專利名稱：包含具有一電感元件的電路布置的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種其包括有一電路布置與至少一個電感元件的設(shè)備。諸如線圈這樣的電感元件可有多種形狀和形式，例如提供在線圈架上的線圈。本發(fā)明尤其是涉及電源設(shè)備的領(lǐng)域，所述電源設(shè)備經(jīng)常利用其對制造成本具有顯著影響的電感元件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供了這樣一種具有一電路布置的設(shè)備，該電路布置具有盡可能是節(jié)約生產(chǎn)的一個或多個電感元件。
該目的是通過其具有下述電感功能的電傳導(dǎo)板而實(shí)現(xiàn)的，所述電感功能與形成于板上的縫隙結(jié)構(gòu)相對應(yīng)。
例如，可使用諸如由金屬片所制成的板這樣的廉價電傳導(dǎo)板。通過簡單沖壓(stamping)操作可產(chǎn)生縫隙結(jié)構(gòu)，以便可通過單板元件而生產(chǎn)出一個或多個電感元件。然而，縫隙結(jié)構(gòu)例如也可以是通過碾壓(milling)、通過激光處理、或者還可以通過蝕刻而形成的。此外，根據(jù)本發(fā)明，電感元件使用單板還可使設(shè)備具有扁平且緊湊的(模塊化)結(jié)構(gòu)。此外，與使用獨(dú)立線圈來制成線圈架這樣一種情況相比，這種板易于操縱并且外部接點(diǎn)的數(shù)目降低了。然而，該板也可獨(dú)立地固定在該設(shè)備的其他部分上，例如固定在殼體壁上。使用這種板，可形成其嚴(yán)格滿足與容許誤差有關(guān)的要求，也就是說，尤其是多個相等的電感。此外，這種板還可執(zhí)行冷卻功能。通過適當(dāng)?shù)剡x擇繞組之間的距離可很容易的感應(yīng)借助于縫隙結(jié)構(gòu)所形成的繞組之間的磁耦合。
尤其是提供了一個或多個螺旋形縫隙形狀的縫隙結(jié)構(gòu)。由此可形成其與縫隙數(shù)目相對應(yīng)的多個線圈繞阻。為了使線圈接觸，提議提供其各個觸點(diǎn)位于其中央?yún)^(qū)域的螺旋形縫隙。另外，提供了其與螺旋形縫隙相鄰的一個或多個觸點(diǎn)。此后通過電傳導(dǎo)板來使位于螺旋形縫隙外部的觸點(diǎn)短路；此后對多個外部觸點(diǎn)的選擇可在多個觸點(diǎn)當(dāng)中進(jìn)行電流分配，以便降低損耗并且可避免各個觸點(diǎn)超負(fù)荷。還可使觸點(diǎn)作為位于中央?yún)^(qū)域的觸點(diǎn)與縫隙外緣之間的另一分接點(diǎn)。還可使用根據(jù)本發(fā)明的電傳導(dǎo)板以僅借助于位于縫隙中央?yún)^(qū)域的觸點(diǎn)即可形成電感。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，將電傳導(dǎo)板設(shè)置在印刷電路板上并且與印刷電路板上的電路電連接。為了避免印制電路與電傳導(dǎo)板之間的任何不希望的短路，在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個實(shí)施例中，在印刷電路板與電傳導(dǎo)板之間提供了一絕緣層。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，在電傳導(dǎo)板的至少一側(cè)提供了磁性材料層，特別是鐵氧體材料；這可使傳導(dǎo)板所提供的電感元件的電感增加了，同時仍可保持緊湊結(jié)構(gòu)。磁性材料層可用于對縫隙的整個結(jié)構(gòu)以及可能的縫隙的多個相應(yīng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行感應(yīng)。