一种功率磁元件及电源模块制造技术

本发明专利技术涉及到电气产品的技术领域，公开了一种功率磁元件及电源模块。该功率磁元件包括第一磁芯和第二磁芯，其中，第一磁芯包括并排设置的第一磁芯部和第二磁芯部，其中，第一磁芯部上设置有高于第二磁芯部的第一凸起及位于第一凸起两侧的第二凸起，第一凸起与两个第二凸起之间分别具有第一间隙，第二磁芯覆盖在第二磁芯部上，且第二磁芯与第一凸起之间具有与第一间隙连通的第二间隙。在上述技术方案中，第二间隙作为磁解耦气隙，且该第二间隙采用开放气隙，使绕组和气隙完全避开。减少气隙漏磁切割绕组带来的涡流损耗，同时开发气隙有助于降低谐振感量精度的控制难度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到电气产品的
，尤其涉及到一种功率磁元件及电源模块。
技术介绍
随着设备不断扩容，单位容量设备尺寸不断缩小，单板供电模块的可用空间越来越小，推动模块电源的功率密度不断提高，从几百瓦/inch^3到现在的几千瓦/inch^3，电源模块主要由原副边开关器件及配套散热件、功率磁元件、控制检测器件、输入滤波防护四部分组成。输入滤波防护属于无缘器件，且多是标准配置，降体积可能性小且成本高，控制检测器件属于阻容器件，不是功率密度提升的瓶颈所在。原副边开关器件尺寸和散热能力依赖于基础半导体工艺和材料技术的发展，和产品功率密度演进的节奏匹配不上；功率磁元件占整个模块体积的30％左右，通过功率磁元件的设计，降低功率磁元件的总体体积，提高电源模块的功率密度是目前主要的突破方向。为了减少原副边开关管开关损耗，目前开关电源基本都采用谐振拓扑，而如图1所示的LLC串联谐振拓扑最为普遍。Cr为谐振电容、Lr为谐振电感，Lm为励磁电感；针对这种方案目前业界降低功率磁元件的体积，提高功率磁元件的功率密度主要有3个方向：1、功率磁元件的集成，通过将谐振电感Lr和变压器Lm集成为一个功率磁元件，降低功率磁元件总体积；2、提高功率磁元件的工作频率，降低功率磁元件的体积；3、在提高功率磁元件工作频率的同时，进行功率磁元件的集成，进一步降低功率磁元件体积。目前常用的一种技术方案：Lr和Lm集成，如图2及图3所示，其中，x表示功率磁元件的长度方向，y表示了功率磁元件的宽度方向，z表示了功率磁元件的高度方向。功率磁元件由两个磁芯1、2对盒形成，且磁芯1和磁芯2之间具有气隙5，原边绕组3围绕凸起6和凸起7，副边绕组4围绕凸起7；凸起6为谐振电感磁芯有效截面积，凸起7为变压器的磁芯有效截面积；谐振电感Lr和变压器T组成谐振拓扑功率磁元件；如图2及图4所示，现有技术中的功率磁元件的气隙5设置在两个磁芯1、2之间，且谐振电感Lr主要由气隙5决定，由于谐振电感气隙5存在，如图4所示，气隙漏磁切割绕组铜皮，造成功率磁元件的涡流损耗比较大。
技术实现思路
本专利技术提供了一种功率磁元件及电源模块，用以提高电源模块功率磁元件的转换效率，降低涡流耗损。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种功率磁元件，该功率磁元件包括包括相对设置的第一磁芯和第二磁芯，以及原边绕组和副边绕组，所述原边绕组和所述副边绕组分别包括多个层叠的矩形框铜片，所述第一磁芯包括第一磁芯部和第二磁芯部，其中，所述第一磁芯部的上表面设置有第一凸起及分别位于所述第一凸起两侧的第二凸起，所述第一凸起与两个第二凸起之间具有用于容纳所述原边绕组的矩形框铜片的第一间隙，且所述第一凸起和第二凸起的上表面高于所述第二磁芯部的上表面，所述第二磁芯部的上表面向下开设有两个用于容纳所述原边绕组和副边绕组的矩形框铜片的凹槽，所述两个凹槽之间具有第三凸起；所述副边绕组的矩形框铜片位于所述两个凹槽内且套装在所述第三凸起，所述原边绕组的矩形框铜片位于所述两个凹槽及所述第一间隙内且套装在所述第一凸起和第三凸起上；所述第二磁芯覆盖在所述第二磁芯部的所述两个凹槽及所述第三凸起上，且所述第二磁芯与所述第一凸起之间具有第二间隙。在上述技术方案中，第二间隙作为磁解耦气隙，且该第二间隙采用开放气隙，使绕组和气隙完全避开，漏磁引起的涡流损耗大大降低，提高功率磁元件的转换效率，同时开发气隙有助于降低谐振感量精度的控制难度。在具体设置第二间隙时，所述谐振电感的电感量随着所述第二间隙的宽度增大而减小。具体的，所述第二间隙的宽度与所述谐振电感的电感量成反比具体包括，所述第二间隙的宽度为：其中，Lr谐振电感感量；Nr谐振电感匝数；μr磁芯相对磁导率；μ0真空相对磁导率；le1磁芯等效磁路长度；Ae11磁芯等效磁路截面积；lgap为第二间隙的宽度；Ae22等效气隙截面积。在一个具体的设置方案中，第一磁芯的第一磁芯部和第二磁芯部可以采用分体设置也可以采用一体结构设置，在一个优选的方案中，第一磁芯部和第二磁芯部为一体结构，且所述第一凸起与所述第三凸起之间具有容纳所述副边绕组线圈的间隙，所述第二磁芯朝向所述第一凸起的端面为平面。