CN206962702U - 多相dc/dc电源转换器 - Google Patents

多相dc/dc电源转换器 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及多相DC/DC电源转换器，其包括：磁芯，所述磁芯具有多个芯部分且限定多个磁通量路径，以及多个绕组，所述多个绕组包括多个变压器绕组集和多个电感器绕组。每个变压器绕组集包括围绕所述多个芯部分中的至少一个芯部分的初级绕组和次级绕组。每个电感器绕组围绕所述多个芯部分中的另一个芯部分。由所述多个变压器绕组集中的一个变压器绕组集产生的磁通量基本上抵消由所述多个变压器绕组集中的至少一个相邻变压器绕组集产生的磁通量。由所述多个电感器绕组中的一个电感器绕组产生的磁通量基本上抵消由所述多个电感器绕组中的至少一个相邻电感器绕组产生的磁通量。

Description

多相DC/DC电源转换器
技术领域
本实用新型涉及具有用于变压器绕组和电感器绕组的集成磁芯的多相电源转换器。
背景技术
该部分提供关于本实用新型的背景信息，该背景信息不一定为现有技术。
电源转换器可以包括单相(称为单相电源转换器)或多相(称为多相电源转换器)。有时，单相电源转换器可以包括芯部、围绕芯部的一部分的感应器绕组、和围绕芯部的一部分的变压器绕组。如果单相电源转换器包括这类配置，则芯部(包括用于绕组的芯部分)的厚度相比于不包括感应器绕组和变压器绕组二者的其它芯部增大以确保不出现绕组之间的互相感应。
实用新型内容
该部分提供本实用新型的概括性总结，且不是本实用新型的全部范围或本实用新型的所有特征的全面公开。
根据本实用新型的一个方面，一种多相DC/DC电源转换器包括：磁芯，所述磁芯具有多个芯部分且限定通过所述磁芯的多个磁通量路径；多个绕组，所述多个绕组包括多个变压器绕组集和多个电感器绕组；以及联接到所述多个绕组的多个电源电路。每个变压器绕组集包括围绕所述多个芯部分中的至少一个芯部分的初级绕组和次级绕组。每个电感器绕组围绕所述多个芯部分中的另一个芯部分。当将电流施加于每个变压器绕组集的初级绕组和/或次级绕组时，所述每个变压器绕组集在所述磁芯中产生磁通量，以及当将电流施加于每个电感器绕组时，每个电感器绕组在所述磁芯中产生磁通量。由所述多个变压器绕组集中的一个变压器绕组集产生的磁通量基本上抵消由所述多个变压器绕组集中的至少一个相邻变压器绕组集产生的磁通量。由所述多个电感器绕组中的一个电感器绕组产生的磁通量基本上抵消由所述多个电感器绕组中的至少一个相邻电感器绕组产生的磁通量。
从本文中提供的描述，其它方面和适用领域将变得明显。应当理解，本实用新型的各个方面可以单独地或与一个或多个其它方面组合实现。还应当理解，本文中的描述和具体示例意图仅用于说明性目的且不意图限制本实用新型的范围。
附图说明
本文中所描述的附图仅用于所选实施方式的说明性目的，而非所有可能的实现方式，且不意图限制本实用新型的范围。
图1为根据本实用新型的一个示例性实施方式的包括用于变压器绕组和电感器绕组的集成磁芯的三相DC/DC电源转换器的框图。
图2为图1的集成磁芯、变压器绕组和电感器绕组的框图，其中绕组围绕磁芯。
图3为根据另一示例性实施方式的用于三相电源转换器的集成磁芯的框图，该集成磁芯由两个修改的“E”形芯部分形成，每个芯部分具有五个腿部和一个“I”形芯部。
图4为根据另一示例性实施方式的包括用于三相电源转换器的集成磁芯以及围绕磁芯的变压器绕组和电感器绕组的磁性组件的框图，该集成磁芯由三个修改的“E”形芯部分形成，每个芯部分具有五个腿部。
图5为表示流经围绕图4的磁芯的变压器绕组的电流和图4的磁芯中的磁通量的图表。
图6为根据另一示例性实施方式的表示流经围绕磁芯的变压器绕组的电流和磁芯中的磁通量的图表，该磁芯由具有三个腿部的“E”形芯部分形成。
图7为根据另一示例性实施方式的磁性组件的等距视图，该磁性组件包括具有圆形横截面形状的内芯腿部的磁芯以及围绕该内芯腿部的变压器绕组和电感器绕组。
图8为根据另一示例性实施方式的磁性组件的分解等距视图，该磁性组件包括具有椭圆形横截面形状的内芯腿部的磁芯以及围绕该内芯腿部的变压器绕组和电感器绕组。