從制造的觀點(diǎn)來看使用一層或多層磁性材料是有吸引力的并且還是節(jié)儉的。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的優(yōu)選應(yīng)用是其用在電源設(shè)備(轉(zhuǎn)換器)中。本發(fā)明可有利的用于特別是多相DC/DC轉(zhuǎn)換器這樣的情況，所述多相DC/DC轉(zhuǎn)換器包括多個電路分支，此后其具有縫隙結(jié)構(gòu)的電傳導(dǎo)板每次呈現(xiàn)出至少一個電感，一個電感、多個電感、或者所有電感。


參考附圖，下面將對本發(fā)明的實(shí)施例詳細(xì)描述。其中圖1給出了根據(jù)本發(fā)明的一個設(shè)備；圖2給出了根據(jù)本發(fā)明的具有縫隙結(jié)構(gòu)的板；圖3給出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的電源電路，圖4給出了根據(jù)本發(fā)明的其具有磁性材料層的一設(shè)備；圖5給出了用于圖4所示設(shè)備的其具有縫隙結(jié)構(gòu)的板的結(jié)構(gòu)；圖6給出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一實(shí)施例，以及圖7和8給出了根據(jù)本發(fā)明的其具有縫隙結(jié)構(gòu)的板的另一方案。
具體實(shí)施例方式
圖1所示的設(shè)備10具有一電路布置，該電路布置包括設(shè)置于印刷電路板(PCB)11上的一電路以及單獨(dú)焊接于其上并且位于印刷電路板11上表面的其他元件12。在印刷電路板11的下側(cè)設(shè)置有電傳導(dǎo)板13以及位于電傳導(dǎo)板13與印刷電路板11之間的絕緣層14，在該實(shí)施例中所述絕緣層14承載電路布置的其他獨(dú)立元件16。該實(shí)施例的電傳導(dǎo)板13被構(gòu)造成其具有縫隙結(jié)構(gòu)的一金屬板，這將在下文進(jìn)行詳細(xì)的描述。
在這種情況下，板13是由一銅板組成的，但是例如也可將其加工成多層印刷電路板中的一電傳導(dǎo)層或任意襯底上的一電傳導(dǎo)層。
圖1中所僅示出的一個連接片15用來建立板13與印刷電路板11的電路之間的電連接。將該實(shí)施例中的連接片15構(gòu)造為板13的彎曲部分，所述彎曲部分穿過絕緣層14和印刷電路板11上的圖案，且所述連接片15焊接到位于印刷電路板上側(cè)的印刷電路板11的電路上(也可焊接在印刷電路板(未顯示)下側(cè))上)。這種情況下的板13也用作這樣的冷卻元件，該冷卻元件用于將設(shè)備10的電子元件所產(chǎn)生的損耗熱發(fā)散到外部環(huán)境中。
圖2給出了板13的平面圖。其具有這樣的縫隙結(jié)構(gòu)，該縫隙結(jié)構(gòu)具有其定義了類似于螺旋形繞阻或軌道(tracks)的三個螺旋形縫隙20a、20b和20c，所述螺旋形繞阻或軌道具有相同繞阻方向并且提供了感應(yīng)效應(yīng)以作為線圈繞阻，其還可形成不同的繞阻方向；其僅包含單個螺旋形縫隙的應(yīng)用也是可行的。在螺旋形縫隙20a、20b和20c的中央?yún)^(qū)域提供了各個觸點(diǎn)21a、21b和21c。此外，在縫隙20a、20b和20c之外(上面)提供了觸點(diǎn)22，將該觸點(diǎn)22排列成一排且被板13所短路。通過觸點(diǎn)21a、21b和21c以及觸點(diǎn)22之一，板13通過圖1中的連接片15而與印刷電路板11上的電路布置電連接。在這種情況下板13執(zhí)行三個線圈的功能。由每個縫隙20a、20b和20c所形成的子結(jié)構(gòu)與各個線圈相對應(yīng)；這意味著可以獲得觸點(diǎn)21a與觸點(diǎn)22之間的其與縫隙20a相對應(yīng)的電感；這同樣分別適用于其他兩個觸點(diǎn)21b和21c以及其他縫隙20b和20c。通過內(nèi)部觸點(diǎn)21a、21b、以及21c而流入板13的電流在螺旋形路徑上流動，并且由此產(chǎn)生從各個內(nèi)部觸點(diǎn)向外到達(dá)所使用的觸點(diǎn)22的電感效應(yīng)。
