CN101192462B - 降低铜损的磁性组件结构及其磁芯组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁性组件结构，其至少包含：磁芯组件与多组绕组。其中磁芯组件用于提供磁通闭合路径，且包括：第一长板与第二长板；第一侧柱与第二侧柱，该第一侧柱与第二侧柱设置于第一长板与第二长板之间，且分别设置于第一长板与第二长板的两侧边；以及至少两中柱，包括第一中柱与第二中柱，其中第一中柱与第二中柱设置于第一侧柱与第二侧柱之间。另外，多组绕组缠绕于第一中柱与第二中柱上。本发明中所述的磁性组件结构，可以使用于具有多组绕组的磁性组件，通过磁芯组件的两个侧柱以及至少两个中柱提高磁性组件的使用效率，使磁性组件结构体积变小、重量变轻，进而减少绕组长度，同时可以降低铜损。

Description

降低铜损的磁性组件结构及其磁芯组件

技术领域

本发明涉及一种磁性组件结构及其磁芯组件，尤其涉及一种降低铜损(winding loss)的磁性组件结构及其磁芯组件。

背景技术

以现今的技术，磁性组件被广泛地应用于各种领域，在电子电路中常常使用的磁性组件为电感器以及变压器，其中磁性组件中更包含磁芯组件，以在磁性组件中提供磁通闭合路径。一般在磁性组件中使用的磁芯组件，除了材料的差异会影响磁性组件性能外，磁芯组件的形状结构也会影响磁性组件的性能。

请参阅图1，其为已知具有多组绕组的磁芯组件的变压器结构示意图，如图1所示，该变压器1具有磁芯组件10以及多个绕组，包括初级绕组11、第一次级绕组12以及第二次级绕组13。其中，磁芯组件10的结构主要具有第一长板101、第二长板102、第一侧柱103、第二侧柱104以及第一中柱105，以用于提供磁通的闭合路径。第一侧柱103与第二侧柱104设置于第一长板101与第二长板102之间，且分别设置于第一长板101与第二长板102的两侧边。第一中柱105设置于第一侧柱103与第二侧柱104之间，且与第一侧柱103与第二侧柱104平行。变压器1的初级绕组11绕于磁芯组件10的第一侧柱103与第二侧柱104上，也就是说，该初级绕组11的一部份先绕于磁芯组件10其中一个侧柱，例如第一侧柱103或第二侧柱104，之后再以另一部分绕于另一个侧柱，例如第二侧柱104或第一侧柱103。第一次级绕组12以及第二次级绕组13分别绕于磁芯组件10两侧的第一侧柱103与第二侧柱104上，且第一次级绕组12与第二次级绕组13之间相连接于d点。当初级绕组11有电流变化时，通过磁芯组件10所提供的磁通路径，将磁通耦合到第一次级绕组12以及第二次级绕组13，且在第一次级绕组12与第二次级绕组13会分别感应到电压。但是传统的变压器1不仅磁芯组件10结构公差大、漏磁通大，而且绕组的长度较长，所以绕组造成的铜损较大。况且，现今产业要求电子产品必须符合高效率、低功率耗损的条件，因此已知变压器1结构无法达到这些要求。

因此，如何发展一种可改善上述已知技术缺陷的可以降低铜损的磁性组件结构，实为相关技术人员目前所迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可以降低铜损的磁性组件结构，可以使用于具有多组绕组的磁性组件，通过磁芯组件的两个侧柱以及至少两个中柱提高磁性组件的使用效率，使磁性组件结构体积变小、重量变轻，进而减少绕组长度，同时可以降低铜损。另外，初级绕组所产生的交流式磁通变化量以及漏磁也会变小。

为了达到上述目的，本发明的优选实施例为提供一种磁性组件结构，其至少包含：磁芯组件以及多组绕组。其中，磁芯组件用于提供磁通闭合路径，且包括：第一长板与第二长板；第一侧柱与第二侧柱，该第一侧柱与第二侧柱设置于第一长板与第二长板之间，且分别设置于第一长板与第二长板的两侧边，以用于提供磁通的闭合路径；以及至少两中柱，包括第一中柱与第二中柱，其中第一中柱与第二中柱设置于第一侧柱与第二侧柱之间。另外，多组绕组缠绕于第一中柱与第二中柱上，且所述多组绕组包含初级绕组、第一次级绕组以及第二次级绕组，所述第一次级绕组与所述第二次级绕组相连接于所述第一中柱与所述第二中柱之间的连接点，且该连接点连接于一整流电路。