图9为根据另一示例性实施方式的三相LLC谐振电源转换器的框图，该电源转换器包括三个整流电路和用于变压器绕组和电感器绕组的集成磁芯。
图10A为根据另一示例性实施方式的三相LLC谐振电源转换器的框图，该电源转换器包括用于联接在星形配置中的变压器次级绕组的集成磁芯。
图10B为根据另一示例性实施方式的三相LLC谐振电源转换器的框图，该电源转换器包括用于联接在“Δ”配置中的变压器次级绕组的集成磁芯。
图10C为根据另一示例性实施方式的三相LLC谐振电源转换器的框图，该电源转换器包括用于联接在并行配置中的变压器次级绕组的集成磁芯。
图11为根据另一示例性实施方式的包括联接到变压器绕组的散热器组件的图8的磁性组件的等距视图。
贯穿附图中的多个视图，对应的附图标记指示对应的部分、特征等。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述示例性实施方式。
提供了示例性实施方式，使得本实用新型将是透彻的且将向本领域的技术人员充分地传达范围。对大量的特定细节(诸如特定部件、设备和方法的示例)进行陈述，以提供对本实用新型的实施方式的透彻理解。对本领域的技术人员显而易见的是，不一定采用特定细节，示例性实施方式可以体现为许多不同的形式，并且示例性实施方式不应该被解释为限制本实用新型的范围。在一些示例性实施方式中，没有对公知的过程、公知的设备结构和公知的技术进行详细描述。
本文中所使用的术语仅出于描述具体示例性实施方式的目的而不旨在进行限制。如本文中所使用的，单数形式“一”和“该”也可以旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包含性的且因此指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件、和/或其组合。本文中所描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或说明的特定顺序来执行，除非特别指出了执行顺序。还应当理解的是，可以采用额外的或替选的步骤。
尽管在本文中可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受限于这些术语。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。当诸如“第一”、“第二”的术语和其它数字术语在本文中使用时不暗示次序或顺序，除非上下文有明确地说明。因而，在不脱离示例性实施方式的教导的情况下，以下所讨论的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一部分可以被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二部分。
为了便于说明，在本文中可以使用空间相对术语，诸如“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，来描述如图中所示的一个元件或特征与其它的一个或多个元件或特征的关系。除了图中示出的方位之外，空间相对术语可以旨在包括设备在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的设备被翻转，则描述为在其它元件或特征的“下方”或“下面”的元件将被取向为在上述其它元件或特征的“上方”。因而，示例性的术语“下方”可以包括上方和下方两种方位。该设备可以被另外地取向(旋转90度或旋转到其它方位)且本文中所使用的空间相对描述符可以被相应地解释。
