CN114783742A - 功率转换模块及其磁性组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种功率转换模块及其磁性组件。磁性组件包含磁芯组件，包含顶面、底面、第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第四侧壁、中柱及两个边柱，其中第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第四侧壁分别位于顶面及底面之间，且第一次侧壁与第三侧壁相对、第二侧壁与第四侧壁相对，中柱位于两个边柱之间，且中柱分别与两个边柱定义出第一绕线通道及第二绕线通道，第一绕线通道的两个通道口分别暴露于第一侧壁及第四侧壁，第二绕线通道的两个通道口分别暴露于第二侧壁及第三侧壁；以及两个绕组，每一绕组至少部分设置于对应的绕线通道内。

Description

功率转换模块及其磁性组件
技术领域
本发明涉及一电力电子设备技术领域，尤其涉及一种功率转换模块及其磁性组件。
背景技术
现代电力电子装置作为电力转换的重要组成部分，广泛应用于电力、电子、电机和能源行业。确保电力电子装置的长期稳定运行和提高电力电子装置的电能转换效率，一直是本领域技术人员的重要追求目标。
随着移动通信和云计算等技术的快速发展，大功率DC/DC功率转换模块在通信产品中亦已得到了广泛使用。由于产品的高功率化且倾向于小型化，对功率转换模块在转换效率和体积上提出了新的挑战。因此，如何给功率转换模块设计合理的结构和布局，提高其转换效率并减小其体积，更是本技术领域的热点问题之一。
为了实现降低输出滤波器的容量和扩大系统输出功率的优点，传统功率转换模块通常使用并联型电路架构，即包含至少两个并联连接的电源转换电路，例如包含并联连接的两个降压型(Buck)电源转换电路，且为了优化多个并联电路的输出电流的纹波特性，更利用磁集成技术让功率转换模块内的两个电源转换电路的多个电感形成磁集成的耦合关系，即两个电源转换电路的两个电感构成两相耦合的电感。
然由于传统功率转换模块在磁集成技术中所使用的磁性组件包含常见的E型磁芯，即E型磁芯的其中的一个绕组通道的两个相对通道口与另一绕组通道的两相对通道口皆暴露于E型磁芯的2个相对侧壁，如此使得利用两个绕组与E型磁芯构成的两相耦合的电感会因为设置位置不同的关系，导致两相耦合的电感与功率转换模块的输出端子的距离不一致，如此一来，将使得两相耦合的电感的等效直流串联电阻不对称，两相耦合的电感的电流不均，导致E型磁芯的边柱直流磁通大，进而容易引发E型磁芯的边柱的磁通饱和，不利于功率转换模块性能提升。
因此，如何发展一种功率转换模块及其磁性组件来解决现有技术所面临的问题，达到优化功率转换模块的目的，实为本领域极需面对的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功率转换模块及其磁性组件，以解决传统功率转换模块的磁性组件因使用的E型磁芯的两个绕组通道的两相对通道口皆暴露于E型磁芯的2个相对侧壁，导致两相耦合的电感与功率转换模块的输出端子的距离不一致，使得两相耦合的电感的等效直流串联电阻不对称，两相耦合的电感的电流不均，进而造成E型磁芯的边柱的磁通容易饱和，不利于功率转换模块性能提升的缺陷。
为达到前述目的，本发明提供一种磁性组件，包含：磁芯组件，包含顶面、底面、第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第四侧壁、中柱及两个边柱，其中第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第四侧壁分别位于顶面及底面之间，且第一次侧壁与第三侧壁相对、第二侧壁与第四侧壁相对，中柱位于两个边柱之间，且中柱分别与两个边柱定义出第一绕线通道及第二绕线通道，第一绕线通道的两个通道口分别暴露于第一侧壁及第四侧壁，第二绕线通道的两个通道口分别暴露于第二侧壁及第三侧壁；以及两个绕组，每一绕组至少部分设置于对应的绕线通道内。
为达到前述目的，本发明另提供一种功率转换模块，包含:至少一电感，由一磁性组件构成，其中磁性组件包含：主体层，包含第一面以及第二面，第一面与第二面为两相对面；磁芯组件，包含顶面、底面、第一侧壁、一第二侧壁、第三侧壁、第四侧壁、中柱及两个边柱，其中第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第四侧壁分别位于顶面及底面之间，且第一次侧壁与第三侧壁相对、第二侧壁与第四侧壁相对，中柱位于两个边柱之间，且中柱分别与两个边柱定义出第一绕线通道及第二绕线通道，第一绕线通道的两个通道口分别暴露于第一侧壁及第四侧壁，第二绕线通道的两个通道口分别暴露于第二侧壁及第三侧壁；以及导电体，嵌设于主体层的第一面和第二面之间，且至少部分外露于第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁及第四侧壁，并包含两个绕组，每一绕组至少部分设置于对应的绕线通道内；以及功率器件层，设置于主体层的第一面，其中功率器件层包含至少一功率器件，至少一功率器件电连接导电体；其中两个绕组上的电流方向相反。
