CN113421751A - 磁性组件及功率模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种磁性组件及功率模块。磁性组件包含磁芯组件及绕组组件。磁芯组件包含第一磁柱和第二磁柱,第二磁柱具有第一侧、第二侧、第三侧及第四侧,第一侧与第二侧相对设置,且第三侧与第四侧相对设置,第一磁柱与第二磁柱的第二侧之间具有一通道。绕组组件包含第一绕组、第二绕组和第三绕组,第一绕组与第二绕组绕设于第一磁柱,且部分的第一绕组与部分的第二绕组通过上述通道,第一绕组位于第一磁柱与第二绕组之间,第三绕组绕设于第二磁柱与第一磁柱,且第二绕组位于第一绕组与第三绕组之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁性组件及功率模块,尤其涉及一种小体积、轻重量且低成本的磁性组件及功率模块。
背景技术
随着新能源电动车技术的不断发展,其车载充电机(on-board charger,OBC)正朝向更高功率密度及更低成本的方向发展,其中功率模块内的磁性组件作为车载充电机中的重要器件,其性能的优劣及成本的高低皆为车载充电机开发的重要指标。
目前,常用的传统车载充电机包含单向功率流车载充电机或双向功率流车载充电机,而为了增加其功能,更发展出单向功率流车载充电机结合辅助电源模块(Auxiliarypower module,APM)的第一混合电源以及双向功率流车载充电机结合辅助电源模块的第二混合电源,然而车载充电机OBC以及辅助电源模块APM分别由独立的电路拓扑所构成,仅是采用机构组合的方式封装在一个机壳中而已,故传统的车载充电机虽然实现了功能的合成却没有很好的集成两种电路拓扑,使得电源和磁性元件均体积大、重量重、价格贵。
请参阅图1A及图1B,其中图1A为传统车载充电机功率模块的电路拓扑示意图,图1B为传统辅助电源模块的电路拓扑示意图。如图1A所示,传统车载充电机功率模块1’的电路拓扑为LLC谐振电路或为升压型串联谐振电路(即Boost series resonant circuit,Boost SRC)所构成,于其电路拓扑内,可以看出传统车载充电机的功率模块中的磁性元件包含有谐振电感Lr1、Lr2及变压器Tx。在一些实施例中,传统车载充电机的功率模块中的磁性元件可仅包含有谐振电感Lr1和变压器Tx。如图1B所示,传统辅助电源模块1”的电路拓扑为次级绕组采用中心抽头的硬开关电路。传统辅助电源模块1”的原边电路可为半桥,全桥或推挽等。于其电路拓扑内,传统辅助电源模块1”包含输出滤波电感Lo和变压器Tx。由上可知,传统车载充电机结合辅助电源模块的混合电源至少需要4颗或者5颗磁性元件,故其体积较大、重量较重且成本较高。
发明内容
本发明的目的在于整合LLC谐振电路和辅助电源模块(即LLC&APM)或升压型串联谐振电路和辅助电源模块(即Boost SRC&APM)电路从而构成一复合功能的集成式三端口电源,本申请主要提出一种集成式磁性组件及应用其的三端口功率模块,可实现磁性组件及电源模块的小体积、轻重量且低成本。
为达上述目的,本发明的一实施例为一种磁性组件,包含至少一磁芯组件及至少一绕组组件。每一磁芯组件包含第一磁柱和第二磁柱,第二磁柱具有第一侧、第二侧、第三侧及第四侧,第一侧与第二侧相对设置,第三侧与第四侧相对设置,第一磁柱与第二磁柱的第二侧之间具有一通道。每一绕组组件包含第一绕组、第二绕组和第三绕组,第一绕组与第二绕组绕设于第一磁柱,且部分的第一绕组与部分的第二绕组通过通道,第一绕组位于第一磁柱与第二绕组之间,第三绕组绕设于第二磁柱与第一磁柱,第二绕组位于第一绕组与第三绕组之间。
为达上述目的,本发明的另一实施例为提供一种功率模块,包含第一端口、第二端口、第三端口、初级电路、变压器、第一次级电路与第二次级电路。初级电路与第一端口电性耦接。变压器包含初级绕组、第一次级绕组及第二次级绕组,初级绕组与初级电路电性耦接。第一次级电路与第一次级绕组以及第二端口分别电性耦接。第二次级电路与第二次级绕组以及第三端口分别电性耦接,第二次级电路还包含次级电感,次级电感与第二次级绕组电性耦接,其中变压器与第二次级电路的次级电感由前述的磁性组件所构成。
