CN217983022U - 耦合电感器和电压转换电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于电压转换电路的耦合电感器，其中，所述耦合电感器包括：分立的第一磁芯和第二磁芯；和预制绕组，所述预制绕组包括至少两个分支，所述至少两个分支中的每一分支包括围绕所述第一磁芯的第一绕组部分和围绕所述第二磁芯的第二绕组部分，且不同分支的第一绕组部分与所述第一磁芯形成第一耦合电感，不同分支的第二绕组部分与所述第二磁芯形成第二耦合电感；所述第一耦合电感和所述第二耦合电感中的一个构成共模电感，另一个构成差模电感。本申请还涉及一种包括以上所述的耦合电感器的电压转换电路。本申请的耦合电感器具有减小的体积和重量，可以避免出现可靠性和损耗问题，且可以简化制造过程。

Description

耦合电感器和电压转换电路

技术领域

本申请涉及电力和电子技术领域，尤其涉及一种耦合电感器和包括该耦合电感器的电压转换电路。

背景技术

在电力系统中，例如，直流配电系统、直流能量源(例如，光伏面板和燃料电池)以及基于直流的储能系统，通常采用例如具有高升压增益特性的升压转换(Boost)电路，以便提供稳定合格的直流电压。对于大电流或大功率的应用来说，往往需要几个升压电路并联而形成交错式升压转换电路。

在交错式升压转换电路的元件设计中，输入电感器通常为耦合电感器，其中几个平行分支在磁场中相互耦合。简单来说，几个平行分支的导线被缠绕在一个磁芯上。由于磁滞效应，感应电流不仅在一个初始分支中产生，而且还在其他缠绕的分支中产生。因此，每个分支都会与其他分支耦合，且耦合电感器上的伏秒应力被分为几个分支。因此，在相同的设计水平下，例如在相同的体积或重量水平下，电流将更加平顺。从另一个角度考虑，在相同的电流纹波限制下，耦合电感器的体积更小，重量更轻。

现有技术中的耦合电感器的设计通常是基于多磁芯的设计。对于每个分支来说，设有一个磁芯。另外，设有一个公共磁芯用于由所有绕组产生的共同磁通。对于具有n个升压分支的升压转换电路来说，需要n+1个磁芯。尽管多磁芯设计是耦合电感器设计中的一种成熟且广泛使用的构思，但它仍然显示出如下缺点。(1)效率不高：因为直流电流会在磁路中产生直流磁通，公共磁芯必须为该直流磁通提供额外的磁路，这意味着公共磁芯的体积、重量和成本增加；(2)存在可靠性问题：因为每一磁芯包含气隙，以避免磁芯的饱和，然而，这种气隙在许多情况下会导致产生例如公差和灵敏度的问题；(3)在磁回路中气隙的磁阻比磁芯的磁阻大几千倍，因此在空气和磁芯的界面上，磁阻的突然变化导致产生较大磁损耗和铜损耗的风险。这也给实际的磁路设计带来了许多困难。

除以上举例说明的升压转换电路之外，在降压转换(buck)电路、升降压转换(Buck-Boost)电路、Cuk电路、Sepic电路和Zeta电路等电压转换电路中，也存在着如上所述的类似问题。

因此，期望提供一种改进的耦合电感器，以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种改进的耦合电感器和包括该耦合电感器的电压转换电路，以减小体积和重量，避免出现可靠性和损耗问题，并进一步降低成本。

为此，根据本申请的一方面，提供了一种用于电压转换电路的耦合电感器，其中，所述耦合电感器包括：分立第一磁芯和第二磁芯；和预制绕组，所述预制绕组包括至少两个分支，所述至少两个分支中的每一分支包括围绕所述第一磁芯的第一绕组部分和围绕所述第二磁芯的第二绕组部分，且不同分支的第一绕组部分与所述第一磁芯形成第一耦合电感，不同分支的第二绕组部分与所述第二磁芯形成第二耦合电感；所述第一耦合电感和所述第二耦合电感中的一个构成共模电感，另一个构成差模电感。

