DE102018114905A1

DE102018114905A1 - Integrierte magnetische baugruppen und verfahren zu deren zusammenbau

Info

Publication number: DE102018114905A1
Application number: DE102018114905.0A
Authority: DE
Inventors: Ke Dai; Lanlan Yin; Tom SUN
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: ACLEAP POWER INC., TW
Priority date: 2017-08-02
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2019-02-07
Also published as: US20190043653A1; CN109390131B; CN109390131A; US11763976B2

Abstract

Ein integrierter magnetischer Kern (100, 300, 800) wird bereitgestellt. Der integrierte magnetische Kern schließt eine erste Platte (102) und eine zweite Platte (104) ein. Die erste Platte schließt eine Vielzahl von Beinen ein, welche sich nach außen von einer ersten Oberfläche (106) der ersten Platte erstrecken. Die Vielzahl von Beinen schließt erste und zweite entgegengesetzt angeordnete Beine (108, 110) und dritte und vierte entgegengesetzt angeordnete Beine (112, 114) ein. Die zweite Platte ist in wenigstens an das dritte und das vierte Bein der ersten Platte gekoppelt.

Description

HINTERGRUND
Das Gebiet der Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Leistungselektronik und spezieller auf integrierte magnetische Baugruppen zur Verwendung in Leistungselektronik.
Leistungselektronikschaltkreise hoher Dichte erfordern oftmals die Verwendung mehrerer magnetischer elektrischer Komponenten für eine Vielzahl von Zwecken, darunter Energie Speicherung, Signalisolation, Signalfilterung, Energieübertragung und Leistungsaufspaltung. Da die Nachfrage nach elektrischen Komponenten höherer Leistungsdichte steigt, wird es wünschenswerter, zwei oder mehrere magnetische elektrische Komponenten, wie beispielsweise Leistungstransformatoren und Treibertransformatoren, in denselben Kern oder Struktur zu integrieren.
Allerdings haben bekannte Leistungselektronikschaltkreise, welche ein isoliertes Treibertransformatordesign verwenden, Schwierigkeiten dabei, eine symmetrische Anordnung von Signalspuren von dem Treibertransformator zu entsprechenden Schaltgeräten aufgrund der Positionierung des Haupttransformators zu erhalten. In Hochfrequenzanwendungen (d.h. über 800 kHz) kann die asymmetrische Anordnung ernsthafte Probleme im Schaltkreis mit sich bringen. Da die Schaltfrequenzen ständig höher werden, wird der Einfluss einer asymmetrischen Anordnung vergrößert.
KURZE BESCHREIBUNG
In einem Aspekt wird ein integrierter magnetischer Kern bereitgestellt. Der integrierte magnetische Kern schließt eine erste Platte und eine zweite Platte ein. Die erste Platte schließt eine Vielzahl von Beinen ein, die sich nach außen von einer ersten Oberfläche der ersten Platte erstrecken. Die Vielzahl von Beinen schließt ein erstes und ein zweites entgegengesetzt angeordnetes Bein und ein drittes und ein viertes entgegengesetzt angeordnetes Bein ein. Die zweite Platte ist an wenigstens das dritte und das vierte Bein der ersten Platte gekoppelt.
Ausführungsformen des integrierten magnetischen Kerns gemäß dem einen Aspekt können beispielsweise zudem wenigstens ein oder mehrere beliebige der folgenden Merkmale aufweisen:
In Ausführungsformen der integrierten magnetischen Baugruppe kann sich das erste und das zweite Bein um eine erste Länge von der ersten Oberfläche erstrecken und das dritte und das vierte Bein kann sich um eine zweite Länge von der ersten Oberfläche erstrecken, die größer ist als die erste Länge.
In Ausführungsformen der integrierten magnetischen Baugruppe kann die zweite Platte aufweisen: Ein fünftes Bein, das sich nach außen von einer ersten Oberfläche der zweiten Platte erstreckt, wobei das fünfte Bein axial zu dem ersten Bein ausgerichtet ist, so dass das erste und das zweite Bein zusammen einen ersten Spalt dazwischen bilden; und ein sechstes Bein, welches gegenüber dem fünften Bein angeordnet ist und sich nach außen von der ersten Oberfläche der zweiten Platte erstreckt, wobei das sechste Bein axial mit dem zweiten Bein ausgerichtet ist, so dass das zweite und das sechste Bein zusammen einen zweiten Spalt dazwischen bilden.
In Ausführungsformen der integrierten magnetischen Baugruppe können das erste Bein und die zweite Platte einen ersten Spalt dazwischen bilden und das zweite Bein und die zweite Platte können einen zweiten Spalt dazwischen bilden.
Ausführungsformen der integrierten magnetischen Baugruppe können einen Haupttransformator aufweisen, der an das erste und das zweite Bein gekoppelt ist; und einen Treibertransformator, der an das dritte und das vierte Bein gekoppelt ist.
In Ausführungsformen der integrierten magnetischen Baugruppe kann der Haupttransformator eine erste Hauptprimärwicklung aufweisen, welche an das erste Bein gekoppelt ist; und eine erste Hauptsekundärwicklung, welche an das erste Bein gekoppelt ist. Die erste Hauptprimärwicklung und die erste Hauptsekundärwicklung können je eine entsprechende Orientierung aufweisen und die entsprechenden Orientierungen können im Wesentlichen entgegengesetzte Polarität mit Bezug aufeinander aufweisen.
