CN104637659A - 耦合电感和交错并联直流变换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耦合电感和交错并联直流变换器，该耦合电感包括：磁芯，包括第一端部单元、第二端部单元和低导磁体，第一端部单元包括第一基底和从该第一基底凸出的M个第一磁柱，M为大于或等于2的整数，第二端部单元包括第二基底和从该第二基底凸出的与该M个第一磁柱一一对应的M个第二磁柱，M个第一磁柱与M个第二磁柱通过低导磁体连接成M个组合磁柱，第一端部单元还包括从第一基底凸出的至少一个第一外置磁柱，至少一个第一外置磁柱中的每个第一外置磁柱与第二端部单元之间具有间隙，至少一个第一外置磁柱位于M个第一磁柱的外侧；M个绕组，分别设置在M个组合磁柱上且每个绕组的绕制方向相同。本发明实施例能够支持电源高密小型化。

Description

耦合电感和交错并联直流变换器

技术领域

本发明涉及电路领域，并且更具体地，涉及耦合电感和交错并联直流变换器。

背景技术

半导体芯片集成度的持续提升在有力支撑通信系统设备的高密、大容量发展的同时，也带来了芯片的功耗增加、供电电压持续降低、供电电流持续增大等一系列问题。应对半导体芯片及通信信息系统产业的迅猛发展，不仅为电源行业提供了巨大的市场和快速的发展动力，同时也对电源装置的体积、重量、效率、输出动态性能以及系统的可靠性等提出越来越高的要求。

多通道交错并联功率变换拓扑具有减小开关电流应力、各通道输出叠加有效减小输出电流纹波、降低输出滤波器容量和提升输出电流等显著优点，被广泛应用于为半导体芯片提供低压大电流的直流变换器。电压调节模块(Voltage Regulator Module，简称为“VRM”)就通常采用多通道交错并联功率变换拓扑，来实现将高电压转换为低电压，以提供低压大电流给半导体芯片(例如：处理器)提供供电。

现有技术的VRM，每路交错并联通道中分别使用一个传统的分立式电感，但由于分立式电感面积大、尺寸高，电感的生产加工制造工序多，导致分立式电感的成本高，并且VRM中的多个分立式电感参数的一致性差，使得VRM的瞬态响应速度慢。另外，因为VRM每路交错并联通道中分别使用一个传统的分立式电感，使得在生产制造一个VRM的过程中，需要贴装多个分立式电感，降低了生产效率，增加了制造成本。

发明内容

本发明实施例提供一种耦合电感和交错并联直流变换器，能够降低磁性元件的高度，减小磁性元件的体积和重量，降低物料和生产制造成本，并且能够提高交错并联直流变换器的功率密度及性能指标。

第一方面，提供了一种耦合电感，包括：磁芯，包括第一端部单元、第二端部单元和低导磁体，该第一端部单元包括第一基底和从该第一基底凸出的M个第一磁柱，M为大于或等于2的整数，该第二端部单元包括第二基底和从该第二基底凸出的与该M个第一磁柱一一对应的M个第二磁柱，该M个第一磁柱与该M个第二磁柱分别通过该低导磁体连接成M个组合磁柱，该第一端部单元还包括从该第一基底凸出的至少一个第一外置磁柱，该至少一个第一外置磁柱中的每个第一外置磁柱与该第二端部单元之间具有间隙，该至少一个第一外置磁柱位于该M个第一磁柱的外侧；M个绕组，分别设置在该M个组合磁柱上，且每个绕组的绕制方向相同。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，该第二端部单元还包括从该第二基底凸出的与该至少一个第一外置磁柱中的全部或部分第一外置磁柱相对应的至少一个第二外置磁柱；其中，该至少一个第一外置磁柱中的每个第一外置磁柱与该第二端部单元之间具有间隙，包括：该至少一个第二外置磁柱与该至少一个第一外置磁柱中的全部或部分第一外置磁柱之间分别具有间隙。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，该低导磁体的磁导率低于该第一端部单元的磁导率且低于该第二端部单元的磁导率。