为了达到上述目的，本发明的另一优选实施例为提供一种磁芯组件，应用于磁性组件中，用于缠绕该磁性组件的多组绕组，并提供磁通闭合路径。该磁芯组件至少包含：第一长板与第二长板；第一侧柱与第二侧柱，该第一侧柱与第二侧柱设置于第一长板与第二长板之间，且分别设置于第一长板与第二长板的两侧边；以及至少两中柱，包括第一中柱与第二中柱，其中第一中柱与第二中柱设置于第一侧柱与第二侧柱之间，以用于缠绕多组绕组；其中所述第一次级绕组与所述第二次级绕组相连接于所述第一中柱与所述第二中柱之间的连接点，且该连接点连接于一整流电路。

附图说明

图1为已知具有多组绕组的磁芯组件的变压器结构示意图。

图2为本发明优选实施例的磁性组件的磁芯组件结构示意图。

图3显示了图2所示磁芯组件使用第一种绕组方式而构成本发明第一优选实施例的磁性组件结构示意图。

图4为图3所示结构的俯视图。

图5显示了图2所示磁芯组件使用第二种绕组方式而构成本发明第二优选实施例的磁性组件结构示意图。

图6为图5所示结构的俯视图。

图7为使用本发明磁性组件结构的示范性的直流-直流变压器的电路方块示意图。

图8为图7所示换流电路的输出电压波形图。

图9显示了图2所示磁芯组件使用第三种绕组方式而构成本发明第三优选实施例的磁性组件结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1：变压器                      10：磁芯组件

11：初级绕组                   12：第一次级绕组

13：第二次级绕组               101：第一长板

102：第二长板                  103：第一侧板

104：第二侧板                  105：第一中柱

2：磁性组件                    20：磁芯组件

21：初级绕组                   22：第一次级绕组

23：第二次级绕组               201：第一长板

202：第二长板                  203：第一侧板

204：第二侧板                  205：第一中柱

206：第二中柱

7：直流-直流变压器            71：换流电路

72：磁性组件                  73：整流电路

74：滤波电路                  S1：第一开关组件

S2：第二开关组件                S3：第三开关组件

S4：第四开关组件                C1：第一电容器

C2：第二电容器                  Co：滤波电容器

L：电感器                       Vin：直流输入电压

Vo：直流输出电压                V1：换流电路的输出电压

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图标在本质上用作说明，而不是用于限制本发明。

请参阅图2，其为本发明优选实施例的磁性组件的磁芯组件结构示意图。如图2所示，本发明的磁性组件的磁芯组件20包含第一长板201、第二长板202、第一侧柱203、第二侧柱204以及至少两个中柱，包括第一中柱205以及第二中柱206。其中，第一侧柱203与第二侧柱204设置于第一长板201与第二长板202之间，且分别设置于第一长板201与第二长板202的两侧边。第一中柱205与第二中柱206设置于第一侧柱203以及第二侧柱204之间，且与第一侧柱203以及第二侧柱204以设定间距相分隔，以用于提供多组绕组缠绕，且提供磁通的闭合路径。

图3显示使用第一种绕组方式的图2所示磁芯组件而构成本发明第一优选实施例的磁性组件结构示意图。如图3所示，本发明的磁性组件2结构主要包括磁芯组件20以及多组绕组，包括例如初级绕组21、第一次级绕组22以及第二次级绕组23。其中，初级绕组21以第一中柱205以及第二中柱206为轴心，并同时缠绕于第一中柱205以及第二中柱206。第一次级绕组22以及第二次级绕组23则分别绕于磁芯组件20的第一中柱205以及第二中柱206，且第一次级绕组22与第二次级绕组23相接于连接点，也就是说d点。当初级绕组21有电流变化时，通过磁性组件2的磁芯组件20所提供的磁通路径，在第一次级绕组22与第二次级绕组23会分别感应到电压，由于磁性组件2的磁芯组件20具有第一中柱205与第二中柱206以及第一侧柱203与第二侧柱204，可以更有效的耦合初级侧与次级侧的磁通，使漏磁通相对降低，以及使绕组所造成的铜损变小。

请参阅图4，其为图3所示结构的俯视图。如图4所示，其中第一次级绕组22与第二次级绕组23相接于d点，由于d点到p点之间没有交流式的磁通变化量，只有直流式的磁通量，使漏磁通降低，其绕组所造成的损失减少，而磁通路径有第一侧柱203与第二侧柱204以及第一中柱205与第二中柱206所构成的磁通闭合路径，其磁芯组件20的使用效率相对提升，所以本发明的磁性组件2比已知磁性组件结构的体积变小，当然第一中柱205与第二中柱206之间的距离也会变小，进而使第一次级绕组22，也就是c点到d点间的距离变短，因此绕组所造成的铜损也会减少。

