[发明专利]具有改进的漏电感控制的耦合电感器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2009年8月10提交的序号为12/538,707的美国专利申请的继续申请，该美国专利申请的内容均通过引用并入本文。

背景技术

Schultz等人提出的第6,362,986号美国专利(“Schultz’986”)描述了具有多相耦合电感器拓扑的直流-直流变换器，其公开的内容通过引用并入本文。这种变换器具有的优点包括电感器和切换器中具有减小的波纹电流，这能够在具有传统多相直流-直流变换器拓扑的变换器上减少每相的电感，或者减少切换频率。因此，与传统的多相拓扑相比，具有磁耦合电感器的直流-直流变换器具有优异的瞬态响应，并且不损失效率。这使得输出电容显著下降，从而使解决方案的成本更小更低。

如Schultz’986中所描述的，采用耦合电感器的直流-直流变换器的性能受到耦合电感器的漏电感的影响。因此，会期望针对电感器的应用来定制或调节耦合电感器的漏电感。

已经提出了一些耦合电感器。例如，图1至3示出了由沃特拉半导体公司(Volterra Semiconductor Corporation)开发的一个耦合电感器100。具体地，图1示出了耦合电感器100的侧视平面图，图2示出了其截面图，以及图3示出了其端视平面图。具有高度106的耦合电感器100包括磁芯102和两个或更多个绕组104。图4示出了耦合电感器100的一个绕组104的侧视立体图。

作为另一示例，Dong等人在标题为“Twisted Core Coupled Inductors for Microprocessor Voltage Regulators(用于微处理器稳压器的绞合芯耦合电感器)”的论文中提出了双相“绞合芯”耦合电感器。然而，该耦合电感器具有容积利用率较低的复合芯。另外，漏电感是由垂直型芯结构之间的距离和这些结构的高度限定的，因此很难控制漏电感。而且，该绞合芯耦合电感器的泄漏通路使电感器的设计变得复杂。

此外，Dong等人在标题为“The Short Winding Path Coupled Inductor Voltage Regulators(短绕组通路耦合电感器稳压器)”的论文中提出了一种耦合电感器。图5示出了一个耦合电感器500的俯视平面图，示出了Dong的论文中的多相耦合电感器。图5没有示出绕组以更清晰地示出芯502。但是图6示出了包括其绕组602的电感器500。

芯502包括用于每相的相应的腿504。每个腿504都具有宽度508，并且相邻的腿504被具有宽度510的窗口506分隔开。因此，绕组602具有节距604，如图6和图7所示。窗口宽度510相对较大并与腿的宽度508相似。大的窗口宽度510需要提供用于泄漏段512的空间，其需要提供用于磁通泄漏的通路，从而使漏电感足够大。通过改变泄漏段512的尺寸和/或形状来改变漏电感，这可能需要改变芯502的尺寸和/或形状。窗口506还容纳有相应的绕组突出部，如图6所示。

图7示出了沿着图5中A-A线的电感器500的横截面图。每个区域702对应于相应的腿504的区域，每个区域704对应于相应的泄漏段512的区域。图7中的绕组602的厚度被夸大以用于视图清楚。如图5-7所示，绕组602之间较大的空间被要求以控制通过泄漏段512的漏电感。

发明内容

在一个实施方式中，一种M绕组耦合电感器包括第一端部磁元件、第二端部磁元件、M个连接磁元件以及M个绕组。M是大于1的整数。每个连接磁元件均设在第一端部磁元件和第二端部磁元件之间并且连接第一和第二端部磁元件。每个绕组至少部分地绕M个连接磁元件中的相应的一个连接磁元件缠绕。耦合电感器还包括至少一个顶部磁元件，其与M个连接磁元件中的至少两个连接磁元件相邻并至少部分在所述至少两个连接磁元件上延伸，以提供第一和第二端部磁元件之间的磁通量通路。

在一个实施方式中，一种M相电源包括耦合电感器和M个切换电路。M为大于1的整数。耦合电感器包括：第一端部磁元件、第二端部磁元件、M个连接磁元件以及M个绕组。每个连接磁元件均设在第一和第二端部磁元件之间并且连接第一和第二端部磁元件。每个绕组至少部分地绕所述M个连接磁元件的相应的一个连接磁元件缠绕。每个绕组均具有各自的第一端、各自的第二端，每个第一端与公共第一节点电耦合。耦合电感器还包括至少一个顶部磁元件，其与M个连接磁元件中的至少两个连接磁元件相邻，并且至少部分在所述至少两个连接磁元件上延伸，以提供用于第一和第二端部磁元件之间的磁通量的通路。每个切换电路与相应的绕组的第二端电耦合，且被构造为使第二端在至少两个不同的电压之间切换。