CN115762993A - 磁性组件及电子装置 - Google Patents

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CN115762993A CN202210037690.2A CN202210037690A CN115762993A CN 115762993 A CN115762993 A CN 115762993A CN 202210037690 A CN202210037690 A CN 202210037690A CN 115762993 A CN115762993 A CN 115762993A
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Abstract

本发明提出一种磁性组件及电子装置。磁芯组件的第一内磁柱组及第一外磁柱之间具有第一通道,第二内磁柱组及第一内磁柱组之间具有第二通道,第二内磁柱组及第二外磁柱之间具有第三通道,绕组组件包含四个耦合绕组,每一耦合绕组具有第一端及第二端,四个第一端中的其中之一第一端相邻于磁芯组件的第一侧及第一通道,四个第一端中的另一第一端相邻于磁芯组件的第一侧及第三通道,四个第一端中剩余的两个第一端相邻于磁芯组件的第一侧及第二通道,四个第二端中的其中之一第二端相邻于磁芯组件的第二侧及第一通道,四个第二端中的另一第二端相邻于磁芯组件的第二侧及第三通道,四个第二端中剩余的两个第二端相邻于磁芯组件的第二侧及第二通道。

Description

磁性组件及电子装置
技术领域
本发明涉及一种磁性组件,尤其涉及一种应用于电子装置的磁性组件。
背景技术
随着互联网、云端运算、电动车及工业自动化等技术的提升,电力的消耗越来越大,因此电源的需求也越来越大,使得电子装置必须朝高功率密度及高效率的方向发展。为了满足高效率和高功率密度的电源需求,目前业界做法为将电子装置(例如功率变换模块)内12V的母线电压提升到48V,来减少母线上的电流损耗和母线的成本。然若母线电压欲从12V上升到48V,则需采用两级变换器(例如比例变换器及buck变换器),以达到功率变换的效果,然而上述具有两级变换器的功率变换模块的效率较低,且应用较为复杂。
因此,如何发展一种磁性组件及电子装置来解决现有技术所面临的问题,实为本领域急需面对的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁性组件及电子装置,其具有体积较小、效率较高且应用较为简易的优势。
为达上述目的,本发明的一较佳实施例为提供一种磁性组件,包含磁芯组件及绕组组件。磁芯组件包含上磁盖、下磁盖、第一外磁柱、第二外磁柱、第一内磁柱组及第二内磁柱组。下磁盖与上磁盖相对设置。第一外磁柱位于上磁盖的第一端及下磁盖的第一端之间。第二外磁柱位于上磁盖的第二端及下磁盖的第二端之间。第一内磁柱组位于上磁盖及下磁盖之间,且位于第一外磁柱及第二外磁柱之间,并相邻于第一外磁柱,其中第一内磁柱组及第一外磁柱之间具有第一通道。第二内磁柱组位于上磁盖及下磁盖之间,且位于第一外磁柱及第二外磁柱之间,并相邻于第二外磁柱,其中第二内磁柱组及第一内磁柱组之间具有第二通道,且第二内磁柱组及第二外磁柱之间具有第三通道。绕组组件包含四个耦合绕组,每一耦合绕组具有第一端及第二端,其中四个耦合绕组的四个第一端中的其中之一第一端相邻于磁芯组件的第一侧及第一通道,四个耦合绕组的四个第一端中的另一第一端相邻于磁芯组件的第一侧及第三通道,四个耦合绕组的四个第一端中剩余的两个第一端相邻于磁芯组件的第一侧及第二通道,四个耦合绕组的四个第二端中的其中之一第二端相邻于磁芯组件的第二侧及第一通道,四个耦合绕组的四个第二端中的另一第二端相邻于磁芯组件的第二侧及第三通道,四个耦合绕组的四个第二端中剩余的两个第二端相邻于磁芯组件的第二侧及第二通道。
为达上述目的,本发明的另一较佳实施例为提供一种电子装置,包含电路板、磁性组件及至少一开关。电路板包含相对的第一面、第二面以及多个连接孔,多个连接孔皆穿设于电路板。磁性组件具有上述的技术特征,且磁性组件的四个耦合绕组设置于电路板内,且上磁盖设置于电路板的第一面,下磁盖设置于电路板的第二面,磁性组件的第一外磁柱、第二外磁柱、第一内磁柱组及第二内磁柱组穿过对应的连接孔。至少一开关通过电路板内的布线与磁性组件电连接。
本发明的有益效果在于,本发明的功率变换模块利用磁性组件的磁芯组件及绕组组件的设置不仅达到变压器的降压功能,且同时实现了具有大电感量的多相输出电感,亦即本发明的功率变换模块仅为单级变换器即可达到降压及滤波功能,相较于传统功率变换模块需利用两级变换器进行降压,本发明的功率变换模块利用磁性组件的磁芯组件及绕组组件的设置,有效地减小了磁性组件的体积并提升了磁性组件的集成度,使得功率变换模块具有输出纹波小,体积小、效率较高且应用较为简易的优势。
附图说明
图1A为本发明第一实施例的功率变换模块的结构示意图。
图1B为图1A所示的功率变换模块的另一视角的结构示意图。
图1C为图1A所示的功率变换模块的爆炸结构示意图。
图2为图1A所示的功率变换模块的磁芯组件的结构示意图。
图3为图1A所示的功率变换模块的等效电路拓扑图。
图4为图1A所示的功率变换模块的部分元件的信号波形示意图。
图5为图1A所示的功率变换模块的磁性组件的磁芯组件及绕组组件的结构示意图。
图6A为图1A所示的功率变换模块的磁芯组件沿A-A’方向的剖面示意图。
图6B为图1A所示的功率变换模块的磁芯组件沿A-A’方向的另一实施例的剖面示意图。
图7为本发明第二实施例的功率变换模块的磁性组件的磁芯组件及绕组组件的结构示意图。
图8为本发明第三实施例的功率变换模块的磁性组件的磁芯组件及绕组组件的结构示意图。
图9A为本发明第四实施例的功率变换模块的结构示意图。
图9B为图9A所示的功率变换模块的另一视角的结构示意图。
图10为图9A所示的功率变换模块的等效电路拓扑图。
图11为图9A所示的功率变换模块的部分元件的信号波形示意图。
图12为图9A所示的功率变换模块的磁性组件的磁芯组件及绕组组件的结构示意图。
图13为本发明第五实施例的磁性组件的磁芯组件的结构示意图。
图14为图13所示的磁性组件的磁芯组件及绕组组件的结构示意图。
图15为本发明第六实施例的磁性组件的磁芯组件及绕组组件的结构示意图。
图16为图15所示的功率变换模块的等效电路拓扑图。
附图标记如下:
1、1c、1d:功率变换模块
Vin+:输入正端
Vin-:输入负端
Vo+:输出正端
Vo-:输出负端
2:开关电路
T:变压器
31:第一整流电路
32:第二整流电路
33:控制电路
Co:输出电容
Lin:输入电感
21:半桥开关桥臂
22:电容桥臂
Q1:上开关管
Q2:下开关管
C1:第一电容
C2:第二电容
NP:原边绕组
NP1:第一原边绕组
NP2:第二原边绕组
NS11:第一副边绕组
NS12:第二副边绕组
NS21:第三副边绕组
NS22:第四副边绕组
A:半桥开关桥臂中点
B:电容桥臂中点
VAB:半桥开关桥臂中点及电容桥臂中点之间的电压
M11:第一整流开关管
M12:第二整流开关管
M21:第三整流开关管
M22:第四整流开关管
4:电路板
41:第一面
42:第二面
431:第一连接孔
432:第二连接孔
433:第三连接孔
434:第四连接孔
435:第五连接孔
436:第六连接孔
5、5a、5b、5c、5d、5e:磁性组件
51、51h:磁芯组件
52、52c、52d:绕组组件
51a:第一侧
51b:第二侧
51c:第三侧
51d:第四侧
511:上磁盖
512:下磁盖
513:第一外磁柱
514:第二外磁柱
515:第一内磁柱组
515a:第一内磁柱
515b:第二内磁柱
516:第二内磁柱组
516a:第三内磁柱
516b:第四内磁柱
61:正输出导接端
62:负输出导接端
63:正输入导接端
64:信号导接端
65:辅助电源导接端
66:控制信号导接端
517a:第一通道
517b:第二通道
517c:第三通道
517d:第四通道
517e:第五通道
L1:第一连接线
L2:第二连接线
L3:第三连接线
L4:第四连接线
511a、512a:第一区段
511b、512b:第二区段
511c、512c:第三区段
2a:第一开关电路
2b:第二开关电路
T1:第一变压器
T2:第二变压器
31a:第一整流电路
32a:第二整流电路
31b:第三整流电路
32b:第四整流电路
11a:第一基本功率变换单元
11b:第二基本功率变换单元
21a、21b:半桥开关桥臂
22a、22b:电容桥臂
Q11、Q21:上开关管
Q12、Q22:下开关管
C11、C21:第一电容
C12、C22:第二电容
NP3:第三原边绕组
NP4:第四原边绕组
NS31:第五副边绕组
NS32:第六副边绕组
NS41:第七副边绕组
NS42:第八副边绕组
C:半桥开关桥臂中点
D:电容桥臂中点
VCD:半桥开关桥臂中点及电容桥臂中点之间的电压
M31:第五整流开关管
M32:第六整流开关管
M41:第七整流开关管
M42:第八整流开关管
51f:第一磁芯组件
51g:第二磁芯组件
52a:第一绕组组件
52b:第二绕组组件
71:第一降压变换电路
Q1A:上开关管
Q1B:下开关管
Lo1:第一耦合电感
72:第二降压变换电路
Q2A:上开关管
Q2B:下开关管
Lo2:第二耦合电感
73:第三降压变换电路
Q3A:上开关管
Q3B:下开关管
Lo3:第三耦合电感
74:第四降压变换电路
Q4A:上开关管
Q4B:下开关管
Lo4:第四耦合电感
81:第一耦合绕组
82:第二耦合绕组
83:第三耦合绕组
84:第四耦合绕组
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使用,而非用于限制本发明。
请参阅图1A至图5,其中图1A为本发明第一实施例的功率变换模块的结构示意图,图1B为图1A所示的功率变换模块的另一视角的结构示意图,图1C为图1A所示的功率变换模块的爆炸结构示意图,图2为图1A所示的功率变换模块的磁芯组件的结构示意图,图3为图1A所示的功率变换模块的等效电路拓扑图,图4为图1A所示的功率变换模块的部分元件的信号波形示意图,图5为图1A所示的功率变换模块的磁性组件的磁芯组件及绕组组件的结构示意图。于电路拓扑上,如图3所示,本实施例的电子装置1包含输入正端Vin+、输入负端Vin-、输出正端Vo+、输出负端Vo-、开关电路2、磁性组件(例如变压器)T、第一整流电路31、第二整流电路32及输出电容Co,于本实施例中,电子装置1可为但不限为功率变换模块,以下以功率变换模块1进行说明,其中本实施例的输入负端Vin-不与输出负端Vo-短接,构成一隔离型的功率变换模块;在其它实施例中,功率变换模块1的输入负端Vin-可以短接输出负端Vo-,构成一非隔离型的功率变换模块。开关电路2包含输入电感Lin、半桥开关桥臂21及电容桥臂22。输入电感Lin的第一端与输入正端Vin+电性连接。半桥开关桥臂21及电容桥臂22构成一半桥电路,其中半桥开关桥臂21电性连接于输入电感Lin的第二端与输入负端Vin-之间,且包含上开关管Q1及下开关管Q2,上开关管Q1及下开关管Q2串联连接,其中上开关管Q1及下开关管Q2之间的连接点形成半桥开关桥臂中点A。于一些实施例中,上开关管Q1及下开关管Q2可分别为金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)、碳化硅(Sic)或氮化镓(GaN)所构成。电容桥臂22电性连接于输入电感Lin的第二端与输入负端Vin-之间,并与半桥开关桥臂21并联连接,且电容桥臂22包含第一电容C1及第二电容C2,第一电容C1与第二电容C2串联连接,其中第一电容C1及第二电容C2之间的连接点形成电容桥臂中点B。
变压器T包含原边绕组NP、第一副边绕组NS11、第二副边绕组NS12、第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22。这里,原边绕组NP可以等效为两个子绕组,即第一原边绕组NP1及第二原边绕组NP2串联连接于半桥开关桥臂中点A及电容桥臂中点B之间,其中第一原边绕组NP1的第一端(即原边绕组NP的第一端)电性连接于半桥开关桥臂中点A,第一原边绕组NP1的第二端电性连接于第二原边绕组NP2的第一端,第二原边绕组NP2的第二端(即原边绕组NP的第二端)电性连接于电容桥臂中点B,其中第一原边绕组NP1的第一端及第二原边绕组NP2的第一端同为点端,即代表第一原边绕组NP1的第一端及第二原边绕组NP2的第一端极性相同,于图3中以黑点标示,第一原边绕组NP1的第二端及第二原边绕组NP2的第二端同为非点端,即代表第一原边绕组NP1的第二端及第二原边绕组NP2的第二端极性相同,于图3中则未标示黑点,其中第一原边绕组NP1的第二端与第二原边绕组NP2的第一端的极性相反,其中第一原边绕组NP1、第二原边绕组NP2及开关电路2共同构成功率变换模块1的原边电路。且于本实施例中,原边绕组NP的总匝数为N,第一原边绕组NP1的匝数及第二原边绕组NP2的匝数皆为0.5N匝,其中N为子绕组数量的倍数,例如本实施例的原边绕组等效为两个子绕组,即第一原边绕组和第二原边绕组,则N为2的倍数。
