以上参考图11所描述的，第一和第二L形铁心分段LC1、LC2可以灵活设计。
现在转到图13至图16，所示出的是磁性设备的实施例的视图。图13和图14分别示出具有围绕磁心串联耦合的初级绕组和并联耦合的次级绕组的磁性设备的示意图和侧视图。图15和图16示出磁性设备的部分组装后的透视图。磁性设备的磁心包括第一L形铁心分段LC1和相对的第二L形铁心分段LC2。第一L形铁心分段LC1包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC2包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。如以上参考图11和图12所描述的，第一和第二L形铁心分段LC1、LC2可以灵活设计。
磁性设备包括与第二初级绕组PR2串联耦合的第一初级绕组PR1，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一、第二和第三初级端子p1、p2和p3。第一和第二初级绕组PR1、PR2的末端在第三初级端子p3处耦合在一起。第一初级绕组PR1围绕(例如，缠绕在周围)第一L形铁心分段LC1的第一支柱LEG1形成，并且第二初级绕组PR2围绕(例如，缠绕在周围)第二L形铁心分段LC2的第一支柱LEG1形成。
磁性设备包括与第二次级绕组SC2并联耦合的第一次级绕组SC1，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一和第二和次级端子s1和s2。第一和第二次级绕组SC1、SC2的末端耦合在一起。第一次级绕组SC1围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第一L形铁心分段LC1的第一支柱LEG1形成，并且第二次级绕组SC2围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第二L形铁心分段LC2的第一支柱LEG1形成。第一次级绕组SC1围绕第一L形铁心分段LC1的第一支柱LEG1在第一初级绕组PR1之上形成，并且第二次级绕组SC2围绕第二L形铁心分段LC2的第一支柱LEG1在第二初级绕组PR2之上形成。
初级绕组PR1、PR2可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相应的次级绕组SC1、SC2介质隔离。另外，初级绕组PR1、PR2和/或次级绕组SC1、SC2可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相应的第一和第二L形铁心分段LC1、LC2介质隔离。磁性设备还可以通过诸如环氧树脂的保护性密封材料单独地或者与作为功率变换器等的一部分的其他电路元件组合地封装。
现在转到图17至图20，所示出的是磁性设备的实施例的视图。图17和图18分别示出具有围绕磁心并联耦合的初级绕组和围绕磁心并联耦合的次级绕组的磁性设备的示意图和侧视图。图19和图20示出磁性设备的部分组装后的透视图。磁性设备的磁心包括第一L形铁心分段LC1和相对的第二L形铁心分段LC2。第一L形铁心分段LC1包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC2包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。如以上参考图11和图12所描述的，第一和第二L形铁心分段LC1、LC2可以灵活设计。
磁性设备包括与第二初级绕组PR2并联耦合的第一初级绕组PR1，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一和第二初级端子p1和p2。第一和第二初级绕组PR1、PR2的末端在第一和第二初级端子p1和p2处耦合在一起。第一初级绕组PR1围绕(例如，缠绕在周围)第一L形铁心分段LC1的第一支柱LEG1形成，并且第二初级绕组PR2围绕(例如，缠绕在周围)第二L形铁心分段LC2的第一支柱LEG1形成。
磁性设备包括与第二次级绕组SC2并联耦合的第一次级绕组SC1，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一和第二次级端子s1和s2。第一和第二次级绕组SC1、SC2的末端耦合在一起。第一次级绕组SC1围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第一L形铁心分段LC1的第一支柱LEG1形成，并且第二次级绕组SC2围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第二L形铁心分段LC2的第一支柱LEG1形成。第一次级绕组SC1围绕第一L形铁心分段LC1的第一支柱LEG1在第一初级绕组PR1之上形成，并且第二次级绕组SC2围绕第二L形铁心分段LC2的第一支柱LEG1在第二初级绕组PR2之上形成。
初级绕组PR1、PR2可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相应的次级绕组SC1、SC2介质隔离。初级绕组PR1、PR2和/或次级绕组SC1、SC2可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相应的第一和第二L形铁心分段LC1、LC2介质隔离。磁性设备还可以通过保护性的密封材料(例如环氧树脂)单独地或者与作为功率变换器等的一部分的其他电路元件组合地封装。
因此，此处已经提出了磁性设备、形成磁性设备的方法和功率变换器。在一个实施例中，磁性设备包括第一L形铁心分段，该第一L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱。磁性设备还包括相对的第二L形铁心分段，该第二L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱。磁性设备进一步包括围绕第一L形铁心分段或第二L形铁心分段的第一支柱和第二支柱中的至少一个支柱形成的绕组。在一个实施例中，第一L形铁心分段的第二支柱基本上垂直于第一L形铁心分段的第一支柱，并且第二L形铁心分段的第二支柱基本上垂直于第二L形铁心分段的第一支柱。此外，第一L形铁心分段的第一支柱的长度相对于第一L形铁心分段的第二支柱的长度是细长的，并且第二L形铁心分段的第一支柱的长度相对于第二L形铁心分段的第二支柱的长度是细长的。此外，第一L形铁心分段的第一支柱和第二支柱的厚度基本上相等，并且第二L形铁心分段的第一支柱和第二支柱的厚度基本上相等。
在一个实施例中，围绕第一L形铁心分段的第一支柱形成初级绕组，并且围绕第一L形铁心分段的第一支柱和第二L形铁心分段的第一支柱中的一个支柱形成次级绕组。在又一个实施例中，围绕第一L形铁心分段的第一支柱与围绕第二L形铁心分段的第一支柱形成的第二初级绕组串联地形成的第一初级绕组。可替换地，围绕第一L形铁心分段的第一支柱与围绕第二L形铁心分段的第一支柱形成的第二初级绕组并联地形成的第一初级绕组。在相关的实施例中，围绕第一L形铁心分段的第一支柱与围绕第二L形铁心分段的第一支柱形成的第二次级绕组并联地形成的第一次级绕组。此外，围绕第一L形铁心分段的第一支柱在第一初级绕组之上形成第一次级绕组，并且围绕第二L形铁心分段的第一支柱在第二初级绕组之上形成第二次级绕组。第一和第二次级绕组是冲压成形的金属片。