Ausführungsformen der integrierten magnetischen Baugruppe können eine zweite Hauptprimärwicklung aufweisen, die an das zweite Bein gekoppelt ist; und eine zweite Hauptsekundärwicklung, die an das zweite Bein gekoppelt ist. Die zweite Hauptprimärwicklung und die zweite Hauptsekundärwicklung können je eine entsprechende Orientierung aufweisen und die entsprechenden Orientierungen können im Wesentlichen entgegengesetzte Polarität mit Bezug aufeinander aufweisen.
In Ausführungsformen der integrierten magnetischen Baugruppe kann der magnetische Fluss, welcher in dem Treibertransformator durch den Haupttransformator induziert wird, aufgehoben sein.
In Ausführungsformen der integrierten magnetischen Baugruppe kann der Treibertransformator aufweisen: Eine Treiberprimärwicklung, die an das dritte Bein gekoppelt ist; und eine Treibersekundärwicklung, die an das vierte Bein gekoppelt ist.
In Ausführungsformen der integrierten magnetischen Baugruppe kann die Treiberprimärwicklung und die Treibersekundärwicklung je eine entsprechende Orientierung aufweisen und die entsprechenden Orientierungen können im Wesentlichen entgegengesetzte Polaritäten mit Bezug auf einander aufweisen.
In Ausführungsformen der integrierten magnetischen Baugruppe kann magnetischer Fluss, der durch den Haupttransformator in der Treiberprimärwicklung und der Treibersekundärwicklung induziert wird, sich im Wesentlichen aufheben.
In Ausführungsformen der integrierten magnetischen Baugruppe kann der Haupttransformator aufweisen: Eine Hauptprimärwicklung, welche an das erste Bein gekoppelt ist; und eine Hauptsekundärwicklung, welche an das zweite Bein gekoppelt ist; und der Treibertransformator kann aufweisen: Eine Treiberprimärwicklung, die an das dritte Bein und das vierte Bein gekoppelt ist; und eine Treibersekundärwicklung, welche an das dritte Bein und das vierte Bein gekoppelt ist.
In Ausführungsformen der integrierten magnetischen Baugruppe kann der magnetische Fluss, welcher durch den Treibertransformator in dem Haupttransformator erzeugt wird, sich im Wesentlichen aufheben.
In Ausführungsformen der integrierten magnetischen Baugruppe kann der magnetische Fluss, welcher durch die Treiberprimär- und die Treibersekundärwicklungen in den Hauptprimär- und Hauptsekundärwicklungen erzeugt wird, sich im Wesentlichen aufheben.
In einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Zusammenbau einer integrierten magnetischen Baugruppe bereitgestellt. Das Verfahren schließt das Bereitstehen einer ersten Platte in einem integrierten magnetischen Kern ein. Die erste Platte schließt eine Vielzahl von Beinen ein, welche sich nach außen von einer ersten Oberfläche der ersten Platte erstrecken. Die Vielzahl von Beinen schließt ein erstes und ein zweites entgegengesetzt angeordnetes Bein und ein drittes und ein viertes entgegengesetzt angeordnetes Bein ein, wobei sich das erste und das zweite Bein um eine erste Länge von der ersten Oberfläche und sich das dritte und das vierte Bein um eine zweite Länge von der ersten Oberfläche erstreckt, die größer die erste Länge ist. Das Verfahren schließt auch das Bereitstellen einer zweiten Platte in den integrierten magnetischen Kern ein und das Koppeln der zweiten Platte an wenigstens das dritte und das vierte Bein der ersten Platte.
Ausführungsformen des Verfahrens zum Zusammenbau einer integrierten magnetischen Baugruppe gemäß dem anderen Aspekt können beispielsweise zudem eines oder mehrere beliebige der folgenden Merkmale aufweisen:
In Ausführungsformen des Verfahrens kann die zweite Platte eine Vielzahl von Beinen, darunter ein fünftes und ein sechstes Bein, aufweisen und das Koppeln der zweiten Platte an wenigstens das dritte und das vierte Bein kann aufweisen: Axiales Ausrichten des fünften Beins auf das erste Bein, so dass das erste und das fünfte Bein zusammen einen ersten Spalt dazwischen bilden; und axiales Ausrichten des sechsten Beins auf das zweite Bein, so dass das zweite und sechste Bein zusammen einen zweiten Spalt dazwischen bilden.
In Ausführungsformen des Verfahrens kann das Koppeln der zweiten Platte an wenigstens das dritte und das vierte Bein aufweisen: Festlegen eines ersten Spaltes zwischen dem ersten Bein und der zweiten Platte; und Festlegen eines zweiten Spaltes zwischen dem zweiten Bein und der zweiten Platte.
Ausführungsformen des Verfahrens können aufweisen: Koppeln eines Haupttransformators an das erste und das zweite Bein; und Koppeln eines Treibertransformators an das dritte und das vierte Bein.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht einer beispielhaften integrierten magnetischen Baugruppe.
2 ist eine perspektivische Ansicht der integrierten magnetischen Baugruppe gezeigt in 1.
3 ist eine Seitenansicht einer alternativen integrierten magnetischen Baugruppe.
4 ist eine perspektivische Ansicht der integrierten magnetischen Baugruppe gezeigt in 3.
5 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Haupttransformators einschließlich einer ersten Hauptprimärwicklung und einer zweiten Hauptprimärwicklung, der mit der integrierten magnetischen Baugruppe gezeigt in 1 und 2 oder der integrierten magnetischen Baugruppe gezeigt in 3 und 4 verwendet werden können.
6 ist eine schematisch Ansicht des Haupttransformators gezeigt in 5 einschließlich einer ersten Hauptsekundärwicklung und einer zweiten Hauptsekundärwicklung, welche zusammen mit der integrierten magnetischen Baugruppe gezeigt in 1 und 2 oder der integrierten magnetischen Baugruppe gezeigt in 3 und 4 verwendet werden können.
