[发明专利]一种基于GaN的DC-DC转换器的磁集成系统

说明书

本发明公开了一种基于GaN的DC‑DC转换器的磁集成系统，第一平面电感线圈及第二平面电感线圈均为己字形结构，且第一平面电感线圈的中部穿过第一平面磁柱与第四平面磁柱之间以及第二平面磁柱与第三平面磁柱之间，且第二平面磁柱位于第一平面电感线圈一侧的开口位置处，第四平面磁柱位于第二平面电感线圈另一侧的开口位置处，第二平面电感线圈的中部穿过第一平面磁柱与第二平面磁柱之间以及第三平面磁柱与第四平面磁柱之间，且第三平面磁柱位于第二平面电感线圈一侧的开口位置处，第一平面磁柱位于第二平面电感线圈另一侧的开口位置处，该系统能够通过分立电感进行解耦集成，以增大变换器的功率密度。

技术领域

本发明涉及一种磁集成系统，具体涉及一种基于GaN的DC-DC转换器的磁集成系统。

背景技术

高效率、高功率密度和小型化是数据中心调压模块的发展趋势。通常，这些DC-DC转换器直接紧挨着负载搭建在主板上，因此也被称为负载点(POL)转换器。为了实现目标，可以同时采用两种方法来减小变换器的体积。第一种方法是大幅提高开关频率以减小无源元件的尺寸。另一种是集成无源元件，其基本原理是将离散的电感绕组集成在一个磁芯上。

宽禁带功率半导体器件氮化镓晶体管(GaN)是一种很有前途的POL变换器器件，它具有高电子迁移率，为高频功率变换提供了潜在的优势。再加上先进的铁氧体材料技术的出现，采用PCB平面变压器和电感成为了可能，平面电感和变压器由于低轮廓的优势可以实现VRMs更大的功率密度。与此同时，PCB平面电感和变压器更容易实现自动化生产，由于传统变压器和电感需要手工绕制线圈，需要大量的人工干预。这也突出了PCB平面电感和变压器的优势。在VRMs领域，磁件占有比较高比重的体积。同时数据中心服务器母板上面给电压模块的空间很有限。集成磁件是一种必要的选择。

目前来说，VRMs中12V转1.xV多相buck是比较认可的方案，李泽元教授提出了反向耦合多相buck电路的电感磁集成方案。相比分立电感，这种反向耦合电感不仅有效减少了磁芯的体积，而且提高了效率。这也是目前比较受欢迎的磁集成方案。

虽然反向耦合是目前普遍认可的磁集成方法，但其应用场合仅限于交错运行的场合，例如多相buck电路，不是所有的DC-DC变换器或者其他方向都能被应用。因此一种适用范围更广的分立电感集成方案有待提出。

参考图1，对于48V-1.xV的POL变换器，传统降压型变换器的占空比极低，限制了其发展。Hossein Ardi等人提出了一种结构简单、降压增益高的新型变换器，是48V转1.xV变换器的理想拓扑。这种拓扑由一两个电容，两个电感及四个有源器件组成。所述拓扑输入电源的正极经第四开关管与第一电感的一端及第一开关管的一端相连接，第一开关管的另一端与第三开关管的一端及第一电容的负端相连接，第一电容的正端与第二电感的一端及第二开关管的一端相连接，第二电容的正端与第二电感的另一端、第一电感的另一端及负载的正端相连接，第二电容的负端与第二开关管的另一端、第三开关管的另一端及负载的负端相连接。上述拓扑的两个电感电流并不是交错运行的，且电感值不一致。因此传统的反向耦合磁集成方法会增大铁芯磁损耗。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于GaN的DC-DC转换器的磁集成系统，该系统能够通过分立电感进行解耦集成，以增大变换器的功率密度。

为达到上述目的，本发明所述的基于GaN的DC-DC转换器的磁集成系统包括第一平面磁柱、第二平面磁柱、第三平面磁柱、第四平面磁柱、第一平面电感线圈及第二平面电感线圈；