结合第一方面或第一方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，该磁芯还包括填充材料，该填充材料填充于该间隙中，该填充材料的磁导率低于该第一端部单元的磁导率且低于该第二端部单元的磁导率。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，该至少一个第二外置磁柱的端面为平整端面、台阶端面、斜坡端面和V型端面中的至少一种。

结合第一方面，第一方面的第一种至第四种可能的实现方式中任一可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，该至少一个第一外置磁柱的端面为平整端面、台阶端面、斜坡端面和V型端面中的至少一种。

结合第一方面，第一方面的第一种至第五种可能的实现方式中任一可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，该间隙包括位于该M个组合磁柱的第一侧的第一间隙和位于该M个组合磁柱的第二侧的第二间隙。

结合第一方面，第一方面的第一种至第六种可能的实现方式中任一可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，该M个第一磁柱的长度相同；和/或，该M个第二磁柱的长度相同。

结合第一方面，第一方面的第一种至第七种可能的实现方式中任一可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，该M个第一磁柱中相邻两个第一磁柱间的第一间距相等，且，该M个第二磁柱中相邻两个第二磁柱间的第二间距相等，该第一间距与该第二间距相等。

结合第一方面，第一方面的第一种至第八种可能的实现方式中任一可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，该低导磁体为下列材料中的至少一种：低导磁胶水、磁胶粉和玻璃珠胶水。

结合第一方面，第一方面的第一种至第九种可能的实现方式中任一可能的实现方式，在第一方面的第十种可能的实现方式中，该填充材料为下列材料中的至少一种：空气、绝缘胶带、塑料、纸、低导磁胶水、磁胶粉和玻璃珠胶水。

结合第一方面，第一方面的第一种至第十种可能的实现方式中任一可能的实现方式，在第一方面的第十一种可能的实现方式中，该M个绕组中的每一个绕组包括的线圈匝数相同。

第二方面，提供了一种交错并联直流变换器，包括：输入端、输出端、M个切换电路；根据第一方面，第一方面的第一种至第十一种可能的实现方式中任一可能的实现方式中包括的该耦合电感；

其中，该输入端连接直流电压，该输出端连接负载，并输出电能至该负载，该M个切换电路中的每个切换电路连接于该耦合电感的每相绕组与该输入端或该输出端之间，该M个切换电路中的每个切换电路周期性的提供脉冲电压到该耦合电感。

基于上述技术方案，本发明实施例的耦合电感将多个分立的电感集成到一起，降低组装次数和时间，并且不同绕组在磁芯中同一段路径上产生的磁场方向相反使磁场强度达到抵消的效果，从而能够减少磁芯材料用量。本发明实施例的交错并联直流变换器，采用本发明实施例的耦合电感，能够获得较小的输出电流纹波，从而提升变换器的动态响应和整体转换效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的耦合电感的示意性结构图；

图2是根据本发明实施例的耦合电感的另一示意性结构图；

图3(a)、(b)和(c)是根据本发明另一实施例的耦合电感的示意性结构图；

图4(a)和(b)是根据本发明另一实施例的耦合电感的磁场分布的示意图；

图5(a)、(b)和(c)是根据本发明再一实施例的耦合电感的示意性结构图；

图6(a)～(d)是根据本发明实施例的阶梯间隙的示意图；

图7(a)和(b)是根据本发明实施例的阶梯间隙的另一示意图；

图8(a)和(b)是根据本发明实施例的阶梯间隙的再一示意图；

图9是根据本发明实施例的采用非阶梯间隙和阶梯间隙的耦合电感的电感量随电流变化的示意图；

图10是根据本发明实施例的采用非阶梯间隙和阶梯间隙的耦合电感应用于同一电源电路中的电源转换效率对比曲线的示意图；

图11(a)和图11(b)是根据本发明实施例的交错并联直流变换器的示意图；

图12是根据本发明实施例的图11(a)所示的变换器在不同情形下控制信号对应电流变化的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