7 ist eine schematische Ansicht eines Treibertransformators einschließlich einer Treiberprimärwicklung und einer Treibersekundärwicklung, welche mit der integrierten magnetischen Baugruppe gezeigt in den 1 und 2 oder der integrierten magnetischen Baugruppe gezeigt in den 3 und 4 verwendet werden können.
8 ist eine schematische Ansicht von oben einer alternativen integrierten magnetischen Baugruppe, welche eine Richtung einer Treiberprimärwicklung veranschaulicht.
9 ist eine schematische Ansicht von oben der integrierten magnetischen Baugruppe gezeigt in 8, welche eine Richtung einer Treibersekundärwicklung veranschaulicht.
10 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Zusammenbau einer integrierten magnetischen Baugruppe gezeigt in 1 oder der integrierten magnetischen Baugruppe gezeigt in 3.

Obwohl spezifische Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen in manchen Zeichnungen gezeigt sein können und nicht in anderen dient dies nur der Einfachheit. Auf jedes Merkmal jeder Zeichnung kann Bezug genommen und/oder jedes Merkmal jeder Zeichnung kann in Kombination mit jedem Merkmal jeder anderen Zeichnung beansprucht werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 ist eine Seitenansicht einer beispielhaften integrierten magnetischen Baugruppe 100. 2 ist eine perspektivische Ansicht der integrierten magnetischen Baugruppe 100 (gezeigt in 1). Die integrierte magnetische Baugruppe 100 schließt eine erste Platte 102 und eine zweite Platte 104 ein. In der beispielhaften Ausführungsform können die erste Platte 102 und die zweite Platte 104 je eine im Wesentlichen quadratische oder rechteckige Form haben. Allerdings können die erste und die zweite Platte 102 und 104 in anderen geeigneten Ausführungsformen jede Form aufweisen, die die integrierte magnetische Baugruppe 100 dazu befähigt, wie hierin beschrieben zu funktionieren. Die erste und die zweite Platte 102 und 104 sind unter Verwendung eines magnetischen Materials wie beispielsweise Ferrit gefertigt.
Die integrierte magnetische Baugruppe 100 schließt auch eine Vielzahl von Beinen ein, welche sich nach außen von einer ersten Oberfläche 106 der ersten Platte 102 erstrecken. Wie hierin verwendet ist der Begriff „Bein“ als eine vertikale magnetische Struktur definiert, die einen Abschnitt einer integrierten magnetischen Struktur bildet. Die erste Oberfläche 106 ist eine obere Oberfläche der ersten Platte 102 und liegt der zweiten Platte 104 gegenüber. Die Vielzahl von Beinen schließt ein erstes Bein 108, ein zweites Bein 110, welches gegenüber der des ersten Beins 108 angeordnet ist, ein drittes Bein 112 und ein viertes Bein 114 ein, welches gegenüber dem dritten Bein 112 angeordnet ist. Spezieller ist das erste Bein 108 benachbart einer ersten Kante 109 der ersten Oberfläche 106 der ersten Platte 102 positioniert, das zweite Bein 110 ist benachbart einer zweiten Kante 111 positioniert, das dritte Bein 112 ist benachbart einer dritten Kante 113 positioniert und das vierte Bein 114 ist benachbart einer vierten Kante 115 positioniert. Die erste Kante 109 und die zweite Kante 111 sind in der quadratisch oder rechteckig geformten ersten Platte 102 einander gegenüberliegend, so dass sie sich im Wesentlichen parallel relativ zueinander entlang einer X-Achse eines X-Y-Z-Koordinatenrahmens erstrecken. Die dritte Kante 113 und die vierte Kante 115 sind einander gegenüberliegend, so dass sie sich im Wesentlichen parallel relativ zueinander entlang einer Y-Achse erstrecken. Entsprechend bedeutet, dass das zweite Bein 110 gegenüber dem ersten Bein 108 angeordnet ist und dass das vierte Bein 114 gegenüber dem dritten Bein 112 angeordnet ist, dass sie benachbart von Kanten der ersten Platte 102 angeordnet sind, die einander gegenüberliegen.
In der beispielhaften Ausführungsform erstrecken sich die Beine 108, 110, 112 und 114 von der ersten Oberfläche 106 der ersten Platte 102 entlang einer Z-Achse oder in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung relativ zu der ersten Oberfläche 106. Wenn entlang der Z-Achse betrachtet, haben die Beine 108, 110, 112 und 114 einen kreisförmig geformten Querschnitt. Allerdings soll es verstanden werden, dass in anderen geeigneten Ausführungsformen der Querschnitt der Beine 108, 110, 112 und 114 von jeder Form sein kann, die die Beine 108, 110, 112 und 114 dazu befähigt, wie hierin beschrieben zu funktionieren, einschließlich, aber nicht beschränkt auf ein Quadrat, ein Rechteck, ein Dreieck, ein Oval usw. Die Beine 108, 110, 112 und 114 werden hergestellt unter Verwendung irgendeines geeigneten magnetischen Materials zum Beispiel Ferrit. In der beispielhaften Ausführungsformen werden die erste Platte 102 und das erste, zweite, dritte und vierte Bein 108, 110, 112 und 114 aus einem einzelnen Teil eines magnetischen Materials (Ferrit) gefertigt. Alternativ können die erste Platte 102 und das erste, zweite, dritte und vierte Bein 108, 110, 112 und 114 miteinander aus mehreren Teilen, die separat hergestellt sind, verbunden sein.