根据本实用新型的一个示例性实施方式的多相DC/DC电源转换器在图1中示出且总体用附图标记100来指示。如图1所示，多相DC/DC电源转换器100包括磁芯102，具有变压器绕组集104、106、108和电感器绕组L1、L2、L3的绕组，以及联接到绕组的三个电源电路110、112、114。如图2所示，磁芯102包括芯部分116、118、120，且限定通过磁芯的磁通量路径。每个变压器绕组集104、106、108包括围绕至少一个芯部分118、120的初级绕组P1、P2、P3和次级绕组S1、S2、S3，以及每个电感器绕组L1、L2、L3围绕另一个芯部分116。当将电流施加于每个变压器绕组集的初级绕组和/或次级绕组时，每个变压器绕组集104、106、108在磁芯102中产生磁通量。类似地，当将电流施加于电感器绕组时，每个电感器绕组L1、L2、L3在磁芯102中产生磁通量。
如图2所示，由一个变压器绕组集产生的磁通量基本上抵消由至少一个相邻变压器绕组集产生的磁通量，以及由一个电感器绕组产生的磁通量基本上抵消由至少一个相邻电感器绕组产生的磁通量。例如，由一个绕组、绕组集等产生的磁通量可以沿着与另一绕组、另一绕组集等产生的磁通量相反的方向流经特定芯部分。
在图2的特定示例中，由变压器绕组集106的绕组P2、绕组S2中流动的电流产生的磁通量(用虚线134表示)基本上抵消由变压器绕组集104的绕组P1、绕组S1中流动的电流产生的磁通量(用虚线136表示)和由变压器绕组集108的绕组P3、绕组S3中流动的电流产生的磁通量(用虚线138表示)。类似地，由电感器绕组L2中流动的电流产生的磁通量(用虚线140表示)基本上抵消由电感器绕组L1中流动的电流产生的磁通量(用虚线142表示)和由电感器绕组L3中流动的电流产生的磁通量(用虚线144表示)。因此，流经磁芯102的磁通量可以大幅减少，以及在一些情况下基本上被消除。这反过来使得相比于其它已知系统减少了由于磁通量造成的磁芯损耗。
磁芯102的芯部分116、118、120被布置以形成用于电感器绕组L1、L2、L3和变压器绕组集104、106、108的一个集成磁芯。因此，多相电源转换器100可以包括用于其电感器绕组和变压器绕组的一个集成磁芯，而非如传统方式包括用于变压器绕组和/或电感器绕组的多个单独磁芯。因此，磁芯102(例如磁芯102的多个部分)和变压器绕组集104、106、108形成变压器，以及磁芯102(例如磁芯102的多个部分)和电感器绕组L1、L2、L3形成电感元件。磁芯102和绕组(和/或本文中所公开的其它芯和绕组)可以统称为磁性组件。
该集成磁芯102(和本文中所公开的其它集成磁芯)可以具有比传统绝缘线芯小的体积，该传统绝缘线芯具有与集成磁芯102数量类似的绕组。因此，相比于传统绝缘线芯，集成磁芯可以由更少材料形成，这反过来减少磁芯损耗、提高效率、降低成本等。
在图1和图2的具体示例中，各个芯部分116、118、120具有基底和从其基底延伸的三个腿部。因此，芯部分116、118、120可以被称为“E”形芯部分。例如，芯部分116包括基底122和三个腿部124a、124b、124c，芯部分118包括基底126和三个腿部128a、128b、128c，以及芯部分120包括基底130和三个腿部132a、132b、132c。在其它示例中，芯部分116、芯部分118、芯部分120中的一者或多者可以包括从其基底延伸的更多个或更少个腿部，如下文进一步阐述。
芯部分116、芯部分118、芯部分120可以以各种不同配置联接在一起。例如，如图2所示，芯部分118、芯部分120彼此相对(例如它们的腿部面向彼此)，以及芯部分116、芯部分118布置成彼此类似(例如它们的腿部面向同一方向)。因此，芯部分118的腿部128a、腿部128b、腿部128c联接到芯部分120的腿部132a、腿部132b、腿部132c，以及芯部分116的腿部124a、腿部124b、腿部124c联接到芯部分118的基底126，如图2所示。
如上所述，每个变压器绕组集104、106、108包括围绕至少一个芯部分的一个初级绕组P1、P2、P3和一个次级绕组S1、S2、S3。例如，每个变压器绕组集104、106、108可以至少部分地围绕一个芯部分的三个腿部。在一些实施方式中，每个变压器绕组集104、106、108可以围绕多于一个芯部分的腿部。