现在转到图21至图23，所示出的是磁性设备的实施例的视图。图21和图22分别示出具有围绕磁心的初级绕组和中心抽头次级绕组的磁性设备的示意图和侧视图。图23示出磁性设备的部分组装后的透视图。磁性设备的磁心包括第一L形铁心分段LC1和相对的第二L形铁心分段LC2。第一L形铁心分段LC1包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC2包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。如以上参考图11和图12所描述的，第一和第二L形铁心分段LC1、LC2可以灵活设计。
磁性设备包括初级绕组PR，其具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一和第二初级端子p1和p2。初级绕组PR围绕(例如，缠绕在周围)第二L形铁心分段LC2的第一支柱LEG1形成。磁性设备包括中心抽头的次级绕组，其具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一、第二和第三次级端子s1、s2和s3的第一次级绕组SC1和第二次级绕组SC2。中心抽头的次级绕组的中心抽头耦合至第三次级端子s3。第一和第二次级绕组SC1和SC2围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第二L形铁心分段LC2的第一支柱LEG1形成。第一和第二次级绕组SC1和SC2围绕第二L形铁心分段LC2的第一支柱LEG1在初级绕组PR之上形成。
初级绕组PR可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与次级绕组SC1、SC2介质隔离。另外，初级绕组PR和/或次级绕组SC1、SC2可以通过绝缘层(例如，带或者线筒，未示出)与第二L形铁心分段LC2介质隔离。磁性设备还可以通过保护性的密封材料(例如环氧树脂)单独地或者与作为功率变换器等的一部分的其他电路元件组合地封装。
现在转到图24至图27，所示出的是磁性设备的实施例的视图。图24和图25分别示出具有围绕磁心串联耦合的初级绕组和中心抽头次级绕组的磁性设备的示意图和侧视图。图26和图27示出磁性设备的部分组装后的透视图。磁性设备的磁心包括第一L形铁心分段LC1和相对的第二L形铁心分段LC2。第一L形铁心分段LC1包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC2包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。如以上参考图11和图12所描述的，第一和第二L形铁心分段LC1、LC2可以灵活设计。
磁性设备包括与第二初级绕组PR2串联耦合的第一初级绕组PR1，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一、第二和第三初级端子p1、p2和p3。第一和第二初级绕组PR1、PR2的末端在第三初级端子p3处耦合在一起。第一初级绕组PR1围绕(例如，缠绕在周围)第一L形铁心分段LC1的第一支柱LEG1形成，并且第二初级绕组PR2围绕(例如，缠绕在周围)第二L形铁心分段LC2的第一支柱LEG1形成。
磁性设备包括具有第一次级绕组SC1和第二次级绕组SC2的中心抽头次级绕组SC，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一、第二和第三次级端子s1、s2和s3。中心抽头次级绕组的中心抽头耦合至第三次级端子s3。第一次级绕组SC1围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第一L形铁心分段LC1的第一支柱LEG1形成，并且第二次级绕组SC2围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第二L形铁心分段LC2的第一支柱LEG1形成。第一次级绕组SC1围绕第一L形铁心分段LC1的第一支柱LEG1在第一初级绕组PR1之上形成，并且第二次级绕组SC2围绕第二L形铁心分段LC2的第一支柱LEG1在第二初级绕组PR2之上形成。
初级绕组PR1、PR2可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相对应的次级绕组SC1、SC2介质隔离。此外，初级绕组PR1、PR2和/或次级绕组SC1、SC2可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相对应的第一和第二L形铁心分段LC1、LC2介质隔离。磁性设备还可以通过保护性的密封材料(例如环氧树脂)单独地或者与作为功率变换器等的一部分的其他电路元件组合地封装。
现在转到图28至图31，所示出的是磁性设备的实施例的视图。图28和图29分别示出具有围绕磁心并联耦合的初级绕组和中心抽头次级绕组的磁性设备的示意图和侧视图。图30和图31示出磁性设备的部分组装后的透视图。磁性设备的磁心包括第一L形铁心分段LC1和相对的第二L形铁心分段LC2。第一L形铁心分段LC1包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC2包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。如以上参考图11和图12所描述的，第一和第二L形铁心分段LC1、LC2可以灵活设计。
磁性设备包括与第二初级绕组PR2并联耦合的第一初级绕组PR1，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一和第二初级端子p1和p2。第一和第二初级绕组PR1、PR2的末端在第一和第二初级端子p1和p2处耦合在一起。第一初级绕组PR1围绕(例如，缠绕在周围)第一L形铁心分段LC1的第一支柱LEG1形成，并且第二初级绕组PR2围绕(例如，缠绕在周围)第二L形铁心分段LC2的第一支柱LEG1形成。
磁性设备包括具有第一次级绕组SC1和第二次级绕组SC2的中心抽头次级绕组SC，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一、第二和第三次级端子s1、s2和s3。中心抽头次级绕组的中心抽头耦合至第三次级端子s3。第一次级绕组SC1围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第一L形铁心分段LC1的第一支柱LEG1形成，并且第二次级绕组SC2围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第二L形铁心分段LC2的第一支柱LEG1形成。第一次级绕组SC1围绕第一L形铁心分段LC1的第一支柱LEG1在第一初级绕组PR1之上形成，并且第二次级绕组SC2围绕第二L形铁心分段LC2的第一支柱LEG1在第二初级绕组PR2之上形成。