根据本申请的一实施例，所述差模电感的电感值为所述共模电感的电感值的多倍。

根据本申请的一实施例，所述预制绕组由漆包线或预制铜箔形成。

根据本申请的一实施例，所述第一磁芯和所述第二磁芯呈闭合的环形形状，且所述第一磁芯和所述第二磁芯均不包括气隙。

根据本申请的一实施例，所述第二磁芯被嵌套在所述第一磁芯的环内，以限定至少三个绕线窗口，所述三个绕线窗口包括所述第二磁芯的环内空间、所述第一磁芯和所述第二磁芯之间的间隙和所述第一磁芯的外部；所述预制绕组包括两个分支，每一分支包括多个预制导体，且沿所述预制绕组的每一分支的电流方向所述多个预制导体首尾串接而形成串联的所述第一绕组部分和所述第二绕组部分，所述第一绕组部分的多个预制导体穿过所述第一磁芯的外部以及所述第一磁芯和所述第二磁芯之间的间隙缠绕在所述第一磁芯上，所述第二绕组部分的多个预制导体穿过所述第一磁芯(10) 的外部、所述第一磁芯和所述第二磁芯之间的间隙和所述第二磁芯的环内空间缠绕在所述第二磁芯上。

根据本申请的一实施例，所述第一磁芯和所述第二磁芯中的每一个包括对接在一起的两个半体，所述两个半体中的每一个包括凹部，使得所述第一磁芯的两个半体的凹部限定第一通孔，所述第二磁芯的两个半体的凹部限定第二通孔；以及所述第一磁芯和所述第二磁芯沿共同的中心轴线上下叠置，且所述第一磁芯和所述第二磁芯限定五个绕线窗口，所述五个绕线窗口包括所述第一磁芯的第一通孔、所述第二磁芯的第二通孔、所述第一磁芯和所述第二磁芯之间的间隙、所述第一磁芯的外部和所述第二磁芯的外部。

根据本申请的一实施例，所述预制绕组的每一分支包括多个预制导体，且沿所述预制绕组的每一分支的电流方向所述多个预制导体首尾串接而形成串联的所述第一绕组部分和所述第二绕组部分，所述第一绕组部分的多个预制导体穿过所述第一磁芯的第一通孔、所述第一磁芯和所述第二磁芯之间的间隙以及所述第一磁芯的外部缠绕在所述第一磁芯上，所述第二绕组部分的多个预制导体穿过所述第二磁芯的第二通孔、所述第一磁芯和所述第二磁芯之间的间隙以及所述第二磁芯的外部缠绕在所述第二主体上。

根据本申请的一实施例，所述两个半体中的每一个呈C、U或E形状，

根据本申请的一实施例，所述第一磁芯的磁导率不同于所述第二磁芯的磁导率。

根据本申请的一实施例，所述第一磁芯和所述第二磁芯中的一个由铁磁性粉芯形成，所述第一磁芯和所述第二磁芯中的另一个由MnZn铁氧体或Fe基软磁材料形成。

根据本申请的一实施例，所述耦合电感器还包括用于将所述第一磁芯和所述第二磁芯固定在一起的固定装置。

根据本申请的另一方面，提供了一种电压转换电路，其中，所述电压转换电路包括如上所述的耦合电感器。

本申请的耦合电感器具有两个分立的磁芯和围绕这两个磁芯的预制绕组，通过设定预制绕组的不同绕组部分的绕向，可以在围绕两个磁芯的预制绕组中产生共模电感和差模电感，从而可以在不需要单独设置公共磁芯的情况下实现现有技术中的多磁芯(例如至少三个)式耦合电感器的功能。因此，与现有技术的耦合电感器相比，可以减小耦合电感器的总体积和总重量，节省成本。另外，通过选取两个磁芯的材料和适当设计预制绕组中的共模电感和差模电感的电感值，可以使本申请的耦合电感器的磁芯不需要气隙，从而避免因气隙带来的公差、灵敏度和磁阻突然变化等而导致的可靠性和损耗问题。此外，本申请的耦合电感器采用预制绕组，其中预制导体可以方便地形成缠绕在磁芯上的线圈，从而可以简化耦合电感器的制造过程。