在图2的具体示例中，初级绕组P1、初级绕组P2、初级绕组P3分别围绕芯部分118的腿部128a、腿部128b、腿部128c，以及次级绕组S1、次级绕组S2、次级绕组S3分别围绕芯部分120的腿部132a、腿部132b、腿部132c。然而，应当清楚，在重叠配置(如下文进一步阐述)中和/或在另一合适配置中，初级绕组P1、初级绕组P2、初级绕组P3和/或次级绕组S1、次级绕组S2、次级绕组S3可以至少部分地围绕另一芯部分(例如芯部分116等)、两个芯部分(例如芯部分118、芯部分120)的腿部。
类似地，电感器绕组L1、电感器绕组L2、电感器绕组L3围绕另一芯部分的腿部。例如，电感器绕组L1、电感器绕组L2、电感器绕组L3可以围绕未被变压器绕组集104、变压器绕组集106、变压器绕组集108使用的芯部分的腿部。在图2的具体示例中，电感器绕组L1、电感器绕组L2、电感器绕组L3分别围绕芯部分116的腿部124a、腿部124b、腿部124c。然而，应当清楚，如果需要，则电感器绕组L1、电感器绕组L2、电感器绕组L3可以至少部分地围绕另一芯部分(例如芯部分118、芯部分120等)。
如图1所示，多相DC/DC电源转换器100包括三相。每个相包括一个变压器绕组集104、106、108，一个电感器绕组L1、L2、L3，以及相对于彼此相移(例如120度相移)的一个电源电路110、112、114。例如，如下文进一步阐述，电源电路110、112、114(和/或本文中所公开的其它电源电路)可具有在以交错方式操作时相对于彼此相移(例如120度)的初级侧电压。
相比于其它已知系统(例如单相系统)，该相移交错配置可以导致电源转换器100的输出端处的脉动电流减小。在一些实例中，相比于单相系统，电源转换器100的脉动电流可以系数10减小(例如，以脉动电流的大约90％变化)。例如，电源转换器100的脉动电流可以为大约0.0419安培，而单相电源转换器的脉动电流可以为大约0.483安培。
每个电感器绕组L1、L2、L3联接在一个电源电路110、112、114和一个初级绕组P1、P2、P3的不同组之间。例如，电感器绕组L1联接到初级绕组P1和电源电路110，电感器绕组L2联接到初级绕组P2和电源电路112，以及电感器绕组L3联接到初级绕组P3和电源电路114。因此，图1的电源电路110、电源电路112、电源电路114分别借助电感器绕组L1、电感器绕组L2、电感器绕组L3联接到初级绕组P1、初级绕组P2、初级绕组P3。
如下文进一步阐述，图1的电感器绕组L1、电感器绕组L2、电感器绕组L3可以表示谐振转换器(诸如LLC电源转换器和/或另一合适电源转换器)中的电感元件。在其它示例中，电感器绕组L1、电感器绕组L2、电感器绕组L3可以联接在变压器的输出侧上。例如，电感器绕组L1、电感器绕组L2、电感器绕组L3可以联接到次级绕组S1、次级绕组S2、次级绕组S3。在这类示例中，输出侧电感器绕组可以用作滤波器。
次级绕组S1、次级绕组S2、次级绕组S3可以联接到一个或多个次级侧部件、电路等。例如，如下文进一步阐述，次级绕组S1、次级绕组S2、次级绕组S3可以联接到一个或多个整流电路。
尽管图2的芯部分116、芯部分118、芯部分120被示出为“E”形芯部，但是应当清楚，在不脱离本实用新型的教导的前提下可以采用其它合适形状的芯部。例如，图3示出在图1的三相DC/DC电源转换器100和/或本文中所公开的其它电源转换器中可采用的磁芯300。图3的磁芯300基本上类似于图2的磁芯102，但是包括两个修改的“E”形芯部分302、304以及位于这两个修改的“E”形芯部分302、304之间的“I”形芯部分306。图3的修改的“E”形芯部分302、修改的“E”形芯部分304基本上类似于图2的芯部分116、芯部分118、芯部分120，但是包括从其基底延伸的五个腿部。
图3的磁芯300可以基本上类似于图2的磁芯102起作用。例如，变压器绕组集(未示出)可以围绕一个修改的“E”形芯部分(例如芯部分304)的内腿部，以及电感器绕组可以围绕另一个修改的“E”形芯部分(例如芯部分302)的内腿部，如上所述。由变压器绕组集和电感器绕组产生的磁通量可以流经芯部300的内腿部和外腿部(例如，有时称为中性通量腿部)以提供如下文进一步阐述的附加通量路径。