即采用第一磁芯部和第二磁芯部为一体结构，方便了整个功率模块的安装以及设置。并且在采用上述结构时，第二间隙通过第二磁芯朝向第一凸起的平面与第一凸起形成，即该间隙为长方体形的间隙。此外，在第一磁芯部与所述第二磁芯部为一体结构，且所述第一凸起与所述第三凸起之间具有容纳所述副边绕组的间隙时，第二间隙还可以通过另一种结构形成，该结构为第二磁芯上的缺口结构，此时，所述第二磁芯抵压在所述第一凸起及第二凸起上，且所述第二磁芯朝向所述第一凸起的一端设置有缺口，所述缺口与所述第一间隙连通。在采用缺口的形式时，第二磁芯的总长度相比与采用第二间隙为长方体形间隙时的第二磁芯的总长度增加了第二间隙的宽度，从而提高了整个功率磁元件的功率密度。在采用缺口形式时，缺口的形状可以采用不同的形状，在一些具体的设置方式中，所述缺口可以为燕尾型缺口、弧形缺口或V形缺口，或者其他非平面切割形成的缺口。在采用非平面切割形成的缺口时，该缺口与第二磁芯的位置关系为：所述缺口的中线与所述第二磁元件的中线共线。从而方便整个部件的装配，保证三个间隙之间的连通。更具的，在缺口设置时，所述第二磁元件朝向所述第一凸起的端面中，位于所述缺口两侧的端面分别与所述两个第二凸起对齐。从而方便了第二磁芯的装配。在一个更具体的实施例中，所述第二磁元件的顶部端面与所述第一凸起及两个第二凸起的顶部端面齐平。此外，本专利技术还提供了一种电源模块，该电源模块包括：输入滤波防护模块、与所述输入滤波防护模块连接的原边开关管、与所述原边开关管连接的功率磁元件、与所述功率磁元件能接的副边整流滤波模块，其中，所述功率磁元件为上述任一项所述的功率磁元件。在上述技术方案中，功率磁元件中的第二间隙作为磁解耦气隙，且该第二间隙采用开放气隙，使绕组和气隙完全避开，漏磁引起的涡流损耗大大降低，提高功率磁元件的转换效率，同时开发气隙有助于降低谐振感量精度的控制难度。附图说明图1为现有技术中的功率磁元件的原理图；图2为现有技术中的功率磁元件的结构示意图；图3为现有技术中的功率磁元件的分解示意图；图4为现有技术中的功率磁元件漏磁时的示意图；图5为本专利技术实施例一提供的功率磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率磁元件，包括相对设置的第一磁芯和第二磁芯，以及原边绕组和副边绕组，所述原边绕组和所述副边绕组分别包括多个层叠的矩形框铜片，其特征在于，所述第一磁芯包括第一磁芯部和第二磁芯部，其中，所述第一磁芯部的上表面设置有第一凸起及分别位于所述第一凸起两侧的第二凸起，所述第一凸起与两个第二凸起之间具有用于容纳所述原边绕组的矩形框铜片的第一间隙，且所述第一凸起和第二凸起的上表面高于所述第二磁芯部的上表面，所述第二磁芯部的上表面向下开设有两个用于容纳所述原边绕组和副边绕组的矩形框铜片的凹槽，所述两个凹槽之间具有第三凸起；所述副边绕组的矩形框铜片位于所述两个凹槽内且套装在所述第三凸起，所述原边绕组的矩形框铜片位于所述两个凹槽及所述第一间隙内且套装在所述第一凸起和第三凸起上；所述第二磁芯覆盖在所述第二磁芯部的所述两个凹槽及所述第三凸起上，且所述第二磁芯与所述第一凸起之间具有第二间隙。

【技术特征摘要】
1.一种功率磁元件，包括相对设置的第一磁芯和第二磁芯，以及原边绕
组和副边绕组，所述原边绕组和所述副边绕组分别包括多个层叠的矩形框铜
片，其特征在于，
所述第一磁芯包括第一磁芯部和第二磁芯部，其中，所述第一磁芯部的上
表面设置有第一凸起及分别位于所述第一凸起两侧的第二凸起，所述第一凸起
与两个第二凸起之间具有用于容纳所述原边绕组的矩形框铜片的第一间隙，且
所述第一凸起和第二凸起的上表面高于所述第二磁芯部的上表面，所述第二磁
芯部的上表面向下开设有两个用于容纳所述原边绕组和副边绕组的矩形框铜
片的凹槽，所述两个凹槽之间具有第三凸起；
所述副边绕组的矩形框铜片位于所述两个凹槽内且套装在所述第三凸起，
所述原边绕组的矩形框铜片位于所述两个凹槽及所述第一间隙内且套装在所
述第一凸起和第三凸起上；
所述第二磁芯覆盖在所述第二磁芯部的所述两个凹槽及所述第三凸起上，
且所述第二磁芯与所述第一凸起之间具有第二间隙。
2.如权利要求1所述的功率磁元件，其特征在于，所述第二间隙的宽度
与所述谐振电感的电感量成反比。
3.如权利要求2所述的功率磁元件，其特征在于，所述第二间隙的宽度
为：
其中，Lr谐振电感感量；Nr谐振电感匝数；μr磁
芯相对磁导率；μ0真空相对磁导率；le1磁芯等效磁路长度；Ae11磁芯等效磁路截面
积；lgap为第二间隙的宽度；Ae22等效气隙截面积。
4.如权利要求1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭威，鲜鹏，樊晓东，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44