[发明专利]粉状芯材料耦合电感器及相关方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请为2011年5月13日提交的序列号为13/107,616的美国专利申请的继续申请，该美国专利申请为2011年2月9日提交的序列号为13/024,280美国专利申请的部分继续申请，并为2010年5月24日提交的序列号为12/786,301美国专利申请的部分继续申请。上述申请中的每个申请通过引用并入本文。

背景技术

Schultz等人提出的第6,362,986号美国专利描述了切换具有多相耦合电感器拓扑的直流-直流（DC-DC）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势包括减少电感器和开关中的波纹电流，这能够在具有传统多相DC-DC变换器拓扑的变换器上减少每相的电感和/或降低切换频率。因此，与传统的多相拓扑相比，具有磁耦合电感器的DC-DC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，从而获得更小、成本更低的解决方案。

已经研发了各种耦合电感器以用于多相DC-DC变换器应用。现有的耦合电感器的示例可在Sullivan等的第7,498,920号美国专利中找到，该专利的公开内容通过引用并入本文。

发明内容

在一个实施方式中，耦合电感器包括：由粉状磁性材料形成的整体式磁芯；以及第一、第二、第三和第四端子。耦合电感器还包括第一和第二绕组，第一和第二绕组中的每个至少部分地嵌入整体式磁芯中。第一绕组电耦合于第一和第二端子之间，第二绕组电耦合于第三和第四端子之间。在整体式磁芯中第二绕组与第一绕组至少部分地物理分离。

在一个实施方式中，电源包括印刷电路板，附接至印刷电路板的耦合电感器以及附接至印刷电路板的第一和第二切换电路。耦合电感器包括由粉状磁性材料形成的磁芯，以及第一、第二、第三和第四端子。耦合电感器还包括至少部分地嵌入磁芯的第一绕组和至少部分地嵌入磁芯的第二绕组。第一绕组电连接于第一和第二端子之间，第二绕组电连接于第三和第四端子之间。在磁芯内第二绕组与第一绕组至少部分地物理分离。第一切换电路电耦合至第一端子并且设置为将第一端子在至少两个不同的电压水平之间切换。第二切换电路电耦合至第三端子并且设置为将第三端子在至少两个不同的电压水平之间切换。第二和第四端子电连接在一起。

在一个实施方式中，用于形成耦合电感器的方法包括：（1）将多个绕组定位使得多个绕组中的每个绕组与多个绕组的另一个绕组至少部分地物理分离，（2）至少部分地绕多个绕组形成粉状磁性材料，以及（3）将粉状磁性材料的粘合剂固化。

在一个实施方式中，用于形成耦合电感器的方法包括：（1）将多个绕组定位在模子中使得多个绕组中的每个绕组与多个绕组的另一个绕组至少部分地物理分离，（2）在模子中放置粉状磁性材料，以及（3）将粉状磁性材料的粘合剂固化。

在一个实施方式中，耦合电感器包括N个绕组和由粉状磁性材料形成的整体式磁芯，其中N为大于1的整数。整体式磁芯包括第一和第二端部磁元件和连接第一和第二端部磁元件的N个腿部。N个绕组中的每个绕组绕N个腿部中相应的一个腿部卷绕。

在一个实施方式中，电源包括耦合电感器和N个切换电路，其中N为大于1的整数。耦合电感器包括N个绕组和由粉状磁性材料形成的整体式磁芯。整体式磁芯包括第一和第二端部磁元件和与第一和第二端部磁元件连接的N个腿部。N个绕组中的每个绕组绕N个腿部中相应的一个腿部卷绕。N个切换电路中的每个用于将N个绕组中相应的一个的第二端以至少20千赫的频率在至少两个不同的电压水平之间切换。

在一个实施方式中，耦合电感器包括由粉状磁性材料形成的整体式磁芯和至少部分地嵌入整体式磁芯中的N个绕组。在整体式磁芯内N个绕组彼此物理地分离。整体式磁芯将N个绕组磁耦合并且提供用于漏磁通量的路径，该路径有助于与N个绕组关联的漏电感。N为大于1的整数。

在一个实施方式中，电源包括耦合电感器和N个切换电路，其中N为大于1的整数。耦合电感器包括由粉状磁性材料形成的整体式磁芯和N个绕组，N个绕组中的每个至少部分地嵌入整体式磁芯中。整体式磁芯中N个绕组彼此至少部分地物理分离。整体式磁芯将N个绕组磁耦合，并且提供用于漏磁通量的路径，该路径有助于与N个绕组关联的漏电感。每个绕组具有电耦合至公共节点的第一端。每个切换电路用于将N个绕组中相应的一个的第二端以至少20千赫的频率在至少两个不同的电压水平之间切换。

附图简要说明

图1示出了根据一个实施方式的两相耦合电感器的立体图，图2示出其顶部截面图；

图3示出了与电感器的磁芯分离的、图1和2的耦合电感器的绕组的立体图；