本发明的有益效果在于,本发明的磁性组件的第一绕组与第二绕组绕设于第一磁柱,且第三绕组绕设于第一磁柱及第二磁柱,而磁性组件利用磁芯组件及绕组组件之间的设置方式而集成变压器及第二次级电感,而整体功率模块仅需由磁性组件及第一次级电感所构成,即可达到OBC和APM电路的需求。
附图说明
图1A为传统车载充电机功率模块的电路拓扑示意图。
图1B为传统辅助电源模块的电路拓扑示意图。
图2为本发明第一实施例的磁性组件的结构示意图。
图3为图2所示的磁性组件的***结构示意图。
图4为图2所示的磁性组件沿A-A’剖面结构示意图。
图5为包含图2所示的磁性组件的功率模块的等效电路拓扑图。
图6为图2所示的磁性组件的磁芯组件的侧面结构示意图。
图7为图2所示的磁性组件的磁芯组件的另一实施例的侧面结构示意图。
图8为本发明第二实施例的磁性组件的结构示意图。
图9为图8所示的磁性组件的***结构示意图。
图10为图8所示的磁性组件沿A-A’剖面结构示意图。
图11为包含图8所示的磁性组件的功率模块的等效电路拓扑图。
图12A为图8所示的磁性组件的磁芯组件的另一实施例的剖面结构示意图。
图12B为图8所示的磁性组件的磁芯组件的再一实施例的剖面结构示意图。
图13为本发明第三实施例的磁性组件的结构示意图。
图14为图13所示的磁性组件的***结构示意图。
图15为图13所示的磁性组件的磁芯组件的侧面的部分结构示意图。
图16为本发明第四实施例的磁性组件的结构示意图。
图17为图16所示的磁性组件沿A-A’剖面结构示意图。
附图标记如下:
1’:传统车载充电机功率模块
1”:传统辅助电源模块
Lr1、Lr2:谐振电感
Tx:变压器
Lo:输出滤波电感
1、1a、1b、1c:磁性组件
2、2a:功率模块
21:初级电路
Lm:初级电感
Cin:初级电容
S1、S2、S3、S4:开关管
Vin:输入电源
22:变压器
221:初级绕组
222:第一次级绕组
223:第二次级绕组
23:第一次级电路
Lr1:第一次级电感
Cr:第一次级电容
S5、S6、S7、S8:开关管
Vo1:第一输出电源
24:第二次级电路
Lr2:第二次级电感
S9、S10、S11、S12:开关管
Vo2:第二输出电源
3、3a、3b、3c:磁芯组件
31:第一磁柱
321:第一侧
322:第二侧
323:第三侧
324:第四侧
325:通道
32:第二磁柱
32a:第一子磁柱
32b:第二子磁柱
32c:第三子磁柱
32d:第四子磁柱
32e:第一气隙
32f:第二气隙
32g:第三气隙
32h:第四气隙
32z:气隙形成材料
33:共用边柱
4:绕组组件
41:第一绕组
42:第二绕组
43:第三绕组
5:第一磁盖
51:第一面
52:第二面
53:侧壁
6:第二磁盖
61:第一面
62:第二面
63:侧壁
7:第三磁盖
71:第一面
72:第二面
73:侧壁
81:第三磁柱
81a:第五子磁柱
81b:第六子磁柱
81c:第五气隙
81d:第六气隙
81z:气隙形成材料
82:第四磁柱
44:第四绕组
91:壳体
92:散热胶
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方式上具有各种的变化,其皆不脱离本发明的范围,且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用,而非用于限制本发明。
请参阅图2、图3、图4及图5,其中图2为本发明第一实施例的磁性组件的结构示意图,图3为图2所示的磁性组件的***结构示意图,图4为图2所示的磁性组件沿A-A’剖面结构示意图,图5为包含图2所示的磁性组件的功率模块的等效电路拓扑图。如图所示,本实施例的磁性组件1可应用于图5所示的功率模块2,其中功率模块2可用于车载充电机。在电路拓扑上,如图5所示,功率模块2为三端口变换器,包含初级电路21、变压器22、第一次级电路23及第二次级电路24。初级电路21的第一端口与前级电路的输出端,即电源电压Vin电性耦接,前级电路的输入端与电网(未图示)相接(或在前级电路与电网间还有额外的滤波电路,不详述)。