本发明的有益效果在于，本发明提供一种功率转换模块及其磁性组件，其中由于磁性组件的磁芯组件的第一绕线通道的两个相对通道口分别暴露于第一侧壁及第四侧壁，第二绕线通道的两个相对通道口分别暴露于第二侧壁及第三侧壁，换言之，即第一绕线通道的两个相对通道口及第二绕线通道的两个相对通道口是分别暴露于磁芯组件的四个相异侧壁，使得由设置于第一绕线通道及第二绕线通道中的两个绕组所构成的的相耦合的两个电感在结构布局上可较为对称分布，故相耦合的两个电感的输出端与功率变换模块的输出端子之间的距离可近似相等，如此一来，相耦合的两个电感的等效直流串联电阻的不对称性可大幅缩小，使得相耦合的两个电感的电流近似相等，如此可避免磁芯组件的边柱的直流磁通变大而减少边柱的磁通饱和现象，进而提升功率转换模块的性能。
附图说明
图1A及图1B为本发明第一较佳实施例的功率转换模块在不同视角下的立体结构图；
图2A及图2B为图1A所示的功率转换模块在不同视角下的分解结构图；
图3A为本发明的功率转换模块的磁芯组件的第一较佳实施例的立体结构图；
图3B为图3A所示的磁芯组件的透视结构图；
图4为本发明功率转换模块对应的电路拓扑；
图5A为公开本发明导电体的示范性预制结构；
图5B为公开本发明导电体的示范性结构；
图6为本发明的功率转换模块的磁芯组件的第二较佳实施例的立体结构图；
图7为本发明磁芯组件的第三较佳实施例的立体结构图；
图8A、图8B为图2A所示的磁性组件的另一变化例在不同视角下的立体结构图；
图9A及图9B为本发明第二较佳实施例的功率转换模块在不同视角下的立体结构图；
图10A及图10B为图9A所示的功率转换模块在不同视角下的分解结构图；
图11A及图11B为本发明第三较佳实施例的功率转换模块在不同视角下的立体与部分透视结构图；
图12A及图12B为图11A所示的功率转换模块在不同视角下的分解结构图；
图13A及图13B为本发明第四较佳实施例的功率转换模块在不同视角下的立体与部分透视结构图；
图14A及图14B为图13A所示的功率转换模块在不同视角下的分解结构图；
图15A及图15B为本发明第五较佳实施例的功率转换模块在不同视角下的立体结构图；
图16A及图16B为图15A所示的功率转换模块在不同视角下的分解结构图；
图17A及图17B为本发明第六较佳实施例的功率转换模块在不同视角下的立体及透视结构图。
附图标记如下：
1、1b、1c、1d、1e:功率转换模块
2:磁性组件
5:功率器件层
20、20a:磁芯组件
231a、231b:绕组
21、80:顶面
22、81:底面
23、82:第一侧壁
24、83:第二侧壁
25、84:第三侧壁
26、85:第四侧壁
27:中柱
28:边柱
29a:第一绕线通道
29b:第二绕线通道
L0A、L0N:电感
30:主体层
40:导电体
31:第一面
32:第二面
50a、50b:功率器件
Q1A、Q2A、Q1N、Q2N:开关
Cin:输入电容
51:控制组件
52:电路板
520、60、88、90、9b:第一表面
521、61、89、91、9c:第二表面
6:接脚层
62:输入正端接脚
63:输出正端接脚
64:输出负端接脚
65:信号控制接脚
66:反馈信号接脚
Vin+:输入正端
Vin-:输入负端
Vo+:输出正端
23a:预制结构
241:第一连接部
242:第二连接部
SW:连接端
243:第三连接部
244:第四连接部
200、202:E型磁芯
270:气隙
201:I型磁芯
86:第五侧壁
87:第六侧壁
7、8、9、9a:封装单元
70:输出电容元件
Co:输出电容
41:功率器件接脚面
42:输入正端接脚面
43:输出正端连接面
44:输出负端接脚面
45:信号控制接脚面
46:反馈信号接脚面
531:功率器件接触端532:输入正端接触端
534:输出负端接触端
535:信号控制接触端
536:反馈信号接触端
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非架构于限制本发明。
