绕组模块、混合变压器、模块和用于DC-DC功率转换的电路制造技术

技术编号:20123419 阅读:27 留言:0更新日期:2019-01-16 13:03
本发明专利技术涉及绕组模块、混合变压器、模块和用于DC‑DC功率转换的电路。在实施例中,提供了一种具有至少12:1的降压转换比率的DC‑DC功率转换电路。所述DC‑DC功率转换电路包括半桥电路布置、谐振电容器以及包括混合变压器的模块,所述混合变压器包括磁芯和与次级绕组串联电耦合的初级绕组。所述模块进一步包括:同步整流器,具有耦合在所述混合变压器的所述初级绕组与所述次级绕组之间的输出;以及输出电容器,与所述次级绕组的输出耦合。

Winding Modules, Hybrid Transformers, Modules and Circuits for DC-DC Power Conversion

The invention relates to a winding module, a hybrid transformer, a module and a circuit for DC DC power conversion. In an implementation example, a DC DC power conversion circuit with a step-down conversion ratio of at least 12:1 is provided. The DC DC power conversion circuit comprises a half bridge circuit arrangement, a resonant capacitor and a module including a hybrid transformer, which comprises a magnetic core and a primary winding electrically coupled in series with a secondary winding. The module further comprises a synchronous rectifier with an output coupled between the primary winding and the secondary winding of the hybrid transformer, and an output capacitor coupled with the output of the secondary winding.