初级绕组PR1、PR2可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相应的次级绕组SC1、SC2介质隔离。此外，初级绕组PR1、PR2和/或次级绕组SC1、SC2可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相对应的第一和第二L形铁心分段LC1、LC2介质隔离。磁性设备还可以通过保护性的密封材料(例如环氧树脂)单独地或者与作为功率变换器等的一部分的其他电路元件组合地封装。
因此，此处已经提出了磁性设备、形成磁性设备的方法和功率变换器。在一个实施例中，磁性设备包括第一L形铁心分段，该第一L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱。磁性设备还包括相对的第二L形铁心分段，该第二L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱。磁性设备进一步包括具有围绕第一L形铁心分段或第二L形铁心分段的第一支柱和第二支柱中的至少一个支柱形成的第一次级绕组和第二次级绕组的中心抽头次级绕组。在一个实施例中，第一L形铁心分段的第二支柱基本上垂直于第一L形铁心分段的第一支柱，并且第二L形铁心分段的第二支柱基本上垂直于第二L形铁心分段的第一支柱。此外，第一L形铁心分段的第一支柱的长度相对于第一L形铁心分段的第二支柱的长度是细长的，并且第二L形铁心分段的第一支柱的长度相对于第二L形铁心分段的第二支柱的长度是细长的。此外，第一L形铁心分段的第一支柱和第二支柱的厚度基本上相等，并且第二L形铁心分段的第一支柱和第二支柱的厚度基本上相等。
在一个实施例中，围绕第二L形铁心分段的第一支柱形成第一和第二次级绕组。磁性设备还可以包括围绕第一L形铁心分段或者第二L形铁心分段的第一支柱和第二支柱的至少一个支柱形成的初级绕组。在相关的实施例中，磁性设备还可以包括围绕第二L形铁心分段的第一支柱形成的初级绕组，并且围绕第二L形铁心分段的第一支柱在初级绕组之上形成第一和第二次级绕组。第一和第二次级绕组是冲压成形的金属片。在另一个实施例中，磁性设备包括围绕第一L形铁心分段的第一支柱形成的第一初级绕组和围绕第二L形铁心分段的第一支柱形成的第二初级绕组。据此，围绕第一L形铁心分段的第一支柱在第一初级绕组之上形成第一次级绕组，并且围绕第二L形铁心分段的第一支柱在第二初级绕组之上形成第二次级绕组。
现在转到图32至图35，所示出的是磁性设备的实施例的视图。图32和图33分别示出形成为具有围绕磁心串联耦合的初级绕组和并联耦合的次级绕组的E形铁心磁性设备的磁性设备的示意图和侧视图。图34和图35示出E形铁心磁性设备的部分组装后的透视图。E形铁心磁性设备的磁心包括第一铁心部分，该第一铁心部分包括第一L形铁心分段LC11和相对的第二L形铁心分段LC12。第一L形铁心分段LC11包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC12包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。E形铁心磁性设备的磁心包括第二铁心部分，该第二铁心部分包括第一L形铁心分段LC21和相对的第二L形铁心分段LC22。第一L形铁心分段LC21包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC22包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。在所示出的示例中，第一和第二铁心部分的第二L形铁心分段LC12、LC22各自的第二支柱LEG2的外表面EXS配合在一起(例如，胶合地、粘合地固定或者捆绑在一起)。如以上参考图11和图12所描述的，第一和第二L形铁心分段LC11、LC12、LC21、LC22可以灵活设计。
磁性设备包括与第二初级绕组PR2串联耦合的第一初级绕组PR1，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一、第二和第三初级端子p1、p2和p3。第一和第二初级绕组PR1、PR2的末端在第三初级端子p3处耦合在一起。第一初级绕组PR1围绕(例如，缠绕在周围)第一铁心部分的第二L形铁心分段LC12的第一支柱LEG1形成，并且第二初级绕组PR2围绕(例如，缠绕在周围)第二铁心部分的第二L形铁心分段LC22的第一支柱LEG1形成。
磁性设备包括与第二次级绕组SC2并联耦合的第一次级绕组SC1，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一和第二次级端子s1和s2。第一和第二次级绕组SC1、SC2的末端耦合在一起。第一次级绕组SC1围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第一铁心部分的第二L形铁心分段LC12的第一支柱LEG1形成，并且第二次级绕组SC2围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第二铁心部分的第二L形铁心分段LC22的第一支柱LEG1形成。第一次级绕组SC1围绕第一铁心部分的第二L形铁心分段LC12的第一支柱LEG1在第一初级绕组PR1之上形成，并且第二次级绕组SC2围绕第二铁心部分的第二L形铁心分段LC22的第一支柱LEG1在第二初级绕组PR2之上形成。
初级绕组PR1、PR2可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相应的次级绕组SC1、SC2介质隔离。初级绕组PR1、PR2和/或次级绕组SC1、SC2可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相应的第二L形铁心分段LC12、LC22介质隔离。磁性设备还可以通过保护性的封装材料(例如环氧树脂)单独地或者与作为功率变换器等的一部分的其他电路元件组合地封装。
现在转到图36至图39，所示出的是磁性设备的实施例的视图。图36和图37分别示出形成为具有围绕磁心并联耦合的初级绕组和中心抽头次级绕组的E形铁心磁性设备的磁性设备的示意图和侧视图。图38和图39示出E形铁心磁性设备的部分组装后的透视图。E形铁心磁性设备的磁心包括第一铁心部分，该第一铁心部分包括第一L形铁心分段LC11和相对的第二L形铁心分段LC12。第一L形铁心分段LC11包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC12包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。E形铁心磁性设备的磁心包括第二铁心部分，该第二铁心部分包括第一L形铁心分段LC21和相对的第二L形铁心分段LC22。第一L形铁心分段LC21包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC22包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。在所示出的示例中，第一和第二铁心部分的第二L形铁心分段LC12、LC22各自的第一支柱LEG1的外表面EXS配合(例如，胶合地、粘合地固定或者捆绑在一起)在一起。而且，第一和第二铁心部分的第一L形铁心分段LC11、LC21各自的第二支柱LEG2的端面ES配合在一起(例如，胶合地、粘合地固定或者捆绑在一起)。如以上参考图11和图12所描述的，第一和第二L形铁心分段LC11、LC12、LC21、LC22可以灵活设计。