初级电路21为全桥逆变电路,且包含初级电感Lm、初级电容Cin及多个开关管S1、S2、S3、S4,而于其他实施例中,初级电路21更可为半桥逆变电路等。在一些实施例中,初级电感Lm可以集成在变压器中。变压器22包含初级绕组221、第一次级绕组222及第二次级绕组223,变压器2的初级绕组221与初级电路21电性耦接,用以接收电源电压Vin(通常是400V或800V,或其它电压等级)。第一次级电路23为全桥整流电路,且与变压器22的第一次级绕组222电性耦接,并包含第一次级电感Lr1、第一次级电容Cr及多个开关管S5、S6、S7、S8,以对变压器22的第一次级绕组222两端的第一次级电压进行整流,并经由第一次级电路23的第二端口输出第二端口电压Vo1至第一负载(未图示)。第一次级电路23的第二端口通常与车载高压电池端电性耦接,电池端的电压可为270~450V或550~850V,或甚至更宽的电压范围。第二次级电路24为全桥整流电路,且与变压器22的第二次级绕组223电性耦接,并包含第二次级电感Lr2及多个开关管S9、S10、S11、S12,以对变压器22的第二次级绕组223两端的第二次级电压进行整流,并经由第二次级电路24的第三端口输出第三端口电压Vo2至第二负载(未图示)。第二次级电路24的第三端口通常与车载低压电池端电性耦接,电池端的电压可为9~16V,或甚至更宽的电压范围。由上可知,与第一次级绕组222相连接的第二端口的电压高于与第二次级绕组223相连接的第三端口的电压,即第二端口用以连接车载高压电池端,第三端口用以连接车载低压电池端。当然,初级电路21、第一次级电路23及第二次级电路24的拓扑不以上述实施例中的为限,可为其它任意电路拓扑。
于本电路拓扑中,功率模块2包含四种主要的工作模态,分别如下所述:第一种工作模态为功率模块2接收电源电压Vin并经由变压器22转换,从第一次级电路23输出第二端口电压Vo1至第一负载,此种工作模态下,功率模块2为Boost SRC工作模态。第二种工作模态为功率模块2接收电源电压Vin经由变压器22转换,同时从第一次级电路23输出第二端口电压Vo1至第一负载,即高压电池端,且从第二次级电路24输出第三端口电压Vo2至第二负载,即低压电池端,此种工作模态下,功率模块2为Boost SRC&DAB(即双有源桥电路,Dualactive bridge)的工作模态。第三种工作模态为第二端口接收高压电池端提供的电能并经由变压器22转换至第二次级电路24,而使得第二次级电路24输出第三端口电压Vo2至第二负载,即低压电池端,此种工作模态下,功率模块2为Boost SRC工作模态,相当于传统的APM电源模态。第四种工作模态为第二端口接收高压电池端提供的电能经由变压器22转换至初级电路21,而使得初级电路21输出电源电压Vin回馈给电网或供给交流用电设备,此种工作模态为Boost SRC模态,此时相当于传统的逆变状态。因此,功率模块2可利用第一种工作模态及第二种工作模态达成给高压电池充电或同时给高、低压电池充电的需求,同时利用第三种工作模态达到通过辅助电源模块给低压电池充电的需求,且通过第四种工作模态实现从高压电池回馈电网或逆变成交流电的要求。此外,根据图5可知,本发明的功率模块2中仅需要三颗磁性元件,分别为变压器22、第一次级电感Lr1及第二次级电感Lr2,其中第二次级电感Lr2经由第二次级电路24与第三端口连接,且第三端口为低压电池端,故第二次级电感Lr2上的电流较大、感量较小且匝数较少,因此第二次级电感Lr2可较容易与变压器22集成,而以下将实际说明三颗磁性元件中的变压器22与第二次级电感Lr2集成为单一磁性组件1的元件结构。