第一副边绕组NS11及第二副边绕组NS12串联连接,以分别与第一原边绕组NP1相互耦合,其中第一副边绕组NS11的第二端与第二副边绕组NS12的第二端相互电性连接,且与输出正端Vo+电性连接,其中第一副边绕组NS11的第二端与第二副边绕组NS12的第二端极性相反,而第一副边绕组NS11的第一端及第二副边绕组NS12的第二端与第一原边绕组NP1的第一端(点端)极性相反,于图3中则未标示黑点,第一副边绕组NS11的第二端及第二副边绕组NS12的第一端与第一原边绕组NP1的第一端(点端)极性相同,于图3中以黑点标示,且于本实施例中,第一副边绕组NS11的匝数及第二副边绕组NS12的匝数皆为1匝。
第一整流电路31包含第一整流开关管M11及第二整流开关管M12,第一整流开关管M11的漏极电性连接于第一副边绕组NS11的第一端,第二整流开关管M12的漏极电性连接于第二副边绕组NS12的第一端,第一整流开关管M11的源极及第二整流开关管M12的源极相连接,且与输出负端Vo-电性连接,其中第一副边绕组NS11、第二副边绕组NS12及第一整流电路31共同构成功率变换模块1的第一副边电路。
第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22串联连接,以与第二原边绕组NP2相互耦合,其中第三副边绕组NS21的第二端与第四副边绕组NS22的第二端相互电性连接,且与输出正端Vo+电性连接,其中第三副边绕组NS21的第二端与第四副边绕组NS22的第二端极性相反,第三副边绕组NS21的第一端及第四副边绕组NS22的第二端与第二原边绕组NP2的第一端(点端)极性相反,于图3中则未标示黑点,第三副边绕组NS21的第二端及第四副边绕组NS22的第一端与第二原边绕组NP2的第一端(点端)极性相同,于图3中以黑点标示,且于本实施例中,第三副边绕组NS21的匝数及第四副边绕组NS22的匝数皆为1匝。
第二整流电路32包含第三整流开关管M21及第四整流开关管M22,第三整流开关管M21的漏极电性连接于第三副边绕组NS21的第一端,第四整流开关管M22的漏极电性连接于第四副边绕组NS22的第一端,第三整流开关管M21的源极及第四整流开关管M22的源极相连接,且与输出负端Vo-电性连接,其中第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22及第二整流电路32共同构成功率变换模块1的第二副边电路。于一些实施例中,第一整流开关管M11、第二整流开关管M12、第三整流开关管M21及第四整流开关管M22可分别为金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)、碳化硅(Sic)、氮化镓(GaN)或二极管所构成。输出电容Co的两端电性连接于输出正端Vo+及输出负端Vo-之间。
且于本实施例中,功率变换模块1还包含多个驱动电路(未图示)及控制电路33,其中驱动电路的个数相等于开关管的个数,例如六个驱动电路,每一驱动电路与上开关管Q1、下开关管Q2、第一整流开关管M11、第二整流开关管M12、第三整流开关管M21及第四整流开关管M22中对应的开关管电性连接。控制电路33与六个驱动电路电连接,而控制电路33产生六组脉宽调制信号,以使驱动电路根据每一脉宽调制信号而产生驱动信号来驱动对应的开关管,故功率变换模块1利用驱动信号使得对应的开关管导通或关断而达到将输入电压Vin降压为输出电压Vo的功能,以下将进一步利用开关管的信号波形图说明功率变换模块1的作动方式。
请参阅图4并配合图3。于图4中,VGS_Q1、VGS_Q2、VGS_M11、VGS_M12、VGS_M21及VGS_M22分别为上开关管Q1、下开关管Q2、第一整流开关管M11、第二整流开关管M12、第三整流开关管M21及第四整流开关管M22的栅极-源极电压,VAB则为半桥开关桥臂中点A及电容桥臂中点B之间的电压,即第一原边绕组NP1的第一端及第二原边绕组NP2的第二端之间的跨压。
如图4所示,上开关管Q1所接收的第一驱动信号与上开关管Q1的栅极-源极电压VGS_Q1相对应,下开关管Q2所接收第二驱动信号与下开关管Q2的栅极-源极电压VGS_Q2相对应,其中第一驱动信号的占空比相等于第二驱动信号的占空比,且第一驱动信号与第二驱动信号之间错相180度。第一整流开关管M11与第三整流开关管M21皆接收第三驱动信号而同步导通及关断,第三驱动信号与第一整流开关管M11的栅极-源极电压VGS_M11及第三整流开关管M21的栅极-源极电压VGS_M21相对应,而使得与第一整流开关管M11相连接的第一副边绕组NS11的两端电压以及与第三整流开关管M21相连接的第三副边绕组NS21的两端电压之间频率相同且相位相同,其中第三驱动信号与第二驱动信号之间互补。第二整流开关管M12与第四整流开关管M22皆接收第四驱动信号而同步导通及关断,第四驱动信号与第二整流开关管M12的栅极-源极电压VGS_M12及第四整流开关管M22的栅极-源极电压VGS_M22相对应,而使得与第二整流开关管M12相连接的第二副边绕组NS12的两端电压以及与第四整流开关管M22相连接的第四副边绕组NS22的两端电压之间频率相同且相位相同,其中第四驱动信号与第一驱动信号之间互补。如图3所示,半桥开关桥臂中点A及电容桥臂中点B之间的电压VAB为交流的三电平信号,即电压VAB具有三种准位的信号,即Vin/2、0及-Vin/2,当第一驱动信号的占空比和第二驱动信号的占空比接近于50%时,电压VAB中的0电压所占的区间接近于零,仅与第一驱动信号和第二驱动信号之间的死区时间所占的区间相对应。而于一些实施例中,电容桥臂22的第一电容C1及第二电容C2可分别替换为开关管,即开关电路2中具有两个开关桥臂,而该两个开关桥臂内的开关管的驱动方式并不局限,仅需满足电压VAB为交流的三电平信号而具有三种准位(Vin/2、0及-Vin/2)的信号即可,于一些实施例中,电压VAB之间可通过增加隔直电容的方法或其他均流手段,以避免直流电流流经半桥开关桥臂中点A及电容桥臂中点B之间。
而于实际结构中,如图1A、图1B、图1C及图2并配合图3的电路拓扑图可知,功率变换模块1设置于系统板(未图示)上,且功率变换模块1包含电路板4、磁性组件5、上开关管Q1、下开关管Q2、第一电容C1、第二电容C2、多个整流开关管M11、M12、M21、M22。电路板4包含第一面41、第二面42、第一连接孔431、第二连接孔432、第三连接孔433、第四连接孔434、第五连接孔435及第六连接孔436。第一面41及第二面42相对设置,第一连接孔431及第二连接孔432可为但不限为长条形结构,第二连接孔432更由电路板4的一侧壁内凹所形成,第三连接孔433、第四连接孔434、第五连接孔435及第六连接孔436可为但不限为圆形结构,第一连接孔431、第二连接孔432、第三连接孔433、第四连接孔434、第五连接孔435及第六连接孔436皆穿设于电路板4,其中第三连接孔433、第四连接孔434、第五连接孔435及第六连接孔436位于第一连接孔431及第二连接孔432之间,且第三连接孔433位于第六连接孔436及第一连接孔431之间,第四连接孔434位于第五连接孔435及第一连接孔431之间,第五连接孔435位于第四连接孔434及第二连接孔432之间,第六连接孔436位于第三连接孔433及第二连接孔432之间,其中第三连接孔433至第一连接孔431之间的最短距离相等于第四连接孔434至第一连接孔431之间的最短距离,第五连接孔435至第二连接孔432之间的最短距离相等于第六连接孔436至第二连接孔432之间的最短距离。
磁性组件5用以构成图2所示的变压器T,且包含磁芯组件51及绕组组件52,其中绕组组件52设置于电路板4内,其绕制方式将于图5中说明。如图1C及图2所示,磁芯组件51包含第一侧51a、第二侧51b、第三侧51c、第四侧51d、上磁盖511、下磁盖512、第一外磁柱513、第二外磁柱514、第一内磁柱组515及第二内磁柱组516。第一侧51a及第二侧51b相对设置。第三侧51c及第四侧51d相对设置且位于第一侧51a及第二侧51b之间。上磁盖511位于电路板4的第一面41。下磁盖512位于电路板4的第二面42,并与上磁盖511相对设置,其中上磁盖511与下磁盖512以扣合的方式设置于电路板4上。第一外磁柱513位于上磁盖511的第一端及下磁盖512的第一端之间,且第一外磁柱513远离于第二外磁柱514的外壁面构成磁芯组件51的第三侧51c,且第一外磁柱513更穿设电路板4的第一连接孔431。于本实施例中,如图1C及图2所示,第一外磁柱513可由两个子磁柱所构成,其中第一外磁柱513的其中之一子磁柱连接于上磁盖511,第一外磁柱513的另一子磁柱连接于下磁盖512,而于另一些实施例中,第一外磁柱513可为单一结构所构成。第二外磁柱514位于上磁盖511的第二端及下磁盖512的第二端之间,且第二外磁柱514远离第一外磁柱513的外壁面构成磁芯组件51的第四侧51d,且第二外磁柱514更穿设电路板4的第二连接孔432。上磁盖511的第一端与第二端相对设置,下磁盖512的第一端与第二端相对设置。于本实施例中,如图1C及图2所示,第二外磁柱514可由两个子磁柱所构成,其中第二外磁柱514的其中之一子磁柱连接于上磁盖511,第二外磁柱514的另一子磁柱连接于下磁盖512,而于另一些实施例中,第二外磁柱514可为单一结构所构成。
于本实施例中,第一内磁柱组515包含第一内磁柱515a及第二内磁柱515b,第一内磁柱515a及第二内磁柱515b分别位于第一外磁柱513及第二外磁柱514之间,第一内磁柱515a及第二内磁柱515b相较于第二外磁柱514而相邻于第一外磁柱513,且第一内磁柱515a相邻于磁芯组件51的第一侧51a,第一内磁柱515a更穿设电路板4的第三连接孔433,第二内磁柱515b相邻于磁芯组件51的第二侧51b,第二内磁柱515b更穿设电路板4的第四连接孔434,其中第一内磁柱515a至第一外磁柱513之间的最短距离相等于第二内磁柱515b至第一外磁柱513之间的最短距离,而于另一些实施例中,第一内磁柱515a至第一外磁柱513之间的最短距离可不相等于第二内磁柱515b至第一外磁柱513之间的最短距离。于本实施例中,如图1C及图2所示,第一内磁柱515a及第二内磁柱515b可分别由两个子磁柱所构成,其中第一内磁柱515a的其中之一子磁柱及第二内磁柱515b的其中之一子磁柱连接于上磁盖511,第一内磁柱515a的另一子磁柱及第二内磁柱515b的另一子磁柱连接于下磁盖512,而于另一些实施例中,第一内磁柱515a及第二内磁柱515b可分别为单一结构所构成。
于本实施例中,第二内磁柱组516包含第三内磁柱516a及第四内磁柱516b,第三内磁柱516a及第四内磁柱516b分别位于第一外磁柱513及第二外磁柱514之间,第三内磁柱516a及第四内磁柱516b相较于第一外磁柱513而相邻于第二外磁柱514,且第三内磁柱516a相邻于磁芯组件51的第二侧51b,第三内磁柱516a更穿设电路板4的第五连接孔435,第四内磁柱516b相邻于磁芯组件51的第一侧51a,第四内磁柱516b更穿设电路板4的第六连接孔436,其中第三内磁柱516a至第二外磁柱514之间的最短距离相等于第四内磁柱516b至第二外磁柱514之间的最短距离,而于另一些实施例中,第三内磁柱516a至第二外磁柱514之间的最短距离可不相等于第四内磁柱516b至第二外磁柱514之间的最短距离。于本实施例中,如图1C及图2所示,第三内磁柱516a及第四内磁柱516b可分别由两个子磁柱所构成,其中第三内磁柱516a的其中之一子磁柱及第四内磁柱516b的其中之一子磁柱连接于上磁盖511,第三内磁柱516a的另一子磁柱及第四内磁柱516b的另一子磁柱连接于下磁盖512,而于另一些实施例中,第三内磁柱516a及第四内磁柱516b可分别为单一结构所构成。
如图1A及图1C所示,两个上开关管Q1、两个下开关管Q2、两个第一电容C1及两个第二电容C2排列设置于电路板4的第一面41,且于磁芯组件51设置于电路板4上时相邻于磁芯组件51的第二侧51b,其中每一第一电容C1与对应的第二电容C2相邻设置,且两个上开关管Q1及两个下开关管Q2交错设置于两个第一电容C1之间。其中,两个上开关管Q1经由电路板4内的布线并联连接,两个下开关管Q2经由电路板4内的布线并联连接,两个第一电容C1经由电路板4内的布线并联连接,两个第二电容C2经由电路板4内的布线并联连接。两个第一整流开关管M11分别设置于电路板4的第一面41和第二面42,且两个第一整流开关管M11相对电路板4镜像摆放,两个第一整流开关管M11于磁芯组件51设置于电路板4上时相邻于磁芯组件51的第一侧51a,两个第一整流开关管M11经由电路板4内的布线并联连接。两个第二整流开关管M12分别设置于电路板4的第一面41和第二面42,且两个第二整流开关管M12相对电路板4镜像摆放,两个第二整流开关管M12于磁芯组件51设置于电路板4上时相邻于磁芯组件51的第一侧51a,两个第二整流开关管M12经由电路板4内的布线并联连接。两个第三整流开关管M21分别设置于电路板4的第一面41和第二面42,且两个第三整流开关管M21相对电路板4镜像摆放,两个第三整流开关管M21于磁芯组件51设置于电路板4上时相邻于磁芯组件51的第一侧51a,两个第三整流开关管M21经由电路板4内的布线并联连接。两个第四整流开关管M22分别设置于电路板4的第一面41和第二面42,且两个第四整流开关管M22相对电路板4镜像摆放,两个第四整流开关管M22于磁芯组件51设置于电路板4上时相邻于磁芯组件51的第一侧51a,两个第四整流开关管M22经由电路板4内的布线并联连接。于本实施例中,第二整流开关管M12、第一整流开关管M11、第四整流开关管M22及第三整流开关管M21依序排列设置。控制电路33位于电路板4的第一面41,且相邻于第二整流开关管M12。于另一实施例中,分别设置于电路板4的第一面41和第二面42的两个第一整流开关管M11,在第一面41或第二面42上的投影部分重合;分别设置于电路板4的第一面41和第二面42的两个第二整流开关管M12,在第一面41或第二面42上的投影部分重合;分别设置于电路板4的第一面41和第二面42的两个第三整流开关管M21,在第一面41或第二面42上的投影部分重合;分别设置于电路板4的第一面41和第二面42的两个第四整流开关管M22,在第一面41或第二面42上的投影部分重合。