圖3給出了其是通過圖1所示的設(shè)備以及圖2所示的板所實(shí)現(xiàn)的一電路布置的優(yōu)選實(shí)施例。圖3給出了一多相DC/DC轉(zhuǎn)換器30；這意味著圖1的設(shè)備10構(gòu)成了其具有這種轉(zhuǎn)換器電路的電源設(shè)備。轉(zhuǎn)換器30的輸入端接收輸入DC電壓Vi，該電壓是由轉(zhuǎn)換器30而降低為輸出DC電壓Vo。轉(zhuǎn)換器30以多相方式來對輸入電壓Vi進(jìn)行處理，也就是說，n個DC降壓轉(zhuǎn)換器P1、P2...Pn并行的對輸入電壓Vi進(jìn)行處理，其中n＝3，所述DC降壓轉(zhuǎn)換器的輸出與一輸出電容Co并連并且因此與轉(zhuǎn)換器30的輸出并連，并且其開關(guān)晶體管以相移方式而進(jìn)行操作。DC降壓轉(zhuǎn)換器通常包括各個控制晶體管(晶體管T1c...Tnc)、一開關(guān)整流器(switched rectifier)(晶體管T1...Tn)、以及一個電感(L1...Ln)，所述電感由傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器中的線圈提供的。在根據(jù)本發(fā)明所提出的實(shí)施例中，通過其具有圖2所示縫隙結(jié)構(gòu)的板13可形成三個電感L1、L2和L3，所述螺旋形縫隙20a形成了電感L1、縫隙20b形成了電感L2、并且縫隙20c形成了電感L3。此后觸點(diǎn)21a與晶體管T1c和T1相連，觸點(diǎn)21b與晶體管T2c和T2相連，同時觸點(diǎn)21c與晶體管T3c和T3相連。利用觸點(diǎn)22之一來建立與輸出電容Co的連接并且由此與轉(zhuǎn)換器輸出端的連接。
圖3中所示的多相轉(zhuǎn)換器特別適用于其被稱為VRM(電壓調(diào)節(jié)器模塊)的電源設(shè)備，并且可使高時鐘頻率的個人計算機(jī)進(jìn)行快速處理；除了具有緊湊的結(jié)構(gòu)以外，其尤其可使負(fù)載快速變化。借助于圖3所示的其具有縫隙結(jié)構(gòu)的板可形成所需的相對較小的電感L1...Ln，并且通過配合板13的厚度可調(diào)節(jié)高DC的載流容量。
圖4和5給出了設(shè)備10的一個方案10′。代替如圖1和2所示的在絕緣層14的下側(cè)直接設(shè)置其具有縫隙結(jié)構(gòu)的板13，現(xiàn)在將其具有下述縫隙結(jié)構(gòu)的板13′設(shè)置在兩個磁性材料層40和41之間(可以以一定距離或者通過板13′和磁性材料層之間的絕緣層隔開以便降低(鄰近)損耗)，所述縫隙結(jié)構(gòu)是由如圖2所示的三個螺旋形縫隙20a′、20b′和20c′組成的，所述這三個層位于絕緣層14的下側(cè)。最好是使鐵氧體作為磁性材料以使借助于板13′所產(chǎn)生的電感增加。磁性材料層也可用于進(jìn)行電磁屏蔽并且可減少對外界環(huán)境的輻射干擾。為了對縫隙20a′、20b′和20c′所產(chǎn)生的電感封閉磁路，板13′具有其經(jīng)此磁性材料片的圖案50至56，以便在磁性材料層40與41之間傳導(dǎo)磁通量且使相關(guān)磁路閉合。圖案50、51、以及52均位于相應(yīng)的縫隙20a′、20b′和20c′的中央?yún)^(qū)域。兩個另外圖案53和54分別位于縫隙20a′與20b′之間以及縫隙20b′與20c′之間。圖案55與位于縫隙20a′另一側(cè)上的圖案53相對。圖案56與位于縫隙20c′另一側(cè)上的圖案54相對。在這種情況下鐵氧體層40和41以及板13′還用作冷卻元件，以便將損耗熱從裝置10′的電子元件中發(fā)散到外界環(huán)境。
