本發(fā)明屬于高頻模塊電源，尤其涉及一種tlvr技術(shù)中的電感結(jié)構(gòu)及應(yīng)用其的多相電壓調(diào)節(jié)模塊。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著數(shù)據(jù)中心，人工智能，超級計算機等領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，越來越多的功能強大的asic得到應(yīng)用，例如cpu、gpu、機器學習加速器、網(wǎng)絡(luò)交換機、服務(wù)器等，它們消耗大量電流，例如達到數(shù)千安培，并且其電力需求快速波動。傳統(tǒng)上使用多相電壓調(diào)節(jié)器(vr)來供應(yīng)這種負載。為了滿足負載電流不斷提升的需求和帶寬不斷提高的需求，增加了vr的相數(shù)及其輸出去耦電容器的容值。這些方式在一定程度上改善了傳統(tǒng)vr的瞬態(tài)響應(yīng)；然而，由于其較大的輸出阻抗、去耦電容器占據(jù)的空間以及去耦電容器與負載之間的距離等因素，使得傳統(tǒng)vr在瞬態(tài)響應(yīng)方面已經(jīng)達到性能極限。改善傳統(tǒng)vr的其他技術(shù)，例如增加開關(guān)頻率和/或減小電感感值，改善了瞬態(tài)響應(yīng)，但卻以效率的降低為代價。反耦合電感技術(shù)具有相對較低的漏感感量，因此具有相對較快的瞬態(tài)響應(yīng)；同時反耦合電感具有較高的穩(wěn)態(tài)等效感量，有利于效率的提高；即反耦合電感技術(shù)既能滿足瞬態(tài)性能的要求，又能兼顧效率的提升，因此反耦合技術(shù)是vr設(shè)計的熱點。然而，多相耦合電感因為包含多個繞組，并且多個繞組在物理上需要相互耦合，因此制造難度大，應(yīng)用也不夠靈活。trans-inductorvoltage?regulator(后文簡稱tlvr)技術(shù)通過輔助繞組可以實現(xiàn)物理上沒有耦合關(guān)系的多相相互獨立的電感實現(xiàn)耦合，以解決多相耦合電感制造上的困難。

2、圖1a是tlvr技術(shù)的電路原理圖，如圖1a所示，主電感l(wèi)1、l2、l3、l4是4個相互之間沒有耦合關(guān)系的獨立的電感器，而輔助繞組l10、l20、l30、l40分別與主電感l(wèi)1、l2、l3、l4耦合；輔助繞組l10、l20、l30、l40可以直接首尾相連接，或在輔助繞組的回路中增加一個外接補償電感l(wèi)e；使得4個相互之間沒有耦合關(guān)系的獨立的主電感l(wèi)1、l2、l3、l4等效為圖1b所示的任意兩相之間具有耦合關(guān)系的四相反耦合電感；

3、圖2a和圖2b分別是n相tlvr技術(shù)的電路圖與等效電路圖；

4、圖1a、圖1b、圖2a和圖2b中的主電感也可以是兩相耦合之后再通過輔助繞組實現(xiàn)多個任意兩相之間均有耦合關(guān)系的多相耦合電感；

5、本發(fā)明主要是提出一系列tlvr中主繞組與輔助繞組的不同結(jié)構(gòu)及耦合形式，通過tlvr技術(shù)，由多個兩相電感實現(xiàn)多相反耦合電感的方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種tlvr技術(shù)中的電感結(jié)構(gòu)，在通過tlvr技術(shù)使多相電感具備耦合特性，使電壓調(diào)節(jié)模塊vrm實現(xiàn)更好的動態(tài)性能的同時，使頂面的開關(guān)器件更靠近散熱器，增強vrm模塊的散熱能力，提升vrm模塊的功率密度。

2、本發(fā)明的另一目的還提供一種應(yīng)用上述電感結(jié)構(gòu)的多相電壓調(diào)節(jié)模塊。

3、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種tlvr技術(shù)中的電感結(jié)構(gòu)，包括磁芯和至少一個耦合繞組組合，所述耦合繞組組合包括至少一個主繞組和至少一個輔助繞組：

4、每個所述主繞組的至少一部分與至少一個所述輔助繞組的至少一部分耦合；所述輔助繞組可以在所述電感結(jié)構(gòu)內(nèi)或者在所述電感結(jié)構(gòu)以外依次電連接；

5、所述電感結(jié)構(gòu)具有相對的第一表面和第二表面，所述主繞組的兩端分別在第一表面和第二表面外露于磁芯，所述輔助繞組的兩端分別在第一表面和第二表面外露于磁芯。