Das erste und das zweite Bein 108 und 110 erstreckt sich um eine erste Länge L1 von der ersten Oberfläche 106 und das dritte und vierte Bein 112 und 114 erstreckt sich um eine zweite Länge L2 von der ersten Oberfläche 106. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die zweite Länge L2 größer als die erste Länge L1.
Die zweite Platte 104 ist gegenüber der ersten Platte 102 angeordnet und ist an das dritte und das vierte Bein 112 und 114 gekoppelt. Entsprechend ist die Distanz zwischen der ersten und der zweiten Platte 102 und 104 gleich der zweiten Länge L2.
Die zweite Platte 104 schließt ein fünftes Bein 116 und ein sechstes Bein 122 ein, die sich nach außen von einer ersten Oberfläche 118 der zweiten Platte 104 erstrecken. Die erste Oberfläche 118 ist eine untere Oberfläche der zweiten Platte 104 und ist der ersten Platte 102 entlang der Z-Achse zugewandt. Das sechste Bein 122 ist gegenüber dem fünften Bein angeordnet. Das fünfte Bein 116 ist benachbart zu einer ersten Kante 117 der ersten Oberfläche 118 der zweiten Platte 104 angeordnet und das sechste Bein 122 ist benachbart einer zweiten Kante 123 der ersten Oberfläche 118 der zweiten Platte 104 angeordnet. Die erste Kante 117 und die zweite Kante 123 sind einander gegenüber in der quadratisch oder rechteckig geformten Platte 104, so dass sich diese im Wesentlichen parallel relativ zueinander entlang der X-Achse erstrecken. Entsprechend bedeutet, dass das fünfte Bein 116 gegenüber dem sechsten Bein 122 angeordnet ist, dass sie benachbart von Kanten der zweiten Platte 104 angeordnet sind, die einander gegenüberliegen.
Das fünfte Bein 116 und das sechste Bein 122 erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht oder vertikal von der zweiten Platte 104 entlang der Z-Achse in einer entgegengesetzten Richtung bezüglich der Beine 108, 110, 112 und 114. Das fünfte Bein 116 ist axial mit dem ersten Beines 108 entlang der Z-Achse ausgerichtet, so dass das erste und das fünfte Bein 108 und 116 zusammen einen ersten Spalt 120 dazwischen definieren. Das sechste Bein 122 ist axial mit dem zweiten Bein 110 entlang der Z-Achse ausgerichtet, so dass das zweite und das sechste Bein 110 und 122 zusammen einen zweiten Spalt 124 dazwischen definieren. Das fünfte und das sechste Bein 116 und 122 erstrecken sich von der zweiten Platte 104 um dieselbe Distanz wie das erste und das zweite Bein 108 und 110 sich von der ersten Platte 102 erstrecken, welches die erste Länge L1 ist.
Wenn entlang der Z-Achse betrachtet, haben das fünfte und das sechste Bein 116 und 122 einen kreisförmig geformten Querschnitt. Allerdings soll es verstanden werden, dass in anderen geeigneten Ausführungsform der Querschnitt des fünften und sechsten Beines 116 und 122 von jeder Form sein können, die das fünfte und das sechste Bein 116 und 122 befähigt, wie hierin beschrieben zu funktionieren, einschließlich aber nicht darauf beschränkt, ein Quadrat, ein Rechteck, ein Dreieck, ein Oval usw. Das fünfte und das sechste Bein 116 und 122 sind unter Verwendung eines beliebigen geeigneten magnetischen Materials zum Beispiel Ferrit hergestellt. In einigen geeigneten Ausführungsformen sind die zweite Platte 104 und das fünfte und das sechste Bein 116 und 122 aus einem einzigen Stück eines magnetischen Materials (zum Beispiel Ferrit) gefertigt. Alternativ können die zweite Platte 104 und das fünfte und das sechste Bein 116 und 122 miteinander aus mehreren Stücken verbunden sein, welche separat gefertigt sind. In einigen geeigneten Ausführungsformen kann das dritte und das vierte Bein 112 und 114 als Teil einer zweiten Platte 104 anstatt der ersten Platte 102 gebildet sein.
3 ist eine Seitenansicht einer beispielhaften integrierten magnetischen Baugruppe 300. 4 ist eine perspektivische Ansicht der integrierten magnetischen Baugruppe 300 (gezeigt in 3). In der beispielhaften Ausführungsform ist die integrierte magnetische Baugruppe 300 im Wesentlichen ähnlich zu der integriert magnetischen Baugruppe (gezeigt in den 1 und 2), außer dass die integrierte magnetische Baugruppe 300 das fünfte und das sechste Bein 116 und 122 ausnimmt und den ersten und den zweiten Spalt 120 und 124 direkt zwischen dem ersten und dem zweiten Bein 108 und 110 und der zweiten Platte 104 festlegt. Entsprechend sind die Komponenten der integriert magnetischen Baugruppe 300, die identisch zu den Komponenten der integriert magnetischen Baugruppe 100 sind, in den 3 und 4 mit denselben Bezugszeichen wie in 1 und 2 verwendet bezeichnet.
In der beispielhaften Ausführungsform schließt die integrierte magnetische Baugruppe 300 eine erste Platte 102, eine zweite Platte 104 und eine Vielzahl von Beinen ein, welche sich nach außen von der ersten Oberfläche 106 der ersten Platte 102 erstrecken. Die Vielzahl von Beinen schließt ein erstes Bein 108, ein zweites Bein 110 angeordnet gegenüber von dem ersten Bein 108, ein drittes Bein 112 und ein viertes Bein 114 angeordnet gegenüber dem dritten Bein 112 ein. In der beispielhaften Ausführungsform können ein oder mehrere Beine 108, 110, 112 und 114 von den Kanten der ersten Platte 102 beabstandet sein.