请继续参阅图1B,功率变换模块1还包含正输出导接端61、两个负输出导接端62、正输入导接端63、多个信号导接端64及输入电感Lin。正输出导接端61构成图3所示的输出正端Vo+,设置于电路板4的第二面42上,且于磁芯组件51设置于电路板4上时相邻于磁芯组件51的第二侧51b。两个负输出导接端62构成图3所示的输出负端Vo-,设置于电路板4的第二面42上,且于磁芯组件51设置于电路板4上时相邻于磁芯组件51的第一侧51a,其中第二整流开关管M12、第一整流开关管M11、第四整流开关管M22及第三整流开关管M21位于两个负输出导接端62之间。正输入导接端63构成图3所示的输入正端Vin+,设置于电路板4的第二面42上。多个信号导接端64用以传递控制信号(譬如控制第一/二/三/四整流开关管的脉宽调制信号)、检测信号、温度测量信号等,用以达到各模块之间的均流功能,或者用以达到各模块之间的PWM同步,或者用以达到模块对外的通信功能,多个信号导接端64设置于电路板4的第二面42上,其中多个信号导接端64与正输入导接端63排列设置,且相邻于两个负输出导接端62中的其中一个负输出导接端62,多个信号导接端64更与多个整流开关管M11、M12、M21、M22错位设置。输入电感Lin设置于电路板4的第二面42上,且于磁芯组件51设置于电路板4上时相邻于磁芯组件51的第三侧51c。于一些实施例中,功率变换模块1还包含辅助电源导接端65,用以提供辅助电源给功率变换模块1,辅助电源导接端65设置于电路板4的第二面42上,且相邻于负输出导接端62,其中于磁芯组件51设置于电路板4上时负输出导接端62位于辅助电源导接端65及磁芯组件51的第一侧51a之间。
于本实施例中,为了简化附图,图3所示的输出电容Co并未显示于图1A、图1B及图1C的功率变换模块1的实际结构中,然输出电容Co可设置于电路板4上的任意位置或系统板上。以下实施例中,皆以输出电容Co设置于系统板上为例说明,但不以此为限。
如图2所示,第一内磁柱515a与第二内磁柱515b所构成的第一内磁柱组515以及第一外磁柱513之间具有第一通道517a,其中第一通道517a贯穿于磁芯组件51的第一侧51a及第二侧51b。第三内磁柱516a与第四内磁柱516b所构成的第二内磁柱组516以及第一内磁柱515a与第二内磁柱515b所构成的第一内磁柱组515之间具有第二通道517b,其中第二通道517b贯穿于磁芯组件51的第一侧51a及第二侧51b。第三内磁柱516a与第四内磁柱516b所构成的第二内磁柱组516以及第二外磁柱514之间具有第三通道517c,其中第三通道517c贯穿于磁芯组件51的第一侧51a及第二侧51b。如图2所示,第二通道517b位于第一通道517a及第三通道517c之间。且于本实施例中,第一内磁柱组515的第一内磁柱515a与第二内磁柱515b之间具有第四通道517d,且第四通道517d分别与第一通道517a及第二通道517b相连通,第二内磁柱组516的第三内磁柱516a与第四内磁柱516b之间具有第五通道517e,且第五通道517e分别与第二通道517b及第三通道517c相连通。于本实施例中,第一内磁柱515a及第四内磁柱516b与磁芯组件51的第一侧51a位于同一平面,第二内磁柱515b及第三内磁柱516a与磁芯组件51的第二侧51b位于同一平面。而于另一些实施例中,第一内磁柱515a及第四内磁柱516b与磁芯组件51的第一侧51a之间并非位于同一平面而具有间距,第二内磁柱515b及第三内磁柱516a与磁芯组件51的第二侧51b之间并非位于同一平面而具有间距。
绕组组件52绕制于磁芯组件51上的绕制方式则如图5所示,而为简化图示,图5中的磁芯组件51示出下磁盖512而未示出上磁盖511,其中如图5所示,绕组组件52包含第一原边绕组NP1和第二原边绕组NP2所构成的原边绕组NP、四个耦合绕组(即第一副边绕组NS11、第二副边绕组NS12、第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22)。本实施例的原边绕组NP的第一端相邻于磁芯组件51的第二侧51b且相邻于第一外磁柱513及第二内磁柱515b之间的第一通道517a,原边绕组NP的第二端相邻于磁芯组件51的第二侧51b且相邻于第三内磁柱516a及第二外磁柱514之间的第三通道517c,且原边绕组NP由第一端至第二端更依序通过第一外磁柱513及第二内磁柱515b之间的第一通道517a、第四通道517d、第五通道517e、第四内磁柱516b及第二外磁柱514之间的第三通道517c、第四内磁柱516b远离第三内磁柱516a的一侧、第一外磁柱513与第一内磁柱515a之间的第一通道517a、第四通道517d、第五通道517e、第三内磁柱516a及第二外磁柱514之间的第三通道517c。
原边绕组NP于第四通道517d或第五通道517e中为交叉设置,原边绕组NP由第一端至第二端沿第一方向环绕第一内磁柱515a和第四内磁柱516b、沿第二方向环绕第二内磁柱515b和第三内磁柱516a,第一方向与第二方向相反,例如第一方向为顺时针方向,第二方向为逆时针方向。根据上述绕制方式,原边绕组NP于第一内磁柱515a、第二内磁柱515b、第三内磁柱516a及第四内磁柱516b上绕制的匝数分别为1匝,绕制于第一内磁柱515a上的原边绕组NP和绕制于第二内磁柱515b上的原边绕组NP等效为第一原边绕组Np1,绕制于第三内磁柱516a上的原边绕组NP和绕制于第四内磁柱516b上的原边绕组NP等效为第二原边绕组Np2。而本实施例的绕制方式更使得原边绕组NP在第一内磁柱515a及第四内磁柱516b上产生的交流磁通方向相同,且幅值相同,在第二内磁柱515b及第三内磁柱516a上产生的交流磁通方向相同,且幅值相同,原边绕组NP在第一内磁柱515a及第四内磁柱516b上产生的交流磁通方向相反于在第二内磁柱515b及第三内磁柱516a上产生的交流磁通方向,且在四个内磁柱上产生的交流磁通幅值相同,原边绕组NP在四个内磁柱上产生的交流磁通在一个周期内加总为零。
于本实施例中,原边绕组NP的第一端连接于图3所示的半桥开关桥臂中点A,而与开关电路2相连接,此外,原边绕组NP的第二端连接于图2所示的电容桥臂中点B,而与开关电路2相连接,即代表原边绕组NP的第一端及第二端之间的跨压为VAB。于本实施例中,原边绕组NP绕制于四个内磁柱的匝数皆为1匝,当然,绕制匝数并不局限,亦可为多匝,此外,原边绕组NP绕制于四个内磁柱的绕制方式亦不局限。于一些实施例中,当原边绕组NP环绕于四个内磁柱的匝数大于1匝时,以X匝为例,其绕制方式可为原边绕组NP先绕制于第二内磁柱515b及第三内磁柱516a上X匝后,再绕制于第一内磁柱515a及第四内磁柱516b上X匝,或者可为原边绕组NP先绕制于第二内磁柱515b及第三内磁柱516a上1匝后,再绕制于第一内磁柱515a及第四内磁柱516b上1匝,之后重复上述步骤X次。
如图5所示,第一整流开关管M11及第二整流开关管M12构成图3中的第一整流电路31。第一副边绕组NS11的第一端连接于第一整流开关管M11的漏极,相邻于磁芯组件51的第一侧51a,且相邻于第一内磁柱515a及第四内磁柱516b之间的第二通道517b,第一副边绕组NS11的第二端相邻于磁芯组件51的第二侧51b,且相邻于第二内磁柱515b及第一外磁柱513之间的第一通道517a,且第一副边绕组NS11由第一端至第二端更依序通过第一内磁柱515a及第四内磁柱516b之间的第二通道517b、第四通道517d、第二内磁柱515b及第一外磁柱513之间的第一通道517a。第二副边绕组NS12的第一端连接于第二整流开关管M12的漏极,相邻于磁芯组件51的第一侧51a,且相邻于第一内磁柱515a及第一外磁柱513之间的第一通道517a,第二副边绕组NS12的第二端相邻于磁芯组件51的第二侧51b,且相邻于第二内磁柱515b及第三内磁柱516a之间的第二通道517b,且第二副边绕组NS12由第一端至第二端更依序通过第一内磁柱515a及第一外磁柱513之间的第一通道517a、第四通道517d、第二内磁柱515b及第三内磁柱516a之间的第二通道517b,其中第二副边绕组NS12及第一副边绕组NS11于第四通道517d中为交叉设置。此外,第二副边绕组NS12的第二端与第一副边绕组NS11的第二端于第二内磁柱515b远离第一内磁柱515a的一侧相连接,以与输出电容Co的第一端电性连接,而形成输出正端Vo+。第一整流开关管M11的源极及第二整流开关管M12的源极于第一内磁柱515a远离第二内磁柱515b的一侧相连接,以与输出电容Co的第二端电性连接,而形成输出负端Vo-。
如图5所示,第三整流开关管M21及第四整流开关管M22构成图3中的第二整流电路32。第三副边绕组NS21的第一端相邻于磁芯组件51的第一侧51a,且相邻于第四内磁柱516b及第二外磁柱514之间的第三通道517c,第三副边绕组NS21的第二端相邻于磁芯组件51的第二侧51b,且相邻于第二内磁柱515b及第三内磁柱516a之间的第二通道517b,且第三副边绕组NS21由第一端至第二端更依序通过第四内磁柱516b及第二外磁柱514之间的第三通道517c、第五通道517e、第二内磁柱515b及第三内磁柱516a之间的第二通道517b。第四副边绕组NS22的第一端相邻于磁芯组件51的第一侧51a,且相邻于第一内磁柱515a及第四内磁柱516b之间的第二通道517b,第四副边绕组NS22的第二端相邻于磁芯组件51的第二侧51b,且相邻于第三内磁柱516a及第二外磁柱514之间的第三通道517c,且第四副边绕组NS22由第一端至第二端更依序通过第一内磁柱515a及第四内磁柱516b之间的第二通道517b、第五通道517e、第三内磁柱516a及第二外磁柱514之间的第三通道517c,其中第四副边绕组NS22及第三副边绕组NS21于第五通道517e中为交叉设置。此外,第四副边绕组NS22的第二端与第三副边绕组NS21的第二端于第三内磁柱516a远离第四内磁柱516b的一侧相连接,以与输出电容Co的第一端电性连接,而形成输出正端Vo+。第三整流开关管M21的源极及第四整流开关管M22的源极于第四内磁柱516b远离第三内磁柱516a的一侧相连接,以与输出电容Co的第二端电性连接,而形成输出负端Vo-。于本实施例中,当相同的直流电流以相同方向流经第一副边绕组NS11、第二副边绕组NS12、第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22时,第一副边绕组NS11及第二副边绕组NS12于第一内磁柱组515上所产生的直流磁通相互抵消,第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22于第二内磁柱组516上所产生的直流磁通相互抵消。
请参阅图6A并配合图1A及图2,其中图6A为图1A所示的功率变换模块的磁芯组件沿A-A’方向的剖面示意图。于图6A中仅示出上磁盖511、下磁盖512、第一外磁柱513、第二外磁柱514、第一内磁柱515a及第四内磁柱516b的剖面示意图,本实施例的磁芯组件51的第一内磁柱515a、第二内磁柱515b、第三内磁柱516a及第四内磁柱516b皆采用低磁阻的材料所构成,即图6A中以黑底标示,且第一内磁柱515a的等效磁阻、第二内磁柱515b的等效磁阻、第三内磁柱516a的等效磁阻及第四内磁柱516b的等效磁阻皆相等。本实施例的磁芯组件51的其余部分则由高磁阻的材料所构成,而使磁芯组件51的第一内磁柱515a、第二内磁柱515b、第三内磁柱516a及第四内磁柱516b的等效磁阻低于其余部分的等效磁阻。
请参阅图6B并配合图1A及图2,其中图6B为图1A所示的功率变换模块的磁芯组件沿B-B’方向的另一实施例的剖面示意图。于图6B中,仅示出第一内磁柱515a及第二内磁柱515b的结构,然可清楚知道,第三内磁柱516a及第四内磁柱516b的结构相似于第一内磁柱515a及第二内磁柱515b的结构,如图6B所示,磁芯组件51的上磁盖511中第一内磁柱515a及第二内磁柱515b之间的结构、上磁盖511中第三内磁柱516a及第四内磁柱516b之间的结构,下磁盖512中第一内磁柱515a及第二内磁柱515b之间的结构,下磁盖512中第三内磁柱516a及第四内磁柱516b之间的结构,也可皆采用低磁阻的材料所构成,图6B中以黑底标示,本实施例的磁芯组件51的其余部分则由高磁阻的材料所构成,而使磁芯组件51的图6B所示的黑底标示区域的等效磁阻低于其余部分的等效磁阻。