6、優(yōu)選地，至少一個所述主繞組的至少一部分為第一主繞組段，至少一個所述輔助繞組的至少一部分為第一輔助繞組段；

7、所述主繞組的至少一部分與至少一個所述輔助繞組的至少一部分耦合，具體為：所述第一主繞組段與所述第一輔助繞組段并排或平行設(shè)置，所述第一主繞組段與所述第一輔助繞組段之間的間隔空間設(shè)置為不導磁的材料或磁導率低于磁芯磁導率的磁性材料。

8、優(yōu)選地，至少一個所述主繞組的全部為第一主繞組段，至少一個所述輔助繞組的全部為第一輔助繞組段。

9、優(yōu)選地，至少一個所述主繞組與至少一個所述輔助繞組的耦合系數(shù)大于0.85。

10、優(yōu)選地，所述耦合繞組組合包括兩個主繞組和至少兩個輔助繞組；一個所述主繞組的至少一部分為第三主繞組段，另一個所述主繞組的至少一部分為第四主繞組段；所述第三主繞組段與所述第四主繞組段耦合。

11、優(yōu)選地，第三主繞組段對應(yīng)的至少一個輔助繞組的至少一部分為第三輔助繞組段，第四主繞組段對應(yīng)的至少一個輔助繞組的至少一部分為第四輔助繞組段；

12、所述第三輔助繞組段與所述第三主繞組段耦合；所述第四輔助繞組段與所述第四主繞組段耦合；

13、所述第三輔助繞組段和第四輔助繞組段并排設(shè)置在第三主繞組段和第四主繞組段之間。

14、優(yōu)選地，所述耦合繞組組合包括兩個主繞組和至少一個輔助繞組；一個所述主繞組為第一主繞組、另一個所述主繞組為第二主繞組；

15、所述第一主繞組的一部分為第一主繞組段，所述第二主繞組的一部分為第二主繞組段；所述輔助繞組的一部分為第一輔助繞組段，另一部分為第二輔助繞組段；所述第一輔助繞組段與所述第一主繞組段耦合，所述第二輔助繞組段與所述第二主繞組段耦合。

16、優(yōu)選地，所述耦合繞組組合包括至少兩個對稱設(shè)置的輔助繞組。

17、優(yōu)選地，所述輔助繞組、第一主繞組段和第二主繞組段共面；所述第一主繞組段和所述第二主繞組段分別位于所述輔助繞組的兩側(cè)。

18、優(yōu)選地，所述輔助繞組、第一主繞組段和第二主繞組段均為平面形并且兩兩相互平行。

19、優(yōu)選地，所述第一主繞組的一部分為第三主繞組段，所述第三主繞組段未與所述輔助繞組耦合；所述第一主繞組的一部分為第四主繞組段，所述第四主繞組段未與所述輔助繞組耦合；所述第三主繞組段與所述第四主繞組段耦合。

20、優(yōu)選地，所述第三主繞組段與所述第四主繞組段耦合，具體為：所述第三主繞組段與所述第四主繞組段并排或平行設(shè)置，所述第三主繞組段與所述第四主繞組段之間的間隔空間設(shè)置為不導磁的材料或磁導率低于磁芯磁導率的磁性材料。

21、優(yōu)選地，其特征在于，還包括至少一個第二氣隙，所述第二氣隙位于至少一個所述主繞組的一側(cè)。

22、優(yōu)選地，所述第二氣隙至少沿一個第一方向貫通所述電感結(jié)構(gòu)，并且沿一個第二方向延伸至所述電感結(jié)構(gòu)的表面，所述第一方向和所述第二方向不相同，較佳地為相互垂直，即產(chǎn)生一個半切開的氣隙切口。

23、優(yōu)選地，所述第二氣隙將磁芯分隔成至少兩個互不接觸的部分。

24、優(yōu)選地，還包括至少一個第二氣隙，所述第二氣隙位于至少一個所述主繞組的一側(cè)，并且所述第三主繞組段和所述第四主繞組段之間的間隔空間與所述第二氣隙的位置不重合。

25、優(yōu)選地，還包括至少一個第一氣隙，所述第一氣隙的至少一部分位于所述第三主繞組段和所述第四主繞組段之間，所述第一氣隙和所述第二氣隙共同將磁芯分隔成至少兩個互不接觸的部分。

26、優(yōu)選地，所述第一氣隙的寬度小于第二氣隙。

27、優(yōu)選地，所述主繞組為z形。

28、優(yōu)選地，所述磁芯和耦合繞組組合通過一體成型的方式一體壓合而成。

29、本發(fā)明另一方面提供了一種應(yīng)用上述電感結(jié)構(gòu)的多相電壓調(diào)節(jié)模塊，包括至少一個兩相電壓調(diào)節(jié)模塊，所述兩相電壓調(diào)節(jié)模塊包括：