如图2、图3及图4所示,本实施例的磁性组件1包含磁芯组件3及绕组组件4。于图4中,位于图4左侧的结构为图2所示的磁芯组件3的剖面结构示意图,位于图4右侧的结构为图2所示的磁芯组件3与绕组组件4组合后的剖面结构示意图,且为清楚说明磁芯组件3及绕组组件4的结构,图4中的绕组组件4仅示意性的绕设于右侧的磁芯组件3,然在实际情况中,绕组组件4应绕设于整体的磁芯组件3。于本实施例中,磁芯组件3包含第一磁柱31和第二磁柱32。如图3及图4所示,第一磁柱31为跑道柱状或圆柱状结构,本申请并不以此为限,还可以为其它柱状结构。第二磁柱32相邻于第一磁柱31,且第二磁柱32具有第一侧321、第二侧322、第三侧323和第四侧324,第一侧321与第二侧322相对设置,第三侧323与第四侧324相对设置且位于第一侧321与第二侧322之间。其中,第二磁柱32不限于图中所示的形状,亦可以是圆柱体形等,所述的四侧可以理解为四个参考方向或方位。第一磁柱31与第二磁柱32的第二侧322之间具有一通道325,如图4所示。
绕组组件4包含第一绕组41、第二绕组42和第三绕组43。第一绕组41用以构成图5中的变压器22的初级绕组221,第一绕组41绕设于第一磁柱31,且部分的第一绕组41通过通道325。第二绕组42用以构成图5中的变压器22的第一次级绕组222,第二绕组42同样绕设于第一磁柱31,且部分的第二绕组42亦通过通道325,其中第一绕组41位于第一磁柱31与第二绕组42之间。第三绕组43用以同时构成图5中相互串联的变压器22的第二次级绕组223和第二次级电感Lr2,其中第三绕组43可为但不限为铜片所构成,以达到导流与散热的双重功效,且第三绕组43的匝数可为但不限为一匝。第三绕组43绕设于第二磁柱32和第一磁柱31,且第三绕组43至少部分的包覆第一绕组41和第二绕组42,而部分的第三绕组43在第二磁柱32上的投影在第二磁柱32第一侧321、第三侧323及第四侧324之内,其中第二绕组42位于第一绕组41与第三绕组43之间。于一些实施例中,第一绕组41用以构成图5中的变压器22的第一次级绕组222,第二绕组42用以构成图5中的变压器22的初级绕组221,第三绕组43用以同时构成图5中相互串联的变压器22的第二次级绕组223与第二次级电感Lr2。
由上可知,本发明的磁性组件1的第一绕组41及第二绕组42绕设于第一磁柱31,且第三绕组43绕设于第一磁柱31与第二磁柱32,而磁性组件1利用磁芯组件3与绕组组件4之间的设置方式而集成变压器22和第二次级电感Lr2,而整体功率模块2仅需由磁性组件1及第一次级电感Lr1所构成,即可达到OBC电路与APM电路集成的需求,相较于传统车载充电机OBC结合辅助电源模块APM需要至少4颗或5颗磁性元件,本发明的磁性组件1仅需两颗磁性元件,故本发明的磁性组件1所构成的功率模块2的体积较小、重量较轻且成本较低。
请重新参阅图3及图4,磁性组件1还包含第一磁盖5和第二磁盖6。第一磁盖5具有第一面51、第二面52及侧壁53,第一磁盖5的第一面51与第二面52相对设置,第一磁盖5的侧壁53位于第一磁盖5的第一面51及第二面52之间,以分别与第一磁盖5的第一面51的壁缘与第二面52的壁缘相连接。第二磁盖6具有第一面61、第二面62和侧壁63,第二磁盖6的第一面61与第二面62相对设置,而第二磁盖6的侧壁63位于第二磁盖6的第一面61及第二面62之间,以分别与第二磁盖6的第一面61的壁缘及第二面62的壁缘相连接,其中,第二磁盖6的第一面61位于第二磁盖6的第二面62及第一磁盖5的第一面51之间,且第一磁盖5的第一面51位于第一磁盖5的第二面52及第二磁盖6的第一面61之间。第一磁柱31的两端分别连接于第一磁盖5的第一面51及第二磁盖6的第一面61,第二磁柱32的两端分别连接于第一磁盖5的第一面51及第二磁盖6的第一面61。
于本实施例中,磁芯组件3还包含共用边柱33,共用边柱33的两端分别连接于第一磁盖5的侧壁53及第二磁盖6的侧壁63,其中第二磁柱32位于共用边柱33与第一磁柱31之间。
于一些实施例中,为了减少绕组组件4的损耗,第二磁柱32以多个子磁柱之间相间隔多个气隙而构成。请参阅图6并配合图3,其中图6为图2所示的磁性组件的磁芯组件的侧面结构示意图。如图所示,第二磁柱32包含第一子磁柱32a、第二子磁柱32b、第三子磁柱32c及第四子磁柱32d,其中第一子磁柱32a、第二子磁柱32b、第三子磁柱32c与第四子磁柱32d间隔设置。第一子磁柱32a连接于第一磁盖5的第一面51,第二子磁柱32b位于第一子磁柱32a与第三子磁柱32c之间,第三子磁柱32c位于第二子磁柱32b与第四子磁柱32d之间,第四子磁柱32d连接于第二磁盖6的第一面61。