图1A及图1B为本发明第一较佳实施例的功率转换模块在不同视角下的立体结构图，图2A及图2B为图1A所示的功率转换模块在不同视角下的分解结构图，图3A为本发明的功率转换模块的磁芯组件的第一较佳实施例的立体结构图，图3B为图3A所示的磁芯组件的透视结构图，图4为本发明功率转换模块对应的电路拓扑。于本实施例中，功率转换模块1所构成的电路拓扑可类似于图4所示，即功率转换模块1可为由两个降压型电源转换电路并联连接构成的电路拓扑，其中功率转换模块1包含磁性组件2及功率器件层5。磁性组件2包含磁芯组件20及两个绕组231a、231b，其中磁芯组件20包含顶面21、底面22、第一侧壁23、第二侧壁24、第三侧壁25、第四侧壁26、中柱27及两个边柱28。顶面21与底面22相对。第一侧壁23、第二侧壁24、第三侧壁25、第四侧壁26分别位于顶面21及底面22之间，且第一侧壁23与第三侧壁25相对，第二侧壁24与第四侧壁26相对，而此处所称两个侧壁相对泛指相对的两个侧壁之间至少还有一侧壁，相对的两个侧壁之间的至少一该侧壁可以为平面或者弧面，但不以此为限。中柱27位于两个边柱28之间，且中柱27分别与两个边柱28定义出第一绕线通道29a及第二绕线通道29b，其中第一绕线通道29a的两个相对通道口分别暴露于第一侧壁23及第四侧壁26，第二绕线通道29b的两个相对通道口分别暴露于第二侧壁24及第三侧壁25。
两个绕组231a、231b两者中的任一绕组至少部分设置于第一绕线通道29a及第二绕线通道29b两者中对应的绕线通道中，例如绕组231a至少部分设置于第一绕线通道29a中，绕组231b至少部分设置于第二绕线通道29b中，其中流经两个绕组231a、231b的电流方向相反，以实现直流磁通叠加，交流磁通相减，进而达到电流纹动大幅度抑制的优点，等效电感大幅度增加。此外，两个绕组231a、231b与磁芯组件20共同形成耦合的两个电感，例如图4所示的电感L0A、L0N，然不以此为限，两个绕组231a、231b与磁芯组件20亦可共同形成变压器。
于一些实施例中，磁性组件2还包含主体层30及导电体40。主体层30可例如但不限于板体结构，且主体层30的结构形状大抵对应于磁芯组件20的结构形状，并包含第一面31以及第二面32，第一面31与第二面32为两相对面，且磁芯组件20嵌设于主体层30内，其中磁芯组件20的顶面21相邻于主体层30的第一面31，磁芯组件20的底面22相邻于主体层30的第二面32。导电体40嵌设于主体层30的第一面31和第二面32之间，并且环设并至少部分外露于磁芯组件20的第一侧壁23、第二侧壁24、第三侧壁25及第四侧壁26，且导电体40的部分结构更可构成两个绕组231a、231b。
功率器件层5可为板体结构并例如以贴附方式设置于主体层30的第一面31，且功率器件层5包含至少一功率器件，例如功率器件50a、50b，每个功率器件50a、50b都包含两个开关而为一半桥桥臂(例如功率器件50a可构成如图4所示的包含开关Q1A、Q2A的半桥桥臂，功率器件50b可构成如图4所示的包含开关Q1N、Q2N的半桥桥臂)，每一半桥桥臂可和输入电容Cin(请参见图4)电连接。另外，于其它实施例中，功率器件层5更可包含控制组件51以及电路板52。电路板52包含彼此相对的第一表面520以及第二表面521，第二表面521与主体层30的第一面31相邻。控制组件51与功率器件50a、50b分别设置于电路板52的第一表面520上，控制组件51用以控制功率器件50a、50b的运作。于一些实施例中，构成两个半桥桥臂的两个功率器件50a、50b可以电路板52上的一对角线而对称地设置于电路板52的第一表面520上。于其它实施例中，功率器件50a、50b为功率转换模块1中的最高面，以便于散热器(未图示)的安装。第二表面521上设置至少一功率器件接触端531、至少一输入正端接触端532、至少一输出负端接触端534，至少一信号控制接触端535和至少一反馈信号接触端536。其中功率器件接触端531电连接功率器件50a、50b的功率器件脚位SW，即对应图4中的符号SW，输入正端接触端532即对应图4中的输入正端Vin+，输出负端接触端534即对应图4中的输出负端Vo-(即该功率转换模块1的GND)、信号控制接触端535则用以传输控制信号，反馈信号接触端536用以传输采样信号。
于一些实施例中，功率转换模块1还包含接脚层6，邻设于主体层30的第二面32，且贴合于磁芯组件20的底面22，其中接脚层6包含彼此相对的第一表面60与第二表面61以及设置于第一表面60的至少一输入正端接脚62、至少一输出正端接脚63、至少一输出负端接脚64、至少一信号控制接脚65和至少一反馈信号接脚66。输入正端接脚62即对应图4中的输入正端Vin+、输出负端接脚64即对应图4中的输出负端Vo-(即该功率转换模块1的GND)、输出正端接脚63则对应图4中的输出正端Vo+，而前述三个接脚通过接脚层6内的布线而电连接至主体层30的第二面32上设置的外接脚位，从而提供功率转换模块1对外进行输入输出的电连接。信号控制接脚65则用以传输控制信号。反馈信号接脚66用以传输采样信号。
