一种模块化磁性部件及其多相耦合电感制造技术

本发明专利技术涉及磁元件领域，尤其涉及一种模块化磁性部件及其多相耦合电感。模块化磁性部件包括主磁性组件、主电流绕组和地回路绕组；模块化磁性部件设计令装配难度大幅减小，且利于灵活扩展系统容量。多个模块化磁性部件可在垂直方向上堆叠，同时在水平方向上以模块化磁性部件的夹角θ顶点为中心进行旋转拼接组成多相耦合电感。位于侧面的气隙结构可提高各相电感一致性，对装配敏感度降低，便于控制所述多相耦合电感感量；相对于传统的平面立体结构，垂直电感结构提高空间电感密度，提高系统功率密度，适用于高功率密度大电流垂直供电场景。适用于高功率密度大电流垂直供电场景。适用于高功率密度大电流垂直供电场景。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化磁性部件及其多相耦合电感


[0001]本专利技术涉及磁元件领域，尤其涉及一种模块化磁性部件及其多相耦合电感。

技术介绍

[0002]现代信息化社会人工智能、超算、云服务等技术迅猛发展，作为其计算核心的多核CPU、GPU等处理器单元功耗剧增，其负载电流可达上千安培；同时为了保证处理器的可靠高效运行，人们对电源瞬态过程中的电压波动范围提出了更高要求——常规分立电感器部件已不能满足现有技术需求。
[0003]多相耦合电感的出现，为增大稳态等效电感减小输出纹波，减小动态等效电感提高瞬态输出响应提供了可能。但是，文献CN103141021B等所述的主流商用耦合电感方案仍采用平面型排布，在线路板上容易产生更大的寄生阻抗，且两侧与中间的电感耦合差异大，一致性相对较差。
[0004]另一方面，为了缩减供电网络的线路阻抗，出现了垂直供电等新供电物理架构，提高了系统效率。将功率流拓展至三维空间有益于创建紧凑、高效和大电流输出电源电路，但也出现了一定问题：而在WO2021211682A1中提出的垂直供电结构设计的磁芯结构较为复杂，制造装配难度大，非理想条件下容易出现相间不均衡的情况，且没有考虑地回路的排布。

