[发明专利]包括耦合电感器的开关功率转换器组件和相关联的方法

说明书

耦合电感器包括第一磁轨和第二磁轨、多个连接磁性元件以及多个绕组。该第一磁轨和该第二磁轨在第一方向上彼此分开，并且当在该第一方向上观察时，该第一磁轨具有第一截面面积A1。每个连接磁性元件在该第一方向上设置在该第一磁轨与该第二磁轨之间。当在该第一方向观察时，该多个连接磁性元件集体具有第二截面面积A2，并且比值A2/(A1‑A2)至少为1.5。相应绕组至少部分地缠绕在各个连接磁性元件上。

背景技术

耦合电感器是一种电磁器件，其包括两个或更多个磁耦合在一起的绕组。耦合电感器设计为具有漏电感(L_k)和磁化电感(L_m)。漏电感是由磁通量引起的，该磁通量是由流过耦合电感器的绕组的电流生成的，该绕组未耦合到耦合电感器的任何其他绕组。因此，漏电感与耦合电感器中的能量储存相关联。磁化电感是由流过耦合电感器的一个绕组的电流生成的磁通量引起的，该一个绕组耦合到耦合电感器的每个其他绕组。因此，磁化电感与绕组的磁耦合相关联。耦合电感器经常用于多相开关功率转换器(如多相降压转换器、多相升压转换器、或多相降压-升压转换器等)中以用于能量储存并实现转换器相的有利耦合。

发明内容

在第一方面，一种开关功率转换器组件包括耦合电感器。该耦合电感器包括：(a)在第一方向上彼此分开的第一磁轨和第二磁轨，当在该第一方向上观察时，该第一磁轨具有第一截面面积(A1)，(b)在该第一方向上设置在该第一磁轨与该第二磁轨之间的多个连接磁性元件，当在该第一方向上观察时，该多个连接磁性元件集体具有第二截面面积(A2)，比值A2/(A1-A2)至少为1.5，以及(c)至少部分地缠绕在各个连接磁性元件上的相应绕组。该开关功率转换器组件进一步包括相应开关级，该相应开关级电耦合到该耦合电感器的该多个绕组中的各个绕组，每个开关级被配置为在至少两个不同功率节点之间重复切换其相应绕组的端子。该耦合电感器的绕组和这些开关级共同被配置为使得该耦合电感器的所有绕组之间存在负耦合。

在第一方面的实施例中，该耦合电感器的该多个连接磁性元件中的每个连接磁性元件在该第一方向上形成间隙。

在第一方面的另一个实施例中，该第一磁轨和该第二磁轨在该第一方向上彼此分开第一间隔距离，并且每个间隙在该第一方向上的相应厚度为该第一间隔距离的至多二分之一。

在第一方面的另一个实施例中，该多个连接磁性元件在与该第一方向正交的第二方向上彼此分开。

在第一方面的另一个实施例中，该多个连接磁性元件被设置成第一排和第二排。

在第一方面的另一个实施例中，该第一排在与该第一方向正交的第二方向上与该第二排分开。

在第一方面的另一个实施例中，在该第一排和该第二排中的每一排内，该多个连接磁性元件在与该第一方向和该第二方向中的每个方向正交的第三方向上彼此分开。

在第一方面的另一个实施例中，每个绕组及其相应开关级共同形成相应开关功率转换器。

在第一方面的另一个实施例中，每个绕组及其相应开关级共同形成多相开关功率转换器的相应相。

在第一方面的另一个实施例中，该开关功率转换器组件进一步包括被配置为控制每个开关级的控制器。

在第二方面，一种开关功率转换器组件包括耦合电感器。该耦合电感器包括：(a)在第一方向上彼此分开的第一磁轨和第二磁轨，当在该第一方向上观察时，该第一磁轨具有第一截面面积(A1)，(b)在该第一方向上设置在该第一磁轨与该第二磁轨之间的多个连接磁性元件，当在该第一方向上观察时，该多个连接磁性元件集体具有第二截面面积(A2)，比值A2/(A1-A2)至少为1.5，以及(c)至少部分地缠绕在各个连接磁性元件上的相应绕组。该开关功率转换器组件进一步包括：(a)电耦合到该耦合电感器的该多个绕组中的每个绕组的相应开关级，每个开关级被配置为在至少两个不同功率节点之间重复地切换其相应绕组的端子，以及(b)控制器，该控制器被配置为控制每个开关级，使得每个开关级在至少两个不同的功率节点之间与每个其他开关级异相地重复地切换其相应绕组的端子。