当然功率转换模块1还包括一输入电容层或至少一输入电容元件，以形成图4所示的输入电容Cin(在图2B上，例示了由输入电容元件构成的输入电容Cin)，其中输入电容层或输入电容元件跨接于功率转换模块1的输入端。于结构上，输入电容层或输入电容元件以靠近功率器件50a、50b设置较佳。于一些实施例中，输入电容层或输入电容元件设置于功率器件层5与磁性组件20之间，例如设置于电路板52的第二表面521上而位于功率器件层5与磁性组件20之间，或设置于功率器件层5与主体层30之间，进而位于功率器件层5与磁性组件20之间。需说明的是，由于功率器件50a、50b在开关的过程中，输入电容Cin与功率器件50a、50b之间的寄生参数与功率器件等效参数会产生高频寄生振荡，影响功率器件50a、50b的开关过程和损耗的大小。因此，本发明采用输入电容层或输入电容元件靠近功率器件50a、50b的设计，有助于降低寄生参数的影响，并进一步达到减小功率转换模块1的体积以及提升功率转换模块1的整体功率密度的目的。另外，为了进一步减少功率变换模块1的输入电容Cin和每一半桥桥臂之间的分布电感，输入电容Cin可放置于2个半桥桥臂和两个耦合的电感之间。此外，输入电容Cin在水平面上的投影与磁芯组件20在水平面上的投影存在重叠区域。功率转换模块1还可以包括图4所示的输出电容Co，可设置于磁性组件2和接脚层6之间。再者，图4所示的输出电容Co可设置于系统板上而不在功率转换模块1中，但不此为限，亦可形成于功率转换模块1中，其中输出电容Co的第二端与输出正端接脚63连接，第一端与输出负端接脚64连接。
由上可知，相比于传统功率转换模块的磁性组件的E型磁芯的其中的一个绕组通道的两个相对通道口与另一绕组通道的两相对通道口皆暴露于E型磁芯的2个相对侧壁(类似于本发明的磁芯组件20的第一侧壁23及第三侧壁25，或是磁芯组件20的第二侧壁24及第四侧壁26)，由于本发明的功率转换模块1的磁性组件2的磁芯组件20的第一绕线通道29a的两个相对通道口分别暴露于第一侧壁23及第四侧壁26，第二绕线通道29b的两个相对通道口分别暴露于第二侧壁24及第三侧壁25，换言之，即第一绕线通道29a的两个相对通道口及第二绕线通道29b的两个相对通道口是分别暴露于磁芯组件的4个相异侧壁，使得由设置于第一绕线通道29a及第二绕线通道29b中的两个绕组231a、231b所构成的的相耦合的两个电感在结构布局上可较为对称分布，故相耦合的两个电感的输出端(即下述会提及的输出正端连接面43)与功率变换模块1的输出端子(请参见图2B所标示的输出端子613，该输出端子613亦为图4所示的输出端子Vo+)之间的距离可近似相等，如此一来，相耦合的两个电感的等效直流串联电阻的不对称性可大幅缩小，使得相耦合的两个电感的电流近似相等，如此可避免磁芯组件的边柱的直流磁通变大而减少边柱的磁通饱和现象，进而提升功率转换模块1的性能。
另外，绕组231a的第一端电连接于两个功率器件50a、50b中的其中的一个功率器件(即电连接于两个半桥桥臂中的其中的一个半桥桥臂)，且另一绕组231b的第一端电连接于两个功率器件50a、50b中的另一功率器件(即电连接于两个半桥桥臂中的另一半桥桥臂)，且每一半桥桥臂在电路板52所在水平面上的投影与另一半桥桥臂所电连接的绕组在电路板52所在水平面上的投影存在重叠区域。
又于一些实施例中，磁芯组件20可为六面体结构，其中第一侧壁23的一边与第二侧壁24的一边相邻接，第二侧壁24的另一边与第三侧壁25的一边相邻接，第三侧壁25的另一边与第四侧壁26的一边相邻接，第四侧壁26的另一边与第一侧壁23的另一边相邻接，且第一侧壁23与第二侧壁24之间的夹角或第一侧壁23与第四侧壁26之间的夹角可为但不限于小于或等于120度。此外，第一绕线通道29a及第二绕线通道29b较佳为相互平行，但不以此为限。再者，第一绕线通道29a的两个相对通道口的连线方向(如图3B所示的方向A)不垂直于第一侧壁23及第四侧壁26，即不与第一侧壁23及第四侧壁26垂直相交，第二绕线通道的29b两个相对通道口的连线方向(如图3B所示的方向B)不垂直于第二侧壁24及第三侧壁25，即不与第二侧壁24及第三侧壁25垂直相交。
图5A为公开本发明导电体的示范性预制结构。图5B为公开本发明导电体的示范性结构。于一些实施例中，导电体40可例如是由至少一铺铜层或至少一铜块所构成，且预先嵌埋于主体层30内，其中导电体40的构成可先以例如是铜块构成的预制结构23a埋入一电路板结构中，尔后通过控深铣等工艺将图5A所示的预制结构23a铣成图5B所示的导电体40的结构。导电体40可包含第一连接部241及第二连接部242。第一连接部241及第二连接部242分别埋设于主体层30的至少两壁面并位于第一面31与第二面32之间，且至少一绕组231a、231b横跨连接于第一连接部241以及第二连接部242之间，其中第一连接部241的第一端面至少部分外露于第一面31，例如形成功率转换模块1中的功率器件接脚面41，用以实现与图4的功率器件50a、50b分别的功率器件脚位SW的连接。第一连接部241的第二端面可选择性的外露于第二面32，此处并不做限定。第二连接部242的第二端面至少部分外露于第二面32，例如形成功率转换模块1中的输出正端接脚面43，用以实现图4输出正端Vo+的连接，并与输出电容Co的第二端连接。第二连接部242的第一端面可选择性的外露于第一面31，此处并不做限定。而于其它实施例中，第一面31的高度高于磁芯组件20的顶面21，第二面32的高度低于磁芯组件20的底面22。于一些实施例中，磁性组件20的主体层30与导电体40可以通过塑封(molding)工艺合成为一体式结构。主体层30可例如是环氧树脂模塑料，或是印刷电路板板材材料所构成，本发明并不以此为限。