图4示出包括在图1的三相DC/DC电源转换器100和/或本文中所公开的其它电源转换器中可采用的磁芯的另一磁性组件400。图4的磁芯基本上类似于图2的磁芯102和图3的磁芯300，但是包括三个修改的“E”形芯部分。特别地，该磁芯包括三个芯部分402、404、406，每个芯部分具有基底和从其基底延伸的五个腿部。例如，芯部分402包括基底408和从基底408延伸的腿部410a-410e，芯部分404包括基底412和从基底412延伸的腿部414a-414e，以及芯部分406包括基底416和从基底416延伸的腿部418a-418e。
图4的绕组配置类似于图2的绕组配置。例如，图4的电感器绕组L1、电感器绕组L2、电感器绕组L3分别围绕芯部分402的内腿部410b、内腿部410c、内腿部410d。类似地，变压器绕组集420围绕芯部分404、芯部分406的内腿部414b、内腿部418b，变压器绕组集422围绕芯部分404、芯部分406的内腿部414c、内腿部418c，以及变压器绕组集424围绕芯部分404、芯部分406的内腿部414d、内腿部418d。尽管未示出，但是变压器绕组集420、变压器绕组集422、变压器绕组集424的初级绕组和次级绕组可以以不同配置(例如重叠、分离等)来卷绕，如上文参照图1和图2的变压器绕组集104、变压器绕组集106、变压器绕组集108所阐述。
由变压器绕组和电感器绕组产生的磁通量可以流经修改的“E”形芯部分402、修改的“E”形芯部分404、修改的“E”形芯部分406的腿部，如上所述。这通过图4中示出的标有箭头的线表示。如所示，由一个变压器绕组集(例如绕组集422等)产生的磁通量基本上抵消由另一个变压器绕组集(例如绕组集420和绕组集424)产生的磁通量，反之亦然。以类似方式基本上抵消由电感器绕组L1、电感器绕组L2、电感器绕组L3产生的磁通量。因此，流经磁芯的磁通量可以大幅减少，以及在一些情况下基本上被消除。
未完全抵消的磁通量(例如由绕组集420、绕组集424等和/或电感器绕组L1、电感器绕组L3等产生)可以流经芯400的中性通量腿部。例如，如图4所示，芯部分402、404、406的外腿部410a、410e、414a、414e、418a、418e可以提供用于由变压器绕组集420、424和电感器绕组L1、L3产生的磁通量的附加路径。这些附加外腿部(例如中性通量腿部)允许由绕组中流动的中性电流产生的中性磁通量在采用图4的磁芯的平衡三相系统(例如120度相移的三相电源转换器)中抵消(例如基本上变为零)。
在一些示例中，图3和图4的磁芯和/或本文中所公开的其它磁芯可以由铁和/或另一合适材料形成。例如，如果图3和图4的磁芯由铁形成，则图3和图4的中性通量腿部可以具有大约为内腿部的铁芯横截面(AFE)的三分之一的铁芯横截面(AFE)。可替选地，根据例如特定设计需求等，中性通量腿部的铁芯横截面(AFE)可以更大或更小。
例如，图5示出包括图4的磁芯的三相电源转换器中的用于每个相的电流、磁通量以及中性通量的波形500、502、504、506。特别地，波形500、502、504、506分别表示用于每个相的初级绕组电流、用于每个相的绝对磁通量、用于中性(例如跟随在中性通量腿部中)的绝对磁通量、以及用于每个相的次级绕组电流。如所示，初级绕组电流和次级绕组电流为平衡的正弦波形，以及磁通量为平衡的三角波形。该平衡配置可以由于例如图4的磁芯的中性通量腿部、具有相对于彼此的相移(例如120度相移)的初级侧电压等产生的。
在不采用中性通量腿部的一些示例中，由绕组中流动的中性电流产生的中性磁通量可以不抵消。例如，图6示出在包括不具有中性通量腿部的磁芯(例如图2的磁芯200)的三相电源转换器中的用于每个相的电流和磁通量的波形606、608、610。特别地，波形606、608、610分别表示用于每个相的初级绕组电流、用于每个相的磁通量、以及用于每个相的次级绕组电流。如所示，来自每个相的磁通量形成三角波形。这些三角波形的总和等于三角波形的幅度的大约三分之一。因此，次级绕组电流产生三角波形(用线612、线614、线616表示)，该三角波形可导致RMS电流损耗增加到不合需要的水平。