Das erste und das zweite Bein 108 und 110 strecken sich um eine erste Länge L1 von der ersten Oberfläche 106 und das dritte und das vierte Bein 112 und 114 erstrecken sich um eine zweite Länge L2 von der ersten Oberfläche 106. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die zweite Länge L2 größer als die erste Länge L1.
Die zweite Platte 104 ist gegenüber der ersten Platte 102 angeordnet und ist an das dritte und das vierte Bein 112 und 114 gekoppelt. Entsprechend ist die Distanz zwischen der ersten und der zweiten Platte 102 und 104 gleich der zweiten Länge L2. Die erste Länge L1 des ersten und des zweiten Beines 108 und 110 erstreckt sich nicht ganz bis zu der zweiten Platte 104. Entsprechend definieren das erste Bein 108 und die zweite Platte 104 einen ersten Spalt 120 und das zweite Bein 110 und die zweite Platte 104 definieren einen zweiten Spalt 124.
5 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Haupttransformators 500 einschließlich einer ersten Hauptprimärwicklung 502 und einer zweiten Hauptprimärwicklung 504, welche mit der integrierten magnetischen Baugruppe 100 (gezeigt in den 1 und 2) oder der integrierten magnetischen Baugruppe 300 (gezeigt in den 3 und 4) verwendet werden können.
6 ist eine schematisch Ansicht eines Haupttransformators 500 einschließlich einer ersten Hauptsekundärwicklung 602 und einer zweiten Hauptsekundärwicklung 604, welche mit der integrierten magnetischen Baugruppe 100 (gezeigt in den 1 und 2) oder der integriert magnetischen Baugruppe 300 (gezeigt in 3 und 4) verwendet werden können.
7 ist eine schematische Ansicht eines Treibertransformators 700 einschließlich einschließlich einer Treiberprimärwicklung 702 und einer Treibersekundärwicklung 704, welche mit der integrierten magnetischen Baugruppe 100 (gezeigt in den 1 und 2) oder der integriert magnetischen Baugruppe (gezeigt in den 3 und 4) verwendet werden können.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die integrierte magnetische Baugruppe 100, 300 in einen Leistungswandler hoher Dichte implementiert. Alternativ kann die integrierte magnetische Baugruppe 100, 300 in einen Sperrwandler, Vorwärtswandler, Push-Pull-Wandler oder irgendeiner anderen elektrische Architektur implementiert sein, die die integrierte magnetische Baugruppe 100, 300 befähigt, wie hierin beschrieben zu funktionieren. Obwohl der Haupttransformator 500 als eine Wicklung vom Typ gedruckte Schaltkreisplatte aufweist, ist er nicht darauf beschränkt und kann einen beliebigen anderen Typ von Wicklungen, welche auf dem Gebiet bekannt sind, verwenden.
Bezug nehmend auf die 5-7 ist der Haupttransformator 500 in der beispielhaften Ausführungsform an das erste und das zweite Bein 108 und 110 der integrierten magnetischen Baugruppe 100, 300 gekoppelt. Spezieller schließt der Haupttransformator 500 die erste Hauptprimärwicklung 502 (5) und die erste Hauptsekundärwicklung 602 (6) gekoppelt an das erste Bein 108 und die zweite Hauptprimärwicklung 504 (5) und die zweite Hauptsekundärwicklung 604 (5) gekoppelt an das zweite Bein 110 ein. In der beispielhaften Ausführungsform haben sowohl die erste Hauptprimärwicklung 502 als auch die erste Hauptsekundärwicklung 602 jeweils eine entsprechende Orientierung und die entsprechenden Orientierungen haben im Wesentlichen entgegengesetzte Polarität bezüglich einander. Zudem haben sowohl die zweite Hauptprimärwicklung 504, als auch die zweite Hauptsekundärwicklung 604 je eine entsprechende Orientierung und die entsprechenden Orientierungen haben im Wesentlichen entgegengesetzte Polarität bezüglich einander.
Ein Treibertransformator 700 ist an das dritte und das vierte Bein 112 und 114 gekoppelt. Spezieller schließt der Treibertransformator 700 eine Treiberprimärwicklung 702 und eine Treibersekundärwicklung 704 ein, die an das dritte und vierte Bein 112 bzw. 114 gekoppelt sind. Die Treiberprimärwicklung 702 und die Treibersekundärwicklung 704 haben je eine entsprechende Orientierung und die entsprechenden Orientierungen haben im Wesentlichen entgegengesetzte Polarität bezüglich einander.
Der magnetische Fluss, der in dem Treibertransformator 700 durch den Haupttransformator 500 induziert wird, hebt sich auf. Spezieller hebt sich der magnetische Fluss induziert durch den Haupttransformator 500 in der Treiberprimärwicklung 702 und der Treibersekundärwicklung 704 im Wesentlichen auf. Das heißt der magnetische Fluss, welcher durch den Haupttransformator 500 induziert ist, wird dem Betrieb des Treibertranformators 700 nicht beeinflussen.