此外,如图2、图6A及图6B所示,本实施例的磁芯组件51将第一内磁柱515a投影于上磁盖511的投影区及第二内磁柱515b投影于上磁盖511的投影区之间的延伸连线定义为第一连接线L1,即第一连接线L1穿过该两个投影区,将第三内磁柱516a投影于上磁盖511的投影区及第四内磁柱516b投影于上磁盖511的投影区之间的延伸连线定义为第二连接线L2,即第二连接线L2穿过该两个投影区,将第一内磁柱515a投影于下磁盖512的投影区及第二内磁柱515b投影于下磁盖512的投影区之间的延伸连线定义为第三连接线L3,即第三连接线L3穿过该两个投影区,将第三内磁柱516a投影于下磁盖512的投影区及第四内磁柱516b投影于下磁盖512的投影区之间的延伸连线定义为第四连接线L4,即第四连接线L4穿过该两个投影区。而如图6A所示,本实施例的磁芯组件51的上磁盖511根据第一连接线L1及第二连接线L2而区分为三个区段,位于上磁盖511的第一端及第一连接线L1之间的上磁盖511定义为第一区段511a,位于第一连接线L1及第二连接线L2之间的上磁盖511定义为第二区段511b,位于第二连接线L2及上磁盖511的第二端之间的上磁盖511定义为第三区段511c。
本实施例的磁芯组件51的下磁盖512根据第三连接线L3及第四连接线L4而区分为三个区段,位于下磁盖512的第一端及第三连接线L3之间的下磁盖512定义为第一区段512a,位于第三连接线L3及第四连接线L4之间的下磁盖512定义为第二区段512b,位于第四连接线L4及下磁盖512的第二端之间的下磁盖512定义为第三区段512c。
于本实施例中,上磁盖511的第一区段511a、第一外磁柱513及下磁盖512的第一区段512a由高磁阻材料构成,假定其所共同构成的等效磁阻值为Rm,上磁盖511的第三区段511c、第二外磁柱514及下磁盖512的第三区段512c由高磁阻材料构成,其所共同构成的等效磁阻值为Rm,上磁盖511的第二区段511b和下磁盖512的第二区段512b一般也由高磁阻材料构成,且该两个第二区段的等效磁阻分别近似等于2Rm,也可设计使得上磁盖511的第二区段511b的等效磁阻值为Rm及下磁盖512的第二区段512b的等效磁阻值为Rm。
本申请的实施例中,低磁阻的材料可为高磁导率的材料,例如铁氧体,且其不具有气隙。高磁阻的材料可为包含集中气隙的高磁导率的材料,例如包含集中气隙的铁氧体;高磁阻的材料也可以为包含分布气隙的低磁导率的磁粉。
请重新参阅图5,第一原边绕组NP1的第一端及第二端之间的交流电压相等于第二原边绕组NP2的第一端及第二端之间的交流电压,即为VAB/2。而第一原边绕组NP1的第一端及第二端之间的交流电压分别在第一内磁柱515a和第二内磁柱515b上产生幅值相等,且方向相反的交流磁通;第二原边绕组NP2的第一端及第二端之间的交流电压分别在第三内磁柱516a和第四内磁柱516b上产生幅值相等,且方向相反的交流磁通。原边绕组NP在第一内磁柱515a和第四内磁柱516b上产生的交流磁通方向相反,且在第二内磁柱515b和第三内磁柱516a上产生的交流磁通方向亦相反,在第一内磁柱515a和第三内磁柱516a上产生的交流磁通方向相同,且在第二内磁柱515b和第四内磁柱516b上产生的交流磁通方向也相同。原边绕组NP在上述四个内磁柱上产生的交流磁通幅值皆相等,且原边绕组NP在上述四个内磁柱产生的交流磁通在一个周期内加总为0。另外,第一外磁柱513和第二外磁柱514的交流磁通方向相反,且幅值相等,具体为第一副边绕组NS11的第一端及第二端之间的交流电压产生的交流磁通以及第二副边绕组NS12的第一端及第二端之间的交流电压产生的交流磁通相加之后除以2。或者为第三副边绕组NS21的第一端及第二端之间的交流电压产生的交流磁通以及第四副边绕组NS22的第一端及第二端之间的交流电压产生的交流磁通相加之后除以2。
此外,第一内磁柱515a、第二内磁柱515b、第三内磁柱516a及第四内磁柱516b上的直流磁通皆为0,第一外磁柱513及第二外磁柱514上的直流磁通方向相反,且幅值相等,且其幅值大小为Io/(4*Rm),其中Io为四个副边绕组总输出的等效直流电流,且每一副边绕组所输出的等效直流电流近似相等,Rm为图6A中的上磁盖511的第一区段511a、第一外磁柱513及下磁盖512的第一区段512a所共同构成的等效磁阻值,或上磁盖511的第三区段511c、第二外磁柱514及下磁盖512的第三区段512c所共同构成的等效磁阻值。上磁盖511的第二区段511b的直流磁通与下磁盖512的第二区段512b的直流磁通的方向相反,且幅值相等,其幅值大小亦为Io/(4*Rm)。
通过上述的电路磁路集成,第一内磁柱515a及第一外磁柱513使得第二副边绕组NS12的稳态输出纹动电流小,等效稳态电感大。第二内磁柱515b及第一外磁柱513使得第一副边绕组NS11的稳态输出纹动电流小,等效稳态电感大。第三内磁柱516a及第二外磁柱514使得第三副边绕组NS21的稳态输出纹动电流小,等效稳态电感大。第四内磁柱516b及第二外磁柱514使得第四副边绕组NS22的稳态输出纹动电流小,等效稳态电感大。因此,通过调节上述磁阻Rm可以进一步调节第一副边绕组NS11、第二副边绕组NS12、第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22的纹动电流大小和饱和电流大小,例如通过提升上述磁阻Rm,进而提升第一副边绕组NS11、第二副边绕组NS12、第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22的纹动电流大小和饱和电流大小。
由上可知,本发明的功率变换模块1利用磁性组件5的磁芯组件51及绕组组件52的设置不仅达到变压器T的降压功能,而且同时实现了具有大电感量的4相输出电感,亦即本发明的功率变换模块1仅为单级变换器即可达到降压及滤波功能,相较于传统功率变换模块需利用两级变换器进行降压,本发明的功率变换模块1利用磁性组件5的磁芯组件51及绕组组件52的设置,有效地减小了磁性组件5的体积并提升了磁性组件5的集成度,使得功率变换模块1具有体积小、效率较高且应用较为简易的优势。此外,绕组组件52的每一副边绕组的两端皆通过对应的通道而穿设于磁芯组件51,以达到降压及滤波的功能,相比于传统副边绕组的设置方式,本发明的绕组组件52的每一副边绕组的连接路径较短、寄生电阻较小且导通损耗较低。此外,由于本发明的功率变换模块1的磁性组件5包含四个副边绕组,使得总输出电流均分至四个副边绕组上,进而达到损耗较低、热阻较小的优势。此外,由于本发明的功率变换模块1的磁性组件5的绕组组件52的两个原边绕组相互串联,分别与四个副边绕组相耦合,且原边绕组的输入电流较小,使得第一副边绕组NS11及第二副边绕组NS12之间及第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22之间的均流效果较佳,进而使得本发明的功率变换模块1达到电流输出较大、输出电感较大、纹动电流较小、体积较小、功率密度较高且效率较高的优势。
请参阅图7,其为本发明第二实施例的功率变换模块的磁性组件的磁芯组件及绕组组件的结构示意图。本实施例的磁性组件5a相似于图5所示的磁性组件5,差异在于本实施例的磁性组件5a的原边绕组NP的绕制方式相异于图5所示的磁性组件5的原边绕组NP,如图7所示,第一原边绕组NP1的第一端相邻于磁芯组件51的第一侧51a且相邻于第一外磁柱513及第一内磁柱515a之间的第一通道517a,第一原边绕组NP1的第二端相邻于磁芯组件51的第一侧51a且相邻于第一内磁柱515a及第四内磁柱516b之间的第二通道517b,且第一原边绕组NP1由第一端至第二端更依序通过第一外磁柱513及第一内磁柱515a之间的第一通道517a、第四通道517d、第二内磁柱515b与第三内磁柱516a之间的第二通道517b、第二内磁柱515b远离于第一内磁柱515a的一侧、第一外磁柱513与第二内磁柱515b之间的第一通道517a、第四通道517d、第一内磁柱515a及第四内磁柱516b之间的第二通道517b,而使第一原边绕组NP1于第四通道517d中为交叉设置,且分别环绕于第一内磁柱515a及第二内磁柱515b,其中第一原边绕组NP1于第一内磁柱515a及第二内磁柱515b上绕制的匝数分别为1匝。
第二原边绕组NP2的第一端与第一原边绕组NP1的第二端连接,相邻于磁芯组件51的第一侧51a且相邻于第四内磁柱516b及第二外磁柱514之间的第三通道517c,第二原边绕组NP2的第二端相邻于磁芯组件51的第一侧51a且相邻于第一内磁柱515a及第四内磁柱516b之间的第二通道517b,且第二原边绕组NP2由第一端至第二端更依序通过第四内磁柱516b及第二外磁柱514之间的第三通道517c、第五通道517e、第三内磁柱516a与第二内磁柱515b之间的第二通道517b、第三内磁柱516a远离于第四内磁柱516b的一侧、第二外磁柱514与第三内磁柱516a之间的第三通道517c、第五通道517e、第一内磁柱515a及第四内磁柱516b之间的第二通道517b,而使第二原边绕组NP2于第五通道517e中为交叉设置,且分别环绕于第三内磁柱516a及第四内磁柱516b,其中第二原边绕组NP2于第三内磁柱516a及第四内磁柱516b上绕制的匝数分别为1匝。第一原边绕组NP1由第一端至第二端沿第一方向环绕第一内磁柱515a、沿第二方向环绕第二内磁柱515b,第二原边绕组NP2由第一端至第二端沿第一方向环绕第三内磁柱516a、沿第二方向环绕第四内磁柱516b,第一方向与第二方向相反,例如第一方向为顺时针方向,第二方向为逆时针方向。在本申请的其他实施例中,也可以设置第一方向为逆时针方向,第二方向为顺时针方向,只要满足原边绕组与副边绕组之间的同名端关系即可。
于本实施例中,第一原边绕组NP1的第一端连接于图3所示的半桥开关桥臂中点A,而与开关电路2相连接,此外,第二原边绕组NP2的第二端连接于图3所示的电容桥臂中点B,而与开关电路2相连接,即代表原边绕组NP的第一端及第二端之间的跨压为VAB。于本实施例中,原边绕组NP绕制于四个内磁柱的匝数皆为1匝,当然,绕制匝数并不局限,亦可为多匝,此外,原边绕组NP绕制于四个内磁柱的绕制方向亦不局限。于一些实施例中,当第一原边绕组NP1环绕于第一内磁柱515a及第二内磁柱515b的匝数大于1匝时,以X匝为例,其绕制方式可为第一原边绕组NP1依上述顺序绕制于第一内磁柱515a及第二内磁柱515b上,重复绕制X次,以形成X匝,其中第一原边绕组NP1穿过第四通道517d的次数为2X次,且在第四通道517d交叉设置X次;或为第一原边绕组NP1先绕制于第一内磁柱515a上X次后,再绕制于第二内磁柱515b上X次,其中,第一原边绕组NP1穿过第四通道517d的次数为2X次,且在第四通道517d的交叉设置1次。当第二原边绕组NP2环绕于第三内磁柱516a及第四内磁柱516b的匝数大于1匝时,以X匝为例,其绕制方式可为第二原边绕组NP2依上述顺序绕制于第三内磁柱516a及第四内磁柱516b上,重复绕制X次,以形成X匝,其中第二原边绕组NP2穿过第五通道517e的次数为2X次,且在第五通道517e交叉设置X次;或为第二原边绕组NP2先绕制于第四内磁柱516b上X次后,再绕制于第三内磁柱516a上X次,其中,第二原边绕组NP2穿过第五通道517e的次数为2X次,且在第五通道517e的交叉设置1次。
此外,本实施例的第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22的绕制方式相异于图5所示的第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22的绕制方式,本实施例的第三副边绕组NS21的第一端连接于第三整流开关管M21的漏极,相邻于磁芯组件51的第一侧51a,且相邻于第一内磁柱515a及第四内磁柱516b之间的第二通道517b,第三副边绕组NS21的第二端相邻于磁芯组件51的第二侧51b,且相邻于第三内磁柱516a及第二外磁柱514之间的第三通道517c,且第三副边绕组NS21由第一端至第二端更依序通过第一内磁柱515a及第四内磁柱516b之间的第二通道517b、第五通道517e、第三内磁柱516a及第二外磁柱514之间的第三通道517c。第四副边绕组NS22的第一端连接于第四整流开关管M22的漏极,相邻于磁芯组件51的第一侧51a,且相邻于第四内磁柱516b及第二外磁柱514之间的第三通道517c,第四副边绕组NS22的第二端相邻于磁芯组件51的第二侧51b,且相邻于第二内磁柱515b及第三内磁柱516a之间的第二通道517b,且第四副边绕组NS22由第一端至第二端更依序通过第四内磁柱516b及第二外磁柱514之间的第三通道517c、第五通道517e、第二内磁柱515b及第三内磁柱516a之间的第二通道517b,其中第四副边绕组NS22及第三副边绕组NS21于第五通道517e中为交叉设置。本实施例中的绕制方法可获得与图5所示相同的效果。
请参阅图8,其为本发明第三实施例的功率变换模块的磁性组件的磁芯组件及绕组组件的结构示意图。本实施例的磁性组件5b相似于图5所示的磁性组件5,主要区别在于本实施例的磁性组件5b的原边绕组NP的连接方式相异于图5所示的磁性组件5的原边绕组NP的连接方式,相较于图5所示的磁性组件5的第一原边绕组NP1及第二原边绕组NP2为串联连接,本实施例的磁性组件5b的第一原边绕组NP1及第二原边绕组NP2为并联连接,其中第一原边绕组NP1的第一端相邻于第一内磁柱515a及第一外磁柱513之间的第一通道517a,第二原边绕组NP2的第一端相邻于第四内磁柱516b及第二外磁柱514之间的第三通道517c,且第一原边绕组NP1的第一端和第二原边绕组NP2的第一端均与半桥开关桥臂中点A连接。第一原边绕组NP1的第二端和第二原边绕组NP2的第二端均相邻于第一内磁柱515a及第四内磁柱516b之间的第二通道517b,且第一原边绕组NP1的第二端和第二原边绕组NP2的第二端均与电容桥臂中点B连接。