與相關(guān)應(yīng)用一致，可以按照下述方式來對圖4中的實(shí)施例進(jìn)行修改，該方式即就是僅采用一個磁性材料層。類似地，由磁性材料所貫穿的印刷電路板13′上的圖案50到56也是可選擇的，并且不是所有可能的應(yīng)用均所需的。
圖6給出了另一實(shí)施例。設(shè)備60包括一印刷電路板61，具有位于上側(cè)和下側(cè)的電路元件；舉例來說，示出了元件62位于下側(cè)并且元件63位于上側(cè)，的元件63(尤其是在圖3所示的開關(guān)轉(zhuǎn)換器中所使用的開關(guān)晶體管)產(chǎn)生相當(dāng)大的損耗熱以至于通過其本身將熱散耗到環(huán)境大氣中而冷卻是不足夠的，因此需要附加的冷卻。其是由下述一個或多個適當(dāng)?shù)臒醾鲗?dǎo)材料層所組成的冷卻裝置64提供了這種附加的冷卻，所述熱傳導(dǎo)材料層在這種情況下以預(yù)粘合的方式而粘合到印刷電路板61上。參考標(biāo)記65表示所采用的預(yù)粘合層。參考標(biāo)記66表示粘合劑，該粘合劑充滿了冷卻裝置64與其具有預(yù)粘合層65和元件63的印刷電路板61之間的間隙。圖6所示實(shí)施例中的冷卻裝置64是由兩個鐵氧體層67和68組成的，在其之間設(shè)置有一個適當(dāng)?shù)木哂锌p隙結(jié)構(gòu)的電傳導(dǎo)板69，所述電傳導(dǎo)板69具有電感功能且與圖5中的板13′一樣來構(gòu)造。
在圖6(未示出)實(shí)施例的另一個方案中，不僅將其具有所要冷卻元件的印刷電路板布置設(shè)置在冷卻裝置64的下側(cè)，而且還將其設(shè)置成與冷卻裝置64的一側(cè)(上側(cè))相對。
在根據(jù)本發(fā)明的電傳導(dǎo)板70的另一個方案中，所述電傳導(dǎo)板70如圖7所示并且其尤其是被構(gòu)造成一個金屬板，存在兩個其構(gòu)成了兩個相應(yīng)螺旋形線圈繞阻的螺旋形縫隙71和72，所述螺旋形線圈繞阻在這種情況下具有相同繞阻方向，但是也可具有相反繞阻方向。由縫隙71所形成的線圈繞阻在其中央?yún)^(qū)域具有觸點(diǎn)73并且在中央?yún)^(qū)域與縫隙71的外緣之間的部位具有另一觸點(diǎn)74，所述另一觸點(diǎn)是為附加抽頭所提供的。由縫隙72所形成的線圈繞阻在其中央?yún)^(qū)域具有觸點(diǎn)75并且在中央?yún)^(qū)域與縫隙72的外緣之間的部位具有另一觸點(diǎn)76；這個觸點(diǎn)也是為附加抽頭所提供的。與先前實(shí)施例一樣，提供了這樣的另一觸點(diǎn)77，該觸點(diǎn)與由縫隙71和72所形成的線圈繞阻相鄰接。通過更多的其用于抽頭的觸點(diǎn)可創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)電感的進(jìn)一步可能性。
圖8給出了根據(jù)本發(fā)明的電傳導(dǎo)板80的另一個方案，該電傳導(dǎo)板80包括兩個螺旋形縫隙81和82以形成這樣的線圈繞阻，該線圈繞組在這種情況下具有相反的繞阻方向，但是也可具有相同的繞阻方向。僅在縫隙81和82的兩個中央?yún)^(qū)域提供了觸點(diǎn)，也就是說，縫隙81包括一個中央觸點(diǎn)83，縫隙82包括一個中央觸點(diǎn)84。觸點(diǎn)數(shù)目因此減到最小。
權(quán)利要求
1.一種包括有一電路布置和其具有電感功能的一電傳導(dǎo)板的設(shè)備，其中電感功能與形成于板上的縫隙結(jié)構(gòu)相對應(yīng)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述縫隙結(jié)構(gòu)是由一個或多個螺旋形縫隙形成的。