Wenn die Treiberprimärwicklung 702 und die Treibersekundärwicklung 704 nur auf ein Bein gewunden sind und das Hauptbein (das heißt vom ersten Bein 108 zum zweiten Bein 110) keine Spalte aufweist, dann kann, durch Ignorieren des Leckflusses in der Luft, das Treiberübertragungsverhältnis behandelt werden als: $Windungszahlenverhältnis = N \times \frac{ϕ 2}{ϕ}$
$\frac{ϕ 2}{ϕ} = \frac{1}{(\frac{R 2}{R 1} + \frac{R 2}{R 3} + 1)}$
Das ϕ ist der Fluss erzeugt durch die Treiberprimärwicklung 702, ϕ2 ist der gekoppelte Fluss zu der Treibersekundärwicklung 704. R1 ist der magnetische Widerstand einer Schleife gebildet von dem dritten Bein 112 zu dem ersten Bein 108, R2 ist der magnetische Widerstand einer Schleife gebildet von dem dritten Bein 112 zu dem vierten Bein 114 und R3 ist der magnetische Widerstand einer Schleife gebildet von dem dritten Bein 112 zu dem zweiten Bein 110.
Wenn das Hauptflussbein von dem ersten Bein 108 zu dem zweiten Bein 110 erste und zweite Spalte 120 und 124 hat, würden R1 und R3 viel größer sein als R2 und das Windungszahlverhältnis ist sehr nahe an N. Wenn allerdings das Hauptflussbein von dem ersten Bein 108 zu dem zweiten Bein 110 keine ersten und zweiten Spalte 120 und 124 einschließt, sind R1, R3 und R2 in derselben Größenordnung und das Windungszahlverhältnis würde reduziert sein.
Das Windungszahlverhältnis ist für den Treibertransformator 700 sehr wichtig. Wenn das Windungszahlverhältnis reduziert wird, kann dies zu unzureichender Treiberspannung führen. Unterdessen würden die Flüsse ϕ1 und ϕ3 den Fluss des Haupttransformators 500 beeinflussen, nicht nur durch Bringen von mehr Kernverlust zu dem Hauptbein, sondern können auch die Haupttransformatorfunktion beeinträchtigen.
8 ist eine schematische Ansicht von oben einer alternativen integrierten magnetischen Baugruppe 800, welche eine Richtung einer Treiberprimärwicklung veranschaulicht. 9 ist eine schematische Ansicht von oben einer integriert magnetischen Baugruppe 800, welche eine Richtung einer Treibersekundärwicklung veranschaulicht. Wenn nicht spezifiziert ist die alternative integrierte magnetische Baugruppe 800 im Wesentlichen ähnlich zu der integrierten magnetischen Baugruppe 100 (gezeigt in 1).
In der integrierten magnetischen Baugruppe 800 schließt der Haupttransformator 802 eine Hauptprimärwicklung 804 gekoppelt an das erste Bein 108 und einer Hauptsekundärwicklung 106 gekoppelt an das zweite Bein 110 ein. In dem Haupttransformator 802 sind keine Spalte bereitgestellt.
Um eine Übertragungsverhältnisreduktion in einem Treibertranformator 808 verursacht durch nicht Bereitstellen von Spalten zu vermeiden, schließt der Treibertranformator 808 eine Treiberprimärwicklung 810 gekoppelt an sowohl das dritte Bein 112 als auch das vierte Bein 114 in einer ersten Orientierung 812, wie in 8 gezeigt, ein. Zudem schließt der Treibertranformator 808 eine Treibersekundärwicklung 814 gekoppelt an sowohl das dritte Bein 112 als auch das vierte Bein 114 in einer zweiten Orientierung 816, wie in 9 gezeigt, ein. Die ersten und zweiten Orientierungen 812 und 818 können dieselbe sein oder einander entgegengesetzt. Der magnetische Fluss erzeugt durch den Treibertransformator 808 in dem Haupttransformator 802 hebt sich im Wesentlichen auf. Spezieller hebt sich der magnetische Fluss erzeugt durch die Treiberprimär- und die Treibersekundärwicklungen 810 und 814 in der Hauptprimär- und der Hauptsekundärwicklung 804 und 806 im Wesentlichen auf.
Zum Beispiel für die Treiberprimärwicklung 810 gewickelt auf zwei Beine (zum Beispiel drittes und viertes Bein 112 und 114 gezeigt in 8: ϕp1 ist der Fluss erzeugt durch die Treiberprimärwicklung 810 gewickelt auf ein erstes Kernbein (viertes Bein 114); ϕp2 ist der Fluss erzeugt durch die Treiberprimärwicklung 810 gewickelt auf ein zweites Kernbein (drittes Bein 112); ϕp11, ϕp12, ϕp13 sind die gekoppelten Flüsse von ϕp1 zu dem ersten, vierten und zweiten Bein 108, 114 und 110. ϕp21, ϕp22, ϕp23 sind die gekoppelten Flüsse von ϕp2 zu dem ersten, vierten und zweiten Bein 108, 114 und 110. Eine Windungszahl der Treiberprimärwicklung 810 auf den Kernbeinen (drittes und viertes Bein 112, 114) sind dieselbe. Eine Windungszahl der Treibersekundärwicklung 814 auf die Kernbeine sind dieselbe.
Wenn das vierte Bein 114 und das dritte Bein 112 symmetrische Positionen relativ zu dem ersten und dem zweiten Bein 108 und 110 haben, dann sind K1 (viertes Bein 114 zu erstem Bein 108), K2 (drittes Bein 112 zu dem ersten Bein 108) dasselbe, ϕp1 = ϕp2, daher ϕp21 = ϕp11 $\begin{matrix} K 1 = \frac{ϕ p 11}{ϕ p 1} & K 2 = \frac{ϕ p 21}{ϕ p 2} \end{matrix}$
Der Fluss hebt sich in dem ersten Bein 108 auf, da es keinen zusätzlichen magnetischen Fluss in dem ersten Bein 108 und dem zweiten Bein 110 erzeugt durch die Treiberprimärwicklung 810 gibt. Leckagefluss in der Luft ignorierend würde der Fluss der durch das vierte Bein 114 geht, erzeugt durch die Treiberprimärwicklung 810, insgesamt direkt zu der Treibersekundärwicklung 814 gewickelt auf das vierte Bein 114 gekoppelt werden. Bezüglich des dritten Beins 112 würde für den gesamten Fluss, welcher durch die Treiberprimärwicklung 810 erzeugt ist, welcher durch die Treibersekundärwicklung 810 geht, die Windungszahl ohne Reduzierung aufrechterhalten werden.