应理解，本发明实施例的耦合电感可以应用于交错并联直流变换器中，也可以应用于其他的电路中，本发明对此不作限定。

图1是根据本发明的一个实施例的一种耦合电感100的示意性结构图。

如图1所示，该耦合电感100包括：

磁芯101，包括第一端部单元110、第二端部单元120和低导磁体130，该第一端部单元110包括第一基底111和从该第一基底111凸出的M个第一磁柱112，M为大于或等于2的整数，该第二端部单元120包括第二基底121和从该第二基底121凸出的与该M个第一磁柱112一一对应的M个第二磁柱122，该M个第一磁柱112和该M个第二磁柱122分别通过该低导磁体130连接成M个组合磁柱140，该第一端部单元110还包括从该第一基底111凸出的至少一个第一外置磁柱113，该至少一个第一外置磁柱113中的每个第一外置磁柱与该第二端部单元120之间具有间隙150，该至少一个第一外置磁柱113位于该M个第一磁柱112的外侧；

M个绕组102，分别设置在该M个组合磁柱140上，且每个绕组的绕制方向相同。

因此，本发明实施例的耦合电感，将多个分立的电感集成到一起，降低组装次数和时间，并且不同绕组在磁芯中同一段路径上产生的磁场方向相反使磁场强度达到抵消的效果，从而能够减少磁芯材料用量，提高功率密度。

在本发明实施例中，可选地，该至少一个第一外置磁柱113的端面为平整端面、台阶端面、斜坡端面和V型端面中的至少一种。也就是说，该至少一个第一外置磁柱113的端面可以为平整端面、台阶端面、斜坡端面和V型端面中的一种，也可以是这几种端面形状组合成的一个新的形状的端面，本发明对此不作限定。

在本发明实施例中，可选地，如图2所示，该第二端部单元120还包括从该第二基底121凸出的与该至少一个第一外置磁柱113中的全部或部分第一外置磁柱相对应的至少一个第二外置磁柱123；

其中，该至少一个第一外置磁柱113中的每个第一外置磁柱与该第二端部单元120之间具有间隙，包括：

该至少一个第二外置磁柱123与该至少一个第一外置磁柱113中的全部或部分第一外置磁柱之间分别具有间隙。

在本发明实施例中，优选地，低导磁体130的磁导率低于该第一端部单元110的磁导率且低于该第二端部单元120的磁导率。

在本发明实施例中，优选地，该磁芯101还包括填充材料，该填充材料填充于该间隙150中，该填充材料的磁导率低于该第一端部单元110的磁导率且低于该第二端部单元120的磁导率。

在本发明实施例中，可选地，该低导磁体130可以为下列材料中的至少一种，低导磁胶水、磁胶粉和玻璃珠胶水，其中，低导磁胶水可以为环氧胶、厌氧胶等。但本发明并不限于此，该低导磁体130可以选磁导率低于第一端部单元110的磁导率且低于第二端部单元120的磁导率的材料中的任意一种。

在本发明实施例中，可选地，该填充材料可以为下列材料中的至少一种：空气、绝缘胶带、塑料、纸、低导磁胶水、磁胶粉和玻璃珠胶水，但本发明并不限于此，该填充材料可以为磁导率低于第一端部单元110的磁导率且低于第二端部单元120的磁导率的材料中的任意一种。

因此，本发明实施例的耦合电感，将多个分立的电感集成到一起，降低组装次数和时间，并且不同绕组在磁芯中同一段路径上产生的磁场方向相反使磁场强度达到抵消的效果，从而能够减少磁芯材料用量。同时低导磁体的磁导率低于第一端部单元和第二端部单元的磁导率，能够提升在耦合电感各相之间电流不均衡情况下的可靠性；间隙的材料的磁导率低于第一端部单元和第二端部单元的磁导率，能够提升电感的通电流能力，避免电感饱和。

在本发明实施例中，可选地，该M个第一磁柱112的长度可以相同也可以不同，该M个第二磁柱122的长度可以相同也可以不同，并且该第一磁柱112中每两个相邻磁柱之间的间距可以相同，也可以不同，该第二磁柱122中每两个相邻磁柱之间的间距可以相同也可以不同。