于本实施例中,第一子磁柱32a与第二子磁柱32b之间具有第一气隙32e,第二子磁柱32b与第三子磁柱32c之间具有第二气隙32f,第三子磁柱32c与第四子磁柱32d之间具有第三气隙32g。于一些实施例中,如图6所示,磁性组件1还包含气隙形成材料32z,其中气隙形成材料32z由不导电且不导磁的材料所构成,气隙形成材料32z用于填充于第一气隙32e,同时用以固定第一子磁柱32a与第二子磁柱32b,且气隙形成材料32z用于填充于第二气隙32f,同时用以固定第二子磁柱32b及第三子磁柱32c,且气隙形成材料32z用于填充于第三气隙32g,同时用以固定第三子磁柱32c及第四子磁柱32d。在一些实施例中,第二气隙32f亦可悬空不填充任何材料。并且,子磁柱的数量并不以此为限,还可以只是2个,或4个或10个等,且所述子磁柱与气隙间隔设置。
于一些实施例中,第二磁柱32仅包含两个子磁柱,请参阅图7,其为图2所示的磁性组件的磁芯组件的另一实施例的侧面结构示意图。如图7所示,本实施例的磁芯组件3a仅包含第一子磁柱32a及第四子磁柱32d,其中第一子磁柱32a及第四子磁柱32d的设置位置相似于图6中的第一子磁柱32a及第四子磁柱32d的设置位置,故于此不再赘述。于本实施例中,第二磁柱32仅包含单一的第四气隙32h,位于第一子磁柱32a及第四子磁柱32d之间。当然,气隙形成材料32z亦可填充于第四气隙32h,用以固定第一子磁柱32a及第四子磁柱32d。
请参阅图8、图9、图10及图11,其中图8为本发明第二实施例的磁性组件的结构示意图,图9为图8所示的磁性组件的***结构示意图,图10为图8所示的磁性组件沿A-A’剖面结构示意图,图11为包含图8所示的磁性组件的功率模块的等效电路拓扑图。本实施例的磁性组件1a的结构相似于图2所示的磁性组件1,而于本实施例中以相同标号表示相似元件,其中相较于图2所示的磁性组件1仅包含单一的磁芯组件3及单一的绕组组件4,本实施例的磁性组件1a包含两个磁芯组件3及两个绕组组件4,如图9所示,每一磁芯组件3包含一个第一磁柱31及一个第二磁柱32,其中两个磁芯组件3各自的第一磁柱31的两端分别连接第一磁盖5的第一面51及第二磁盖6的第一面61,且两个磁芯组件3各自的第二磁柱32的两端分别连接第一磁盖5的侧壁53及第二磁盖6的侧壁63。每一绕组组件4包含一个第一绕组41、一个第二绕组42及一个第三绕组43,如图10所示,位于图10左侧的结构为图9所示的两个磁芯组件3的剖面结构示意图,位于图10右侧的结构为图9所示的两个磁芯组件3及两个绕组组件4的剖面结构示意图,且为清楚说明磁芯组件3及绕组组件4的结构,图10中的绕组组件4仅示意性的绕设于右半部的磁芯组件3,然于实际情况中,绕组组件4应环绕于整体的磁芯组件3。本实施例的每一绕组组件4的第一绕组41绕设于对应的磁芯组件3的第一磁柱31,每一绕组组件4的第二绕组42绕设于对应的磁芯组件3的第一磁柱31,每一绕组组件4的第三绕组43绕设于对应的磁芯组件3的第一磁柱31及第二磁柱32,图10中的绕组组件4的第一绕组41、第二绕组42和第三绕组43的绕设方式相似于图4所示的绕组组件4的第一绕组41、第二绕组42与第三绕组43的绕设方式,故于此不再赘述。
且于本实施例中,两个磁芯组件3的两个第一磁柱31上的磁通方向设定为相反,且两个磁芯组件3的两个第二磁柱32上的磁通方向亦设为相反。根据上述磁通方向的配置,使得本实施例的磁性组件1a不需利用共用磁柱即可形成有效磁通路,使磁性组件1a正常工作。
于电路拓扑结构上,如图11所示,两个第一绕组41用以共同构成图11中的功率模块2a的变压器22的初级绕组221(其可由两个第一绕组41串联连接或并联连接形成,未图示且不详述),两个第二绕组42用以共同构成图11中的变压器22的第一次级绕组222(亦可由两个第二绕组42串联连接或并联连接形成,未图示亦不详述),两个第三绕组43分别用以构成图11中的变压器22的两个第二次级绕组223和两个第二次级电感Lr2,其中本实施例的功率模块2a的电路拓扑则相似于图5所示的功率模块2,故于此不再赘述。