又导电体40更可包含第三连接部243和第四连接部244。第三连接部243以及第四连接部244分别埋设于主体层30的两相对壁面并位于第一面31与第二面32之间。第三连接部243的第一端面和第四连接部244的第一端面至少部分外露于第一面31，例如各自形成功率转换模块1中的输入正端接脚面42和输出负端接脚面44，且第三连接部243的第二端面和第四连接部244的第二端面至少部分外露于第二面32，例如各自形成功率转换模块1中的输入正端接脚面42和输出负端接脚面44。其中输入正端接脚面42用以实现图4所示的输入正端Vin+的连接，输出负端接脚面44用以实现图4所示的输出负端Vo-的连接，并向上连接到功率器件层5的GND网络，向下连接到接脚层6的GND网络。该导电体40还可以包括其它连接部，其中多个连接部的第一端面至少部分外露于第一面31，其第二端面至少部分外露于第二面32，由此形成信号控制接脚面45和反馈信号接脚面46(如图2A所示)，信号控制接脚面45用以实现功率转换模块1的功率开关层5与接脚层6之间的信号连接，或者说实现功率转换模块1中的至少一功率器件与系统板之间的控制信号的传递，反馈信号接脚面46用以实现功率转换模块1的采样信号的电连接。
此外，接脚层6的输入正端接脚62电连接至导电体40外露在第二面32的输入正端接脚面42，输出正端接脚63电连接至导电体40外露在第二面32的输出正端接脚面43，输出负端接脚64电连接至导电体40外露在第二面32的输出负端接脚面44，信号控制接脚65电连接至导电体40外露在第二面32的信号控制接脚面45，反馈信号接脚66电连接至导电体40外露在第二面32的反馈信号接脚面46。功率器件层5的输入正端接触端532电连接导电体40外露在第一面31的输入正端接脚面42、功率器件接触端531电连接至导电体40外露在第一面31的功率器件接脚面41、输出负端接触端534电连接至导电体40外露在第一面31的输出负端接脚面44，信号控制接触端535电连接至导电体40外露在第一面31的信号控制接脚面45，反馈信号接触端536电连接至导电体40外露在第一面31的反馈信号接脚面46。
当然前述外露在第二面32上的多个输出正端接脚面43、输入正端接脚面42、输出负端接脚面44、信号控制接脚面45及反馈信号接脚面46可作为功率转换模块1的外接接脚而与系统板直接电连接，故功率转换模块1也可以不包括接脚层6，如此可减小功率转换模块1的厚度。
另外，针对磁芯组件20的构成而言，中柱27的构成材料可异于磁芯组件20的其余部分，例如中柱27的构成材料可为分布气隙的铁粉材料，磁芯组件20的其余部分的构成材料则可为铁氧体材料，由此磁芯组件20的磁芯损耗低，而中柱27的磁芯损耗没有明显增加。于一些实施例中，中柱27的截面积可例如与边柱28的截面积相等。
于一些实施例中，如图2A、2B、3A所示，磁芯组件20包含两个E型磁芯200，每一E型磁芯200包含三个柱体，其中的一个柱体位于其余两个柱体之间并构成中柱27的部分，其余两个柱体分别构成两个边柱28的部分。两个E型磁芯200相对设置，且其中的一个E型磁芯200的一面构成磁芯组件20的顶面21或底面22的其中之一，另一E型磁芯200的一面构成顶面21或底面22的其中另一。
图6为本发明的功率转换模块的磁芯组件的第二较佳实施例的立体结构图。再者，为了进一步增加中柱27的磁阻，降低中柱27和边柱28的磁密，提升磁性组件2的抗电流饱和性能，于一些实施例中，磁芯组件20的中柱27可包含气隙270，其中气隙270可位于中柱27的上方区域而与磁芯组件20的顶面21相邻，但不以此为限，气隙270亦可位于中柱27的下方区域而与磁芯组件20的底面22相邻，或者气隙270可位于中柱27的中间区域。
图7为本发明磁芯组件的第三较佳实施例的立体结构图。如图7所示，磁芯组件20并不局限于如前所述包含两个E型磁芯的构成方式，于其它实施例中，磁芯组件20亦可包含I型磁芯201以及E型磁芯202，其中E型磁芯202包含三个柱体，其中的一个柱体位于其余两个柱体之间并构成中柱27，其余两个柱体构成两个边柱28。I型磁芯201与E型磁芯202相对设置，且I型磁芯201的一面构成磁芯组件20的顶面21或底面22的其中之一，E型磁芯202的一面构成磁芯组件20的顶面21或底面22的其中另一。