附图说明

下面将参照附图对本申请的示例性实施例进行详细描述，应当理解，下面描述的实施例仅用于解释本申请，而不是对本申请范围的限制，在附图中：

图1A是示出根据本申请的第一示例性实施例的耦合电感器的磁芯的示意性俯视图；

图1B是沿图1A的线A-A截取的磁芯的示意性剖视图；

图2A和图2B是示出从不同角度看到的根据本申请的第一示例性实施例的耦合电感器的预制绕组的示意性透视图；

图2C是图2A和图2B所示的预制绕组的示意性俯视图；

图2D是示出根据本申请的第一示例性实施例的耦合电感器的示意性俯视图；

图2E是图2D所示的耦合电感器的等效电路图；

图3A是示出根据本申请的第二示例性实施例的耦合电感器的磁芯的示意性俯视图；

图3B是沿图3A的线B-B截取的磁芯的示意性剖视图；

图4A是示出根据本申请的第二示例性实施例的耦合电感器的预制绕组的示意性侧视图；

图4B至图4C是示出根据本申请的第二示例性实施例的耦合电感器的形成过程的示意性局部剖视图。

具体实施方式

下面结合示例详细描述本申请的优选实施例。在本申请的实施例中，以包括环形磁芯或U形磁芯的用于交错式升压转换电路的双分支耦合电感器为例对本申请进行描述。但是，本领域技术人员应当理解，这些示例性实施例并不意味着对本申请形成任何限制。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互组合。在不同的附图中，相同的部件用相同的附图标记表示，且为简要起见，省略了其它的部件，但这并不表明本申请的耦合电感器和电压转换电路不可包括其它部件。应当理解，附图中各部件的尺寸、比例关系以及部件的数目均不作为对本申请的限制。

下面首先介绍本申请的发明构思。

在电压转换电路(例如，交错式升压转换电路)中，耦合电感器在电路中起到与各分支的电路平衡相同的作用。因此，耦合电感矩阵是高度系统化的。以双分支耦合电感器为例，其耦合电感矩阵可以表示为：

其中，M是耦合电感器的等效电感值，L1和L2分别是两个分支的自感值，Lm是两个分支之间的互感值，自感值L1和L2总是正值，而互感值 Lm可以是正值或负值。因为互感系数总是小于1，所以Lm的绝对值小于L1 和L2中的任一个。当两个分支完全相同时，L1和L2可以统一表示为L，则耦合电感矩阵可以进一步表示为：

另一方面，从数学的角度来理解，可以将耦合电感器的电感理解为差模电感和共模电感相加。相应地，两个分支中的对应绕组部分可以分别被称为差模电感绕组部分和共模电感绕组部分。因此，耦合电感器的等效电感值M可以表示为：

其中，Lc1和Lc2分别为两个分支的共模电感绕组部分的自感值，Lcm 为两个分支的共模电感绕组部分的互感值，Ld1和Ld2分别为两个分支的差模电感绕组部分的自感值，-Ldm为两个分支的差模电感绕组部分的互感值(因为差模电感绕组部分的互感电流方向相反，所以在互感值前加“-”号)。当两个分支完全相同时(即，两个分支的导体材料、形状、尺寸和匝数等相同)，互感系数为1(即，全耦合)，则Lc1和Lc2可以统一表示为 Lc，Ld1和Ld2可以统一表示为Ld，且Lcm可以表示为Lc，Ldm可以表示为Ld，因此耦合电感矩阵可以进一步表示为：

经过矩阵运算，可以得到：

因此，当Lc为0时，该耦合电感器包含的绕组和多个磁芯整体显示为一个理想的差模耦合电感器。当Ld为0时，该耦合电感器包含的绕组和多个磁芯整体显示为一个理想的共模耦合电感器。

基于以上矩阵表达式，耦合电感器可以被设计成具有分立的共模电感和差模电感。为此，本申请提出了这种分立的两磁芯设计，下文中将参考附图对本申请的原理和实现方式进行更详细的描述。

参考图1A至图2D，其示出了根据本申请的第一示例性实施例的耦合电感器100(见图2D)。如图所示，本申请的用于电压转换电路的耦合电感器100包括分立的第一磁芯10和第二磁芯20以及预制绕组30。在该实施例中，第一磁芯10设有第一通孔12，且第二磁芯20设有第二通孔22。预制绕组30被布置成围绕第一磁芯10和第二磁芯20。在第一示例性实施例中，第一磁芯10和第二磁芯20呈闭合的环形形状，且第一磁芯10和第二磁芯20均不包括气隙。第二磁芯20被嵌套在第一磁芯10的环(即第一通孔12)内。第一磁芯10和第二磁芯20被布置成限定三个绕线窗口，即，第二磁芯20的环(即，第二通孔22)内空间、第一磁芯10和第二磁芯20 之间的间隙(也是第一磁芯10的第一通孔12的一部分)和第二磁芯10的外部。基于本申请的构思，预制绕组30延伸穿过这三个绕线窗口，形成具有两个分立的磁芯的耦合电感器设计。

