[发明专利]磁性组件及其适用的电源转换装置

说明书

本发明关于一种磁性组件，包含：磁芯，包含上磁芯部、下磁芯部及四个磁芯柱；第一绕线组，缠绕于与上磁芯部及下磁芯部之间形成第一闭合磁路的任意两个磁芯柱上；以及第二绕线组，缠绕于与上磁芯部及下磁芯部之间形成第二闭合磁路的其余两个磁芯柱上；其中第一绕线组及第二绕线组的外加伏秒分别决定了第一及第二闭合磁路里的磁芯柱内的交流磁通；第一闭合磁路里单个磁芯柱内的交流磁通峰峰值与第二闭合磁路里单个磁芯柱内的交流磁通峰峰值之和，大于上磁芯部内的交流磁通峰峰值，也大于下磁芯部内交流磁通的峰峰值。且第一与第二绕线组之间并不存在直接相连接而形成串联的关系。

技术领域

本发明关于一种磁性组件，尤指一种可减少磁芯损耗，同时可降低绕线寄生电阻和热阻的磁性组件及其适用的电源转换装置。

背景技术

随着互联网、云端运算、电动车及工业自动化等技术的提升，电力的消耗越来越大，因此电源的需求也越来越大，使得电源转换装置必须朝高功率密度及高效率的方向发展。同时，在高功率密度及高效率的要求下，电源转换装置的散热需求也是必须考虑的重点之一。

针对电源转换装置而言，提升内部开关电路的切换频率是提高功率密度的有效手段。因为当开关电路的切换频率上升时，滤波器的尺寸可对应地线性下降。此外，若提升开关电路的切换频率，则在相同损耗下，电源转换装置内的磁性组件，例如变压器等，承受磁通密度变化量与磁性组件的工作频率之间的乘积可明显上升，如此一来，磁性组件的截面积和匝数可以被相应地减小，使得磁性组件的体积显着下降。

现有的电源转换装置通常包含一变压器，该变压器的初级侧绕线组连接开关电路，藉此当开关电路进行导通或截止的切换时，该变压器的初级侧绕线组便将接收到的电能耦合至次级侧绕线组，而次级侧绕线组上的电能可再经由整流电路的整流及滤波电路的滤波后提供给负载。

然而当现有的电源转换装置为了提高功率密度而提升开关电路的切换频率时，若开关电路的切换频率已达到该单一变压器所能应付的极限时，单一变压器的结构限制便成为提高功率密度的瓶颈。更进一步说明，当现有的电源转换装置须提高功率密度时，则该单一的变压器的绕线组的PCB绕线的宽度和厚度)势必须对应增加，对电源转换装置效率上升帮助也很小。当变压器的PCB绕线宽度增加到一定程度时，对绕线电阻下降的帮助很小。当变压器的PCB绕线层数继续增加，不仅成本增加难以接受，而且也增加了电源转换装置的PCB绕线对顶部散热器的热阻，使得现有的电源转换装置散热不佳。由此可知，如何使电源转换装置在具有高功率密度的情况下，亦可维持整体效率并具有较佳的散热，实为目前研发的重点。

另外，现有的电源转换装置的变压器的磁芯实际上可采用E型磁芯或是U型磁芯。相比于E型磁芯所有的绕线都集中绕在E型磁芯的中柱上，由于U型磁芯的绕线是分两边而绕在U型磁芯的两个磁芯柱上，故当缠绕在U型磁芯的绕线为PCB绕线时，PCB绕线的封装(foot print)尺寸可减小。另外，相比于E型磁芯上的PCB绕线大部分都被E型磁芯覆盖住而没有暴露在空气中，由于U型磁芯上的PCB绕线仅较少部分被U型磁芯覆盖，即U型磁芯上的PCB绕线大部分暴露在空气中，故可使U型磁芯上的绕线的散热效果较佳。虽然使用U型磁芯确实存在上述的优势，然而若能从U型磁芯的结构再进一步改良，以使U型磁芯的损耗更为减少，便可提升电源转换装置的效率。

更甚者，现有的电源转换装置一般皆须考虑到EMI性能问题，因此为了获得更好的EMI性能，现有的电源转换装置实行的方法乃是增加EMI滤波器，然此种方式却同时增加了电源转换装置的生产成本。

因此，如何发展一种克服上述缺失，同时可减少磁芯损耗并降低绕线寄生电阻和热阻的磁性组件及其适用的电源转换装置，实为目前最为迫切需解决的课题。

发明内容

本发明的其中一目的在于提供一种磁性组件及其适用的电源转换装置，俾解决现有电源转换装置具有的转换效率不佳及散热不佳等缺失。此外，本发明的磁性组件及其适用的电源转换装置更具有减少磁芯损耗、降低绕线寄生电阻和热阻及减少电源转换装置的生产成本等优点。