优选地，在本发明实施例中，M个第一磁柱112中的相邻两个第一磁柱间的第一间距相等，且M个第二磁柱122中的相邻两个第二磁柱间的第二间距相等，该第一间距与该第二间距相等。

在本发明实施例中，可选地，M个绕组102中每一个绕组的线圈匝数可以相同也可以不同，优选地，该M个绕组包括的线圈匝数相同，可以为单匝也可以为多匝。

在本发明实施例中，可选地，该至少一个第二外置磁柱123的端面为平整断面、台阶端面、斜坡端面和V型端面中的至少一种，本发明对此不作限定。

在本发明实施例中，可选地，该间隙包括位于该M个组合磁柱的第一侧的第一间隙和位于该M个组合磁柱的第二侧的第二间隙。也就是说，当间隙不止一个的情况下，间隙可以分为位于M个组合磁柱不同侧的两组，每一组的个数可以根据实际需要设定，本发明对此不做限定。

因此，本发明实施例的耦合电感，将多个分立的电感集成到一起，降低组装次数和时间，提高良品率和电器参数一致性，并且不同绕组在磁芯中同一段路径上产生的磁场方向相反使磁场强度达到抵消的效果，从而能够减少磁芯材料用量，低导磁体的磁导率低于第一端部单元和第二端部单元的磁导率，能够提升在电感各相之间电流不均衡情况下的可靠性；形成间隙的磁柱端面为平整端面、台阶端面、斜坡端面和V型端面中的至少一种，能够实现非线性的电感特性，用于交错并联直流变换电路中，能够提升轻载时的电源转换效率。

下面将结合具体的例子详细描述本发明实施例。应注意，这些例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本发明实施例，而非限制本发明实施例的范围。

图3(a)、(b)和(c)是本发明另一实施例提供的耦合电感的示意图，其中图3(a)为两相耦合电感的示意图，图3(b)为三相耦合电感的示意图，图3(c)为四相耦合电感的示意图。

图3(a)为两相耦合电感的示意图，磁芯的第一端部单元11上具有凸出的2个第一磁柱21和22，磁芯的第二端部单元12上具有凸出的2个第二磁柱31和32，第一磁柱21与第二磁柱31、第一磁柱22与第二磁柱32分别通过低导磁体L1、L2连接组合成两个连接单元，并将绕组W1、W2分别缠绕在经低导磁体L1、L2连接组合成的两个连接单元上；第一端部单元11上的第一磁柱41(1)与第二端部单元12上的第二磁柱42(1)之间具有第一间隙g1，第一端部单元11上的第一磁柱41(2)与第二端部单元12上的第二磁柱42(2)之间具有第二间隙g2。其中，低导磁体L1、L2的磁导率低于该磁芯的第一端部单元11的磁导率且低于第二端部单元12的磁导率，优选地，低导磁体L1、L2的材料可以是选自低导磁胶水、磁粉胶、玻璃珠胶水中任意一个；另外，绕组W1、W2可以是单匝线圈也可以为多匝线圈。

同理，图3(b)为三相耦合电感的示意图，磁芯的第一端部单元11上具有凸出的3个第一磁柱21、22和23，磁芯的第二端部单元12上具有凸出的3个第二磁柱31、32和33，第一磁柱21与第二磁柱31、第一磁柱22与第二磁柱32、第一磁柱23与第二磁柱33分别通过低导磁体L1、L2和L3连接组合成三个连接单元，并将绕组W1、W2、W3分别缠绕在经低导磁体L1、L2、L3连接组合成的三个连接单元上，第一端部单元11上的第一磁柱41(1)与第二端部单元12上的第二磁柱42(1)之间具有第一间隙g1，第一端部单元11上的第一磁柱41(2)与第二端部单元12上的第二磁柱42(2)之间具有第二间隙g2。其中绕组W1、W2、W3可以是单匝也可以为多匝线圈。

