可變耦合電感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可變耦合電感器，包括第一芯材、二導(dǎo)線、第二芯材以及磁性結(jié)構(gòu)。第一芯材包括二第一突出部、第二突出部以及二導(dǎo)線槽，其中第二突出部位于二第一突出部之間，且每一個(gè)導(dǎo)線槽分別位于二第一突出部的其中之一與第二突出部之間。每一個(gè)導(dǎo)線分別設(shè)置于二導(dǎo)線槽的其中之一中。第二芯材設(shè)置于第一芯材上。每一個(gè)第一突出部與第二芯材之間形成有第一間隙，且第二突出部與第二芯材之間形成有第二間隙。磁性結(jié)構(gòu)設(shè)置于第二突出部與第二芯材之間，且磁性結(jié)構(gòu)相對(duì)于第二突出部的中線呈對(duì)稱分布。本發(fā)明可通過此磁性結(jié)構(gòu)提高可變耦合電感器的初始感量，從而提高輕載效率。
【專利說明】可變耦合電感器
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及一種可變耦合電感器，特別是涉及一種可同時(shí)提高輕載與重載效率的可變耦合電感器。
【背景技術(shù)】[0002]耦合電感器已經(jīng)發(fā)展一段時(shí)間，然而卻不常使用在電路板。隨著更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)微處理器在小電路板上需要高電流，耦合電感器也逐漸地被使用于電路板。耦合電感器能夠用來降低傳統(tǒng)電感器所耗費(fèi)的電路板空間的總量。目前，已經(jīng)顯示耦合電感器可明顯地降低鏈波電流(ripple current),并且已容許使用較小的電容器，以節(jié)省電路板的空間。由于率禹合電感器的直流電阻(direct current resistance, DCR)低,可在重載時(shí)有較佳效率。然而，由于耦合電感器是利用耦合的方式將雙導(dǎo)線的磁通抵銷，此會(huì)使輕載的感量變低，而輕載的效率變差。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可同時(shí)提高輕載與重載效率的可變耦合電感器，以解決上述問題。[0004]本發(fā)明的可變耦合電感器采用以下技術(shù)方案:[0005]所述可變稱合電感器包括第一芯材、二導(dǎo)線、第二芯材以及磁性結(jié)構(gòu)。所述第一芯材包括二第一突出部、第二突出部以及二導(dǎo)線槽，其中所述第二突出部位于所述二第一突出部之間，且每一個(gè)所述導(dǎo)線槽分別位于所述二第一突出部的其中之一與所述第二突出部之間。每一個(gè)所述導(dǎo)線分別設(shè)置于所述二導(dǎo)線槽的其中之一中。所述第二芯材設(shè)置于所述第一芯材上。每一個(gè)所述第一突出部與所述第二芯材之間形成有第一間隙，且所述第二突出部與所述第二芯材之間形成有第二間隙。所述磁性結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述第二突出部與所述第二芯材之間，且所述磁性結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述第二突出部的中線呈對(duì)稱分布。[0006]所述第一間隙的垂直距離小于所述第二間隙的垂直距離。[0007]所述可變耦合電感器具有總高度H，所述第一間隙的垂直距離介于0.0073H與0.0492H之間，且所述第二間隙的垂直距離介于0.0196H與0.1720H之間。[0008]所述磁性結(jié)構(gòu)具有第一導(dǎo)磁率U 1，所述第一間隙具有第二導(dǎo)磁率U 2，所述第二間隙具有第三導(dǎo)磁率U 3，所述第一導(dǎo)磁率至所述第三導(dǎo)磁率的關(guān)系是2 3 y 3。[0009]所述第一芯材具有第四導(dǎo)磁率U 4,所述第二芯材具有第五導(dǎo)磁率U5,所述第一導(dǎo)磁率至所述第五導(dǎo)磁率的關(guān)系是蘭u 4> u 2 ^ u 3 Ji u I ^ u 5> u 2 ^ U 3?[0010]所述第一間隙與所述第二間隙都位于所述導(dǎo)線槽的底面至所述第二芯材的垂直距離所涵蓋的范圍中。[0011]所述磁性結(jié)構(gòu)與所述第一芯材一體成型。[0012]所述磁性結(jié)構(gòu)與所述第二芯材一體成型。[0013]所述磁性結(jié)構(gòu)包括至少一片段，所述至少一片段相對(duì)于所述第二突出部的中線呈對(duì)稱分布。
[0014]所述磁性結(jié)構(gòu)的二端分別與所述第一芯材及所述第二芯材完全接觸。
[0015]所述磁性結(jié)構(gòu)具有第一表面積Al，所述第二突出部具有第二表面積A2，在第一電流Il下測(cè)得第一感量LI，在第二電流12下測(cè)得第二感量L2，1.21 (11/12) ^ Al/A2 ^ 0.81 (11/12)，且 0.8L1 ^ L2 ^ 0.7L1。
[0016]在所述第一電流Il加I安培下測(cè)得第三感量L3，且5.5nH ^ L1-L3 ^ 4.5nH。[0017]所述第一間隙是非磁隙，且所述第二間隙是氣隙或非磁隙。