磁性设备包括与第二初级绕组PR2并联耦合的第一初级绕组PR1，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一和第二初级端子p1和p2。第一和第二初级绕组PR1、PR2的末端在第一和第二初级端子p1和p2处耦合在一起。第一初级绕组PR1围绕(例如，缠绕在周围)第一铁心部分的第一L形铁心分段LC11的第一支柱LEG1形成，并且第二初级绕组PR2围绕(例如，缠绕在周围)第二铁心部分的第一L形铁心分段LC21的第一支柱LEG1形成。
磁性设备包括具有第一次级绕组SC1和第二次级绕组SC2的中心抽头次级绕组SC，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一、第二和第三次级端子s1、s2和s3。中心抽头次级绕组的中心抽头耦合至第三次级端子s3。第一次级绕组SC1围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第一铁心部分的第一L形铁心分段LC11的第一支柱LEG1形成，并且第二次级绕组SC2围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第二铁心部分的第一L形铁心分段LC21的第一支柱LEG1形成。第一次级绕组SC1围绕第一铁心部分的第一L形铁心分段LC11的第一支柱LEG1在第一初级绕组PR1之上形成，并且第二次级绕组SC2围绕第二铁心部分的第一L形铁心分段LC21的第一支柱LEG1在第二初级绕组PR2之上形成。
初级绕组PR1、PR2可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相应的次级绕组SC1、SC2介质隔离。初级绕组PR1、PR2和/或次级绕组SC1、SC2可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相应的第一L形铁心分段LC11、LC21介质隔离。磁性设备还可以通过保护性的密封材料(例如环氧树脂)单独地或者与作为功率变换器等的一部分的其他电路元件组合地封装。
因此，此处已经提出了磁性设备、形成磁性设备的方法和功率变换器。在一个实施例中，磁性设备包括第一铁心部分，该第一铁心部分具有第一L形铁心分段和相对的第二L形铁心分段，该第一L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱，该第二L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱。磁性设备还包括第二铁心部分，该第二铁心部分具有第一L形铁心分段和相对的第二L形铁心分段，该第一L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱，该第二L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱。第二铁心部分的表面与第一铁心部分的表面配合(粘合地固定)。在一个实施例中，第一铁心部分的第一L形铁心分段的第二支柱基本上垂直于第一铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱，并且第一铁心部分的第二L形铁心分段的第二支柱基本上垂直于第一铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱。此外，第一铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱的长度相对于第一铁心部分的第一L形铁心分段的第二支柱的长度是细长的，并且第一铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱的长度相对于第一铁心部分的第二L形铁心分段的第二支柱的长度是细长的。此外，第一铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱和第二支柱的厚度基本上相等，并且第一铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱和第二支柱的厚度基本上相等。
在一个实施例中，围绕第一铁心部分的第一L形铁心分段或第二L形铁心分段的第一支柱和第二支柱中的至少一个形成绕组，并且围绕第二铁心部分的第一L形铁心分段或第二L形铁心分段的第一支柱和第二支柱中的至少一个形成绕组。关于第一和第二铁心部分的配合，第一铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱的端面与第二铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱的端面配合，并且第一铁心部分的第二L形铁心分段的第二支柱的外表面与第二铁心部分的第二L形铁心分段的第二支柱的外表面配合。可替换地，第一铁心部分的第一L形铁心分段的第二支柱的端面与第二铁心部分的第一L形铁心分段的第二支柱的端面配合，并且第一铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱的外表面与第二铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱的外表面配合。
在一个实施例中，磁性设备包括分别围绕第一和第二铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱形成的第一和第二初级绕组，以及分别围绕第一和第二铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱形成的第一和第二次级绕组。可替换地，磁性设备包括分别围绕第一和第二铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱形成的第一和第二初级绕组，以及分别围绕第一和第二铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱形成的第一和第二次级绕组。
现在转到图40至图41，所示出的是以耦合电感器形式的磁性设备的相应的示意图和侧视图。耦合电感器的磁心包括第一铁心部分，该第一铁心部分包括第一L形铁心分段LC11和相对的第二L形铁心分段LC12。第一L形铁心分段LC11包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC12包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。耦合电感器的磁心包括第二铁心部分，该第二铁心部分包括第一L形铁心分段LC21和相对的第二L形铁心分段LC22。第一L形铁心分段LC21包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC22包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。在所示出的示例中，第一和第二铁心部分的第二L形铁心分段LC12、LC22各自的第二支柱LEG2的外表面EXS配合在一起(例如，胶合地、粘合地固定或者捆绑在一起)。而且，第一和第二铁心部分的第一L形铁心分段LC11、LC21各自的第一支柱LEG1的端面ES配合在一起(例如，胶合地、粘合地固定或者捆绑在一起)。如以上参考图11和图12所描述的，第一和第二L形铁心分段LC11、LC12、LC21、LC22可以灵活设计。