于一些实施例中,为了提升输出功率,功率变换模块利用多个基本功率变换单元的设置以提升输出电流,进而达到提升输出功率的功效。请参阅图9A至图12,其中图9A为本发明第四实施例的功率变换模块的结构示意图,图9B为图9A所示的功率变换模块的另一视角的结构示意图,图10为图9A所示的功率变换模块的等效电路拓扑图,图11为图9A所示的功率变换模块的部分元件的信号波形示意图,图12为图9A所示的功率变换模块的磁性组件的磁芯组件及绕组组件的结构示意图。于电路拓扑上,如图10所示,本实施例的功率变换模块1c包含输入正端Vin+、输入负端Vin-、输出正端Vo+、输出负端Vo-、输入电感Lin、第一开关电路2a、第二开关电路2b、第一变压器T1、第二变压器T2、第一整流电路31a、第二整流电路32a、第三整流电路31b、第四整流电路32b及输出电容Co。
第一开关电路2a、第一变压器T1、第一整流电路31a及第二整流电路32a共同构成第一基本功率变换单元11a,第二开关电路2b、第二变压器T2、第三整流电路31b及第四整流电路32b共同构成第二基本功率变换单元11b,其中第一基本功率变换单元11a的输出端及第二基本功率变换单元11b的输出端并联连接。
如图10所示,第一开关电路2a包含半桥开关桥臂21a及电容桥臂22a。第一开关电路2a的半桥开关桥臂21a及电容桥臂22a构成一半桥电路,其中半桥开关桥臂21a电性连接于输入电感Lin的第二端与输入负端Vin-之间,且包含上开关管Q11及下开关管Q12,上开关管Q11及下开关管Q12串联连接,其中上开关管Q11及下开关管Q12之间的连接点形成半桥开关桥臂中点A。电容桥臂22a电性连接于输入电感Lin的第二端与输入负端Vin-之间,并与半桥开关桥臂21a并联连接,且电容桥臂22a包含第一电容C11及第二电容C12,第一电容C11与第二电容C12串联连接,其中第一电容C11及第二电容C12之间的连接点形成电容桥臂中点B。
第一变压器T1包含原边绕组NP、第一副边绕组NS11、第二副边绕组NS12、第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22。这里,原边绕组NP可以等效为两个子绕组,即第一原边绕组NP1及第二原边绕组NP2串联连接于半桥开关桥臂中点A及电容桥臂中点B之间,其中第一原边绕组NP1的第一端(即原边绕组NP的第一端)电性连接于半桥开关桥臂中点A,第一原边绕组NP1的第二端电性连接于第二原边绕组NP2的第一端,第二原边绕组NP2的第二端(即原边绕组NP的第二端)电性连接于电容桥臂中点B,其中第一原边绕组NP1的第一端及第二原边绕组NP2的第一端同为点端,即代表第一原边绕组NP1的第一端及第二原边绕组NP2的第一端极性相同,于图10中以黑点标示,第一原边绕组NP1的第二端及第二原边绕组NP2的第二端同为非点端,即代表第一原边绕组NP1的第二端及第二原边绕组NP2的第二端极性相同,于图10中则未标示黑点,其中第一原边绕组NP1的第二端与第二原边绕组NP2的第一端的极性相反,其中第一原边绕组NP1、第二原边绕组NP2及第一开关电路2a共同构成第一基本功率变换单元11a的原边电路。且于本实施例中,原边绕组NP的总匝数为N,第一原边绕组NP1的匝数及第二原边绕组NP2的匝数皆为0.5N匝,其中N为子绕组数量的倍数,例如本实施例的原边绕组等效为两个子绕组,即第一原边绕组NP1和第二原边绕组NP2,则N为2的倍数。
第一副边绕组NS11及第二副边绕组NS12串联连接,以分别与第一原边绕组NP1相互耦合,其中第一副边绕组NS11的第二端与第二副边绕组NS12的第二端相互电性连接,且与输出正端Vo+电性连接,其中第一副边绕组NS11的第二端与第二副边绕组NS12的第二端极性相反,而第一副边绕组NS11的第一端与第一原边绕组NP1的第一端(点端)极性相反,于图10中则未标示黑点,第二副边绕组NS12的第一端与第一原边绕组NP1的第一端(点端)极性相同,于图10中以黑点标示,且于本实施例中,第一副边绕组NS11的匝数及第二副边绕组NS12的匝数皆为1匝。
第一整流电路31a包含第一整流开关管M11及第二整流开关管M12,第一整流开关管M11的漏极电性连接于第一副边绕组NS11的第一端,第二整流开关管M12的漏极电性连接于第二副边绕组NS12的第一端,第一整流开关管M11的源极及第二整流开关管M12的源极相连接,且与输出负端Vo-电性连接,其中第一副边绕组NS11、第二副边绕组NS12及第一整流电路31a共同构成第一基本功率变换单元11a的第一副边电路。
第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22串联连接,以与第二原边绕组NP2相互耦合,其中第三副边绕组NS21的第二端与第四副边绕组NS22的第二端相互电性连接,且与输出正端Vo+电性连接,其中第三副边绕组NS21的第二端与第四副边绕组NS22的第二端极性相反,第三副边绕组NS21的第一端与第二原边绕组NP2的第一端(点端)极性相反,于图10中则未标示黑点,第四副边绕组NS22的第一端与第二原边绕组NP2的第一端(点端)极性相同,于图10中以黑点标示,且于本实施例中,第三副边绕组NS21的匝数及第四副边绕组NS22的匝数皆为1匝。
第二整流电路32a包含第三整流开关管M21及第四整流开关管M22,第三整流开关管M21的漏极电性连接于第三副边绕组NS21的第一端,第四整流开关管M22的漏极电性连接于第四副边绕组NS22的第一端,第三整流开关管M21的源极及第四整流开关管M22的源极相连接,且与输出负端Vo-电性连接,其中第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22及第二整流电路32a共同构成第一基本功率变换单元11a的第二副边电路。于一些实施例中,第一整流开关管M11、第二整流开关管M12、第三整流开关管M21及第四整流开关管M22可分别为金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)、碳化硅(Sic)、氮化镓(GaN)或二极管所构成。输出电容Co的两端电性连接于输出正端Vo+及输出负端Vo-之间。
如图10所示,第二开关电路2b包含半桥开关桥臂21b及电容桥臂22b。第二开关电路2b的半桥开关桥臂21b及电容桥臂22b构成一半桥电路,其中半桥开关桥臂21b电性连接于输入电感Lin的第二端与输入负端Vin-之间,且包含上开关管Q21及下开关管Q22,上开关管Q21及下开关管Q22串联连接,其中上开关管Q21及下开关管Q22之间的连接点形成半桥开关桥臂中点C。电容桥臂22b电性连接于输入电感Lin的第二端与输入负端Vin-之间,并与半桥开关桥臂21b并联连接,且电容桥臂22b包含第一电容C21及第二电容C22,第一电容C21与第二电容C22串联连接,其中第一电容C21及第二电容C22之间的连接点形成电容桥臂中点D。
第二变压器T2包含原边绕组NP、第五副边绕组NS31、第六副边绕组NS32、第七副边绕组NS41及第八副边绕组NS42。这里,原边绕组NP可以等效为两个子绕组,即第三原边绕组NP3及第四原边绕组NP4串联连接于半桥开关桥臂中点C及电容桥臂中点D之间,其中第三原边绕组NP3的第一端(即原边绕组NP的第一端)电性连接于半桥开关桥臂中点C,第三原边绕组NP3的第二端电性连接于第四原边绕组NP4的第一端,第四原边绕组NP4的第二端(即原边绕组NP的第二端)电性连接于电容桥臂中点D,其中第三原边绕组NP3的第一端及第四原边绕组NP4的第一端同为点端,即代表第三原边绕组NP3的第一端及第四原边绕组NP4的第一端极性相同,于图10中以黑点标示,第三原边绕组NP3的第二端及第四原边绕组NP4的第二端同为非点端,即代表第三原边绕组NP3的第二端及第四原边绕组NP4的第二端极性相同,于图10中则未标示黑点,其中第三原边绕组NP3的第二端与第四原边绕组NP4的第一端的极性相反,其中第三原边绕组NP3、第四原边绕组NP4及第二开关电路2b共同构成第二基本功率变换单元11b的原边电路。且于本实施例中,原边绕组NP的总匝数为N,第三原边绕组NP3的匝数及第四原边绕组NP4的匝数皆为0.5N匝,其中N为子绕组数量的倍数,例如本实施例的原边绕组等效为两个子绕组,即第三原边绕组NP3和第四原边绕组NP4,则N为2的倍数。
第五副边绕组NS31及第六副边绕组NS32串联连接,以分别与第三原边绕组NP3相互耦合,其中第五副边绕组NS31的第二端与第六副边绕组NS32的第二端相互电性连接,且与输出正端Vo+电性连接,其中第五副边绕组NS31的第二端与第六副边绕组NS32的第二端极性相反,而第五副边绕组NS31的第一端及第六副边绕组NS32的第二端与第三原边绕组NP3的第一端(点端)极性相反,于图10中则未标示黑点,第五副边绕组NS31的第二端及第六副边绕组NS32的第一端与第三原边绕组NP3的第一端(点端)极性相同,于图10中以黑点标示,且于本实施例中,第五副边绕组NS31的匝数及第六副边绕组NS32的匝数皆为1匝。
第三整流电路31b包含第五整流开关管M31及第六整流开关管M32,第五整流开关管M31的漏极电性连接于第五副边绕组NS31的第一端,第六整流开关管M32的漏极电性连接于第六副边绕组NS32的第一端,第五整流开关管M31的源极及第六整流开关管M32的源极相连接,且与输出负端Vo-电性连接,其中第五副边绕组NS31、第六副边绕组NS32及第三整流电路31b共同构成第二基本功率变换单元11b的第一副边电路。
第七副边绕组NS41及第八副边绕组NS42串联连接,以与第四原边绕组NP4相互耦合,其中第七副边绕组NS41的第二端与第八副边绕组NS42的第二端相互电性连接,且与输出正端Vo+电性连接,其中第七副边绕组NS41的第二端与第八副边绕组NS42的第二端极性相反,第七副边绕组NS41的第一端及第八副边绕组NS42的第二端与第四原边绕组NP4的第一端(点端)极性相反,于图10中则未标示黑点,第七副边绕组NS41的第二端及第八副边绕组NS42的第一端与第四原边绕组NP4的第一端(点端)极性相同,于图10中以黑点标示,且于本实施例中,第七副边绕组NS41的匝数及第八副边绕组NS42的匝数皆为1匝。
第四整流电路32b包含第七整流开关管M41及第八整流开关管M42,第七整流开关管M41的漏极电性连接于第七副边绕组NS41的第一端,第八整流开关管M42的漏极电性连接于第八副边绕组NS42的第一端,第七整流开关管M41的源极及第八整流开关管M42的源极相连接,且与输出负端Vo-电性连接,其中第七副边绕组NS41及第八副边绕组NS42及第四整流电路32b共同构成第二基本功率变换单元11b的第二副边电路。于一些实施例中,第五整流开关管M31、第六整流开关管M32、第七整流开关管M41及第八整流开关管M42可分别为金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)、碳化硅(Sic)、氮化镓(GaN)或二极管所构成。输出电容Co的两端电性连接于输出正端Vo+及输出负端Vo-之间。
且于本实施例中,功率变换模块1c还包含多个驱动电路(未图示)及控制电路33,其中驱动电路的个数相等于开关管的个数,例如十二个驱动电路,每一驱动电路与上开关管Q11、Q21、下开关管Q12、Q22、第一整流开关管M11、第二整流开关管M12、第三整流开关管M21、第四整流开关管M22、第五整流开关管M31、第六整流开关管M32、第七整流开关管M41及第八整流开关管M42中对应的开关管电性连接。控制电路33与十二个驱动电路电连接,而控制电路33产生十二组脉宽调制信号,以使驱动电路根据每一脉宽调制信号而产生驱动信号来驱动对应的开关管,故功率变换模块1c利用驱动信号使得对应的开关管导通或关断而达到将输入电压Vin降压为输出电压Vo的功能,以下将进一步利用开关管的信号波形图说明功率变换模块1c的作动方式。
请参阅图11并配合图10。于图11中,VGS_Q11、VGS_Q12、VGS_Q21、VGS_Q22、VGS_M11、VGS_M12、VGS_M21、VGS_M22、VGS_M31、VGS_M32、VGS_M41、VGS_M42分别为上开关管Q11、下开关管Q12、上开关管Q21、下开关管Q22、第一整流开关管M11、第二整流开关管M12、第三整流开关管M21、第四整流开关管M22、第五整流开关管M31、第六整流开关管M32、第七整流开关管M41及第八整流开关管M42的栅极-源极电压,VAB则为半桥开关桥臂中点A及电容桥臂中点B之间的电压,即第一原边绕组NP1的第一端及第二原边绕组NP2的第二端之间的跨压,VCD则为半桥开关桥臂中点C及电容桥臂中点D之间的电压,即第三原边绕组NP3的第一端及第四原边绕组NP4的第二端之间的跨压。