本文中所公开的示例性集成磁芯可以被设计成减少磁芯损耗、优化磁通量分布、优化磁路径长度等。例如，集成磁芯中的任一者可以被设计为具有特定几何形状、特定腿长、一个或多个气隙(例如，芯部的中心腿部之间的特定尺寸的气隙)等。相对于不包括集成磁芯的其它系统，这可以增加电源转换器效率和/或功率密度。例如，图7示出包括设计成优化磁芯损耗、磁通量分布、磁路径长度等的磁芯702的磁性组件700，以及该磁性组件700在功能上保持等效于图4的磁性组件400。
如图7所示，磁芯702包括三个修改的“E”形芯部分704、706、708，每个芯部分具有基底和从其基底延伸的七个腿部。图7的芯部分704、芯部分706、芯部分708以与图2的芯部分116、芯部分118、芯部分120相似的方式联接在一起。
在图7的具体示例中，各个芯部分704、706、708包括配置成接收绕组的三个内腿部和用于提供如上所述的中性通量路径的四个外腿部(其中两个被示出)。如所示，图4的电感器绕组L1、电感器绕组L2、电感器绕组L3围绕芯部分704的三个内腿部以及图4的变压器绕组集420、变压器绕组集422、变压器绕组集424围绕芯部分706、芯部分708的三个内腿部，如上所述。在其它实施方式中，可以按需采用更多或更少外腿部和/或内腿部、更多或更少绕组等。
芯部分的腿部可以按需成形以达到如上所述的预期结果。在图7的具体示例中，各个芯部分704、706、708的内腿部具有基本上圆形的横截面形状，以及各个芯部分704、706、708的外腿部具有基本上三角形的横截面形状。
在其它实施方式中，每个芯部分的内腿部和/或外腿部可以具有不同形状。例如，图8示出包括磁芯802的磁性组件800，该磁性组件800在功能上等效于图4的磁性组件400。磁芯802基本上类似于图7的磁芯702，但是磁芯802的每个芯部分的内腿部具有基本上椭圆形的横截面形状。
另外，如图8所示，图4的变压器绕组集420、变压器绕组集422、变压器绕组集424包括以重叠配置卷绕的三个变压器绕组集的初级绕组P1、P2、P3和次级绕组S1、S2、S3。例如，次级绕组S1、S2、S3放置成邻近两个芯部分的内腿部，以及初级绕组P1、P2、P3与次级绕组S1、S2、S3重叠。在其它实施方式中，可以以如上所述的另一合适配置卷绕绕组。
本文中所公开的多相电源转换器可以包括任何合适拓扑结构。例如，电源转换器可以包括谐振转换器拓扑结构，诸如半桥式串联谐振转换器、全桥式并联谐振转换器、半桥式LLC谐振转换器、全桥式LLC谐振转换器等。在这类示例中，本文中所公开的电感器绕组和/或变压器绕组可以被用作谐振器元件。除了电感器绕组和/或变压器绕组以外，还可以添加电容器和/或其它感应元件用于附加的和/或替选的谐振元件(若需要)。
例如，图9示出包括LLC谐振转换器拓扑结构的三相DC/DC电源转换器900。图9的电源转换器基本上类似于图1的电源转换器100，但是包括谐振电容器902、谐振电容器904、谐振电容器906。特别地，如图9所示，电源转换器900包括图1的电源电路110、112、114，集成磁芯102，初级变压器绕组P1、P2、P3，电感器绕组L1、L2、L3，和次级变压器绕组S1、S2、S3，以及联接到初级绕组P1、P2、P3的谐振电容器902、904、906。
在图9的具体示例中，初级变压器绕组P1、P2、P3(和/或本文中所公开的其它初级绕组)可以以星形配置与电感器绕组L1、L2、L3和谐振电容器902、904、906联接在一起以形成LLC谐振网络。因此，相电流由于星形配置是内在平衡的。这些平衡的相电流允许准确相移，而无例如合适匹配的无源部件(例如谐振电容器902、904、906，电感器绕组L1、L2、L3等)，以及允许电源电路110、112、114中的电源开关(未示出)中的软切换。可替选地，初级变压器绕组P1、P2、P3和电感器绕组L1、L2、L3可以以另一合适配置(诸如Δ配置等)来联接。