磁性设备包括具有第一次级绕组SC1和第二次级绕组SC2的中心抽头次级绕组，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一、第二和第三次级端子s1、s2和s3。中心抽头次级绕组的中心抽头耦合至电感器绕组IC和第三次级端子s3。第一次级绕组SC1围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第一铁心部分的第二L形铁心分段LC12的第一支柱LEG1形成，并且第二次级绕组SC2围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第二铁心部分的第二L形铁心分段LC22的第一支柱LEG1形成。电感器绕组IC围绕第一铁心部分和第二铁心部分的第二L形铁心分段LC12、LC22各自的第二支柱LEG2形成。
次级绕组SC1、SC2和/或电感器绕组IC可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相应的第二L形铁心分段LC12、LC22介质隔离。磁性设备还可以通过保护性的密封材料(例如环氧树脂)单独地或者与作为功率变换器等的一部分的其他电路元件组合地封装。应当注意，包括关于第一和第二铁心部分形成的次级绕组SC1、SC2和/或电感器绕组IC的耦合电感器可以如以上所述组装。
现在转到图42，所示出的是形式为耦合电感器的磁性设备的磁心的实施例的侧视图。图42的磁心除了其中的间隙以外与图41中的磁心类似。第一间隙(标记为“a”)支持能量存储并且第一间隙(标记为“b”)基本上防止磁通循环。可以通过研磨第一和第二铁心部分的第二L形铁心分段LC12、LC22各自的第二支柱LEG2来产生第一间隙“a”。可以通过在第一和第二铁心部分的第二L形铁心分段LC12、LC22各自的第二支柱LEG2的外表面EXS之间放置间隔物(部分地示出并且标记为“s”)来产生第二间隙“b”。可以由但不限于空气、诸如环氧树脂的填料或者间隔物“s”来形成间隙“a”、“b”。为了便于说明，第二间隙“b”被示出为部分填充有空气或者其他填料(其上部)并且部分填充有间隔物“s”。因此，磁性设备包括在一对相邻支柱间的至少一个间隙。当然，如上所述，可以围绕耦合电感器磁心形成绕组。
现在转到图43至图44，所示出的分别是形式为耦合电感器的磁性设备的示意图和侧视图。耦合电感器的磁心包括第一铁心部分，该第一铁心部分包括第一L形铁心分段LC11和相对的第二L形铁心分段LC12。第一L形铁心分段LC11包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC12包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。耦合电感器的磁心包括第二铁心部分，该第二铁心部分包括第一L形铁心分段LC21和相对的第二L形铁心分段LC22。第一L形铁心分段LC21包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC22包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。在所示出的示例中，第一和第二铁心部分的第二L形铁心分段LC12、LC22各自的第一支柱LEG1的外表面EXS配合在一起(例如，胶合地、粘合地固定或者捆绑在一起)。同样，第一和第二铁心部分的第一L形铁心分段LC11、LC21各自的第二支柱LEG2的端面ES配合在一起(例如，胶合地、粘合地固定或者捆绑在一起)。如以上参考图11和图12所描述的，第一和第二L形铁心分段LC11、LC12、LC21、LC22可以灵活设计。
磁性设备包括具有第一次级绕组SC1和第二次级绕组SC2的中心抽头次级绕组，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一、第二和第三次级端子s1、s2和s3。中心抽头次级绕组的中心抽头耦合至电感器绕组IC和第三次级端子s3。第一次级绕组SC1围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第一铁心部分的第一L形铁心分段LC11的第一支柱LEG1形成，并且第二次级绕组SC2围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第二铁心部分的第一L形铁心分段LC21的第一支柱LEG1形成。电感器绕组IC围绕第一铁心部分和第二铁心部分的第二L形铁心分段LC12、LC22各自的第一支柱L形LEG1形成。
次级绕组SC1、SC2和/或电感器绕组IC可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相应的第一L形铁心分段LC11、LC21和/或第二L形铁心分段LC12、LC22介质隔离。磁性设备还可以通过保护性的密封材料(例如环氧树脂)单独地或者与作为功率变换器等的一部分的其他电路元件组合地封装。应当注意，包括关于第一和第二铁心部分形成的次级绕组SC1、SC2和/或电感器绕组IC的耦合电感器可以如以上所述组装。
现在转到图45，所示出的是形式为耦合电感器的磁性设备的磁心的实施例的侧视图。图45的磁心除了其中的间隙以外与图44中的磁心类似。第一间隙(标记为“a”)支持能量存储并且第二间隙(标记为“b”)基本上防止磁通循环。可以通过研磨第一和第二铁心部分的第二L形铁心分段LC12、LC22各自的第一支柱LEG1来产生第一间隙“a”。可以通过在第一和第二铁心部分的第二L形铁心分段LC12、LC22各自的第一支柱LEG1的外表面EXS之间放置间隔物(部分地示出并且标记为“s”)来产生第二间隙“b”。可以由但不限于空气、诸如环氧树脂的填料或者间隔物“s”来形成间隙“a”、“b”。为了便于说明，第二间隙“b”被示出为部分填充有空气或者其他填料(其上部)并且部分填充有间隔物“s”。因此，磁性设备包括在一对相邻支柱间的至少一个间隙。当然，如上所述，可以围绕耦合电感器磁心形成绕组。
因此，此处已经提出了磁性设备、形成磁性设备的方法和功率变换器。在一个实施例中，磁性设备包括磁心，磁心包括第一铁心部分和第二铁心部分。第一铁心部分包括第一L形铁心分段和相对的第二L形铁心分段，该第一L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱，该第二L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱。第二铁心部分包括第一L形铁心分段和相对的第二L形铁心分段，该第一L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱，该第二L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱。第二铁心部分的表面与第一铁心部分的表面配合(粘合地固定)。磁性设备还包括具有围绕第一铁心部分或第二铁心部分的第一L形铁心分段或第二L形铁心分段的第一支柱和第二支柱中的至少一个支柱形成的第一次级绕组和第二次级绕组的中心抽头次级绕组。磁性设备还包括围绕第一铁心部分或第二铁心部分的第一L形铁心分段或第二L形铁心分段的第一支柱和第二支柱中的至少一个支柱形成的电感器绕组。电感器绕组耦合至第一次级绕组和第二次级绕组之间的中心抽头。