在上述的耦合电感器配置中，预制绕组30包括两个分支。在两个分支的输入电流方向相同的情况下，可以通过设置两个分支的围绕第一磁芯10 的第一绕组部分的绕向、以及两个分支的围绕第二磁芯20的第二绕组部分的绕向，使得两个分支的第一绕组部分在所述第一磁芯10上产生的磁通量的方向相反，且两个分支的第二绕组部分在所述第二磁芯20上产生的磁通量的方向相同，从而在第一磁芯10上形成差模电感，在第二磁芯20上形成共模电感。替代性地，在两个分支的输入电流方向相同的情况下，可以通过设置两个分支的围绕第一磁芯10的第一绕组部分的绕向、以及两个分支的围绕第二磁芯20的第二绕组部分的绕向，使得两个分支的第一绕组部分在所述第一磁芯10上产生的磁通量的方向相同，且两个分支的第二绕组部分在所述第二磁芯20上产生的磁通量的方向相反，从而在第一磁芯10上形成共模电感，在第二磁芯20上形成差模电感。因此，所述第一耦合电感和所述第二耦合电感中的一个构成共模电感，另一个构成差模电感。在图2A至2D所示的实施例中，当端子A作为两个分支的一个公共端时，所述两个分支输入相同的电流信号，此时两个分支的输入电流方向相同。应指出的是，缠绕在磁芯上的绕组部分构成共模电感还是构成差模电感是由绕组部分在磁芯上的绕向(即缠绕方向)和绕组部分中流过的电流方向共同确定的。具体而言，一个绕组部分在磁芯上的绕向及其电流方向决定了该绕组部分在该磁芯上所产生的磁通量方向，当缠绕在同一个磁芯上的两个绕组部分所产生磁通量方向相同时，磁通量叠加而得到增强，则这两个绕组部分和磁芯可被视为构成共模电感，反之，当在同一个磁芯上的两个绕组部分所产生的磁通量方向相反时，磁通量抵消而被减小，则这两个绕组部分和磁芯可被视为构成差模电感。因此，根据具体的耦合电感器配置，预制绕组30的不同绕组部分可以有不同于图2A至图2D中所示的绕向和电流方向，但仍然可以构成共模电感和差模电感。当两个分支分别连接不同的电流输入端和电流输出端时，则需要结合两个分支中的电流方向以及两个分支缠绕在第一磁芯10和第二磁芯20上的绕组部分的绕向来判断每个磁芯上的属于两个分支的不同绕组部分在该磁芯上形成的磁通量的方向，进而判断在该磁芯上是构成共模电感还是差模电感。

根据本申请的构思，预制绕组30可以包括更多个分支，例如，3个、4 个或更多个，本文不再进一步详细描述。概括而言，预制绕组30的每个分支包括围绕第一磁芯10的第一绕组部分31和围绕第二磁芯20的第二绕组部分32，其中不同分支的第一绕组部分31与第一磁芯10形成第一耦合电感，且不同分支的第二绕组部分32与第二磁芯20形成第二耦合电感，第一耦合电感和第二耦合电感中的一个构成共模电感，另一个构成差模电感。每个分支可具有相同的导体材料、形状、尺寸和匝数等参数，以利于实现各分支的电路平衡。

在现有技术中具有与本申请的耦合电感器类似的功能的三磁芯式设计中，因为公共磁芯的磁路总是有限的，当直流磁通占用了公共磁芯中的部分可用磁路时，用于交流磁通的剩余磁路减少，这意味着必须加大公共磁芯的体积和重量才能满足交流磁通的需要。相应地，耦合电感器的体积和重量也更大。相反，由于本申请的耦合电感器100具有两个分立的磁芯，不再需要单独设置公共磁芯，因此可以减小耦合电感器的体积和重量。此外，由直流电流激发的直流磁通仅在共模电感绕组部分所围绕的磁芯中通过，而不会通过差模电感绕组部分所围绕的磁芯，因此，可以减小差模电感的磁芯的体积和重量。