以下为说明本实施例中的两个磁芯组件3各自的第二磁柱32的设置位置,以图10中左侧的两个第二磁柱32(即与第一磁盖5相连接的两个第二磁柱32)进行说明。于本实施例中,如图10所示,两个磁芯组件3中的其中之一磁芯组件3的第二磁柱32的第三侧323与两个磁芯组件3中的另一磁芯组件3的第二磁柱32的第四侧324相邻设置,且两个磁芯组件3的两个第一磁柱31相邻设置。当然,两个磁芯组件3的两个第一磁柱31及两个第二磁柱32的设置位置并不仅局限于此,为了达到较佳的空间配置,两个第一磁柱31及两个第二磁柱32的设置位置可根据实际使用情况而变换。于一些实施例中,如图12A所示,两个磁芯组件3b中的其中之一磁芯组件3b的第二磁柱32的第一侧321与两个磁芯组件3b中的另一磁芯组件3b的第二磁柱32的第一侧321相邻设置,且两个磁芯组件3b的两个第二磁柱32位于两个第一磁柱31之间。而于另一些实施例中,如图12B所示,两个磁芯组件3c的两个第一磁柱31位于两个磁芯组件3c的两个第二磁柱32的第二侧322之间。
当然,于一些实施例中,磁性组件亦可包含三个以上的磁芯组件及三个以上的绕组组件,当所述的磁芯组件为奇数(即1,3,5,…)个时,通常需要加设至少一共用边柱,当所述的磁芯组件为偶数(即2,4,6,…)个时,通过设定两两的磁通方向互补(即磁通参考方向一正、一负互补设置)设定时,则无需共用边柱。且通常设定第一磁柱31与第二磁柱32的个数相等,绕组组件与其一一对应设置,其它配置方式相似于第一实施例及第二实施例的磁芯组件,故于此不再赘述。
请参阅图13及图14,其中图13为本发明第三实施例的磁性组件的结构示意图,图14为图13所示的磁性组件的***结构示意图。本实施例的磁性组件1b的结构相似于图8及图9所示的磁性组件1a,而于本实施例中以相同标号表示相似元件,其中相较于图8及图9所示的磁性组件1a,本实施例的磁性组件1b还包含第三磁盖7、至少一第三磁柱81及第四磁柱82,或包含第三磁盖7及两个第三磁柱81,而本实施例中以磁性组件1b包含第三磁盖7、两个第三磁柱81及第四磁柱82进行说明。第三磁盖7具有第一面71、第二面72及侧壁73,第三磁盖7的第一面71及第二面72相对设置,第三磁盖7的侧壁73位于第三磁盖7的第一面71及第二面72之间,以分别与第三磁盖7的第一面71的壁缘及第二面72的壁缘相连接,其中第三磁盖7的第一面71位于第二磁盖6的第二面62及第三磁盖7的第二面72之间。
于本实施例中,磁性组件1b包含两个第三磁柱81,每一第三磁柱81的两端分别连接于第二磁盖6的第二面62及第三磁盖7的第一面71,且每一第三磁柱81于第二磁盖6上的位置与对应的第一磁柱31于第二磁盖6上的位置相对应,亦可不对应设置,本申请并不以此为限。第四磁柱82的两端分别连接于第二磁盖6的第二面62及第三磁盖7的第一面71,或第四磁柱82的两端分别连接于第二磁盖6的侧壁63及第三磁盖7的侧壁73。而本实施例的两个绕组组件4更各自包含第四绕组44,每一绕组组件4的第四绕组44绕设于对应的第三磁柱81,其中第四绕组44构成如图11所示的第一次级电感Lr1,使得图11所示的第一次级电感Lr1可共同集成于磁性组件1b中,故于本实施例中,所有磁性元件皆集成于磁性组件1b中。
于一些实施例中,为了减少绕组组件4的损耗,第三磁柱81亦可以多个子磁柱构成,进而形成多个气隙。请参阅图15并配合图14,其中图15为图13所示的磁性组件的磁芯组件的侧面的部分结构示意图。如图所示,每一第三磁柱81包含第五子磁柱81a与第六子磁柱81b,第五子磁柱81a与第六子磁柱81b间隔设置,第五子磁柱81a连接于第三磁盖7的第一面71,第六子磁柱81b位于第五子磁柱81a与第二磁盖6的第二面62之间,其中第五子磁柱81a与第六子磁柱81b之间具有第五气隙81c,第六子磁柱81b与第二磁盖6的第二面62之间具有第六气隙81d。当然,于本实施例中,第五气隙81c与第六气隙81d中亦可填充气隙形成材料81z,以固定第五子磁柱81a和第六子磁柱81b,于此不再赘述。