如图11所示,上开关管Q11所接收的第一驱动信号与上开关管Q11的栅极-源极电压VGS_Q11相对应,下开关管Q12所接收第二驱动信号与下开关管Q12的栅极-源极电压VGS_Q12相对应,其中第一驱动信号的占空比相等于第二驱动信号的占空比,且第一驱动信号与第二驱动信号之间错相180度。第一整流开关管M11与第三整流开关管M21皆接收第三驱动信号而同步导通及关断,第三驱动信号与第一整流开关管M11的栅极-源极电压VGS_M11及第三整流开关管M21的栅极-源极电压VGS_M21相对应,而使得与第一整流开关管M11相连接的第一副边绕组NS11的两端电压以及与第三整流开关管M21相连接的第三副边绕组NS21的两端电压之间频率相同且相位相同,其中第三驱动信号与第二驱动信号之间互补。第二整流开关管M12与第四整流开关管M22皆接收第四驱动信号而同步导通及关断,第四驱动信号与第二整流开关管M12的栅极-源极电压VGS_M12及第四整流开关管M22的栅极-源极电压VGS_M22相对应,而使得与第二整流开关管M12相连接的第二副边绕组NS12的两端电压以及与第四整流开关管M22相连接的第四副边绕组NS22的两端电压之间频率相同且相位相同,其中第四驱动信号与第一驱动信号之间互补。如图11所示,半桥开关桥臂中点A及电容桥臂中点B之间的电压VAB为交流的三电平信号,即电压VAB具有三种准位的信号,即Vin/2、0及-Vin/2。而于一些实施例中,电容桥臂22a的第一电容C1及第二电容C2可分别替换为开关管,即第一开关电路2a中具有两个开关桥臂,而该两个开关桥臂内的开关管的驱动方式并不局限,仅需满足电压VAB为交流的三电平信号而具有三种准位(Vin/2、0及-Vin/2)的信号即可,于一些实施例中,电压VAB之间可通过增加隔直电容的方法或其他均流手段,以避免直流电流流经半桥开关桥臂中点A及电容桥臂中点B之间。
如图11所示,上开关管Q21所接收的第五驱动信号与上开关管Q21的栅极-源极电压VGS_Q21相对应,下开关管Q22所接收第六驱动信号与下开关管Q12的栅极-源极电压VGS_Q12相对应,其中第五驱动信号的占空比相等于第六驱动信号的占空比,且第五驱动信号与第六驱动信号之间错相180度,且第五驱动信号与第一驱动信号之间错相90度,第五驱动信号与第二驱动信号之间错相90度,第六驱动信号与第一驱动信号之间错相90度,第六驱动信号与第二驱动信号之间错相90度。第五整流开关管M31与第七整流开关管M41皆接收第七驱动信号而同步导通及关断,第七驱动信号与第五整流开关管M31的栅极-源极电压VGS_M31及第七整流开关管M41的栅极-源极电压VGS_M41相对应,而使得与第五整流开关管M31相连接的第五副边绕组NS31的两端电压以及与第七整流开关管M41相连接的第七副边绕组NS41的两端电压之间频率相同且相位相同,其中第七驱动信号与第六驱动信号之间互补。第六整流开关管M32与第八整流开关管M42皆接收第八驱动信号而同步导通及关断,第八驱动信号与第六整流开关管M32的栅极-源极电压VGS_M32及第八整流开关管M42的栅极-源极电压VGS_M42相对应,而使得与第六整流开关管M32相连接的第六副边绕组NS32的两端电压以及与第八整流开关管M42相连接的第八副边绕组NS42的两端电压之间频率相同且相位相同,其中第八驱动信号与第五驱动信号之间互补。如图11所示,半桥开关桥臂中点C及电容桥臂中点D之间的电压VCD为交流的三电平信号,即电压VCD具有三种准位的信号,即Vin/2、0及-Vin/2,且半桥开关桥臂中点C及电容桥臂中点D之间的电压VCD亦为交流的三电平信号,即电压VCD亦具有三种准位的信号,即Vin/2、0及-Vin/2。
而于实际结构中,如图9A及图9B并配合图10的电路拓扑图可知,功率变换模块1c设置于系统板(未图示)上,且功率变换模块1c包含电路板4、磁性组件5c、上开关管Q11、Q21、下开关管Q12、Q22、第一电容C11、C21、第二电容C12、C22、多个整流开关管M11、M12、M21、M22、M31、M32、M41、M42。电路板4包含第一面41、第二面42及多个连接孔(未图示),第一面41及第二面42相对设置,多个连接孔的设置方式相似于第一实施例的功率变换模块1的连接孔的设置方式,故于此不再赘述。
磁性组件5c包含第一磁芯组件51f、第二磁芯组件51g、第一绕组组件52a及第二绕组组件52b,其中第一磁芯组件51f及第一绕组组件52a用以构成图10所示的第一变压器T1,第二磁芯组件51g及第二绕组组件52b用以构成图10所示的第二变压器T2,其中第一磁芯组件51f及第二磁芯组件51g相邻设置,且第一磁芯组件51f及第二磁芯组件51g的结构相似于图2所示的磁芯组件51,故于此不再赘述。此外,第一绕组组件52a及第二绕组组件52b设置于电路板4内,其绕制方式将于图12中说明。
如图9A及图9B所示,上开关管Q11、Q21、下开关管Q12、Q22、第一电容C11、C21、第二电容C12、C22排列设置于电路板4的第一面41,其中第一电容C11及第二电容C12相邻设置,且于第一磁芯组件51f设置于电路板4上时相邻于第一磁芯组件51f的第二侧51b,第一电容C21及第二电容C22相邻设置,且于第二磁芯组件51g设置于电路板4上时相邻于第二磁芯组件51g的第二侧51b。上开关管Q11、下开关管Q12、上开关管Q21及下开关管Q22则依序排列设置于第一电容C11及第一电容C21之间。
两个第一整流开关管M11分别设置于电路板4的第一面41和第二面42,且相对电路板4镜像摆放,两个第一整流开关管M11于第一磁芯组件51f设置于电路板4上时相邻于第一磁芯组件51f的第一侧51a,两个第一整流开关管M11经由电路板4内的布线并联连接。两个第二整流开关管M12分别设置于电路板4的第一面41和第二面42,且相对电路板4镜像摆放,两个第二整流开关管M12于第一磁芯组件51f设置于电路板4上时相邻于第一磁芯组件51f的第一侧51a,两个第二整流开关管M12经由电路板4内的布线并联连接。两个第三整流开关管M21分别设置于电路板4的第一面41和第二面42,两个第三整流开关管M21于第一磁芯组件51f设置于电路板4上时相邻于第一磁芯组件51f的第一侧51a,两个第三整流开关管M21经由电路板4内的布线并联连接。两个第四整流开关管M22分别设置于电路板4的第一面41和第二面42,且相对电路板4镜像摆放,两个第四整流开关管M22于第一磁芯组件51f设置于电路板4上时相邻于第一磁芯组件51f的第一侧51a,两个第四整流开关管M22经由电路板4内的布线并联连接。于本实施例中,第二整流开关管M12、第一整流开关管M11、第四整流开关管M22及第三整流开关管M21依序排列设置,且排列设置的方向平行于第一磁芯组件51f的第一侧51a。
两个第五整流开关管M31分别设置于电路板4的第一面41和第二面42,且相对电路板4镜像摆放,两个第五整流开关管M31于第二磁芯组件51g设置于电路板4上时相邻于第二磁芯组件51g的第一侧51a,两个第五整流开关管M31经由电路板4内的布线并联连接。两个第六整流开关管M32分别设置于电路板4的第一面41和第二面42,两个第六整流开关管M32于第二磁芯组件51g设置于电路板4上时相邻于第二磁芯组件51g的第一侧51a,两个第六整流开关管M32经由电路板4内的布线并联连接。两个第七整流开关管M41分别设置于电路板4的第一面41和第二面42,两个第七整流开关管M41于第二磁芯组件51g设置于电路板4上时相邻于第二磁芯组件51g的第一侧51a,两个第七整流开关管M41经由电路板4内的布线并联连接。两个第八整流开关管M42分别设置于电路板4的第一面41和第二面42,两个第八整流开关管M42于第二磁芯组件51g设置于电路板4上时相邻于第二磁芯组件51g的第一侧51a,两个第八整流开关管M42经由电路板4内的布线并联连接。于本实施例中,第六整流开关管M32、第五整流开关管M31、第八整流开关管M42及第七整流开关管M41依序排列设置,其中第二整流开关管M12、第一整流开关管M11、第四整流开关管M22、第三整流开关管M21、第六整流开关管M32、第五整流开关管M31、第八整流开关管M42及第七整流开关管M41沿同一方向依次排列设置,且位于电路板4的第一面41和第二面42的对应的两个整流开关管在第一面41或第二面42上的投影可以部分重合,例如位于电路板4的第一面41和第二面42的两个第一整流开关管M11在第一面41或第二面42上的投影可以部分重合,其它整流开关管也如此设置。控制电路33位于电路板4的第一面41,且位于第三整流开关管M21及第六整流开关管M32之间。
请继续参阅图9B,功率变换模块1c还包含两个正输出导接端61、四个负输出导接端62、正输入导接端63、多个信号导接端64及输入电感Lin。正输出导接端61构成图10所示的输出正端Vo+,设置于电路板4的第二面42上,且两个正输出导接端61于第一磁芯组件51f及第二磁芯组件51g设置于电路板4上时分别相邻于第一磁芯组件51f的第二侧51b及第二磁芯组件51g的第二侧51b。四个负输出导接端62构成图10所示的输出负端Vo-,设置于电路板4的第二面42上,且其中两个负输出导接端62于第一磁芯组件51f设置于电路板4上时相邻于第一磁芯组件51f的第一侧51a,另外两个负输出导接端62于第二磁芯组件51g设置于电路板4上时相邻于第二磁芯组件51g的第一侧51a,其中第二整流开关管M12、第一整流开关管M11、第四整流开关管M22及第三整流开关管M21设置于其中两个负输出导接端62之间,第六整流开关管M32、第五整流开关管M31、第八整流开关管M42及第七整流开关管M41设置于另外两个负输出导接端62之间。正输入导接端63构成图3所示的输入正端Vin+,设置于电路板4的第二面42上。多个信号导接端64用以传递控制信号、检测信号、温度测量信号等,或用以达到各模块之间的均流功能,或者用以达到模块对外的通信功能,多个信号导接端64设置于电路板4的第二面42上,其中多个信号导接端64与正输入导接端63排列设置,多个信号导接端64位于第三整流开关管M21及第六整流开关管M32之间。输入电感Lin设置于电路板4的第二面42上,且于第一磁芯组件51f及第二磁芯组件51g设置于电路板4上时位于第一磁芯组件51f及第二磁芯组件51g之间。于一些实施例中,功率变换模块1c还包含一个辅助电源导接端65,用以提供辅助电源给功率变换模块1c,该辅助电源导接端65设置于电路板4的第二面42上,且相邻于其中一负输出导接端62,于另一实施例中,功率变换模块1c还包含一个控制信号导接端66,该控制信号导接端66设置于电路板4的第二面42上,且相邻于其中另一负输出导接端62,该辅助电源导接端65和控制信号导接端66的设置位置可依实际需求进行设计,并不以此为限。
第一绕组组件52a绕制于第一磁芯组件51f上以及第二绕组组件52b绕制于第二磁芯组件51g上的绕制方式则如图12所示,而为简化图示,图12中的第一磁芯组件51f及第二磁芯组件51g皆示出下磁盖512而未示出上磁盖511,其中如图12所示,第一绕组组件52a包含第一原边绕组NP1和第二原边绕组NP2所构成的原边绕组NP、第一副边绕组NS11、第二副边绕组NS12、第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22。第一原边绕组NP1、第二原边绕组NP2、第一副边绕组NS11、第二副边绕组NS12、第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22的绕制方式相似于图7所示的第一原边绕组NP1、第二原边绕组NP2、第一副边绕组NS11、第二副边绕组NS12、第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22,故于此不再赘述。
第二绕组组件52b包含第三原边绕组NP3和第四原边绕组NP4所构成的原边绕组NP、第五副边绕组NS31、第六副边绕组NS32、第七副边绕组NS41及第八副边绕组NS42。第三原边绕组NP3、第四原边绕组NP4、第五副边绕组NS31、第六副边绕组NS32、第七副边绕组NS41及第八副边绕组NS42的绕制方式相似于图7所示的第一原边绕组NP1、第二原边绕组NP2、第一副边绕组NS11、第二副边绕组NS12、第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22,故于此不再赘述。
相较于前述实施例的磁芯组件的第一内磁柱组具有两个独立的内磁柱,且第二内磁柱组具有两个独立的内磁柱,于一些实施例中,磁芯组件的第一内磁柱组及第二内磁柱组可仅分别具有单一内磁柱。请参阅图13及图14,其中图13为本发明第五实施例的磁性组件的磁芯组件的结构示意图,图14为图13所示的磁性组件的磁芯组件及绕组组件的结构示意图。如图13及14所示,本实施例的磁性组件5d相似于图2所示的磁性组件5,主要区别在于本实施例的磁性组件5d的磁芯组件51h的第一内磁柱组515及第二内磁柱组516为单一内磁柱所构成。且如图13所示,第一内磁柱组515以及第一外磁柱513之间具有第一通道517a,第二内磁柱组516以及第一内磁柱组515之间具有第二通道517b,第二内磁柱组516以及第二外磁柱514之间具有第三通道517c。