图3(c)为四相耦合电感的示意图，磁芯结构与连接关系与两相、三相耦合电感相似，在此不再赘述。

应理解，根据图3(a)、(b)和(c)所示的耦合电感，可以以此类推出更多相耦合电感的结构，为了简便，在此不再赘述。

图4是图3(b)所示的耦合电感的磁场分布情况，其中图4(a)显示的是当只在第一磁柱22、第二磁柱32及中间的低导磁体L2连接形成的连接单元上绕制有绕组W2时，由磁柱22+32上的绕组W2产生的磁场分布情况，图4(b)显示的是当只在第一磁柱21、第二磁柱31及中间的低导磁体L1连接形成的连接单元上绕制有绕组W1时，由磁柱21+31上的绕组W1产生的磁场分布情况。

由此可见，当图3(b)所示的耦合电感上同时具有绕组W1、W2时，上述两绕组产生的磁场，在两绕组之间的端部11、12上的磁场方向，及22+32，21+31上的磁场方向，都是相反的，这将使得同时工作时在上述部位磁场会大量的抵消，形成较强的耦合。耦合越强，意味着磁场抵消得越多，在抵消的部位可以减小磁芯的有效截面积，即可以减小电感的体积(面积、高度)，在本发明实施例中的耦合电感的任意两相之间都存在类似的耦合关系，在此不再赘述。

图5(a)、(b)和(c)是本发明另一实施例提供的耦合电感的示意图，其中图5(a)为两相耦合电感的示意图，图5(b)为三相耦合电感的示意图，图5(c)为四相耦合电感的示意图。

图5(a)为两相耦合电感的示意图，磁芯的第一端部单元11上具有凸出的2个第一磁柱21和22，磁芯的第二端部单元12上具有凸出的2个第二磁柱31和32，第一磁柱21与第二磁柱31、第一磁柱22与第二磁柱32分别通过低导磁体L1、L2连接组合成两个连接单元，并将绕组W1、W2分别缠绕在经低导磁体L1、L2连接组合成的两个连接单元上；第二端部单元12上的第二磁柱42(1)与第一端部单元11之间具有第一间隙g1，第二端部单元12的第二磁柱42(2)与第一端部单元11之间具有第二间隙g2。其中，低导磁体L1、L2的磁导率低于该磁芯第一端部单元11和第二端部单元12的磁导率，优选地，低导磁体L1、L2的材料可以是选自低导磁胶水、磁粉胶、玻璃珠胶水中任意一个；另外，绕组W1、W2可以是单匝线圈也可以为多匝线圈。

同理，图5(b)为三相耦合电感的示意图，磁芯的第一端部单元11上具有凸出的3个第一磁柱21、22和23，磁芯的第二端部单元12上具有凸出的3个第二磁柱31、32和33，第一磁柱21与第二磁柱31、第一磁柱22与第二磁柱32、第一磁柱23与第二磁柱33分别通过低导磁体L1、L2和L3连接组合成三个连接单元，并将绕组W1、W2、W3分别缠绕在经低导磁体L1、L2、L3连接组合成的三个连接单元上，第二端部单元12上的第二磁柱42(1)与第一端部单元11之间具有第一间隙g1，第二端部单元12的第二磁柱42(2)与第一端部单元11之间具有第二间隙g2。其中绕组W1、W2、W3可以是单匝也可以为多匝线圈。

图5(c)为四相耦合电感的示意图，磁芯结构与连接关系与两相、三相耦合电感相似，在此不再赘述。

应理解，根据图5(a)、(b)和(c)所示的耦合电感，可以以此类推出更多相耦合电感的结构，为了简便，在此不再赘述。

在本发明实施例中，可选地，图6(a)～(c)为组成耦合电感的间隙的磁柱的至少一个端面为台阶端面时的示意图，图中g1和g2分别为第一间隙和第二间隙，其中图6(a)和图6(c)为耦合电感的立体示意图，图6(b)和图6(d)分别为与之对应的俯视图。图7(a)和图7(b)为组成耦合电感的间隙的磁柱的至少一个端面为斜坡端面时的示意图，图中g1和g2分别为第一间隙和第二间隙，其中图7(a)为耦合电感的立体示意图，图7(b)为与之对应的俯视图。图8(a)和图8(b)为组成耦合电感的间隙的磁柱的至少一个端面为V型端面时的示意图，图中g1和g2分别为第一间隙和第二间隙，其中图8(a)为耦合电感的立体示意图，图8(b)为与之对应的俯视图。