请参阅图16及图17,其中图16为本发明第四实施例的磁性组件的结构示意图,图17为图16所示的磁性组件沿A-A’剖面结构示意图。本实施例的磁性组件1c的结构相似于图13及图14所示的磁性组件1b,而于本实施例中以相同标号表示相似元件,其中相较于图13及图14所示的磁性组件1b,本实施例的磁性组件1c还包含壳体91及散热胶92。壳体91可为但不限为由铝或铜所构成,且在其底板和/或腔壁内更含有供冷媒(如水等)流通的管道(未图示),用以容纳磁芯组件3和绕组组件4。散热胶92填充于壳体91与磁芯组件3和绕组组件4之间的空隙。于本实施例中,散热胶92及由铜片所构成的第三绕组43可一同达到增强磁性组件1c散热的效果,而将磁性组件1c所产生的热依序由磁芯组件3、第一绕组41、第二绕组42、第三绕组43、散热胶92及壳体91进行散热,以通过壳体91中管道内的冷媒或强制风冷或自然散热的方式将磁性组件1c所产生的热带走。
综上所述,本发明的磁性组件的第一绕组与第二绕组绕设于第一磁柱,且第三绕组绕设于第一磁柱及第二磁柱,而磁性组件利用磁芯组件及绕组组件之间的设置方式而集成变压器及第二次级电感,而整体功率模块仅需由磁性组件及第一次级电感所构成,即可达到OBC和APM电路的需求,相较于传统车载充电机结合辅助电源模块需要至少4或5颗磁性元件的方式,本发明的磁性组件仅需两颗,甚至进一步集成后仅需一颗即可,故本发明的磁性组件所构成的功率模块的体积小、重量轻且成本低。并且采用第三绕组包裹第一绕组和第二绕组的结构方式,进一步增强了对磁芯、第一绕组和第二绕组的散热作用。
Claims (23)
1.一种磁性组件,包含:
至少一磁芯组件,每一该磁芯组件包含一第一磁柱和一第二磁柱,该第二磁柱具有一第一侧、一第二侧、一第三侧及一第四侧,该第一侧与该第二侧相对设置,该第三侧与该第四侧相对设置,该第一磁柱与该第二磁柱的该第二侧之间具有一通道;以及
至少一绕组组件,每一该绕组组件包含一第一绕组、一第二绕组和一第三绕组,该第一绕组与该第二绕组绕设于该第一磁柱,且部分的该第一绕组及部分的该第二绕组通过该通道,该第一绕组位于该第一磁柱与该第二绕组之间,该第三绕组绕设于该第二磁柱与该第一磁柱,该第二绕组位于该第一绕组与该第三绕组之间。
2.如权利要求1所述的磁性组件,其特征在于,该第一绕组构成一变压器的一初级绕组,该第二绕组构成该变压器的一第一次级绕组,该第三绕组同时构成该变压器的一第二次级绕组及一次级电感。
3.如权利要求1所述的磁性组件,其特征在于,该第一绕组构成一变压器的一第一次级绕组,该第二绕组构成该变压器的一初级绕组,该第三绕组同时构成该变压器的一第二次级绕组及一次级电感。
4.如权利要求2或3所述的磁性组件,其特征在于,与该第一次级绕组相连接的一第二端口的电压高于与该第二次级绕组相连接的一第三端口的电压。
5.如权利要求1所述的磁性组件,其特征在于,该磁性组件还包含一第一磁盖及一第二磁盖,该第一磁盖具有一侧壁、相对的一第一面及一第二面,该第一磁盖的该侧壁位于该第一磁盖的该第一面及该第二面之间,该第二磁盖具有一侧壁、相对的一第一面及一第二面,该第二磁盖的该侧壁位于该第二磁盖的该第一面及该第二面之间,该第一磁柱的两端分别连接该第一磁盖的该第一面及该第二磁盖的该第一面,该第二磁柱的两端分别连接该第一磁盖的该第一面及该第二磁盖的该第一面。
6.如权利要求5所述的磁性组件,其特征在于,该磁芯组件还包含一共用边柱,该共用边柱的两端分别连接该第一磁盖的该侧壁及该第二磁盖的该侧壁,该第二磁柱位于该共用边柱与该第一磁柱之间。
7.如权利要求1所述的磁性组件,其特征在于,该磁性组件包含两个磁芯组件及两个绕组组件,其中该两个磁芯组件的两个该第一磁柱的磁通方向相反且该两个磁芯组件的两个该第二磁柱的磁通方向亦相反。
8.如权利要求7所述的磁性组件,其特征在于,该磁性组件还包含一第一磁盖及一第二磁盖,该第一磁盖具有一侧壁、相对的一第一面及一第二面,该第一磁盖的该侧壁位于该第一磁盖的该第一面及该第二面之间,该第二磁盖具有一侧壁、相对的一第一面及一第二面,该第二磁盖的该侧壁位于该第二磁盖的该第一面及该第二面之间,该两个磁芯组件各自的该第一磁柱的两端分别连接该第一磁盖的该第一面及该第二磁盖的该第一面,该两个磁芯组件各自的该第二磁柱的两端分别连接该第一磁盖的该侧壁及该第二磁盖的该侧壁。