【技术实现步骤摘要】
绕组模块、混合变压器、模块和用于DC-DC功率转换的电路
技术介绍
在许多应用中要求功率转换,诸如AC-DC或DC-DC功率转换。230V处的AC电源可以首先被转换成更低电压(例如,48V)处的DC电源。一些应用要求甚至更低的DC电压,例如12V或大约2伏特,例如1.8V。这可以是通过使用多级DC-DC转换系统来提供的,在该多级DC-DC转换系统中,例如,48VDC供给被转换成12VDC供给,该12VDC供给进而被转换成1.8V输出电压供给。由于每一个转换步骤典型地具有小于100%的效率,因此随着转换级的数目增加,整个转换过程的效率可能进一步降低。另外,每一个转换级与提供功率转换电路的部件相关联,在一些应用中,这可能导致空间的不期望占用。在其中要求大约1.8VDC的输出电压的一些应用(诸如,用于在数据中心中使用的功率转换)中,提供更高DC-DC降压转换比率的电路将是合期望的,例如以便将48VDC输入电压转换成1.8VDC输出电压。另外,期望提供这样的转换电路和模块,其用于提供具有更小体积和每单位体积更高额定功率的电路,每单位体积的额定功率也被称作功率密度。
技术实现思路
在实施例中,提供了一种混合变压器的绕组模块,其包括与次级绕组串联电耦合的初级绕组。所述初级绕组包括布置在平面支撑物上的第一导电迹线,并且所述次级绕组包括布置在所述平面支撑物上的第二导电迹线。所述第一导电迹线和所述第二导电迹线被布置在叠层中。所述平面支撑物包括用于接受磁芯的孔。在实施例中,提供了一种混合变压器,其包括绕组模块和磁芯。混合变压器的所述绕组模块包括与次级绕组串联电耦合的初级绕组。所述初级绕组包括布置在平面支撑物上的第一导电迹线,并且所述次级绕组包括布置在所述平面支撑物上的第二导电迹线。所述第一导电迹线和所述第二导电迹线被布置在叠层中。所述平面支撑物包括用于接受磁芯的孔。所述磁芯包括:中央凸出部分,其凸出到所述平面支撑物中的所述孔中;以及两个外臂,其邻近于所述平面支撑物的两个相对侧面而延伸。在实施例中,提供了一种用于在DC-DC功率转换电路中使用的模块。所述模块包括混合变压器,所述混合变压器包括磁芯和与次级绕组串联电耦合的初级绕组。所述模块进一步包括:同步整流器,具有耦合在所述初级绕组与所述次级绕组之间的输出;以及输出电容器,与所述次级绕组的输出耦合。在实施例中,提供了一种具有至少12:1的降压转换比率的DC-DC功率转换电路。所述DC-DC功率转换电路包括半桥电路布置、谐振电容器以及包括混合变压器的模块,所述混合变压器包括磁芯和与次级绕组串联电耦合的初级绕组。所述模块进一步包括:同步整流器,具有耦合在所述混合变压器的所述初级绕组与所述次级绕组之间的输出;以及输出电容器,与所述次级绕组的输出耦合。本领域技术人员在阅读以下详细描述后以及在查看附图后将认识到附加特征和优势。附图说明附图的元件不必然相对于彼此按比例绘制。相似的参考标号标示对应的类似部分。可以组合各种所图示的实施例的特征,除非它们相互排斥。在附图中描绘并在以下描述中详述示例性实施例。图1a图示了包括混合变压器的用于DC-DC功率转换的电路。图1b图示了用于提供图1a的电路的部分的模块的框图。图2图示了混合变压器的绕组布局的示意图。图3图示了用于提供混合变压器的初级和次级绕组的堆叠结构的示意侧视图。图4图示了提供适于在堆叠结构中使用的初级绕组的部分的层的平面图。图5图示了12个层的平面图,该12个层可以被布置在叠层中以提供混合变压器的初级绕组和次级绕组以及磁芯。图6图示了用于提供混合变压器的初级绕组和次级绕组的堆叠结构的示意侧视图。图7图示了用于提供混合变压器的初级绕组和次级绕组的堆叠结构的示意图。图8a图示了包括混合变压器、次级侧开关和输出电容器的示例性功率转换模块的顶视图。图8b图示了包括混合变压器、次级侧开关和输出电容器的示例性功率转换模块的侧视图。图9图示了包括并联耦合的两个混合变压器级的DC-DC转换电路。图10图示了包括变化的宽度的导电迹线的初级绕组的示例。图11图示了针对输出电容器在变化的频率处测量的电阻的曲线图。具体实施方式在以下详细描述中,对附图进行参考,这些附图形成以下详细描述的部分,并且在这些附图中作为图示而示出了其中可实践本专利技术的具体实施例。在这点上,参考所描述的(一个或多个)图的取向来使用诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“首”、“尾”等之类的方向术语。因为可以以多个不同取向定位实施例的部件,所以该方向术语是出于图示的目的使用的而决不进行限制。应当理解,在不脱离本专利技术的范围的情况下,可以利用其他实施例并且可以作出结构或逻辑改变。其以下详细描述不应在限制的意义上采取,并且本专利技术的范围由所附权利要求限定。下面将解释多个示例性实施例。在该情况下,相同结构特征由图中的相同或类似参考符号标识。在本描述的上下文中,“横向”或“横向方向”应当被理解成意指一般与半导体材料或平面体或平面载体的横向伸展平行地延伸的方向或伸展。横向方向因而一般与这些表面或侧平行地延伸。与其相比而言,术语“垂直”或“垂直方向”被理解成意指一般与这些表面或侧垂直且因而与横向方向垂直地延伸的方向。垂直方向因而在半导体材料或平面载体或平面体的厚度方向上延伸。如本说明书中所采用,当诸如层、区或衬底之类的元件被称作“在”另一元件“上”或者延伸“到”另一元件“上”时,其可以直接在该另一元件上或者直接延伸到该另一元件上,或者还可以存在居间元件。相比而言,当元件被称作“直接在”另一元件“上”或者“直接”延伸“到”另一元件“上”时,不存在居间元件。如本说明书中所采用,当元件被称作“连接”或“耦合”到另一元件时,其可以直接连接或耦合到该另一元件,或者可以存在居间元件。相比而言,当元件被称作“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时,不存在居间元件。根据本文描述的实施例之一的绕组模块、混合变压器、模块和DC-DC转换电路可以被用在下述应用中:其中,期望具有至少12比1或至少24比1的降压比率的DC-DC转换功率转换电路。其中可以使用根据本文描述的实施例之一的绕组模块、混合变压器、模块和DC-DC转换电路的一个应用领域是数据中心中的电源。典型地,数据中心中的服务器(特别地,数据中心中的服务器的母板)可以被供给有12VDC电源,该12VDC电源如安装在服务器的母板上的处理器所要求的那样被转换成更低电压。然而,可以期望在服务器处提供48VDC电源,该48VDC电源然后在单个转换步骤中被转换成更低电压,例如2V、1.8V或1V,其对应于处理器要求以简化数据中心的冷却且改进电气转换损耗的电源。对于这些应用,可以使用本文描述的实施例以提供可尽可能接近于处理器而放置(即,安装在母板上)的紧致模块,这可以帮助提高转换效率。图1a图示了具有至少12比1的降压转换比率的用于DC-DC功率转换的电路20。电路20包括混合变压器21,混合变压器21是通过传递电感性和电容性能量储存来在双模式中使用的。电路20包括:输入端子22,用于接收输入电压,例如48VDC电源;输出端子23,其跨负载24而下降。负载24在电路20中被图示为简单电阻器。然而,负载24可以是要求由电路20供给的输出电压处的电源的任何应用。例如,负载可以是诸如处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合变压器的绕组模块,包括:与次级绕组串联电耦合的初级绕组,其中所述初级绕组包括布置在平面支撑物上的第一导电迹线,并且所述次级绕组包括布置在所述平面支撑物上的第二导电迹线,其中所述第一导电迹线和所述第二导电迹线被布置在叠层中,并且所述平面支撑物包括用于接受磁芯的孔。