10 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 1000 zum Zusammenbau einer integrierten magnetischen Baugruppe, wie beispielsweise der integrierten magnetischen Baugruppe 100 (gezeigt in 1) oder der integrierten magnetischen Baugruppe 300 (gezeigt in 3). Eine erste Platte, wie beispielsweise die Platte 102 wird bereitgestellt 1002. Die erste Platte schließt eine Vielzahl von Beinen ein, welche sich von einer ersten Oberfläche der ersten Platte wegerstrecken, darunter erste und zweite entgegengesetzt angeordneter Beine und dritte und vierte entgegengesetzt angeordnete Beine. Das erste und das zweite Bein erstrecken sich um eine erste Länge von der ersten Oberfläche und das dritte und das vierte Bein erstrecken sich um eine zweite Länge von der ersten Oberfläche, die größer ist als die erste Länge. Die zweite Platte, wie beispielsweise die zweite Platte 104, wird bereitgestellt 1004. Die erste Platte und die zweite Platte sind in einem integrierten magnetischen Kern enthalten. Die zweite Platte wird an wenigstens das dritte und das vierte Bein der ersten Platte gekoppelt 1006.
Beispielhafte Ausführungsformen von integrierten magnetischen Baugruppen werden hierin beschrieben. Ein integrierter magnetischer Kern schließt eine erste Platte und eine zweite Platte ein. Die erste Platte schließt eine Vielzahl von Beinen ein, die sich nach außen von einer oberen Oberfläche der ersten Platte erstrecken. Die Vielzahl von Beinen schließt erste und zweite entgegengesetzt angeordnete Beine und dritte und vierte entgegengesetzt angeordnete Beine ein. Die zweite Platte ist an wenigstens das dritte und das vierte Bein der ersten Platte gekoppelt.
Verglichen mit wenigstens einigen integrierten magnetischen Baugruppen, verwendet eine integrierte magnetische Baugruppe in den hierin beschriebenen Systemen und Verfahren geteilte Beine, um sowohl den Haupttransformator als auch den Treibertransformator in derselben Baugruppe einzuschließen. Dies ermöglicht Signalspuren von dem Treibertransformator zu Schaltern in einem isolierten Treibertransformatordesign, eine symmetrische Anordnung zu haben. Die integrierte magnetische Baugruppe reduziert die Grundfläche der gedruckten Schaltkreisplatte, wodurch Leistungsverluste minimiert und die Effizienz der integrierten magnetischen Baugruppe erhöht wird.
Die Reihenfolge der Ausführung oder Durchführung der Vorgänge in den Ausführungsformen der Erfindung, die hierin veranschaulicht und beschrieben sind, ist nicht essenziell, es sei denn es ist anders spezifiziert. Das heißt die Vorgänge können in jeder Ordnung durchgeführt werden, es sei denn es ist anders spezifiziert und Ausführungsformen der Erfindung können zusätzliche oder weniger Vorgänge als solche, die hierin offenbart sind, einschließen. Zum Beispiel ist es angedacht, dass das Ausführen und Durchführen eines bestimmten Vorgangs vor, während oder nach einem anderen Vorgang innerhalb des Umfangs von Aspekten der Erfindung ist.
Obwohl spezifische Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung in manchen Zeichnungen und nicht in anderen gezeigt sein können, ist dies nur der Einfachheit halber. In Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung kann auf jedes Merkmal einer Zeichnung Bezug genommen werden und/oder jedes Merkmal einer Zeichnung kann in Kombination mit jedem Merkmal jeder anderen Zeichnung beansprucht werden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele um die Erfindung zu offenbaren, darunter die beste Art und auch jeden Fachmann dazu zu befähigen die Erfindung auszuführen, darunter jede Geräte oder Systeme herzustellen und zu verwenden und jede eingeschlossene Verfahren durchzuführen. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche festgelegt und kann andere Beispiele einschließen, die dem Fachmann erscheinen. Solchen anderen Beispiele sind dazu gedacht, innerhalb des Umfangs der Ansprüche zu sein, wenn sie strukturelle Elemente haben, die nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche abweichen oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente einschließen mit unwesentlichen Unterschieden von der wörtlichen Sprache der Ansprüche.
Ein integrierter magnetischer Kern 100, 300, 800 wird bereitgestellt. Der integrierte magnetische Kern schließt eine erste Platte 102 und eine zweite Platte 104 ein. Die erste Platte schließt eine Vielzahl von Beinen ein, welche sich nach außen von einer ersten Oberfläche 106 der ersten Platte erstrecken. Die Vielzahl von Beinen schließt erste und zweite entgegengesetzt angeordnete Beine 108, 110 und dritte und vierte entgegengesetzt angeordnete Beine 112, 114 ein. Die zweite Platte ist wenigstens an das dritte und das vierte Bein der ersten Platte gekoppelt.