相应地，在实际制作过程中，可以改变间隙的形状，以获得电感量随电流值非线性变化的特性，图9是非阶梯间隙与阶梯间隙下的耦合电感的电感量随电流变化关系。其中，系列2曲线是采用非阶梯间隙的耦合电感的电感值随电流变化的曲线，系列1曲线是采用阶梯间隙的耦合电感的电感值随电流变化的曲线。可以看出，采用阶梯间隙的耦合电感在电路中可以实现轻负载时电感量大，重负载时电感量小的效果。

图10是采用非阶梯间隙与阶梯间隙的耦合电感应用于同一电源电路中的电源转换效率对比，其中，系列2曲线是采用非阶梯间隙的耦合电感的电感值随电流变化的曲线，系列1曲线是采用阶梯间隙的耦合电感的电感值随电流变化的曲线。可以看出，采用阶梯间隙的耦合电感有助于提升轻载下的电源转换效率。

因此，本发明实施例的耦合电感，将多个分立的电感集成到一起，降低组装次数和时间，提高良品率和电器参数一致性，并且不同绕组在磁芯中同一段路径上产生的磁场方向相反使磁场强度达到抵消的效果，从而能够减少磁芯材料用量，低导磁体的磁导率低于第一端部单元和第二端部单元的磁导率，能够提升在电感各相之间电流不均衡情况下的可靠性；形成间隙的磁柱端面为平整端面、台阶端面、斜坡端面和V型端面中的至少一种，能够实现非线性的电感特性，用于交错并联直流变换电路中，能够提升轻载时的电源转换效率。

图11(a)和图11(b)是本发明实施例的交错并联直流变换器200，如图11(a)和图11(b)所示，该交错并联直流变换器200包括：

输入端201、输出端202、M个切换电路203；

根据本发明实施例的耦合电感100；

其中，该输入端201连接直流电压，该输出端202连接负载，并输出电能至该负载；该M个切换电路203中的每个切换电路连接于该耦合电感100的每相绕组与该输入端201或该输出端202之间，该M个切换电路203中的每个切换电路周期性的提供脉冲电压到该耦合电感100。

因此，本发明实施例的交流直流变换器，采用本发明实施例的耦合电感，能够有效减小输出的电流纹波，提升变换器的动态响应和整体转换效率。

下面将结合具体的例子详细描述本发明实施例。应注意，这些例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本发明实施例，而非限制本发明实施例的范围。

图11(a)是一种交错并联降压式(buck)变换器的电路示意图，耦合电感100位于切换电路203与输出端Vo 202之间，此电路采用的多相交错并联技术是利用控制信号(V_g1、V_g2、……、V_gm-1、V_gm)将每一路电流(i₁、i₂、……、i_m-1、i_m)对应的开关交替导通，使得流过耦合电感100的每一相电感(L₁、L₂、……、L_m-1、L_m)的电流波形相位能够各自交错一个角度，从而利用上述相位的交错抵消电流纹波，使得输出的纹波得到有效减小，并显著提升动态响应。

图11(b)是一种交错并联升压boost变换器的电路示意图，耦合电感位于输入端V_in 201与切换电路203之间，与图11(a)所示的buck电路类似，此电路利用控制信号(V_g1、V_g2、……、V_gm-1、V_gm)将每一路电流(i₁、i₂、……、i_m-1、i_m)对应的开关交替导通，来实现电流纹波抵消，输出纹波减小，提升动态响应。其工作原理与图11(a)所示的buck电路一致，在此不再赘述。