在一些实施方式中，本文中所公开的电源转换器可以包括联接到变压器绕组的、包括一个或多个无源元件(例如电容器、电感器等)的一个或多个整流电路和/或输出滤波器。例如，图9的电源转换器900包括分别联接到次级变压器绕组S1、S2、S3的整流电路908、910、912。整流电路908、910、912可以包括例如有源和/或无源切换设备，诸如二极管、电源开关(例如半导体等)等。在一些示例中，整流电路908、910、912可以物理地附接到磁芯102。这可以缩短次级变压器绕组S1、S2、S3和整流电路908、910、912之间的电流路径，优化电源转换器900的功率密度、辅助热管理、优化制造工艺等。
类似于初级变压器绕组P1、P2、P3，次级变压器绕组S1、S2、S3(和/或本文中所公开的其它次级绕组)可以以任何合适配置联接在一起。例如，图9的次级变压器绕组S1、S2、S3可以以星形配置联接到各个整流电路908、910、912，以及整流电路908、910、912的输出端并联联接。在其它实施方式中，次级变压器绕组S1、S2、S3可以以星形配置联接到如由图10A的电源转换器1000所示的一个整流电路、以“Δ”配置联接到如由图10B的电源转换器1002所示的一个整流电路、以并联配置联接到如由图10C的电源转换器1004所示的各个整流电路等。任何一种配置可以允许电源转换器的次级侧的电源开关(未示出)的软切换。
在一些示例中，本文中所公开的电感器绕组和本文中所公开的初级绕组可以为在如本文中所阐述的磁性组件内的联接在一起的单独磁导体。在其它示例中，单个磁导体可用于一个电感器绕组和一个初级绕组。这例如可以辅助减少变压器绕组和电感器绕组之间的电缆和/或电路板连接，从而提供功率密度提高的设计。例如，单个磁导体和/或单独磁导体可以为利茨(Litz)电线(例如三重绝缘的利茨电线等)、铜箔、阳极导体、和/或任何其它合适的标准磁导体。在一些实施方式中，线圈管可以用于使绕组对齐。该线圈管可以为在绕组工艺之后移除的外部固定装置，可以为磁性组件的一部分等。
在一些实施方式中，一个或多个散热部件可以联接到本文中所公开的磁性组件中的一者或多者以辅助热管理。例如，图11示出包括图8的磁芯802和绕组的磁性组件1100以及联接到至少一个绕组的散热组件1102。在图11的具体示例中，散热组件1102联接到从磁芯802延伸的次级变压器绕组S1、S2、S3。
如图11所示，散热组件1102包括置于电路板1108(例如印刷电路板等)的相对侧的两组翼片1104、1106，用于将热量从磁性组件1100散出。如果需要，则电路板1108可以用于支持一个或多个整流电路(例如图9、图10A、图10B、图10C等的整流电路中的任何一者或多者)和/或其它合适的次级侧电路。
本文中所公开的磁性组件可以被设计为优化不同功率级(例如，3kW、4kW、6kW、8kW等)下的功率密度和/或效率。因此，可以优化磁性组件的特征以实现在特定功率级(例如3.5kW)下的高功率密度和/或高效率。例如，可以优化图8的磁性组件800以使图9的LLC谐振电源转换器900中的功率密度最大化。可替选地，可以优化图8的磁性组件800以使用于图9的LLC谐振电源转换器900的效率最大化。
因此，如果优化磁性组件800以使功率密度最大化，则相比被优化以使效率最大化的磁性组件800的占用空间(例如大约2500mm2)，这类设计的占用空间(例如大约1680mm2)的百分比变化可以小大约33％。然而，如果优化磁性组件800以使效率最大化，则相比被优化以使功率密度最大化的磁性组件800的功率损耗(例如大约10W)，这类设计的芯部中的功率损耗(例如大约6W)的百分比变化可以小大约40％。
附加地，本文中所公开的磁性组件(例如磁芯、绕组等)可以被用在各种不同的电源中，该各种不同的电源包括AC-DC切换模式电源和/或DC-DC切换模式电源。在一些实施方式中，电源可以具有大约1.6英寸(例如1U的机架单位)高度。
在一些示例中，电源可以包括多个电源转换器(例如多相电源转换器)，每个电源转换器包括本文中所公开的磁性组件之一。各个电源转换器可以例如为三相LLC谐振转换器(例如电源转换器900等)。在这类示例中，每个三相LLC谐振转换器可以被操作使得每个相相对于另外两个相具有60度相移。相比于包括一个三相电源转换器、单相电源转换器等的其它系统，该配置可以实现更低的输出脉动电流。