在相同的磁芯组件结构下，磁性组件可以有多种不同的绕组方式。请参阅图5，其显示使用第二种绕组方式的图2所示磁芯组件而构成本发明第二优选实施例的磁性组件结构示意图。如图5所示，磁性组件2同样具有磁芯组件20以及多个绕组，包括例如初级绕组21、第一次级绕组22以及第二次级绕组23。其中，磁性组件2的初级绕组21绕于磁芯组件20的第一中柱205以及第二中柱206上，也就是说初级绕组21先以一部分缠绕于其中一个中柱，例如第一中柱205或第二中柱206，之后再以另一部分缠绕另一个中柱，例如第二中柱206或第一中柱205。另外，第一次级绕组22与第二次级绕组23则分别缠绕于第一中柱205以及第二中柱206上，且相连接于连接点，也就是说d点。当初级绕组21有电流变化时，通过磁性组件2的磁芯组件20所提供的磁通闭合路径，在第一次级绕组22与第二次级绕组23会分别感应到电压，由于d点到p点之间没有交流式的磁通变化量，只有直流式的磁通量，使绕组造成的铜损变小。

请参阅图6，其为图5所示结构的俯视图。如图6所示，第一次级绕组22与第二次级绕组23相接于d点，虽然由d点到p点之间存有交流式的磁通变化量，但其磁通变化量以及漏磁相对较小，使其绕组所造成的损失减少，而磁通路径由第一侧柱203与第二侧柱204以及第一中柱205与第二中柱206所构成的封闭磁通路径，不但比传统磁性组件结构体积较小，其磁芯组件20的使用效率也相对提升，当然第一中柱205与第二中柱206之间的距离也会变小，进而使第一次级绕组22，也就是c点到d点间的距离变短，相对使绕组所造成的铜损减少。

请参阅图7，其为使用本发明磁性组件结构的示范性的直流-直流变压器的电路方块示意图。如图7所示，该直流-直流变压器7，例如半桥式直流-直流变压器，主要包含换流电路71、磁性组件72、整流电路73以及滤波电路74，其中换流电路71用以将直流输入电压Vin转换为交流电压V1。在一些实施例中，换流电路71由第一开关组件S1、第二开关组件S2、第一电容器C1以及第二电容器C2所组成。其中，第一电容器C1与第二电容器C2串联，且串联的第一电容器C1与第二电容器C2的两端分别连接于直流输入电压Vin，利用第一电容器C1与第二电容器C2串联可将直流输入电压Vin分压，由于第一电容器C1与第二电容器C2的电容量相同，所以第一电容器C1与第二电容器C2串联连接点的电压值为直流输入电压Vin值的一半，如图8所示。请再参阅图7，第一电容器C1与第二电容器C2串联连接点与磁性组件72的初级绕组21其中一个端点相连接，且初级绕组21的另外一个端点则连接于第一开关组件S1与第二开关组件S2的串联接点。由于第一开关组件S1与第二开关组件S2串联两端连接于直流输入电压Vin，因此可通过第一开关组件S1与第二开关组件S2的导通与不导通将直流输入电压Vin转换为交流电压V1。

请再参阅图7，在一些实施例中，磁性组件72使用图3所示的磁性组件2结构，且具有初级绕组21、第一次级绕组22以及第二次级绕组23，其中初级绕组21连接于换流电路71的输出，第一次级绕组22与第二次级绕组23连接于整流电路73的输入。当初级绕组21有电流变化时，通过磁性组件72的磁芯组件所提供的磁通闭合路径，在第一次级绕组22与第二次级绕组23会分别感应到电压。

整流电路73连接于磁性组件72的第一次级绕组22以及第二次级绕组23，用以将第一次级绕组22以及第二次级绕组23的输出电压整流为直流电压。在一些实施例中，整流电路73由例如第三开关组件S3以及第四开关组件S4所组成，其中第三开关组件S3的漏极(Drain)连接于第一次级绕组22，第四开关组件S4的漏极(Drain)连接于第二次级绕组23，而第三开关组件S3与第四开关组件S4的源极(Source)相连接，并与第一次级绕组22及第二次级绕组23的共接点d为整流电路73的输出，通过第三开关组件S3与第四开关组件S4的导通与不导通，将第一次级绕组22以及第二次级绕组23的输出电压整流为直流电压。

滤波电路74用于将整流电路73的输出电压的高频成份去除，使直流-直流变压器7或滤波电路74的直流输出电压Vo为稳定直流电压。在一些实施例中，滤波电路74由例如电感器L以及滤波电容器Co所组成，其中电感器L串接于滤波电路74的输出与输入之间，滤波电容器Co则并联于滤波电路74的输出端。

请再参阅图7，当第一开关组件S1及第四开关组件S4导通时，第二开关组件S2及第三开关组件S3则不导通，直流-直流变压器7的输入电流路径为第一开关组件S1、初级绕组21以及第二电容器C2。此时，第二次级绕组23会感应到电压并产生电流，其电流经由第四开关组件S4输出到直流-直流电压转器7的输出。相反地，当第二开关组件S2及第三开关组件S3导通时，第一开关组件S1及第四开关组件S4则不导通，直流-直流变压器7的输入电流路径为第一电容器C1、初级绕组21以及第二开关组件S2，此时第一次级绕组22会感应到电压并产生电流，其电流经由第三开关组件S3输出到直流-直流变压器7的输出。