图12是如图11(a)所示的采用了本发明实施例的耦合电感的三相交错并联buck变换器在不同情形下控制信号对应电流变化的示意图。

其中，i₁、i₂和i₃是采用非耦合电感情况下的三相交错并联直流变换器的每相电感上流过的电流波形。

i_1c，i_2c和i_3c是采用本发明实施例的耦合电感的三相交错并联直流变换器的每相电感上流过的电流波形。通过对比可以看出，对应相同大小的总纹波电流i_o，耦合电感100的每相电感上的电流纹波比非耦合电感各相的电流纹波小，这就意味着采用本发明实施例的耦合电感时，经过每一相开关管的电流减小，从而会减小开关管的损耗，提高电源变换器的整体转换效率。

因此，本发明实施例的交流直流变换器，采用本发明实施例的耦合电感，能够有效减小输出的电流纹波，提升变换器的动态响应和整体转换效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种耦合电感，其特征在于，包括：

磁芯，包括第一端部单元、第二端部单元和低导磁体，所述第一端部单元包括第一基底和从所述第一基底凸出的M个第一磁柱，M为大于或等于2的整数，所述第二端部单元包括第二基底和从所述第二基底凸出的与所述M个第一磁柱一一对应的M个第二磁柱，所述M个第一磁柱与所述M个第二磁柱分别通过所述低导磁体连接成M个组合磁柱，所述第一端部单元还包括从所述第一基底凸出的至少一个第一外置磁柱，所述至少一个第一外置磁柱中的每个第一外置磁柱与所述第二端部单元之间具有间隙，所述至少一个第一外置磁柱位于所述M个第一磁柱的外侧；

M个绕组，分别设置在所述M个组合磁柱上，且每个绕组的绕制方向相同。

2.根据权利要求1所述的耦合电感，其特征在于，所述第二端部单元还包括从所述第二基底凸出的与所述至少一个第一外置磁柱中的全部或部分第一外置磁柱相对应的至少一个第二外置磁柱；

其中，所述至少一个第一外置磁柱中的每个第一外置磁柱与所述第二端部单元之间具有间隙，包括：

所述至少一个第二外置磁柱与所述至少一个第一外置磁柱中的全部或部分第一外置磁柱之间分别具有间隙。

3.根据权利要求1或2所述的耦合电感，其特征在于，所述低导磁体的磁导率低于所述第一端部单元的磁导率且低于所述第二端部单元的磁导率。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的耦合电感，其特征在于，所述磁芯还包括填充材料，所述填充材料填充于所述间隙中，所述填充材料的磁导率低于所述第一端部单元的磁导率且低于所述第二端部单元的磁导率。

5.根据权利要求2所述的耦合电感，其特征在于，所述至少一个第二外置磁柱的端面为平整端面、台阶端面、斜坡端面和V型端面中的至少一种。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的耦合电感，其特征在于，所述至少一个第一外置磁柱的端面为平整端面、台阶端面、斜坡端面和V型端面中的至少一种。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的耦合电感，其特征在于，所述间隙包括位于所述M个组合磁柱的第一侧的第一间隙和位于所述M个组合磁柱的第二侧的第二间隙。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的耦合电感，其特征在于，所述M个第一磁柱的长度相同；和/或，所述M个第二磁柱的长度相同。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的耦合电感，其特征在于，所述M个第一磁柱中相邻两个第一磁柱间的第一间距相等，且，所述M个第二磁柱中相邻两个第二磁柱间的第二间距相等，所述第一间距与所述第二间距相等。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的耦合电感，其特征在于，所述低导磁体为下列材料中的至少一种：低导磁胶水、磁胶粉和玻璃珠胶水。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的耦合电感，其特征在于，所述填充材料为下列材料中的至少一种：空气、绝缘胶带、塑料、纸、低导磁胶水、磁胶粉和玻璃珠胶水。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的耦合电感，其特征在于，所述M个绕组中的每一个绕组包括的线圈匝数相同。

13.一种交错并联直流变换器，其特征在于，包括：

输入端、输出端、M个切换电路；

根据权利要求1至12中任一项所述的耦合电感；

其中，所述输入端连接直流电压，所述输出端连接负载，并输出电能至所述负载，所述M个切换电路中的每个切换电路连接于所述耦合电感的每相绕组与所述输入端或所述输出端之间，所述M个切换电路中的每个切换电路周期性的提供脉冲电压到所述耦合电感。