在第一示例性实施例中，第一通孔12为第一磁芯10的中心孔，第二通孔22为第二磁芯20的中心孔。因此，可以提供对称的磁通分布，便于实现各分支的平衡。

在如上所述的用于电压转换电路的耦合电感器中，共模电感和差模电感包括不同的磁芯，且有不同的电流从中通过。由于共模电感中通过的交流电流总是含有较大的直流分量，而差模电感中通过的交流电流基本上不含有直流分量，因此，在实现各分支的电路平衡的情况下，为了优化耦合电感器的体积，差模电感的电感值Ld应比共模电感的电感值Lc大多倍，例如，8倍。通过这种设计，一方面，差模电感的电感值Ld非常高，但具有非常小的交流电流；另一方面，共模电感既具有交流电流，也具有非常大的直流分量，但电感值很小。差模电感和共模电感之间的电感值的差异可以通过磁芯材料的选择来实现。例如，根据本申请的实施例，第一磁芯 10的磁导率可被设计成不同于第二磁芯20的磁导率。差模电感的首选磁芯材料必须具有高磁导率，且对饱和磁通的要求可以相对较低。在通常的理解中，MnZn铁氧体或Fe基软磁材料是合适的。共模电感的首选磁芯材料应具有较高的饱和磁通，但对磁导率的要求较低。在这里可以选择价格低、磁导率小的铁磁性粉芯。

例如，第一磁芯10可以由铁磁性粉芯形成，第二磁芯20可以由MnZn 铁氧体或Fe基软磁材料形成。在这种情况下，第一磁芯10为共模电感的磁芯，第二磁芯20为差模电感的磁芯。替代性地，第一磁芯10可以由MnZn 铁氧体或Fe基软磁材料形成，第二磁芯20可以由铁磁性粉芯形成。在这种情况下，第一磁芯10为差模电感的磁芯，第二磁芯20为共模电感的磁芯。根据具体的设计要求，可以适当地选择第一磁芯10和第二磁芯20的具体材料。

在选择了两种磁芯材料后，通过适当的设计就可以使磁芯不需要气隙。如果只将差模电感的磁芯材料选择为磁导率比较高的MnZn铁氧体或Fe基软磁材料而不进行适当的设计，例如，在差模电感的电感值较小的情况下，差模电感容易饱和。因此，根据电压转换电路的运行模式，一方面，由于差模电感中通过的电流相对较小，且放电时间较短，因此可以将差模电感的电感值设计为比较大，从而可以允许差模电感的磁芯没有气隙；另一方面，虽然共模电感中总是有非常大的励磁电流，但由于共模电感的电感值被设计为较小，且粉芯的磁导率很小，因此在共模电感中通过的励磁电流产生的磁通量相对较小，不会使共模电感达到饱和点，从而可以允许共模电感Lc的磁芯没有气隙。因此，根据本申请，第一磁芯10和第二磁芯20 可以没有气隙。现有的带气隙电感中的气隙通常约为0.02mm，因此需要精密加工，且精度很难保证。因此，本申请的设计进一步降低了加工难度。