图9显示了图2所示磁芯组件使用第三种绕组方式而构成本发明第三优选实施例的磁性组件结构示意图。如图9所示，磁性组件2同样具有磁芯组件20以及多个绕组，包括例如初级绕组21、第一次级绕组22以及第二次级绕组23。其中，初级绕组21绕于磁芯组件20中间的其中一个中柱上，例如第一中柱205或第二中柱206。此外，第一次级绕组22与第二次级绕组23同样地分别缠绕于第一中柱205与第二中柱206，且相连接于连接点，也就是说d点。当初级绕组21有电流变化时，通过磁芯组件20所提供的磁通路径，在第一次级绕组22与第二次级绕组23会分别感应到电压，由于磁芯组件20具有第一侧柱203与第二侧柱204以及第一中柱205与第二中柱206，因此可以更有效的耦合初级侧与次级侧的磁通，相对地使漏磁通降低，以及使绕组所造成的铜损变小。

综上所述，本发明的磁性组件结构利用磁芯组件的两个侧柱以及至少两个中柱构成磁通闭合路径，因此，初级绕组所产生的交流式的磁通变化量以及漏磁变小，进而使绕组所造成的铜损减少，而两个中柱之间的距离也会变小，磁性组件结构相对变小，其磁性组件使用效率提高、电子装置的电路密度变高、重量变轻。

本发明可以由本领域技术人员做出各种修改和变化，但是不能脱离权利要求所要保护的范围。

Claims (10)

1.一种磁性组件结构，至少包含：

磁芯组件，用于提供磁通闭合路径，且包括：

第一长板与第二长板；

第一侧柱与第二侧柱，所述第一侧柱与所述第二侧柱设置于所述第一长板与所述第二长板之间，且分别设置于所述第一长板与所述第二长板的两侧边；以及

至少两中柱，包括第一中柱与第二中柱，其中所述第一中柱与所述第二中柱设置于所述第一侧柱与所述第二侧柱之间；以及

多组绕组，缠绕于所述第一中柱与所述第二中柱上，且所述多组绕组包含初级绕组、第一次级绕组以及第二次级绕组，所述第一次级绕组与所述第二次级绕组相连接于所述第一中柱与所述第二中柱之间的连接点，且该连接点连接于一整流电路。

2.如权利要求1所述的磁性组件结构，其中所述第一次级绕组与所述第二次级绕组分别缠绕于所述第一中柱与所述第二中柱上。

3.如权利要求1所述的磁性组件结构，其中所述初级绕组以所述第一中柱及所述第二中柱为中心而同时缠绕于所述第一中柱与所述第二中柱上。

4.如权利要求1所述的磁性组件结构，其中所述初级绕组的至少一部份缠绕于所述第一中柱上，且所述初级绕组的至少另一部分缠绕于所述第二中柱上。

5.如权利要求1所述的磁性组件结构，其中所述初级绕组缠绕于所述第一中柱与所述第二中柱其中之一。

6.一种磁芯组件，应用于磁性组件中，用于缠绕所述磁性组件的多组绕组，并提供磁通闭合路径，所述磁芯组件至少包含：

第一长板与第二长板；

第一侧柱与第二侧柱，所述第一侧柱与所述第二侧柱设置于所述第一长板与所述第二长板之间，且分别设置于所述第一长板与所述第二长板的两侧边；以及

至少两中柱，包括第一中柱与第二中柱，其中所述第一中柱与所述第二中柱设置于所述第一侧柱与所述第二侧柱之间，以用于缠绕所述多组绕组；

其中所述多组绕组包含初级绕组、第一次级绕组以及第二次级绕组，所述第一次级绕组与所述第二次级绕组相连接于所述第一中柱与所述第二中柱之间的连接点，且该连接点连接于一整流电路。

7.如权利要求6所述的磁芯组件，其中所述第一次级绕组与所述第二次级绕组分别缠绕于所述第一中柱与所述第二中柱上。

8.如权利要求6所述的磁芯组件，其中所述初级绕组以所述第一中柱及所述第二中柱为中心而同时缠绕于所述第一中柱与所述第二中柱上。

9.如权利要求6所述的磁芯组件，其中所述初级绕组的至少一部份缠绕于所述第一中柱上，且所述初级绕组的至少另一部分缠绕于所述第二中柱上。

10.如权利要求6所述的磁芯组件，其中所述初级绕组缠绕于所述第一中柱与所述第二中柱其中之一。

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