图8A、图8B为图2A所示的磁性组件的另一变化例在不同视角下的立体结构图。当然，磁性组件2的磁芯组件并不局限于六面体结构，可为超过过六面体以上的结构，例如图8A和8B所示，磁性组件2的磁芯组件20a可为八面体结构，故磁芯组件20a相除了包含顶面80、底面81、第一侧壁82至第四侧壁85外，还包含第五侧壁86及第六侧壁87，其中第五侧壁86及第六侧壁87位于顶面80及底面81之间，且第五侧壁86相邻接于第一侧壁82及第二侧壁83之间，第六侧壁87相邻接于第三侧壁84及第四侧壁85之间。
以下将再示范性说明功率转换模块的各种可能实施方式，而由于后续提及的各实施方式的功率转换模块的结构皆相似于图1A、1B、2A、2B所示的功率转换模块，故后续仅以相同符号标示代表组件结构及功能相似而不再进行赘述。图9A及图9B为本发明第二较佳实施例的功率转换模块在不同视角下的立体结构图，图10A及图10B为图9A所示的功率转换模块在不同视角下的分解结构图。本实施例的功率转换模块1a的结构相似于图1A、1B所示的功率转换模块1，惟本实施例的功率转换模块1a将由图2A所示的功率器件50a、50b所构成的两个半桥桥臂封装为封装单元7，该封装单元7可以焊接方式设置于功率器件层5的电路板52的第一表面520上。另外，功率转换模块1a还包含有至少一输出电容元件70，该输出电容元件70设置于接脚层6的第一表面60上而位于磁性组件20及接脚层6之间，且输出电容元件70用以形成图4所示的输出电容Co，而通过将输出电容元件70设置于磁性组件20及接脚层6之间，可减少输出电压纹波。于一些实施例中，输出电容Co在水平面上的投影与磁芯组件20在水平面上的投影存在重叠区域。
图11A及图11B为本发明第三较佳实施例的功率转换模块在不同视角下的立体与部分透视结构图，图12A及图12B为图11A所示的功率转换模块在不同视角下的分解结构图。本实施例的功率转换模块1b与图1A、1B所示的功率转换模块1的差异在于功率转换模块1b将由图2A所示的功率器件50a、50b所构成的两个半桥桥臂及控制组件51皆内埋于电路板52内，借此降低率转换模块1b在印刷电路板组装(Printed Circuit Board Assembly,PCBA)的工艺难度，其中电路板52的第一表面520上并无任何电子元件，故有利于散热器(未图示)的安装。
图13A及图13B为本发明第四较佳实施例的功率转换模块在不同视角下的立体与部分透视结构图，图14A及图14B为图13A所示的功率转换模块在不同视角下的分解结构图。本实施例的功率转换模块1c与图1A、1B所示的功率转换模块1的差异在于为了降低功率转换模块1c的高度，功率转换模块1c将磁性组件2与电路板52封装为封装单元8，封装单元8包含彼此相对的第一表面88与第二表面89，封装单元88的第一表面88与电路板52的第一表面(未图示)相邻，且由图2A所示的功率器件50a、50b所构成的两个半桥桥臂及控制组件51以焊接方式设置于封装单元8的第一表面88上。封装单元8的第二表面89可与接脚层6相贴附，并且第二表面89上可形成前述的输入正端接脚面、输出负端接脚面、信号控制接脚面及反馈信号接脚面。
图15A及图15B为本发明第五较佳实施例的功率转换模块在不同视角下的立体结构图，图16A及图16B为图15A所示的功率转换模块在不同视角下的分解结构图。本实施例的功率转换模块1d与图13A所示的功率转换模块1c的差异在于为了进一步降低功率转换模块1d的高度，功率转换模块1d将磁性组件2、电路板52、设置于电路板52的第一面520上并由功率器件50a、50b所构成的两个半桥桥臂及控制组件51一起封装为封装单元9，封装单元9包含彼此相对的第一表面90与第二表面91，封装单元9的第一表面90与电路板52的第一表面(未图示)相邻，且由于封装单元9的第一表面90并无任何电子元件，故有利于散热器(未图示)的安装，封装单元9的第二表面91可与接脚层6相贴附，并且第二表面91上可形成前述的输入正端接脚面、输出负端接脚面、信号控制接脚面及反馈信号接脚面。
图17A及图17B为本发明第六较佳实施例的功率转换模块在不同视角下的立体及透视结构图。本实施例的功率转换模块1e与图15A所示的功率转换模块1d的差异在于为了再进一步降低功率转换模块1e的高度，功率转换模块1e将磁性组件2、电路板52与接脚层6一起封装为封装单元9a，封装单元9a包含彼此相对的第一表面9b与第二表面9c，封装单元9a的第一表面9b与电路板52的第一表面(未图示)相邻，且由于封装单元9b的第一表面9b并无任何电子元件，故有利于散热器(未图示)的安装。
于一些施例中，设置于电路板52的第一面520上并由功率器件50a、50b所构成的两个半桥桥臂及控制组件51亦可设置于封装单元9a内，且每一半桥桥臂(或称功率器件50a、50b)的顶面低于封装单元9a的第一表面9b。当然，于其它实施例中，由功率器件50a、50b所构成的两个半桥桥臂及控制组件5亦可设置于封装单元9a的第一表面9b上。