参考图2A至图2D，示出了根据本申请的第一示例性实施例的耦合电感器磁芯和预制绕组及其形成过程。如图2A和图2B所示，预制绕组30 示例性地包括两个分支，每个分支包括多个预制导体33，且沿预制绕组30 的每一分支的电流方向(如图2B和图2D中箭头所示)多个预制导体33 首尾串接而形成串联的第一绕组部分31和第二绕组部分32。具体而言，一个预制导体33的尾端或首端可以被折叠，例如在如图2A至图2C中所示的每个预制导体33的高于磁芯的折叠部34处，而与相邻的预制导体的首端或尾端接触，并可通过激光或TIG焊接在一起，例如形成如图2A至图2C 中所示的连接部35，从而连接成第一绕组部分31和第二绕组部分32。在本文中，折叠部34是指每个预制导体33在组装过程中形成折痕的一部分，连接部35是指两个相邻预制导体33的首端和尾端连接的部分。然而，本申请不限于图2A至图2C中所示的折叠部34和连接部35的位置，而是还可以在其它适合的位置处折叠和连接，例如，根据首端和尾端的长度不同，图2A至图2C中所示的折叠部34和连接部35的位置可以互换。图2C中清楚地示出了预制导体33连接成线圈之后的预制绕组30的构造，图2D示出了预制绕组30与第一磁芯10和第二磁芯20组装之后的构造。如图2C 和图2D所示，预制绕组30的一个分支(可称为AB分支)的第一端与端子A电连接，第二端与端子B电连接，而另一个分支(可称为AC分支) 的第一端与端子A电连接，第二端与端子C电连接。每个分支包括串联连接的第一绕组部分31第二绕组部分32。第一绕组部分31的多个预制导体 33穿过第一磁芯10的外部以及第一磁芯10和第二磁芯20之间的间隙缠绕在第一磁芯10上，第二绕组部分的多个预制导体32穿过第一磁芯10和第二磁芯20之间的间隙、第一磁芯10的外部和第二磁芯20的环内空间缠绕在第二磁芯20上。在图2A至图2D中，图中所示的多个预制导体33中的两个预制导体(例如相对的两个预制导体)被形成为具有耳部，且耳部形成两个端子B和C，则这两个预制导体可被称为端部预制导体。另外，预制绕组30的至少一个分支的多个预制导体中的一个预制导体被形成为具有中心柱的圆盘，且圆盘形成共有端子A，则这个预制导体可被称为中心预制导体。应指出的是，根据不同的设计，中心预制导体可以是通过将具有中心柱的圆盘一分为二形成的两个并排放置且彼此分隔的预制导体(相应地，共有端子A可以分成两个端子)，且两个分支的第二绕组部分32的绕向也可以不同且因此穿过不同的绕线窗口。例如，连接在端子A和端子B 之间的一个分支的第二绕组部分32的预制导体可以仅穿过第二磁芯20的内部以及第一磁芯10和第二磁芯20之间的间隙，而连接在端子A和端子C之间的一个分支的第二绕组部分32的预制导体可以穿过第二磁芯20的内部、第一磁芯10和第二磁芯20之间的间隙以及第一磁芯10的外部。应指出的是，这里的第一绕组部分31和第二绕组部分32是根据两个分支缠绕在所述第一磁芯10还是第二磁芯20来划分，然而第一绕组部分31和第二绕组部分32可以分别包括同一预制导体的不同部分，例如当某一预制导体(例如图2A至2D中连接在端子A和C之间的这一分支中与所述中心预制导体直接邻接的一个预制导体)横跨所述第一磁芯10和第二磁芯20时，则该预制导体的缠绕所述第一磁芯10的部分属于第一绕组部分31，该预制导体的缠绕所述第二磁芯20的部分属于第二绕组部分32。图2D中所示的耦合电感器的等效电路图在图2E中示意性地示出，其中示出的两个分支AB和AC在点D处被分成差模电感(即，BD段和CD段)和共模电感(即， AD段)，具体地，位于点B和点D之间的第一绕组部分31和位于点C和点D之间的第一绕组部分31形成差模电感，而位于点A和点D之间的第二绕组部分32形成共模电感。应指出的是，图2E所示的是本申请的耦合电感器100在用于一种交错式升压转换电路中时的示意性等效电路图，而在其它电压转换电路中可以有不同的等效电路图表示。

应指出的是，在图2A至图2D，预制绕组30(及其预制导体33)由不规则形状的铜箔制成，以充分利用绕线窗口的空间并通过使预制导体33具有尽可能大的横截面积来减小电阻。然而，预制绕组30也可以由比如预制或折叠的漆包线之类的具有均匀横截面的导体制成。

在上文中以其中每个分立的磁芯为整体式环形磁芯的耦合电感器为例对本申请的构思进行了描述，下面参考图3A至图4C以其中每个分立的磁芯为分体式磁芯的耦合电感器为例对本申请的构思进行进一步的描述。