30、一個上述的電感結(jié)構(gòu)，所述電感結(jié)構(gòu)包括的主繞組個數(shù)為兩個，所述電感結(jié)構(gòu)包括的輔助繞組個數(shù)為兩個，所述兩個輔助繞組分別為第一輔助繞組和第二輔助繞組；

31、主板器件組：包括頂板以及設(shè)置在所述頂板上的開關(guān)器件、輸入電容和輔助繞組頂部焊盤；

32、底板，包括功率輸入焊盤、功率輸出焊盤、第一輔助繞組外連焊盤、第二輔助繞組外連焊盤和輔助繞組底部電連接件；

33、垂直電連接件，包括垂直功率電連接件、第一垂直輔助繞組電連接件和第二垂直輔助繞組電連接件，所述垂直電連接件的兩端分別設(shè)置在所述第一表面、第二表面上；

34、所述主板器件組設(shè)置在電感結(jié)構(gòu)的第一表面上，所述主繞組分別通過設(shè)置在第一表面上的焊盤與對應(yīng)的開關(guān)器件電連接，所述垂直功率電連接件通過頂板與開關(guān)器件電連接，所述第一垂直輔助繞組電連接件通過頂板與所述第一輔助繞組在第一表面上的一端電連接，所述第二垂直輔助繞組電連接件通過頂板與所述第二輔助繞組在第一表面上的一端電連接；

35、所述電感結(jié)構(gòu)通過第二表面與底板電連接，所述主繞組在第二表面上的一端與對應(yīng)的輸出焊盤電連接，所述垂直功率電連接件與功率輸入焊盤電連接，所述第一輔助繞組在第二表面上的一端與第一輔助繞組外連焊盤電連接，所述第二輔助繞組在第二表面上的一端通過輔助繞組底部電連接件與第一垂直輔助繞組電連接件電連接，所述第二垂直輔助繞組電連接件與第二輔助繞組外連焊盤電連接。

36、優(yōu)選地，包括負載主板和至少兩個兩相電壓調(diào)節(jié)模塊，各個所述兩相電壓調(diào)節(jié)模塊的功率輸入焊盤、功率輸出焊盤通過負載主板并聯(lián)電連接，各個所述兩相電壓調(diào)節(jié)模塊的第一輔助繞組外連焊盤、第二輔助繞組外連焊盤通過負載主板串聯(lián)形成一輔助繞組回路。

37、優(yōu)選地，所述主繞組和對應(yīng)的輔助繞組的耦合系數(shù)大于0.85，所述多相電壓調(diào)節(jié)模塊還包括一外接的補償電感，所述補償電感串聯(lián)在所述輔助繞組回路中。

38、本發(fā)明具有以下有益效果：

39、(1)本發(fā)明中的電感結(jié)構(gòu)，主繞組在頂面連接開關(guān)器件，在底面連接負載，即在雙面設(shè)置電感焊接pad的電感中實現(xiàn)tlvr技術(shù)；在通過tlvr技術(shù)實現(xiàn)更好的動態(tài)性能的同時，使頂面的開關(guān)器件更靠近散熱器；增強vrm模塊的散熱能力；提升vrm模塊的功率密度；

40、(2)通過tlvr技術(shù)，使多個vrm模塊中的不耦合的多相電感或者是多個分立的電感具有相互耦合的功能；因此多相vrm模塊具有更加小的動態(tài)感量，以滿足負載電流快速變化的需求；通過tlvr技術(shù)來實現(xiàn)多相耦合特性，降低了傳統(tǒng)多相耦合電感的制造困難；

41、(3)本發(fā)明在兩相電感的基礎(chǔ)上實現(xiàn)tlvr技術(shù)，既解決了傳統(tǒng)多相耦合電感的制造困難，也具有更加靈活的應(yīng)用方式；

42、(4)本發(fā)明中的兩相電感的主輔繞組之間的耦合，可以是全耦合，即耦合系數(shù)約等于1；也可以是非全耦合，即耦合系數(shù)遠小于1，如0.2～0.8之間；當主輔繞組之間為全耦合時，需要外接一個補償電感來實現(xiàn)多相反耦合，且補償電感可以用來調(diào)節(jié)耦合與動態(tài)感量的大小，應(yīng)用靈活；當主輔繞組之間為非全耦合時，不需要外接補償電感，節(jié)省客戶主板的占地面積，及節(jié)省成本。