综上所述，本发明提供一种功率转换模块及其磁性组件，其中由于磁性组件的磁芯组件的第一绕线通道的两个相对通道口分别暴露于第一侧壁及第四侧壁，第二绕线通道的两个相对通道口分别暴露于第二侧壁及第三侧壁，换言之，即第一绕线通道的两个相对通道口及第二绕线通道的两个相对通道口是分别暴露于磁芯组件的四个相异侧壁，使得由设置于第一绕线通道及第二绕线通道中的两个绕组所构成的的相耦合的两个电感在结构布局上可较为对称分布，故相耦合的两个电感的输出端与功率变换模块的输出端子之间的距离可近似相等，如此一来，相耦合的两个电感的等效直流串联电阻的不对称性可大幅缩小，使得相耦合的两个电感的电流近似相等，如此可避免磁芯组件的边柱的直流磁通变大而减少边柱的磁通饱和现象，进而提升功率转换模块的性能。
本发明得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然而皆不脱如附权利要求所欲保护者。

Claims (31)

1.一种磁性组件，包含：
一磁芯组件，包含一顶面、一底面、一第一侧壁、一第二侧壁、一第三侧壁、一第四侧壁、一中柱及两个边柱，其中该第一侧壁、该第二侧壁、该第三侧壁、该第四侧壁分别位于该顶面及该底面之间，且该第一次侧壁与该第三侧壁相对、该第二侧壁与该第四侧壁相对，该中柱位于两个该边柱之间，且该中柱分别与两个该边柱定义出一第一绕线通道及一第二绕线通道，该第一绕线通道的两个通道口分别暴露于该第一侧壁及该第四侧壁，该第二绕线通道的两个通道口分别暴露于该第二侧壁及该第三侧壁；以及
两个绕组，每一该绕组至少部分设置于对应的该绕线通道内。
2.如权利要求1所述的磁性组件，其中该磁性组件还包含:
一主体层，包含一第一面以及一第二面，该第一面与该第二面为两相对面，其中该磁芯组件嵌设于该主体层，且该磁芯组件的该顶面相邻于该第一面，该磁芯组件的该底面相邻于该第二面；
一导电体，嵌设于该主体层的该第一面和该第二面之间，而至少部分外露于该第一侧壁、该第二侧壁、该第三侧壁及该第四侧壁，且包含两个该绕组。
3.如权利要求1或2所述的磁性组件，其中两个该绕线通道平行。
4.如权利要求1或2所述的磁性组件，其中该第一侧壁与该第二侧壁相邻接，该第三侧壁与该第四侧壁相邻接，且该第一侧壁与该第二侧壁之间或该第一侧壁与该第四侧壁之间的一夹角小于或等于120度。
5.如权利要求4所述的磁性组件，其中该第一绕线通道的该两个通道口的连线方向不垂直于该第一侧壁及该第四侧壁，该第二绕线通道的该两个通道口的连线方向不垂直于该第二侧壁及该第三侧壁。
6.如权利要求2所述的磁性组件，其中该导电体由至少一铺铜层或至少一铜块所构成，且预先嵌埋于该主体层内。
7.如权利要求2所述的磁性组件，其中该导电体包含一第一连接部以及一第二连接部，该第一连接部以及该第二连接部分别埋设于该主体层的至少两壁面，至少一该绕组横跨连接于该第一连接部以及该第二连接部之间，该第一连接部的一端面至少部分外露于该主体层的该第一面，形成一功率器件接脚面，该第二连接部的一端面至少部分外露于该主体层的该第二面，形成一输出正端接脚面。
8.如权利要求7所述的磁性组件，其中该主体层的该第一面的高度高于该磁芯组件的该顶面，该主体层的该第二面的高度低于磁芯组件的该底面。
9.如权利要求1所述的磁性组件，其中该中柱的构成材料异于该磁芯组件的其余部分。
10.如权利要求9所述的磁性组件，其中该中柱的构成材料为分布气隙的铁粉材料，该磁芯组件的其余部分的构成材料为铁氧体材料。
11.如权利要求1所述的磁性组件，其中该中柱包含一气隙。
12.如权利要求11所述的磁性组件，其中该气隙位于该中柱的上方区域而与该顶面相邻、该气隙位于该中柱的下方区域而与该底面相邻或该气隙位于该中柱的中间区域。
13.如权利要求1所述的磁性组件，其中该磁芯组件包含:
一I型磁芯；以及
一E型磁芯，该E型磁芯包含三个柱体，其中的一个该柱体位于其余两个该柱体之间并构成该中柱，其余两个该柱体构成两个该边柱；
其中该I型磁芯与该E型磁芯相对设置，且该I型磁芯的一面构成该顶面或该底面的其中之一，该E型磁芯的一面构成该顶面或该底面的其中另一。
14.如权利要求1所述的磁性组件，其中该磁芯组件包含:
两个E型磁芯；每一该E型磁芯包含三个柱体，其中的一个该柱体位于其余两个该柱体之间并构成该中柱的部分，其余两个该柱体分别构成两个该边柱的部分；
其中两个该E型磁芯相对设置，且其中的一个该E型磁芯的一面构成该顶面或该底面的其中之一，另一个该E型磁芯的一面构成该顶面或该底面的其中另一。
15.如权利要求1所述的磁性组件，其中该磁芯组件还包含一第五侧壁及一第六侧壁，该第五侧壁及该第六侧壁位于该顶面及该底面之间，且该第五侧壁相邻接于该第一侧壁及该第二侧壁之间，该第六侧壁相邻接于该第三侧壁及该第四侧壁之间。
16.一种功率转换模块，包含:
至少一电感，由一磁性组件构成，其中该磁性组件包含：