如图4B和图4C所示，本申请的第二示例性实施例的用于电压转换电路的耦合电感器100包括：第一磁芯10、第二磁芯20和预制绕组30。在该实施例中，第一磁芯10和第二磁芯20各自包括对接在一起的两个半体，每个半体包括凹部，呈U形，如图3A和图3B所示。因此，第一磁芯10 的对接在一起的两个半体的凹部限定第一通孔12，且第二磁芯20的对接在一起的两个半体的凹部限定第二通孔22。第一磁芯10和第二磁芯20沿共同的中心轴线上下叠置，且第一磁芯10和第二磁芯20限定五个绕线窗口，包括第一磁芯10的第一通孔12、第二磁芯20的第二通孔22、第一磁芯10 和第二磁芯20之间的间隙、第一磁芯10的外部和第二磁芯20的外部。预制绕组30包括两个分支，每个分支包括多个预制导体33，且沿预制绕组 30的每一分支的电流方向多个预制导体33首尾串接而形成串联的第一绕组部分31和第二绕组部分32。在该实施例中，预制导体33可以是螺旋线圈的形式，位于同一分支的同一绕组部分内的相邻预制导体的首端和尾端可通过激光或TIG焊接在一起，同一分支的两个绕组部分的相连接的预制导体也可以通过激光或TIG焊接在一起，从而形成串联的第一线圈绕组部分 31和第二线圈绕组部分32。替代性地，在该实施例中，第一绕组部分31 和第二绕组部分32还可以由单个预制导体制成，例如，一体形成的预制线圈。如图4B和图4C所示，第一绕组部分31的多个预制导体33穿过第一磁芯10的第一通孔12、第一磁芯10和第二磁芯20之间的间隙以及第一磁芯10的外部缠绕在第一磁芯10上，第二绕组部分32的多个预制导体33 穿过第二磁芯20的第二通孔22、第一磁芯10和第二磁芯20之间的间隙以及第二磁芯20的外部缠绕在第二磁芯20上。

如前面所分析的，在本申请的耦合电感器100的第二示例性实施例中，也具有两个分立的磁芯，其中一个用于差模电感(例如，第二磁芯20)，一个用于共模电感(例如，第一磁芯10)，且由直流电流激发的直流磁通不会通过差模电感的磁芯，因此，可以减小磁芯的体积和重量。另外，这两个磁芯的材料也可以类似于第一示例性实施例来设计。尽管在本申请的第二示例性实施例中，每个磁芯由两个半体对接形成，但这两个半体可以彼此接触而基本上没有气隙。

参考图4A至图4C，示出了根据本申请的第二示例性实施例的耦合电感器的形成过程。如图4A所示，预制绕组30可以由比如预制的漆包线或铜箔之类的预制导体(例如，螺旋线圈)形成串联连接的第一绕组部分31 和第二绕组部分32。应指出的是，图4A中所示的预制绕组30为左右两个独立的部分，且表示两个分支，这两个分支可以连接到外部电路(其等效电路图类似于图2E所示)。如图4B所示，放置第一磁芯10的一个半体和第二磁芯20的一个半体，然后将预制绕组30的第一绕组部分31和第二绕组部分32分别套在第一磁芯10的一个半体和第二磁芯20的一个半体上。如图4C所示，将第一磁芯10的另一个半体和第二磁芯20的另一个半体与之前放置的两个半体分别对接。这样即可完成预制绕组30、第一磁芯10和第二磁芯20的组装。因此，在第二示例性实施例中，类似于第一示例性实施例，预制绕组30的每个分支包括围绕第一磁芯10的第一绕组部分(31 和围绕第二磁芯20的第二绕组部分32，其中第一绕组部分31和第二绕组部分32中的一种形成共模电感，且第一绕组部分31和第二绕组部分32中的另一种形成差模电感。

为便于组装第一磁芯10、第二磁芯20和预制绕组30，本申请的耦合电感器100还可包括用于将第一磁芯10和第二磁芯20固定在一起的固定装置(未示出)，例如捆扎带。

应指出的是，在以上示出的实施例中，第一磁芯10和第二磁芯20的厚度相同，且第一磁芯10和第二磁芯20的形状为环形和U形，然而，本申请不限于此，而是可以采用不同的厚度和任何能够形成通孔的其他形状，例如C形或E形等。

根据本申请的另一实施例，还公开了一种电压转换电路(未示出)，其中该电压转换电路包括以上所述的耦合电感器。

本申请的耦合电感器采用两个分立的磁芯来构成差模电感和共模电感，可以不需要单独设置公共磁芯，因此可以减小耦合电感器的体积和重量，节省成本。另外，在适当设计差模电感和共模电感的材料、尺寸、形状、电感值等参数的情况下可以使磁芯不需要气隙，从而可以避免出现因气隙带来的可靠性和损耗等问题。此外，本申请的耦合电感器采用预制绕组，可以进一步简化制造过程。

以上结合具体实施例对本申请进行了详细描述。显然，以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而不构成对本申请的限制。对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本申请的精神的情况下对其进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本申请的范围。

Claims (12)