本实施例的绕组组件52c绕制于磁芯组件51h上的绕制方式则如图14所示,绕组组件52c包含原边绕组NP、第一副边绕组NS11、第二副边绕组NS12、第三副边绕组NS21及第四副边绕组NS22。原边绕组NP的第一端及第二端皆位于第一内磁柱组515相邻于磁芯组件51h的第一侧51a的一侧,原边绕组NP由其第一端至第二端环绕于第一内磁柱组515及第二内磁柱组516,其中原边绕组NP环绕于第一内磁柱组515及第二内磁柱组516上的绕制方向相反,且原边绕组NP由第一端至第二端更依序通过第一通道517a、第一内磁柱组515相邻于磁芯组件51h的第二侧51b的一侧、第二通道517b、第二内磁柱组516相邻于磁芯组件51h的第一侧51a的一侧、第三通道517c、第二内磁柱组516相邻于磁芯组件51h的第二侧51b的一侧、第二通道517b,而使原边绕组NP于第二通道517b中为交叉设置,且分别环绕于第一内磁柱组515及第二内磁柱组516,其中原边绕组NP绕制于第一内磁柱组515的部分定义为第一原边绕组NP1,原边绕组NP绕制于第二内磁柱组516的部分定义为第二原边绕组NP2,且第一原边绕组NP1于第一内磁柱组515上绕制的匝数及第二原边绕组NP2于第二内磁柱组516上绕制的匝数相等且分别为1匝。
当然,绕制匝数并不局限,亦可为多匝,此外,原边绕组NP绕制于两个内磁柱组的绕制方向亦不局限。于一些实施例中,当第一原边绕组NP1于第一内磁柱组515上绕制的匝数及第二原边绕组NP2于第二内磁柱515b上绕制的匝数大于1匝时,以X匝为例,其绕制方式可为原边绕组NP依上述顺序绕制于第一内磁柱组515及第二内磁柱组516上一匝,然后重复绕制X次,以形成X匝;或为原边绕组NP先绕制于第一内磁柱组515上X次后,再绕制于第二内磁柱组516上X次,以分别于第一内磁柱组515及第二内磁柱组516上形成X匝。于本实施例中,原边绕组NP第一端连接于图3所示的半桥开关桥臂中点A,而与开关电路2相连接,此外,原边绕组NP的第二端连接于图3所示的电容桥臂中点B,而与开关电路2相连接,即代表原边绕组NP的第一端及第二端之间的跨压为VAB。
第一副边绕组NS11的第一端连接于第一整流开关管M11的漏极,且相邻于磁芯组件51h的第一侧51a及第二通道517b,第一副边绕组NS11的第二端相邻于磁芯组件51h的第二侧51b及第二通道517b,第一副边绕组NS11通过第二通道517b。第二副边绕组NS12的第一端连接于第二整流开关管M12的漏极,且相邻于磁芯组件51h的第一侧51a及第一通道517a,第二副边绕组NS12的第二端相邻于磁芯组件51h的第二侧51b及第一通道517a,第二副边绕组NS12通过第一通道517a。第三副边绕组NS21的第一端连接于第三整流开关管M21的漏极,且相邻于磁芯组件51h的第一侧51a及第二通道517b,第三副边绕组NS21的第二端相邻于磁芯组件51h的第二侧51b及第二通道517b,第三副边绕组NS21通过第二通道517b。第四副边绕组NS22的第一端连接于第四整流开关管M22的漏极,且相邻于磁芯组件51h的第一侧51a及第三通道517c,第四副边绕组NS22的第二端相邻于磁芯组件51h的第二侧51b及第三通道517c,第四副边绕组NS22通过第三通道517c。其中第二副边绕组NS12的第二端、第一副边绕组NS11的第二端、第四副边绕组NS22的第二端与第三副边绕组NS21的第二端于第二内磁柱组516相邻于磁芯组件51h的第二侧51b的一侧相连接。本实施例的磁性组件5d的等效磁阻分布相似于图6A所示的等效磁阻分布,且其所达到的磁通亦相似于第一实施例的磁性组件5,故于此不再赘述。
请参阅图15及图16,其中图15为本发明第六实施例的磁性组件的磁芯组件及绕组组件的结构示意图,图16为图15所示的功率变换模块的等效电路拓扑图。于电路拓扑部分,如图16所示,本实施例的功率变换模块1d包含输入正端Vin+、输入负端Vin-、输出正端Vo+、输出负端Vo-、输入电容Cin、第一降压变换电路71、第二降压变换电路72、第三降压变换电路73、第四降压变换电路74及输出电容Co。输入电容Cin连接于输入正端Vin+及输入负端Vin-之间,第一降压变换电路71的输入端、第二降压变换电路72的输入端、第三降压变换电路73的输入端及第四降压变换电路74的输入端并联连接于输入正端Vin+及输入负端Vin-之间,且第一降压变换电路71的输出端、第二降压变换电路72的输出端、第三降压变换电路73的输出端及第四降压变换电路74的输出端并联连接于输出正端Vo+及输出负端Vo-之间,输入负端Vin-和输出负端Vo-短接。第一降压变换电路71包含上开关管Q1A、下开关管Q1B及第一耦合电感Lo1,上开关管Q1A及下开关管Q1B串联连接,第一耦合电感Lo1连接于上开关管Q1A及下开关管Q1B所构成的半桥桥臂的中点。第二降压变换电路72包含上开关管Q2A、下开关管Q2B及第二耦合电感Lo2,上开关管Q2A及下开关管Q2B串联连接,第二耦合电感Lo2连接于上开关管Q2A及下开关管Q2B所构成的半桥桥臂的中点。第三降压变换电路73包含上开关管Q3A、下开关管Q3B及第三耦合电感Lo3,上开关管Q3A及下开关管Q3B串联连接,第三耦合电感Lo3连接于上开关管Q3A及下开关管Q3B所构成的半桥桥臂的中点。第四降压变换电路74包含上开关管Q4A、下开关管Q4B及第四耦合电感Lo4,上开关管Q4A及下开关管Q4B串联连接,第四耦合电感Lo4连接于上开关管Q4A及下开关管Q4B所构成的半桥桥臂的中点。于本实施例中,第一降压变换电路71的上开关管Q1A所接收的驱动信号与第三降压变换电路73的上开关管Q3A所接收的驱动信号的频率及相位相同,记为第一驱动信号,第二降压变换电路72的上开关管Q2A所接收的驱动信号与第四降压变换电路74的上开关管Q4A所接收的驱动信号的频率及相位相同,记为第二驱动信号,其中第一驱动信号与第二驱动信号之间错相180度。
第一耦合电感Lo1、第二耦合电感Lo2、第三耦合电感Lo3及第四耦合电感Lo4相互耦合以集成于一个磁性组件5e内,其中本实施例的绕组组件52d绕制于磁芯组件51h上的方式则如图15所示,其中磁芯组件51h的结构相似于图13所示的磁芯组件51h,故于此不再赘述。而图15中仅示出每一降压变换电路的下开关管,然可清楚知道每一降压变换电路的上开关管亦可根据需求而任意设置。第一降压变换电路71的下开关管Q1B、第二降压变换电路72的下开关管Q2B、第三降压变换电路73的下开关管Q3B及第四降压变换电路74的下开关管Q4B依序排布且皆相邻于磁芯组件51h的第一侧51a。
本实施例的绕组组件52d包含第一耦合绕组81、第二耦合绕组82、第三耦合绕组83及第四耦合绕组84。第一耦合绕组81的第一端连接于第一降压变换电路71的下开关管Q1B的漏极,且相邻于磁芯组件51h的第一侧51a及第一通道517a,第一耦合绕组81的第二端相邻于磁芯组件51h的第二侧51b及第一通道517a,第一耦合绕组81通过第一通道517a。第二耦合绕组82的第一端连接于第二降压变换电路72的下开关管Q2B的漏极,且相邻于磁芯组件51h的第一侧51a及第二通道517b,第二耦合绕组82的第二端相邻于磁芯组件51h的第二侧51b及第二通道517b,第二耦合绕组82通过第二通道517b。第三耦合绕组83的第一端连接于第三降压变换电路73的下开关管Q3B的漏极,且相邻于磁芯组件51h的第一侧51a及第三通道517c,第三耦合绕组83的第二端相邻于磁芯组件51h的第二侧51b及第三通道517c,第三耦合绕组83通过第三通道517c。第四耦合绕组84的第一端连接于第四降压变换电路74的下开关管Q4B的漏极,且相邻于磁芯组件51h的第一侧51a及第二通道517b,第四耦合绕组84的第二端相邻于磁芯组件51h的第二侧51b及第二通道517b,第四耦合绕组84通过第二通道517b。其中下开关管Q1B的源极、下开关管Q2B的源极、下开关管Q3B的源极及下开关管Q4B的源极于第二内磁柱组516相邻于磁芯组件51h的第一侧51a的一侧相连接,且与输出负端Vo-电性连接,第一耦合绕组81的第二端、第二耦合绕组82的第二端、第三耦合绕组83的第二端及第四耦合绕组84的第二端于第二内磁柱组516相邻于磁芯组件51h的第二侧51b的一侧相连接,且与输出正端Vo+电性连接,其中第一耦合绕组81绕制于磁芯组件52d上以构成图14的第一耦合电感Lo1,第二耦合绕组82绕制于磁芯组件52d上以构成图14的第二耦合电感Lo2,第三耦合绕组83绕制于磁芯组件52d上以构成图14的第三耦合电感Lo3,第四耦合绕组84绕制于磁芯组件52d上以构成图14的第四耦合电感Lo4。输出电容Co的第一端及第二端分别与输出正端Vo+及输出负端Vo-电性连接。
本实施例的磁性组件5d的等效磁阻分布相似于图6A所示的等效磁阻分布,且其所达到的磁通亦相似于第一实施例的磁性组件5,故于此不再赘述。本实施例的功率变换模块1d利用四个耦合绕组及磁芯组件51h以实现四个输出电感的滤波功能,且磁性组件5e的集成度高且尺寸小,而绕组组件52d的绕制方式使得四个耦合绕组的路径短、寄生电阻小且导通损耗低。此外,功率变换模块1d的输出电流均流至四个耦合绕组上,使得功率变换模块1d的损耗较低且热阻较小。更可通过调节磁阻Rm的方式以调节第一耦合电感Lo1、第二耦合电感Lo2、第三耦合电感Lo3及第四耦合电感Lo4的纹动电流大小及饱和电流大小。
为了生产简单,也可以将上述实例中的磁芯组件全部使用低磁导率且高磁阻的磁粉材质构成,这样会导致无法满足上述实例中的磁阻分配关系,使得磁柱中产生少量的直流磁通,导致纹波电流略有变大,但可达到便于生产及降低成本的优势。
综上所述,本发明的功率变换模块利用磁性组件的磁芯组件及绕组的设置不仅达到变压器的降压功能,且同时实现了具有大电感量的多相输出电感,亦即本发明的功率变换模块仅为单级变换器即可达到降压及滤波功能,相较于传统功率变换模块需利用两级变换器进行降压,本发明的功率变换模块利用磁性组件的磁芯组件及绕组组件的设置,有效地减小了磁性组件的体积并提升了磁性组件的集成度,使得功率变换模块具有输出纹波小,体积小、效率较高且应用较为简易的优势。此外,绕组组件的每一副边绕组的两端皆通过对应的通道而穿设于磁芯组件,以达到降压及滤波的功能,因此本发明的绕组组件的每一副边绕组的连接路径较短、寄生电阻较小且导通损耗较低。此外,由于本发明的功率变换模块的磁性组件包含四个副边绕组,使得总输出电流均分至四个副边绕组上,进而达到损耗较低、热阻较小的优势。此外,由于本发明的功率变换模块的磁性组件的绕组组件的两个原边绕组相互串联,分别与四个副边绕组相耦合,且原边绕组的输入电流较小,使得第一副边绕组及第二副边绕组之间以及第三副边绕组及第四副边绕组之间的均流效果较佳,进而使得本发明的功率变换模块达到电流输出较大、输出电感较大、纹动电流较小、体积较小、功率密度较高且效率较高的优势。

Claims (16)

1.一种磁性组件,其特征在于,包含:
一磁芯组件,包含:
一上磁盖;
一下磁盖,与该上磁盖相对设置;
一第一外磁柱,位于该上磁盖的一第一端及该下磁盖的一第一端之间;
一第二外磁柱,位于该上磁盖的一第二端及该下磁盖的一第二端之间;
一第一内磁柱组,位于该上磁盖及该下磁盖之间,且位于该第一外磁柱及该第二外磁柱之间,并相邻于该第一外磁柱,其中该第一内磁柱组及该第一外磁柱之间具有一第一通道;以及
一第二内磁柱组,位于该上磁盖及该下磁盖之间,且位于该第一外磁柱及该第二外磁柱之间,并相邻于该第二外磁柱,其中该第二内磁柱组及该第一内磁柱组之间具有一第二通道,且该第二内磁柱组及该第二外磁柱之间具有一第三通道;以及
一绕组组件,包含四个耦合绕组,每一该耦合绕组具有一第一端及一第二端,其中该四个耦合绕组的四个该第一端中的其中之一该第一端相邻于该磁芯组件的一第一侧及该第一通道,该四个耦合绕组的四个该第一端中的另一该第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧及该第三通道,该四个耦合绕组的四个该第一端中剩余的两个该第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧及该第二通道,该四个耦合绕组的四个该第二端中的其中之一该第二端相邻于该磁芯组件的一第二侧及该第一通道,该四个耦合绕组的四个该第二端中的另一该第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧及该第三通道,该四个耦合绕组的四个该第二端中剩余的两个该第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧及该第二通道。
2.如权利要求1所示的磁性组件,其中该第一内磁柱组包含一第一内磁柱及一第二内磁柱,该第一内磁柱及该第二内磁柱相较于该第二外磁柱而相邻于该第一外磁柱,且该第一内磁柱相邻于该磁芯组件的该第一侧,该第二内磁柱相邻于该磁芯组件的该第二侧,其中该第二内磁柱组包含一第三内磁柱及一第四内磁柱,该第三内磁柱及该第四内磁柱相较于该第一外磁柱而相邻于该第二外磁柱,且该第三内磁柱相邻于该磁芯组件的该第二侧,该第四内磁柱相邻于该磁芯组件的该第一侧,其中,其中该第一内磁柱组的该第一内磁柱与该第二内磁柱之间具有一第四通道,且该第四通道分别与该第一通道及该第二通道相连通,该第二内磁柱组的该第三内磁柱与该第四内磁柱之间具有一第五通道,且该第五通道分别与该第二通道及该第三通道相连通。