在一个实施例中，第一铁心部分的第一L形铁心分段的第二支柱基本上垂直于第一铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱，并且第一铁心部分的第二L形铁心分段的第二支柱基本上垂直于第一铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱。此外，第一铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱的长度相对于第一铁心部分的第一L形铁心分段的第二支柱的长度是细长的，并且第一铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱的长度相对于第一铁心部分的第二L形铁心分段的第二支柱的长度是细长的。此外，第一铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱和第二支柱的厚度基本上相等，并且第一铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱和第二支柱的厚度基本上相等。
在一个实施例中，围绕第一铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱形成第一次级绕组，并且围绕第二铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱形成第二次级绕组，并且围绕第一铁心部分和第二铁心部分的第二L形铁心分段的第二支柱形成电感器绕组。可替换地，围绕第一铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱形成第一次级绕组，并且围绕第二铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱形成第二次级绕组，并且围绕第一铁心部分和第二铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱形成电感器绕组。
在一个实施例中，第一铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱的端面与第二铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱的端面配合，并且第一铁心部分的第二L形铁心分段的第二支柱的外表面与第二铁心部分的第二L形铁心分段的第二支柱的外表面配合。可替换地，第一铁心部分的第一L形铁心分段的第二支柱的端面与第二铁心部分的第一L形铁心分段的第二支柱的端面配合，并且第一铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱的外表面与第二铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱的外表面配合。此外，磁性设备包括在一对相邻支柱间的间隙。
现在转到图46至图47，所示出的分别是形式为集成磁性设备的磁性设备的示意图和侧视图。集成磁性设备的磁心包括第一铁心部分，该第一铁心部分包括第一L形铁心分段LC11和相对的第二L形铁心分段LC12。第一L形铁心分段LC11包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC12包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。集成磁性设备的磁心包括第二铁心部分，该第二铁心部分包括第一L形铁心分段LC21和相对的第二L形铁心分段LC22。第一L形铁心分段LC21包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC22包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。在所示出的示例中，第一和第二铁心部分的第二L形铁心分段LC12、LC22各自的第二支柱LEG2的外表面EXS配合在一起(例如，胶合地、粘合地固定或者捆绑在一起)。而且，第一和第二铁心部分的第一L形铁心分段LC11、LC21各自的第一支柱LEG1的端面ES配合在一起(例如，胶合地、粘合地固定或者捆绑在一起)。如以上参考图11和图12所描述的，第一和第二L形铁心分段LC11、LC12、LC21、LC22可以灵活设计。
磁性设备包括与第二初级绕组PR2串联耦合的第一初级绕组PR1，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一、第二和第三初级端子p1、p2和p3。第一和第二初级绕组PR1、PR2的末端在第三初级端子p3处耦合在一起。第一初级绕组PR1围绕(例如，缠绕在周围)第一铁心部分的第二L形铁心分段LC12的第一支柱LEG1形成，并且第二初级绕组PR2围绕(例如，缠绕在周围)第二铁心部分的第二L形铁心分段LC22的第一支柱LEG1形成。
磁性设备包括具有第一次级绕组SC1和第二次级绕组SC2的中心抽头次级绕组，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一、第二和第三次级端子s1、s2和s3。中心抽头次级绕组的中心抽头耦合至电感器绕组IC和第三次级端子s3。第一次级绕组SC1围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第一铁心部分的第二L形铁心分段LC12的第一支柱LEG1形成，并且第二次级绕组SC2围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第二铁心部分的第二L形铁心分段LC22的第一支柱LEG1形成。电感器绕组IC围绕第一铁心部分和第二铁心部分的第二L形铁心分段LC12、LC22各自的第二支柱LEG2形成。
初级绕组PR1、PR2可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相对应的次级绕组SC1、SC2或者电感器绕组IC介质隔离。此外，初级绕组PR1、PR2、和/或次级绕组SC1、SC2和/或电感器绕组IC可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相应的第二L形铁心分段LC12、LC22介质隔离。磁性设备还可以通过保护性的密封材料(例如环氧树脂)单独地或者与作为功率变换器等的一部分的其他电路元件组合地封装。应当注意，包括关于第一和第二铁心部分形成的初级绕组PR1、PR2，次级绕组SC1、SC2和/或电感器绕组IC的集成磁性设备可以如以上所述组装。