1.一种用于电压转换电路的耦合电感器(100)，其特征在于，所述耦合电感器(100)包括：

分立的第一磁芯(10)和第二磁芯(20)；和

预制绕组(30)，所述预制绕组(30)包括至少两个分支，所述至少两个分支中的每一分支包括围绕所述第一磁芯(10)的第一绕组部分(31)和围绕所述第二磁芯(20)的第二绕组部分(32)，且不同分支的第一绕组部分(31)与所述第一磁芯(10)形成第一耦合电感，不同分支的第二绕组部分(32)与所述第二磁芯(20)形成第二耦合电感；

所述第一耦合电感和所述第二耦合电感中的一个构成共模电感，另一个构成差模电感。

2.根据权利要求1所述的耦合电感器(100)，其特征在于，所述差模电感的电感值为所述共模电感的电感值的多倍。

3.根据权利要求1所述的耦合电感器(100)，其特征在于，所述预制绕组(30)由漆包线或预制铜箔形成。

4.根据权利要求1所述的耦合电感器(100)，其特征在于，所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)呈闭合的环形形状，且所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)均不包括气隙。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的耦合电感器(100)，其特征在于，所述第二磁芯(20)被嵌套在所述第一磁芯(10)的环内，以限定至少三个绕线窗口，所述三个绕线窗口包括所述第二磁芯(20)的环内空间、所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)之间的间隙和所述第一磁芯(10)的外部；

所述预制绕组(30)包括两个分支，每一分支包括多个预制导体(33)，且沿所述预制绕组(30)的每一分支的电流方向所述多个预制导体(33)首尾串接而形成串联的所述第一绕组部分(31)和所述第二绕组部分(32)，所述第一绕组部分(31)的多个预制导体(33)穿过所述第一磁芯(10)的外部以及所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)之间的间隙缠绕在所述第一磁芯(10)上，所述第二绕组部分(32)的多个预制导体(33)穿过所述第一磁芯(10)的外部、所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)之间的间隙以及所述第二磁芯(20)的环内空间缠绕在所述第二磁芯(20)上。

6.根据权利要求4所述的耦合电感器(100)，其特征在于，所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)中的每一个包括对接在一起的两个半体，所述两个半体中的每一个包括凹部，使得所述第一磁芯(10)的两个半体的凹部限定第一通孔(12)，所述第二磁芯(20)的两个半体的凹部限定第二通孔(22)；以及

所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)沿共同的中心轴线上下叠置，且所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)限定五个绕线窗口，所述五个绕线窗口包括所述第一磁芯(10)的第一通孔(12)、所述第二磁芯(20)的第二通孔(22)、所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)之间的间隙、所述第一磁芯(10)的外部和所述第二磁芯(20)的外部。

7.根据权利要求6所述的耦合电感器(100)，其特征在于，所述预制绕组(30)的每一分支包括多个预制导体(33)，且沿所述预制绕组(30)的每一分支的电流方向所述多个预制导体(33)首尾串接而形成串联的所述第一绕组部分(31)和所述第二绕组部分(32)，所述第一绕组部分(31)的多个预制导体(33)穿过所述第一磁芯(10)的第一通孔(12)、所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)之间的间隙以及所述第一磁芯(10)的外部缠绕在所述第一磁芯(10)上，所述第二绕组部分(32)的多个预制导体(33)穿过所述第二磁芯(20)的第二通孔(22)、所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)之间的间隙以及所述第二磁芯(20)的外部缠绕在所述第二磁芯(20)上。

8.根据权利要求6所述的耦合电感器(100)，其特征在于，所述两个半体中的每一个呈C、U或E形状。

9.根据权利要求1至3中的任一项所述的耦合电感器(100)，其特征在于，所述第一磁芯(10)的磁导率不同于所述第二磁芯(20)的磁导率。

10.根据权利要求1至3中的任一项所述的耦合电感器(100)，其特征在于，所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)中的一个由铁磁性粉芯形成，所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)中的另一个由MnZn铁氧体或Fe基软磁材料形成。

11.根据权利要求1所述的耦合电感器(100)，其特征在于，所述耦合电感器(100)还包括用于将所述第一磁芯(10)和所述第二磁芯(20)固定在一起的固定装置。

12.一种电压转换电路，其特征在于，所述电压转换电路包括根据权利要求1至11中的任一项所述的耦合电感器(100)。

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