3.如权利要求2所示的磁性组件,其中该四个耦合绕组分别为一第一副边绕组、一第二副边绕组、一第三副边绕组及一第四副边绕组,该第一副边绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧,且相邻于该第一内磁柱及该第四内磁柱之间的该第二通道,该第一副边绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧,且相邻于该第二内磁柱及该第一外磁柱之间的该第一通道,且该第一副边绕组由该第一端至该第二端更依序通过该第一内磁柱及该第四内磁柱之间的该第二通道、该第四通道、该第二内磁柱及该第一外磁柱之间的该第一通道;该第二副边绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧,且相邻于该第一内磁柱及该第一外磁柱之间的该第一通道,该第二副边绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧,且相邻于该第二内磁柱及该第三内磁柱之间的该第二通道,且该第二副边绕组由该第一端至该第二端更依序通过该第一内磁柱及该第一外磁柱之间的该第一通道、该第四通道、该第二内磁柱及该第三内磁柱之间的该第二通道,其中该第二副边绕组及该第一副边绕组于该第四通道中为交叉设置;该第三副边绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧,且相邻于该第四内磁柱及该第二外磁柱之间的该第三通道,该第三副边绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧,且相邻于该第二内磁柱及该第三内磁柱之间的该第二通道,且该第三副边绕组由该第一端至该第二端更依序通过该第四内磁柱及该第二外磁柱之间的该第三通道、该第五通道、该第二内磁柱及该第三内磁柱之间的该第二通道;该第四副边绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧,且相邻于该第一内磁柱及该第四内磁柱之间的该第二通道,该第四副边绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧,且相邻于该第三内磁柱及该第二外磁柱之间的该第三通道,且该第四副边绕组由该第一端至该第二端更依序通过该第一内磁柱及该第四内磁柱之间的该第二通道、该第五通道、该第三内磁柱及该第二外磁柱之间的该第三通道,其中该第四副边绕组及该第三副边绕组于该第五通道中为交叉设置。
4.如权利要求3所示的磁性组件,其中该绕组组件包含一原边绕组,该原边绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第二侧,且相邻于该第二内磁柱及该第一外磁柱之间的该第一通道,该原边绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧,且相邻于该第三内磁柱及该第二外磁柱之间的该第三通道,且该原边绕组由该第一端至该第二端更依序通过该第一外磁柱及该第二内磁柱之间的该第一通道、该第四通道、该第五通道、该第四内磁柱及该第二外磁柱之间的该第三通道、该第四内磁柱远离该第三内磁柱的一侧、该第一外磁柱与该第一内磁柱之间的该第一通道、该第四通道、该第五通道、该第三内磁柱及该第二外磁柱之间的该第三通道,该原边绕组于该第四通道或该第五通道中为交叉设置;该原边绕组由该第一端至该第二端沿一第一方向环绕该第一内磁柱和该第四内磁柱、沿一第二方向环绕该第二内磁柱和该第三内磁柱,该第一方向与该第二方向相反。
5.如权利要求2所示的磁性组件,其中该四个耦合绕组分别为一第一副边绕组、一第二副边绕组、一第三副边绕组及一第四副边绕组,该第一副边绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧,且相邻于该第一内磁柱及该第四内磁柱之间的该第二通道,该第一副边绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧,且相邻于该第二内磁柱及该第一外磁柱之间的该第一通道,且该第一副边绕组由该第一端至该第二端更依序通过该第一内磁柱及该第四内磁柱之间的该第二通道、该第四通道、该第二内磁柱及该第一外磁柱之间的该第一通道;该第二副边绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧,且相邻于该第一内磁柱及该第一外磁柱之间的该第一通道,该第二副边绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧,且相邻于该第二内磁柱及该第三内磁柱之间的该第二通道,且该第二副边绕组由该第一端至该第二端更依序通过该第一内磁柱及该第一外磁柱之间的该第一通道、该第四通道、该第二内磁柱及该第三内磁柱之间的该第二通道,其中该第二副边绕组及该第一副边绕组于该第四通道中为交叉设置;该第三副边绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧,且相邻于该第一内磁柱及该第四内磁柱之间的该第二通道,该第三副边绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧,且相邻于该第三内磁柱及该第二外磁柱之间的该第三通道,且该第三副边绕组由该第一端至该第二端更依序通过该第一内磁柱及该第四内磁柱之间的该第二通道、该第五通道、该第三内磁柱及该第二外磁柱之间的该第三通道;该第四副边绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧,且相邻于该第四内磁柱及该第二外磁柱之间的该第三通道,该第四副边绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧,且相邻于该第二内磁柱及该第三内磁柱之间的该第二通道,且该第四副边绕组由该第一端至该第二端更依序通过该第四内磁柱及该第二外磁柱之间的该第三通道、该第五通道、该第二内磁柱及该第三内磁柱之间的该第二通道,其中该第四副边绕组及该第三副边绕组于该第五通道中为交叉设置。
6.如权利要求5所示的磁性组件,其中该绕组组件包含一第一原边绕组及一第二原边绕组,该第一原边绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧,且相邻于该第一外磁柱及该第一内磁柱之间的该第一通道,该第一原边绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第一侧,且相邻于该第一内磁柱及该第四内磁柱之间的该第二通道,且该第一原边绕组由该第一端至该第二端更依序通过该第一外磁柱及该第一内磁柱之间的该第一通道、该第四通道、该第二内磁柱与该第三内磁柱之间的该第二通道、该第二内磁柱远离于该第一内磁柱的一侧、该第一外磁柱与该第二内磁柱之间的该第一通道、该第四通道、该第一内磁柱及该第四内磁柱之间的该第二通道;该第二原边绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧,且相邻于该第四内磁柱及该第二外磁柱之间的该第三通道,该第二原边绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第一侧,且相邻于该第一内磁柱及该第四内磁柱之间的该第二通道,且该第二原边绕组由该第一端至该第二端更依序通过该第四内磁柱及该第二外磁柱之间的该第三通道、该第五通道、该第三内磁柱与该第二内磁柱之间的该第二通道、该第三内磁柱远离于该第四内磁柱的一侧、该第二外磁柱与该第三内磁柱之间的该第三通道、该第五通道、该第一内磁柱及该第四内磁柱之间的该第二通道;该第一原边绕组由该第一端至该第二端沿一第一方向环绕该第一内磁柱、沿一第二方向环绕该第二内磁柱,该第二原边绕组由该第一端至该第二端沿第一方向环绕该第三内磁柱、沿第二方向环绕该第四内磁柱,该第一方向与该第二方向相反。
7.如权利要求6所示的磁性组件,其中该第一原边绕组及该第二原边绕组串联连接,该第二原边绕组的该第一端与该第一原边绕组的该第二端连接;或者,该第一原边绕组及该第二原边绕组并联连接,该第二原边绕组的该第一端与该第一原边绕组的该第一端连接,该第二原边绕组的该第二端与该第一原边绕组的该第二端连接。
8.如权利要求1所示的磁性组件,其中该第一内磁柱组及该第二内磁柱组分别为单一内磁柱所构成。
9.如权利要求8所示的磁性组件,其中该四个耦合绕组分别为一第一副边绕组、一第二副边绕组、一第三副边绕组及一第四副边绕组,该第一副边绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧及该第二通道,该第一副边绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧及该第二通道,该第一副边绕组通过该第二通道;该第二副边绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧及该第一通道,该第二副边绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧及该第一通道,该第二副边绕组通过该第一通道;该第三副边绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧及该第二通道,该第三副边绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧及该第二通道,该第三副边绕组通过该第二通道;该第四副边绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧及该第三通道,该第四副边绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧及该第三通道,该第四副边绕组通过该第三通道。
10.如权利要求9所示的磁性组件,其中该绕组组件包含一原边绕组,该原边绕组的一第一端及一第二端皆位于该第一内磁柱组相邻于该磁芯组件的该第一侧的一侧,该原边绕组由该第一端至该第二端环绕于该第一内磁柱组及该第二内磁柱组,其中该原边绕组环绕于该第一内磁柱组及该第二内磁柱组的方向相反,且该原边绕组由该第一端至该第二端更依序通过该第一通道、该第一内磁柱组相邻于该磁芯组件的该第二侧的一侧、该第二通道、该第二内磁柱组相邻于该磁芯组件的该第一侧的一侧、该第三通道、该第二内磁柱组相邻于该磁芯组件的该第二侧的一侧、该第二通道,而使该原边绕组于该第二通道中为交叉设置,且分别环绕于该第一内磁柱组及该第二内磁柱组。
11.如权利要求2所示的磁性组件,其中该第一内磁柱、该第二内磁柱、该第三内磁柱及该第四内磁柱皆采用低磁阻的材料所构成,且该磁芯组件的其余部分皆由高磁阻的材料所构成。
12.如权利要求2所示的磁性组件,其中该第一内磁柱、该第二内磁柱、该第三内磁柱、该第四内磁柱、该上磁盖中该第一内磁柱及该第二内磁柱之间的结构、该上磁盖中该第三内磁柱及该第四内磁柱之间的结构、该下磁盖中该第一内磁柱及该第二内磁柱之间的结构、该下磁盖中该第三内磁柱及该第四内磁柱之间的结构皆采用低磁阻的材料所构成,且该磁芯组件的其余部分皆由高磁阻的材料所构成。
13.如权利要求11或12所示的磁性组件,其中该低磁阻的材料为无气隙的铁氧体,该高磁阻的材料为包含集中气隙的铁氧体或包含分布气隙的低磁导率的磁粉。
14.如权利要求8所示的磁性组件,其中该磁性组件为耦合电感,该四个耦合绕组分别为一第一耦合绕组、一第二耦合绕组、一第三耦合绕组及一第四耦合绕组,该第一耦合绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧及该第一通道,该第一耦合绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧及该第一通道,该第一耦合绕组通过该第一通道;该第二耦合绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧及该第二通道,该第二耦合绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧及该第二通道,该第二耦合绕组通过该第二通道;该第三耦合绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧及该第三通道,该第三耦合绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧及该第三通道,该第三耦合绕组通过该第三通道;该第四耦合绕组的一第一端相邻于该磁芯组件的该第一侧及该第二通道,该第四耦合绕组的一第二端相邻于该磁芯组件的该第二侧及该第二通道,该第四耦合绕组通过该第二通道。
15.如权利要求1所示的磁性组件,其中该上磁盖的该第一端与该上磁盖的该第二端相对设置,该下磁盖的该第一端及该下磁盖的该第二端相对设置,该磁芯组件的该第一侧与该第二侧相对设置,该第一内磁柱组连接于该上磁盖及该下磁盖之间,该第二内磁柱组连接于该上磁盖及该下磁盖之间;当相同的直流电流以相同方向流经该四个耦合绕组时,其中两个该耦合绕组于该第一内磁柱组上所产生的直流磁通相互抵消,另外两个该耦合绕组于该第二内磁柱组上所产生的直流磁通相互抵消。
16.一种电子装置,其特征在于,包含:
一电路板,包含相对的一第一面、一第二面以及多个连接孔,该多个连接孔皆穿设于该电路板;以及
如权利要求1-15任一项所述的该磁性组件,其中该磁性组件的该四个耦合绕组设置于该电路板内,且该上磁盖设置于该电路板的该第一面,该下磁盖设置于该电路板的该第二面,该磁性组件的该第一外磁柱、该第二外磁柱、该第一内磁柱组及该第二内磁柱组分别穿过对应的该连接孔;以及
至少一开关,通过该电路板内的布线与该磁性组件电连接。
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