现在转到图48至图49，所示出的分别是形式为集成磁性设备的磁性设备的示意图和侧视图。集成磁性设备的磁心包括第一铁心部分，该第一铁心部分包括第一L形铁心分段LC11和相对的第二L形铁心分段LC12。第一L形铁心分段LC11包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC12包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。集成磁性设备的磁心包括第二铁心部分，该第二铁心部分包括第一L形铁心分段LC21和相对的第二L形铁心分段LC22。第一L形铁心分段LC21包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。第二L形铁心分段LC22包括第一支柱LEG1和从其延伸的第二支柱LEG2。在所示出的示例中，第一和第二铁心部分的第二L形铁心分段LC12、LC22各自的第一支柱LEG1的外表面EXS配合在一起(例如，胶合地、粘合地固定或者捆绑在一起)。而且，第一和第二铁心部分的第一L形铁心分段LC11、LC21各自的第二支柱LEG2的端面ES配合在一起(例如，胶合地、粘合地固定或者捆绑在一起)。如以上参考图11和图12所描述的，第一和第二L形铁心分段LC11、LC12、LC21、LC22可以灵活设计。
磁性设备包括与第二初级绕组PR2串联耦合的第一初级绕组PR1，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一、第二和第三初级端子p1、p2和p3。第一和第二初级绕组PR1、PR2的末端在第三初级端子p3处耦合在一起。第一初级绕组PR1围绕(例如，缠绕在周围)第一铁心部分的第一L形铁心分段LC11的第一支柱LEG1形成，并且第二初级绕组PR2围绕(例如，缠绕在周围)第二铁心部分的第一L形铁心分段LC21的第一支柱LEG1形成。
磁性设备包括具有第一次级绕组SC1和第二次级绕组SC2的中心抽头次级绕组，具有用于连接至功率变换器的另一个电路元件等的第一、第二和第三次级端子s1、s2和s3。中心抽头次级绕组的中心抽头耦合至电感器绕组IC和第三次级端子s3。第一次级绕组SC1围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第一铁心部分的第一L形铁心分段LC11的第一支柱LEG1形成，并且第二次级绕组SC2围绕(围绕其放置冲压成形的金属片)第二铁心部分的第一L形铁心分段LC21的第一支柱LEG1形成。电感器绕组IC围绕第一铁心部分和第二铁心部分的第二L形铁心分段LC12、LC22各自的第一支柱L形LEG1形成。
初级绕组PR1、PR2可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相应的次级绕组SC1、SC2或者电感器绕组IC介质隔离。此外，初级绕组PR1、PR2、和/或次级绕组SC1、SC2和/或电感器绕组IC可以通过绝缘层(例如，带或线筒，未示出)与相应的第一L形铁心分段LC11、LC21和/或第二L形铁心分段LC12、LC22介质隔离。磁性设备还可以通过保护性的密封材料(例如环氧树脂)单独地或者与作为功率变换器等的一部分的其他电路元件组合地封装。应当注意，包括关于第一和第二铁心部分形成的初级绕组PR1、PR2，次级绕组SC1、SC2和/或电感器绕组IC的集成磁性设备可以如以上所述组装。
因此，此处已经提出了磁性设备、形成磁性设备的方法和功率变换器。在一个实施例中，磁性设备包括磁心，磁心包括第一铁心部分和第二铁心部分。第一铁心部分包括第一L形铁心分段和相对的第二L形铁心分段，该第一L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱，该第二L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱。第二铁心部分包括第一L形铁心分段和相对的第二L形铁心分段，该第一L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱，该第二L形铁心分段包括第一支柱和从其延伸的第二支柱。第二铁心部分的表面与第一铁心部分的表面配合(粘合地固定)。磁性设备包括围绕第一铁心部分或第二铁心部分的第一L形铁心分段或第二L形铁心分段的第一支柱和第二支柱中的至少一个支柱形成的第一初级绕组和第二初级绕组。磁性设备还包括具有围绕第一铁心部分或第二铁心部分的第一L形铁心分段或第二L形铁心分段的第一支柱和第二支柱中的至少一个支柱形成的第一次级绕组和第二次级绕组的中心抽头次级绕组。磁性设备还包括围绕第一铁心部分或第二铁心部分的第一L形铁心分段或第二L形铁心分段的第一支柱和第二支柱中的至少一个支柱形成的电感器绕组。电感器绕组耦合至第一次级绕组和第二次级绕组之间的中心抽头。
在一个实施例中，第一铁心部分的第一L形铁心分段的第二支柱基本上垂直于第一铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱，并且第一铁心部分的第二L形铁心分段的第二支柱基本上垂直于第一铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱。此外，第一铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱的长度相对于第一铁心部分的第一L形铁心分段的第二支柱的长度是细长的，并且第一铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱的长度相对于第一铁心部分的第二L形铁心分段的第二支柱的长度是细长的。此外，第一铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱和第二支柱的厚度基本上相等，并且第一铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱和第二支柱的厚度基本上相等。
在一个实施例中，围绕第一铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱形成第一初级和次级绕组，并且围绕第二铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱形成第二初级和次级绕组，并且围绕第一铁心部分和第二铁心部分的第二L形铁心分段的第二支柱形成电感器绕组。可替换地，围绕第一铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱形成第一初级和次级绕组，并且围绕第二铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱形成第二初级和次级绕组，并且围绕第一铁心部分和第二铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱形成电感器绕组。第一和第二次级绕组可以是冲压成形的金属片。
在一个实施例中，第一铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱的端面与第二铁心部分的第一L形铁心分段的第一支柱的端面配合，并且第一铁心部分的第二L形铁心分段的第二支柱的外表面与第二铁心部分的第二L形铁心分段的第二支柱的外表面配合。可替换地，第一铁心部分的第一L形铁心分段的第二支柱的端面与第二铁心部分的第一L形铁心分段的第二支柱的端面配合，并且第一铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱的外表面与第二铁心部分的第二L形铁心分段的第一支柱的外表面配合。