通过采用本文中所公开的磁性组件中的一者或多者，磁性组件在例如电路板上所需的空间相比于已知系统可以减少，从而如上所述提高功率密度。另外，如上所述，磁性组件的集成磁芯中的磁路径可以通过不同绕组结合使用，以有效地利用芯部材料且减小整个材料体积，这可以减少磁芯损耗。此外，初级绕组中的相移电流可以允许通量抵消，这将减少磁芯损耗。
出于示例和描述的目的，已经提供了前述的实施方式的描述。这并不旨在穷举或限制本实用新型。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是在可适用时，可以互换并且可以在所选择的实施方式中使用，即使没有具体示出或描述。特定实施方式的各个元件或特征也可以以许多方式变化。这些变化不应当视为背离本实用新型，并且所有这些修改旨在被包括在本实用新型的范围内。

Claims (13)

1.一种多相DC/DC电源转换器，其特征在于，包括：
磁芯，所述磁芯包括多个芯部分且限定通过所述磁芯的多个磁通量路径，
多个绕组，所述多个绕组包括多个变压器绕组集和多个电感器绕组，
每个变压器绕组集包括围绕所述多个芯部分中的至少一个芯部分的初级绕组和次级绕组，当将电流施加于所述每个变压器绕组集的初级绕组和/或次级绕组时，所述每个变压器绕组集在所述磁芯中产生磁通量，由所述多个变压器绕组集中的一个变压器绕组集产生的磁通量基本上抵消由所述多个变压器绕组集中的至少一个相邻变压器绕组集产生的磁通量，
每个电感器绕组围绕所述多个芯部分中的另一个芯部分，当将电流施加于所述每个电感器绕组时，所述每个电感器绕组在所述磁芯中产生磁通量，由所述多个电感器绕组中的一个电感器绕组产生的磁通量基本上抵消由所述多个电感器绕组中的至少一个相邻电感器绕组产生的磁通量，以及
联接到所述多个绕组的多个电源电路。
2.如权利要求1所述的多相DC/DC电源转换器，其特征在于，所述多个芯部分中的至少一者包括基底和从所述基底延伸的至少三个腿部。
3.如权利要求2所述的多相DC/DC电源转换器，其特征在于，所述至少三个腿部包括从所述基底延伸的五个或更多个腿部。
4.如权利要求1所述的多相DC/DC电源转换器，其特征在于，所述多个芯部分至少包括第一芯部分、第二芯部分和第三芯部分，每个芯部分具有基底和从所述基底延伸的至少三个腿部，其中，所述多个变压器绕组集包括至少部分地围绕所述第一芯部分的三个腿部的三个变压器绕组集，且其中，所述多个电感器绕组包括围绕所述第二芯部分的三个腿部的三个电感器绕组。
5.如权利要求4所述的多相DC/DC电源转换器，其特征在于，所述第一芯部分的所述至少三个腿部联接到所述第三芯部分的所述至少三个腿部。
6.如权利要求5所述的多相DC/DC电源转换器，其特征在于，所述三个变压器绕组集围绕所述第一芯部分的所述至少三个腿部和所述第三芯部分的所述至少三个腿部。
7.如权利要求1所述的多相DC/DC电源转换器，其特征在于，所述多个芯部分中的至少一者包括基本圆形的横截面形状。
8.如权利要求1所述的多相DC/DC电源转换器，其特征在于，所述多个芯部分中的至少一者包括基本椭圆形的横截面形状。
9.如权利要求1所述的多相DC/DC电源转换器，其特征在于，所述多相DC/DC电源转换器包括谐振转换器。
10.如权利要求1所述的多相DC/DC电源转换器，其特征在于，还包括联接到所述多个绕组的至少一个整流电路。
11.如权利要求1所述的多相DC/DC电源转换器，其特征在于，所述多个电源电路相对于彼此相移。
12.如权利要求1所述的多相DC/DC电源转换器，其特征在于，还包括联接到所述多个绕组中的至少一者的散热部件。
13.如权利要求1至12中任一项所述的多相DC/DC电源转换器，其特征在于，所述每个电感器绕组联接到所述每个变压器绕组集的不同初级绕组。
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