技术实现思路

[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0006]本专利技术首先提供了一种模块化磁性部件，包括主磁性组件、主电流绕组、地回路绕组；
[0007]所述主磁性组件包括磁柱体以及相互对称的两个磁板；两个磁板分别为设置在磁柱体的上端的第一磁板和设置在磁柱体的下端的第二磁板；所述磁板上存在水平向外延伸的两条边沿，所述两条边沿相邻且两条边沿所成的角为模块化磁性部件的夹角θ；所述磁柱体、第一磁板和第二磁板上开设有用于安装主电流绕组的槽道；在主磁性组件上模块化磁性部件的夹角θ开口所对的一个侧面还竖直设置有地回路绕组；所述主磁性组件外表面与主电流绕组和地回路绕组绝缘；所述主电流绕组包括第一路径、设置在第一路径两侧的第二路径以及设置在顶部和底部的焊接面端子，第一路径用于实现竖直方向上的功率传输，第二路径环绕在主磁性组件磁柱体进行排布，以产生竖直方向上的磁通；所述地回路绕组设置在主磁性组件外围区域提供电流返回路径，与主电流绕组高度一致。
[0008]作为本专利技术的优选，所述磁柱体、第一磁板以及第二磁板一体成型，第一磁板、第二磁板外形与厚度相等。所述模块化磁性部件的夹角θ大于等于45
°
，小于等于180
°
。
[0009]作为本专利技术的优选，所述模块化磁性部件的槽道深度小于等于模块化磁性部件宽度的一半，以保证各相电感之间有足够的耦合强度。
[0010]作为本专利技术的优选，主磁性组件中提供给地回路绕组使用的外围区域大于等于地
回路绕组截面积。
[0011]本专利技术还提供了一种模块化磁性部件的多相耦合电感，多个模块化磁性部件能够在垂直方向上堆叠，同时在水平方向上以模块化磁性部件的夹角θ顶点为中心进行旋转拼接组成多相耦合电感；在多相耦合电感中模块化磁性部件个数X为：X＝k
×
N
×
M，其中N表示相数，N≥2，且N与模块化磁性部件的夹角θ存在N＝360
°
/θ关系，k表示水平拓展系数，M表示堆叠层数，M≥1。
[0012]作为本专利技术的优选方案，多相耦合电感中各模块化磁性部件磁板内部工作磁通密度为水平方向，磁住体内部工作磁通密度为竖直方向；组立为多相耦合电感后，构建磁通抵消回路。
[0013]作为本专利技术的优选方案，多相耦合电感中各模块化磁性部件之间设置有气隙，控制磁通密度不发生饱和。
[0014]本专利技术还提供了一种多相耦合电感在激励电路中的应用。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0016]1)相对于传统的平面立体结构，垂直电感结构提高空间电感密度，提高系统功率密度，适用于高功率密度大电流垂直供电场景。
[0017]2)模块化磁性部件设计令装配难度大幅减小，且利于扩展，可灵活扩展系统容量。
[0018]3)气隙结构转移到侧面，各相电感一致性较高，对装配敏感度降低，便于控制所述多相耦合电感感量。
[0019]4)直流磁通充分相互抵消，可以避免大电流应用下带来的大工作磁通密度饱和问题，减小磁件体积和电流损耗。
附图说明
[0020]图1是本专利技术提供的实施例1模块化磁性部件结构图。
[0021]图2是本专利技术提供的实施例1模块化磁性部件爆炸图。
[0022]图3是本专利技术提供的实施例1模块化磁性部件尺寸标注图。
[0023]图4是本专利技术提供的实施例1模块化磁性部件磁阻模型示意图。
[0024]图5是本专利技术提供的实施例1堆叠模块化磁性部件结构图。
[0025]图6是本专利技术提供的实施例1堆叠模块化磁性部件爆炸图。
[0026]图7是本专利技术提供的实施例1多相耦合电感结构示意图(θ＝90
°
,k＝1,N＝4,M＝1)。
[0027]图8是本专利技术提供的实施例1多相耦合电感工作磁密示意图。
[0028]图9是本专利技术提供的实施例1多相耦合电感磁阻模型示意图。
[0029]图10是本专利技术提供的实施例1均衡多相耦合电感工作电流波形示意图。
[0030]图11是本专利技术提供的实施例1 50％装配误差多相耦合电感工作电流波形示意图。
[0031]图12是本专利技术提供的实施例1扩展多相耦合电感结构示意图(θ＝90
°
,k＝2,N＝4,M＝1)。
[0032]图13是本专利技术提供的实施例2 180
°
模块化磁性部件结构图。
[0033]图14是本专利技术提供的实施例2 180
°
模块化磁性部件爆炸图。
[0034]图15是本专利技术提供的实施例2两相耦合电感结构图。
[0035]图16是本专利技术提供的普通多相buck激励电路。
[0036]图17是本专利技术提供的多相开关电容buck激励电路。
[0037]其中：1、模块化磁性部件；11、主磁性组件；12、主电流绕组；13、地回路绕组；111、第一磁板；112、第二磁板；113、磁柱体；1110、第一上方槽；1120、第一下方槽；1111、第二上方槽；1121、第二上方槽；121、第一路径；122、第二路径；123、焊接面端子A；14、堆叠式修改的主电流绕组；15、堆叠式修改的地回路绕组；141、堆叠式修改的主电流绕组第一路径；142、堆叠式修改的主电流绕组第二路径；143、焊接面端子B；161、右侧模块化磁性部件工作垂直磁通；162、耦合垂直磁通A；163、顶磁板工作水平磁通A；164、底磁板工作水平磁通A；171、左侧模块化磁性部件工作垂直磁通；172、耦合垂直磁通B；173、顶磁板工作水平磁通B；174、底磁板工作水平磁通B。
具体实施方式
[0038]下面结合具体实施方式对本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化磁性部件，其特征在于，包括主磁性组件(11)，主电流绕组(12)、地回路绕组(13)；所述主磁性组件(11)包括磁柱体(113)以及相互对称的两个磁板；两个磁板分别设置在磁柱体上端的第一磁板(111)和设置在磁柱体下端的第二磁板(112)；所述磁板上相邻的两条边沿水平向外延伸；所述两条边沿所成的角为模块化磁性部件的夹角θ；所述磁柱体(113)、第一磁板(111)和第二磁板(112)上开设有用于安装主电流绕组(12)的槽道；在主磁性组件(11)上模块化磁性部件的夹角θ开口所对的一个侧面还竖直设置有地回路绕组(13)；所述主磁性组件外表面与主电流绕组(12)和地回路绕组(13)绝缘；所述主电流绕组(12)包括第一路径(121)、设置在第一路径两侧的第二路径(122)以及设置在顶部和底部的焊接面端子，第一路径用于实现竖直方向上的功率传输，第二路径环绕在主磁性组件磁柱体进行排布，以产生竖直方向上的磁通；所述地回路绕组(13)设置在主磁性组件外围区域提供电流返回路径，地回路绕组(13)与主电流绕组的高度一致。2.根据权利要求1所述的模块化磁性部件，其特征在于，所述磁柱体(113)、第一磁板(111)以及第二磁板(112)一体成型，第一磁板、第二磁板的外形与厚度相等。3.根据权利要求1所述的模块化磁性部件，其特征在于，所述模块化磁性部件的夹角θ大于等于45
°
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【专利技术属性】
技术研发人员：李武华，杜禹侃，任晟道，李楚衫，屈万园，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：