9.如权利要求5或8所述的磁性组件,其特征在于,每一该磁芯组件的该第二磁柱具有多个气隙。
10.如权利要求5或8所述的磁性组件,其特征在于,每一该磁芯组件的该第二磁柱包含一第一子磁柱、一第二子磁柱、一第三子磁柱与一第四子磁柱,该第一子磁柱、该第二子磁柱、该第三子磁柱与该第四子磁柱间隔设置,该第一子磁柱连接于该第一磁盖的该第一面,该第二子磁柱位于该第一子磁柱及该第三子磁柱之间,该第三子磁柱位于该第二子磁柱及该第四子磁柱之间,该第四子磁柱连接于该第二磁盖的该第一面,其中该第一子磁柱及该第二子磁柱之间具有一第一气隙,该第二子磁柱及该第三子磁柱之间具有一第二气隙,该第三子磁柱及该第四子磁柱之间具有一第三气隙。
11.如权利要求10所述的磁性组件,其特征在于,该磁性组件包含气隙形成材料,填充于该第一气隙以固定该第一子磁柱与该第二子磁柱,且填充于该第二气隙内以固定该第二子磁柱与该第三子磁柱,且填充于该第三气隙以固定该第三子磁柱与该第四子磁柱,其中该气隙形成材料由不导电且不导磁的材料所构成。
12.如权利要求5或8所述的磁性组件,其特征在于,该第二磁柱包含一第一子磁柱及一第四子磁柱,该第一子磁柱及该第四子磁柱之间间隔设置,该第一子磁柱连接于该第一磁盖的该第一面,该第四子磁柱连接于该第二磁盖的该第一面,其中该第一子磁柱及该第四子磁柱之间具有一第四气隙。
13.如权利要求5或8所述的磁性组件,其特征在于,每一该磁芯组件包含一第三磁盖、至少一第三磁柱及一第四磁柱,该第三磁盖具有一侧壁、相对的一第一面与一第二面,该第三磁盖的该侧壁位于该第三磁盖的该第一面与该第二面之间,该第三磁盖的该第一面与该第二磁盖的该第二面相对设置,该第三磁柱的两端分别连接该第二磁盖的该第二面与该第三磁盖的该第一面,该第四磁柱的两端亦分别连接于该第二磁盖的该第二面及该第三磁盖的该第一面,每一该绕组组件还包含一第四绕组,该第四绕组绕设于该第三磁柱,其中该第四绕组构成该磁性组件的一次级电感。
14.如权利要求13所述的磁性组件,其特征在于,每一该磁芯组件的该第三磁柱包含一第五子磁柱与一第六子磁柱,该第五子磁柱与该第六子磁柱之间间隔设置,该第五子磁柱连接于该第三磁盖的该第一面,该第六子磁柱位于该第五子磁柱与该第二磁盖的该第二面之间,该第五子磁柱与该第六子磁柱之间具有一第五气隙,该第六子磁柱与该第二磁盖的该第二面之间具有一第六气隙。
15.如权利要求7所述的磁性组件,其特征在于,该两个磁芯组件的其中之一该磁芯组件的该第二磁柱的该第三侧与该两个磁芯组件的另一该磁芯组件的该第二磁柱的该第四侧相邻设置。
16.如权利要求7所述的磁性组件,其特征在于,该两个磁芯组件的其中之一该磁芯组件的该第二磁柱的该第一侧与该两个磁芯组件的另一该磁芯组件的该第二磁柱的该第一侧相邻设置。
17.如权利要求7所述的磁性组件,其特征在于,该两个磁芯组件的两个该第一磁柱位于该两个磁芯组件的两个该第二磁柱的该第二侧之间。
18.如权利要求1所述的磁性组件,其特征在于,该磁性组件包含一壳体及一散热胶,该壳体用以容纳该磁芯组件及该绕组组件,该散热胶填充于该壳体与该磁芯组件及该绕组组件之间的空隙。
19.如权利要求1所述的磁性组件,其特征在于,该第三绕组为铜片。
20.如权利要求19所述的磁性组件,其特征在于,该第三绕组至少部分包覆该第一绕组和该第二绕组。
21.如权利要求19所述的磁性组件,其特征在于,该第三绕组匝数为1匝。
22.一种功率模块,包含:
一第一端口、一第二端口以及一第三端口;
一初级电路,与所述第一端口电性耦接;
一变压器,包含一初级绕组、一第一次级绕组及一第二次级绕组,该初级绕组与该初级电路电性耦接;
一第一次级电路,与该第一次级绕组以及该第二端口分别电性耦接;
一第二次级电路,与该第二次级绕组以及该第三端口分别电性耦接,该第二次级电路包含一次级电感,该次级电感与该第二次级绕组电性耦接,其中该变压器与该第二次级电路的该次级电感共同由权利要求1-21任一所述的磁性组件所构成。
23.如权利要求22所述的功率模块,其特征在于,该功率模块应用于车载充电机。
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