【技术特征摘要】
2017.07.04 EP 17179660.01.一种混合变压器的绕组模块,包括:与次级绕组串联电耦合的初级绕组,其中所述初级绕组包括布置在平面支撑物上的第一导电迹线,并且所述次级绕组包括布置在所述平面支撑物上的第二导电迹线,其中所述第一导电迹线和所述第二导电迹线被布置在叠层中,并且所述平面支撑物包括用于接受磁芯的孔。2.如权利要求1所述的绕组模块,其中所述初级绕组包括多个导电初级层,并且所述次级绕组包括多个导电次级层,所述导电初级层和所述导电次级层以叠层布置在所述平面支撑物上,其中所述导电初级层均包括具有至少一个匝的平面螺旋形。3.如权利要求2所述的绕组模块,其中所述导电次级层通过公共导电通孔而并联耦合,所述公共导电通孔与所述平面支撑物基本上垂直地延伸,并且所述平面螺旋形通过在所述平面螺旋形中的邻近平面螺旋形之间延伸的一个或多个导电通孔而串联耦合。4.如权利要求2或权利要求3所述的绕组模块,其中第一平面螺旋形的外端与第二平面螺旋形的外端垂直地对准,所述第二平面螺旋形在所述叠层中邻近于所述第一平面螺旋形,其中所述第二平面螺旋形的内端相对于所述第一平面螺旋形的内端有角度地偏移,且与第三平面螺旋形的内端垂直地对准,所述第三平面螺旋形被布置在所述第二平面螺旋形的与所述第一平面螺旋形相对的侧上。5.如权利要求4所述的绕组模块,其中在所述第一平面螺旋形与所述第二平面螺旋形之间布置导电次级层,所述第一平面螺旋形的外端通过导电通孔与所述第二平面螺旋形的外端电耦合,所述导电通孔延伸通过所述导电次级层且与所述导电次级层电绝缘。6.如权利要求1至5中任一项所述的绕组模块,其中所述叠层包括:第一子叠层和第三子叠层,所述第一子叠层和所述第三子叠层均包括可替换地沿堆叠方向布置的相等数目的导电初级层和导电次级层;以及第二子叠层,具有沿堆叠方向彼此邻近地布置的两个导电初级层,其中所述第二子叠层被布置在所述第一子叠层与所述第三子叠层之间。7.一种用于在DC-DC功率转换电路中使用的模块,包括:混合变压器,包括磁芯和与次级绕组串联电耦合的初级绕组;同步整流器,与所述初级绕组和所述次级绕组之间的节点耦合;输出电容器,耦合到所述次级绕组的输出。8.如权利要求7所述的模块,其中所述初级绕组具有匝数N1,并且所述次级绕组具有匝数N2,其中所述匝数N1和所述匝数N2被选择成提供至少12:1的降压转换比率。9.如权利要求7或权利要求8所述的模块,其中所述磁芯包括合成物,所述合成物包括基质和非晶磁性粉末。10.如权利要求9所述的模块,其中所述非晶磁性粉末包括,其中0at%≤a≤10at%,0at%≤b≤3at%,0at%≤c≤6at%,6.8at%≤x≤10.8at%,2.2at%≤y≤9.8at%,0at%≤z≤4.2at%,0at%≤t≤3.9at%,其中M是从由Ti、Al、Mn、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo和W构成的组中选择的至少一种金属,并且0.04wt%≤α≤0.6wt%,优选地,,其中M是Ti、Al和Mn,并且Al大于0wt%且小于0.05wt%。11.如权利要求7至10中任一项所述的模块,其中所述混合变压器的初级绕组和次级绕组由如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员:MA库特沙克C赖纳O维登鲍尔
申请(专利权)人:英飞凌科技奥地利有限公司
类型:发明
国别省市:奥地利,AT

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