以上描述的关于功率变换器的控制器或相关方法可被实现为硬件(在一个或多个芯片中实现，该一个或多个芯片包括诸如专用集成电路的集成电路)，或可以被实现为用于由处理器(例如，数字信号处理器)根据存储器来执行的软件或固件。特别是，在固件或软件的情况下，示例性实施例可以提供为包括在其上实现用于由处理器执行的计算机程序代码(即，软件或固件)的计算机可读介质的计算机程序产品。
组成各种实施例的程序或代码段可以被存储在计算机可读介质中。例如，包括存储在计算机可读介质(例如，非暂时性介质)中的程序代码的计算机程序产品可以形成各种实施例。“计算机可读介质”可以包括可以存储和传输信息的任何介质。计算机可读介质的示例包括电路、半导体存储设备、只读存储器(“ROM”)、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、高密度磁盘(“CD”)-ROM等。
本领域技术人员应当理解仅出于示例目的而提交包括L形铁心分段的功率变换器以及该功率变换器的相关方法的前述实施例。尽管已经在功率变换器的环境中描述了磁性设备，但是磁性设备也可以应用于其他系统，例如但不限于功率放大器或者电机控制器。
为了更好地理解功率转换器，参见Rudolph P.Severns和Gordon Bloom，的“Modern DC-to-DC Power Switch-mode PowerConverter Circuits”(Van Nostrand Reinhold Company，New York，NewYork(1985))和J.G.Kassakian、M.F.Schlecht和G.C.Verghese的“Principles of Power Electronics”(Addison-Wesley(1991))。上述参考文献通过应用以其整体并入本文。
另外，虽然已经具体描述本发明及其优点，但是应当理解这里可以做出各种改变、替换和变更而不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神实质和范围。例如上文讨论的许多过程可以在不同方法中实施，以及可以为其他过程或其组合替换。
另外，本申请的范围并非旨在受限于说明书中描述的过程、机器、制品、物质组合物、装置、方法和步骤的具体实施例。如本领域普通技术人员从本发明的公开内容中所容易理解的，可以根据本发明来执行与这里描述的对应实施例基本上相同的功能或者实现基本上相同的结果的、当前存在或者以后开发的过程、机器、制品、物质组合物、装置、方法或者步骤。因而所附权利要求旨在于在它们的范围内包括这样的过程、机器、制品、物质组合物、装置、方法或者步骤。

Claims (20)

1.一种磁性设备，包括：
第一L形铁心分段，包括第一支柱和从其延伸的第二支柱；
相对的第二L形铁心分段，包括第一支柱和从其延伸的第二支柱；以及
中心抽头次级绕组，具有围绕所述第一L形铁心分段或所述第二L形铁心分段的所述第一支柱和所述第二支柱中的至少一个支柱形成的第一次级绕组和第二次级绕组。
2.根据权利要求1所述的磁性设备，其中所述第一L形铁心分段的所述第二支柱基本上垂直于所述第一L形铁心分段的所述第一支柱，并且所述第二L形铁心分段的所述第二支柱基本上垂直于所述第二L形铁心分段的所述第一支柱。
3.根据权利要求1所述的磁性设备，其中所述第一L形铁心分段的所述第一支柱的长度相对于所述第一L形铁心分段的所述第二支柱的长度是细长的，并且所述第二L形铁心分段的所述第一支柱的长度相对于所述第二L形铁心分段的所述第二支柱的长度是细长的。
4.根据权利要求1所述的磁性设备，其中所述第一L形铁心分段的所述第一支柱和所述第二支柱的厚度基本上相等，并且所述第二L形铁心分段的所述第一支柱和所述第二支柱的厚度基本上相等。
5.根据权利要求1所述的磁性设备，其中围绕所述第二L形铁心分段的所述第一支柱形成所述第一次级绕组和所述第二次级绕组。
6.根据权利要求1所述的磁性设备，包括围绕所述第一L形铁心分段或者所述第二L形铁心分段的所述第一支柱和所述第二支柱中的至少一个支柱形成的初级绕组。
7.根据权利要求1所述的磁性设备，包括围绕所述第二L形铁心分段的所述第一支柱形成的初级绕组，以及围绕所述第二L形铁心分段的所述第一支柱在所述初级绕组之上形成所述第一次级绕组和所述第二次级绕组。
8.根据权利要求7所述的磁性设备，其中所述第一次级绕组和所述第二次级绕组是冲压成形的金属片。
9.根据权利要求1所述的磁性设备，包括围绕所述第一L形铁心分段的所述第一支柱形成的第一初级绕组，和围绕所述第二L形铁心分段的所述第一支柱形成的第二初级绕组。
10.根据权利要求9所述的磁性设备，其中围绕所述第一L形铁心分段的所述第一支柱在所述第一初级绕组之上形成所述第一次级绕组，并且围绕所述第二L形铁心分段的所述第一支柱在所述第二初级绕组之上形成所述第二次级绕组。
11.一种功率变换器，包括：
主开关，耦合至所述功率变换器的输入；
磁性设备，耦合至所述主开关，所述磁性设备包括：
第一L形铁心分段，包括第一支柱和从其延伸的第二支柱；
相对的第二L形铁心分段，包括第一支柱和从其延伸的第二支柱；以及
中心抽头次级绕组，具有围绕所述第一L形铁心分段或所述第二L形铁心分段的所述第一支柱和所述第二支柱中的至少一个支柱形成的第一次级绕组和第二次级绕组。
辅助开关，耦合至所述磁性设备；以及
输出滤波电容器，耦合至所述辅助开关和所述功率变换器的输出。
12.根据权利要求11所述的功率变换器，其中所述第一L形铁心分段的所述第二支柱基本上垂直于所述第一L形铁心分段的所述第一支柱，并且所述第二L形铁心分段的所述第二支柱基本上垂直于所述第二L形铁心分段的所述第一支柱。
13.根据权利要求11所述的功率变换器，其中所述第一L形铁心分段的所述第一支柱的长度相对于所述第一L形铁心分段的所述第二支柱的长度是细长的，并且所述第二L形铁心分段的所述第一支柱的长度相对于所述第二L形铁心分段的所述第二支柱的长度是细长的。
14.根据权利要求11所述的功率变换器，其中所述第一L形铁心分段的所述第一支柱和所述第二支柱的厚度基本上相等，并且所述第二L形铁心分段的所述第一支柱和所述第二支柱的厚度基本上相等。
15.根据权利要求11所述的功率变换器，其中围绕所述第二L形铁心分段的所述第一支柱形成所述第一次级绕组和所述第二次级绕组。
16.根据权利要求11所述的功率变换器，其中所述磁性设备包括围绕所述第一L形铁心分段或者所述第二L形铁心分段的所述第一支柱和所述第二支柱中的至少一个支柱形成的初级绕组。
17.根据权利要求11所述的功率变换器，其中所述磁性设备包括围绕所述第二L形铁心分段的所述第一支柱形成的初级绕组，以及围绕所述第二L形铁心分段的所述第一支柱在所述初级绕组之上形成所述第一次级绕组和所述第二次级绕组。
18.根据权利要求17所述的功率变换器，其中所述第一次级绕组和所述第二次级绕组是冲压成形的金属片。
19.根据权利要求11所述的功率变换器，其中所述磁性设备包括围绕所述第一L形铁心分段的所述第一支柱形成的第一初级绕组和围绕所述第二L形铁心分段的所述第一支柱形成的第二初级绕组。
20.根据权利要求19所述的功率变换器，其中围绕所述第一L形铁心分段的所述第一支柱在所述第一初级绕组之上形成所述第一次级绕组，并且围绕所述第二L形铁心分段的所述第一支柱在所述第二初级绕组之上形成所述第二次级绕组。
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