[发明专利]一种四相对称反向耦合磁集成电感

说明书

本发明公开了一种四相对称反向耦合磁集成电感，包括上端板、下端板及四个磁芯，其中，四个磁芯位于上端板与下端板之间，且四个磁芯上均套接有绕组，四个磁芯上的绕组对称分布，该电感器具有对称的磁性结构。

技术领域

本发明涉及一种电感器，具体涉及一种四相对称反向耦合磁集成电感。

背景技术

具有同步整流器的降压转换器由于其简单的电路结构和控制策略而被广泛用于便携式电子设备和稳压器模块中。近年来，氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)已被证明在提高DC-DC转换器的效率和功率密度方面具有巨大优势。

反向耦合电感器的概念已成功应用于基于GaN器件的交错式稳压器模块中，以提高效率和功率密度，与此同时，反向耦合电感器已被验证比直接耦合电感器可减少40％的铁耗。随着高性能要求的提高，带有同步整流器的多相降压转换器成为必然趋势，两相降压转换器需要开发为四个或更多相。因此，使用EI或EE形铁芯的传统逆耦合磁结构只能在两相交错式降压转换器中使用，不适用于三相或更多相。

已经提出的三相和四相降压转换器，由于其不对称性，电感器参数并不相同，从而导致四相降压转换器的电流波形不平衡；工业界有使用对称的磁性结构来实现N相降压转换器的反向耦合的案例，尽管这种磁性结构可以实现相同的电感参数，但随着相数的增加，磁通量将在中心臂中明显增加，它不适用于高功率级别的应用；目前还有使用一种用于四相反向耦合电感器的更对称的磁性结构，但是，四个电感器参数在理论上仍然不相同。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种四相对称反向耦合磁集成电感，该电感器具有对称的磁性结构。

为达到上述目的，本发明所述的四相对称反向耦合磁集成电感，包括上端板、下端板及四个磁芯，其中，四个磁芯位于上端板与下端板之间，且四个磁芯上均套接有绕组，四个磁芯上的绕组对称分布。

四个磁芯上的绕组结构相同。

相邻两个磁芯之间均设置有支撑柱。

同一磁芯上绕组的层数均为一层。

同一磁芯上绕组的层数均为多层。

同一磁芯上绕组的层数根据电感器的电感值进行确定。

上端板及下端板均为方形结构。

四个磁芯沿周向均匀分布。

各支撑柱沿周向均匀分布。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的四相对称反向耦合磁集成电感在具体操作时，四个磁芯位于上端板与下端板之间，且四个磁芯上均套接有绕组，四个磁芯上的绕组对称分布，从而具有对称的磁性结构，避免四相降压转换器的电流波形不平衡。

附图说明

图1为用反向耦合电感的四相斩波电路拓扑图；

图2为D0.25时电感电压及电流波形图；

图3为本发明的结构示意图；

图4为本发明的磁路模型图；

图5为磁芯5的PCB绕组图；

图6为磁芯5的结构图；

图7为基于GaN的原型板图；

图8为第一相的输出电压，高端驱动和电感电流图；

图9为电感电流的波形图；

图10为实验所得的效率曲线图；

图11为原型板在满负载下的热性能图。