3.一種如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述螺旋形縫隙在其中央?yún)^(qū)域具有一個相應(yīng)的觸點(diǎn)，和/或?qū)⒅辽僖粋€其他觸點(diǎn)設(shè)置為與螺旋形縫隙相鄰和/或位于螺旋形縫隙的中央?yún)^(qū)域與外周之間。
4.一種如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于提供一個印刷電路板，該印刷電路板承載所述電路布置并且通過觸點(diǎn)而與電傳導(dǎo)板電耦合。
5.一種如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于所述印刷電路板承載所述電傳導(dǎo)板。
6.一種如權(quán)利要求1到5中任一個所述的設(shè)備，其特征在于所述電傳導(dǎo)板具有多個線圈的功能，所述線圈的數(shù)目與螺旋形縫隙的數(shù)目相對應(yīng)。
7.一種如權(quán)利要求1到6中任一個所述的設(shè)備，其特征在于將電傳導(dǎo)板加工成金屬板。
8.一種如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于在所述印刷電路板與電傳導(dǎo)板之間提供絕緣層。
9.一種如權(quán)利要求1到8中任一個所述的設(shè)備，其特征在于在所述電傳導(dǎo)板的至少一側(cè)提供磁性材料層，尤其是鐵氧體材料層。
10.一種如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于提供了這樣一種布置，該布置包括兩個磁性材料層，在該磁性材料層之間設(shè)置有電傳導(dǎo)板，在該布置的一外側(cè)提供有其與電傳導(dǎo)板電耦合的印刷電路板。
11.一種如權(quán)利要求4到10中任一個所述的設(shè)備，其特征在于提供了這樣的一冷卻層，該冷卻層是由其尤其是金屬這樣的適當(dāng)熱傳導(dǎo)層組成的，并且將所要冷卻的設(shè)備元件設(shè)置在冷卻層與印刷電路板之間。
12.一種如權(quán)利要求4到10中任一個所述的設(shè)備，其特征在于所述電傳導(dǎo)板或磁性材料層用于冷卻。
13.一種電源設(shè)備，該電源設(shè)備包括如權(quán)利要求1到12中任一個所述的設(shè)備。
14.一種如權(quán)利要求13所述的電源設(shè)備，其特征在于所述電傳導(dǎo)板用于形成多相轉(zhuǎn)換器的電感。
15.一種具有電感功能的電傳導(dǎo)板，所述電感功能與形成于板上的縫隙結(jié)構(gòu)相對應(yīng)。
16.一種如權(quán)利要求15所述的電傳導(dǎo)板，其特征在于螺旋形縫隙形成了所述縫隙結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種其包含一電路布置和至少一個電感元件的裝置。為了形成這樣一種具有一電路布置的設(shè)備，該電路布置具有盡可能是節(jié)約生產(chǎn)的一個或多個電感元件，提出了使用起具有電感功能的電傳導(dǎo)板(13)，所述電感功能與形成于該板上的縫隙結(jié)構(gòu)(20a、20b、20c)相對應(yīng)。
文檔編號H01F27/22GK1672225SQ03817868
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月26日
發(fā)明者T·G·托勒, T·迪鮑姆, R·埃爾菲里希 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司