Bezugszeichenliste

Integrierte magnetische Baugruppe	100
Erste Platte	102
Zweite Platte	104
Erste Oberfläche	106
Erstes Bein	108
Erste Kante	109
Zweites Bein	110
Zweite Kante	111
Drittes Bein	112
Dritte Kante	113
Viertes Bein	114
Vierte Kante	115
Fünftes Bein	116
Fünfte Kante	117
Erste Oberfläche	118
Erster Spalt	120
Sechstes Bein	122
Zweite Kante	123
Zweiter Spalt	124
Integrierte magnetische Baugruppe	300
Haupttransformator	500
Erste Hauptprimärwicklung	502
Zweite Hauptprimärwicklung	504
Erste Hauptsekundärwicklung	602
Zweite Hauptsekundärwicklung	604
Treibertransformator	700
Treiberprimärwicklung	702
Treibersekundärwicklung	704
Integrierte magnetische Baugruppe	800
Haupttransformator	802
Hauptprimärwicklung	804
Hauptsekundärwicklung	806
Treibertransformator	808
Treiberprimärwicklung	810
Erste Orientierung	812
Treibersekundärwicklung	814
Zweite Orientierung	816
Verfahren	1000
Bereitgestellt	1002
Bereitgestellt	1004
Gekoppelt	1006

Claims

Integrierte magnetische Baugruppe (100, 300, 800) aufweisend: Eine erste Platte (102) aufweisend eine Vielzahl von Beinen, welche sich nach außen von einer ersten Oberfläche (106) der ersten Platte erstreckt, wobei die Vielzahl von Beinen ein erstes und ein zweites entgegengesetzt angeordnetes Bein (108, 110) und ein drittes und ein viertes entgegengesetzt angeordnetes Bein (112, 114) aufweist; und eine zweite Platte (104) gekoppelt an wenigstens das dritte und das vierte Bein der ersten Platte.
Integrierte magnetische Baugruppe (100, 300, 800) nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Bein (108, 110) sich um eine erste Länge von der ersten Oberfläche (106) erstrecken und wobei das dritte und das vierte Bein (112, 114) sich um eine zweite Länge von der ersten Oberfläche erstrecken, die größer ist als die erste Länge.
Integrierte magnetische Baugruppe (100, 300, 800) nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Platte (104) aufweist: ein fünftes Bein (116), welches sich von einer ersten Oberfläche (118) der zweiten Platte erstreckt, wobei das fünfte Bein axial zu dem ersten Bein (108) ausgerichtet ist, so dass das erste und das fünfte Bein zusammen einen ersten Spalt (120) dazwischen festlegen; und ein sechstes Bein (122), welches entgegengesetzt zu dem fünften Bein angeordnet ist und sich nach außen von der ersten Oberfläche der zweiten Platte erstreckt, wobei das sechste Bein axial zu dem zweiten Bein (110) ausgerichtet ist, so dass das zweite und das sechste Bein zusammen einen zweiten Spalt (124) dazwischen festlegen.
Integrierte magnetische Baugruppe (100, 300, 800) nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei: das erste Bein (108) und das zweite Bein (104) einen ersten Spalt (120) dazwischen festlegen und wobei das zweite Bein (110) und die zweite Platte einen zweiten Spalt (124) dazwischen festlegen.
Integrierte magnetische Baugruppe (100, 300, 800) nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend; einen Haupttransformator (500, 802) gekoppelt an das erste und das zweite Bein (108, 110); und einen Treibertransformator (700, 808) gekoppelt an das dritte und das vierte Bein (112, 114).
Integrierter magnetische Baugruppe (100, 300, 800) nach Anspruch 5, wobei der Haupttransformator (500) aufweist: Eine erste Hauptprimärwicklung (502) gekoppelt an das erste Bein (108); und eine erste Hauptsekundärwicklung (602) gekoppelt an das erste Bein.
Integrierte magnetische Baugruppe (100, 300, 800) nach Anspruch 6, wobei die erste Hauptprimärwicklung (502) und die erste Hauptsekundärwicklung (602) je eine entsprechende Orientierung aufweisen und die entsprechenden Orientierungen im Wesentlichen entgegengesetzte Polarität mit Bezug aufeinander aufweisen.
Integrierte magnetische Baugruppe (100, 300, 800) nach einem beliebigen der Ansprüche 5 bis 7, eine zweite Hauptprimärwicklung (504) gekoppelt an das zweite Bein (110); und eine zweite Hauptsekundärwicklung (604) gekoppelt an das zweite Bein.
Integrierte magnetische Baugruppe (100, 300, 800) nach Anspruch 8, wobei die zweite Hauptprimärwicklung (504) und die zweite Hauptsekundärwicklung (604) je eine entsprechende Orientierung haben und die entsprechenden Orientierungen im Wesentlichen entgegengesetzte Polarität mit Bezug aufeinander aufweisen.
Verfahren (1000) zum Zusammenbau einer integrierten magnetischen Baugruppe, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen (1002) einer ersten Platte in einem integrierten magnetischen Kern, wobei die erste Platte eine Vielzahl von Beinen einschließt, welche sich nach außen von einer ersten Oberfläche der ersten Platte erstrecken, wobei die Vielzahl von Beinen ein erstes und ein zweites entgegengesetzt angeordnetes Bein und ein drittes und ein viertes entgegengesetzt angeordnet Bein einschließen, wobei das erste und das zweite Bein sich entlang einer ersten Länge von der ersten Oberfläche erstrecken und das dritte und das vierte Bein sich entlang einer zweiten Länge von der ersten Oberfläche erstrecken, die größer ist als die erste Länge; Bereitstellen (1004) einer zweiten Platte in dem integriert magnetischen Kern; und Koppeln (1006) der zweiten Platte an wenigstens das dritte und das vierte Bein der ersten Platte.