一主体层，包含一第一面以及一第二面，该第一面与该第二面为两相对面；
一磁芯组件，包含一顶面、一底面、一第一侧壁、一第二侧壁、一第三侧壁、一第四侧壁、一中柱及两个边柱，其中该第一侧壁、该第二侧壁、该第三侧壁、该第四侧壁分别位于该顶面及该底面之间，且该第一次侧壁与该第三侧壁相对、该第二侧壁与该第四侧壁相对，该中柱位于两个该边柱之间，且该中柱分别与两个该边柱定义出一第一绕线通道及一第二绕线通道，该第一绕线通道的两个通道口分别暴露于该第一侧壁及该第四侧壁，该第二绕线通道的两个通道口分别暴露于该第二侧壁及该第三侧壁；以及
一导电体，嵌设于该主体层的该第一面和该第二面之间，且至少部分外露于该第一侧壁、该第二侧壁、该第三侧壁及该第四侧壁，并包含两个绕组，每一该绕组至少部分设置于对应的该绕线通道内；以及
一功率器件层，设置于该主体层的该第一面，其中该功率器件层包含至少一功率器件，该至少一功率器件电连接该导电体；
其中两个该绕组上的电流方向相反。
17.如权利要求16所述的功率转换模块，其中该功率器件层包含一电路板，该至少一功率器件设置在该电路板上，其中该电路板包含彼此相对的一第一表面以及一第二表面，该第二表面与该主体层的该第一面相邻。
18.如权利要求17所述的功率转换模块，其中该至少一功率器件包含两个该功率器件，每一该功率器件包含两个开关而构成一半桥桥臂。
19.如权利要求18所述的功率转换模块，其中两个该功率器件以该电路板上一对角线对称地设置于该电路板的该第一表面上。
20.如权利要求18所述的功率转换模块，其中两个该功率器件集成封装为一封装单元并设置于该电路板上的该第一表面上。
21.如权利要求18所述的功率转换模块，其中两个该功率器件内埋于该电路板内。
22.如权利要求18所述的功率转换模块，其中该磁性组件与该电路板封装为一封装单元，该封装单元包含彼此相对的一第一表面与一第二表面，该封装单元的该第一表面与该电路板的该第一表面相邻，且两个该功率器件设置于该封装单元的该第一表面上。
23.如权利要求18所述的功率转换模块，其中该磁性组件与该电路板及设置于该电路板的该第一面的两个该功率器件封装为一封装单元，该封装单元包含彼此相对的一第一表面与一第二表面，该封装单元的该第一表面与该电路板的该第一表面相邻。
24.如权利要求18所述的功率转换模块，其中该导电体包含一第一连接部以及一第二连接部，该第一连接部以及该第二连接部分别埋设于该主体层的至少两壁面，至少一该绕组横跨连接于该第一连接部以及该第二连接部之间，该第一连接部的一端面至少部分外露于该第一面，形成一功率器件接脚面并与该至少一半桥桥臂电连接，该第二连接部的一端面至少部分外露于该第二面，形成一输出正端接脚面。
25.如权利要求24所述的功率转换模块，其中的一个该绕组的一第一端电连接于其中的一个该半桥桥臂，且另一个该绕组的一第一端电连接于另一该半桥桥臂，且每一该半桥桥臂在该电路板所在水平面上的投影与另一该半桥桥臂电连接的该绕组在该电路板所在水平面上的投影存在重叠区域。
26.如权利要求24所述的功率转换模块，还包括一第三连接部和第四连接部，分别埋设于该主体层的该第一面和该第二面之间，且该第三、四连接部的两个端面至少部分分别外露于该第一面和该第二面，且各自在该第一面和该第二面形成一输入正端接脚面、一输入负端接脚面、一控制信号接脚面和一反馈信号接脚面。
27.如权利要求26所述的功率转换模块，还包含一接脚层，设置于该主体层的该第二面，其中该接脚层包含彼此相对的一第一表面与一第二表面以及设置于该第一表面的一输入正端接脚、一输出正端接脚、一输出负端接脚、一信号控制接脚和一反馈信号接脚，其中该输入正端接脚电连接至该导电体外露在该第二面的该输入正端接脚面，该输出正端接脚电连接至该导电体外露在该第二面的该输出正端接脚面，且该输出负端接脚电连接至该导电体外露在该第二面的该输出负端接脚面，该信号控制接脚电连接至该导电体外露在该第二面的该信号控制接脚面，该反馈信号接脚电连接至该导电体外露在该第二面的该反馈信号接脚面。
28.如权利要求27所述的功率转换模块，其中该磁性组件与该电路板、该接脚层封装为一封装单元，该封装单元包含彼此相对的一第一表面与一第二表面，该封装单元的该第一表面与该电路板的该第一表面相邻，且两个该功率器件设置于该封装单元的该第一表面上。
29.如权利要求27所述的功率转换模块，该磁性组件与两个该功率器件，该电路板、该接脚层封装为一封装单元，该封装单元包含彼此相对的一第一表面与一第二表面，该封装单元的该第一表面与该电路板的该第一表面相邻，且每一该功率器件的顶面低于该封装单元的该第一表面。
30.如权利要求27所述的功率转换模块，还包括一输出电容，设置于该磁性组件及该接脚层之间。
31.如权利要求16所述的功率转换模块，还包含至少一输入电容，设置于该功率器件层与该磁性组件之间。
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