[0018]因此，根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的可變耦合電感器至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果:本發(fā)明在位于第一芯材中間的第二突出部與第二芯材之間設(shè)置磁性結(jié)構(gòu)，并且使此磁性結(jié)構(gòu)相對(duì)于第二突出部的中線呈對(duì)稱分布，以通過此磁性結(jié)構(gòu)提高可變耦合電感器的初始感量，從而提高輕載效率。此外，本發(fā)明的可變耦合電感器可以鐵氧磁體(ferrite)做為材料來達(dá)到高飽和電流，并且使用銅片當(dāng)電極來降低直流電阻，因此可在重載有較佳效率。換句話說，本發(fā)明的可變耦合電感器可同時(shí)提高輕載與重載效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的可變耦合電感器的立體圖。
[0020]圖2是圖1中的可變耦合電感器移除第二芯材的立體圖。
[0021]圖3是圖2中的第一芯材與磁性結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0022]圖4是圖1中的可變耦合電感器移除二導(dǎo)線的側(cè)視圖。
[0023]圖5是以圖1中的可變耦合電感器量測(cè)得到的感量與電流的關(guān)系圖。
[0024]圖6是本發(fā)明另一實(shí)施例的第一芯材與磁性結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0025]圖7是本發(fā)明另一實(shí)施例的第一芯材與磁性結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0026]圖8是本發(fā)明另一實(shí)施例的第一芯材與磁性結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0027]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0028]I可變耦合電感器 10第一芯材
[0029]12導(dǎo)線14第二芯材
[0030]16、16'、16"、磁性結(jié)構(gòu)100第一突出部
[0031]16"'
[0032]102第二突出部104導(dǎo)線槽
[0033]160、162片段1040底面
[0034]Gl第一間隙G2第二間隙
[0035]CL中線D1、D2、D3垂直距離
[0036]H總高度A、B點(diǎn)
[0037]X、X3、X4、 長度Y1、Y2、Y3、寬度
[0038]X5Y4、Y5
【具體實(shí)施方式】
[0039]請(qǐng)參考圖1至圖4，圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的可變耦合電感器I的立體圖，圖2是圖1中的可變耦合電感器I移除第二芯材14的立體圖，圖3是圖2中的第一芯材10與磁性結(jié)構(gòu)16的立體圖，圖4是圖1中的可變耦合電感器I移除二導(dǎo)線12的側(cè)視圖。如圖1至圖4所不，可變稱合電感器I包括第一芯材10、二導(dǎo)線12、第二芯材14以及磁性結(jié)構(gòu)16。第一芯材10包括二第一突出部100、第二突出部102以及二導(dǎo)線槽104，其中第二突出部102位于二第一突出部100之間，且每一個(gè)導(dǎo)線槽104分別位于二第一突出部100的其中之一與第二突出部102之間。換句話說，第二突出部102位于第一芯材10的中間部位。每一個(gè)導(dǎo)線12分別設(shè)置于二導(dǎo)線槽104的其中之一中。第二芯材14設(shè)置于第一芯材10上，使得每一個(gè)第一突出部100與第二芯材14之間形成有第一間隙G1，且第二突出部102與第二芯材14之間形成有第二間隙G2。磁性結(jié)構(gòu)16設(shè)置于第二突出部102與第二芯材14之間，且磁性結(jié)構(gòu)16相對(duì)于第二突出部102的中線CL呈對(duì)稱分布，如圖3與圖4所示。
[0040]由于第二突出部102位于第一芯材10的中間部位，且磁性結(jié)構(gòu)16設(shè)置于第二突出部102與第二芯材14之間，因此在可變耦合電感器I完成后，磁性結(jié)構(gòu)16位于可變耦合電感器I的中間部位。此外，磁性結(jié)構(gòu)16的二端分別與第一芯材10及第二芯材14完全接觸。在本實(shí)施例中，磁性結(jié)構(gòu)16呈長條狀，但不以此為限。在本實(shí)施例中，磁性結(jié)構(gòu)16與第一芯材10 —體成型,但不以此為限。第一芯材10、第二芯材14或磁性結(jié)構(gòu)16的材料可以是鐵粉、鐵氧磁體、永久磁鐵或其它磁性材料。由于第一芯材10與磁性結(jié)構(gòu)16是一體成型，所以第一芯材10與磁性結(jié)構(gòu)16的材料相同。在另一實(shí)施例中，磁性結(jié)構(gòu)16也可以與第二芯材14 一體成型,此時(shí),第二芯材14與磁性結(jié)構(gòu)16的材料相同。在另一實(shí)施例中，磁性結(jié)構(gòu)16也可以是獨(dú)立組件，此時(shí)，磁性結(jié)構(gòu)16與第一芯材10、第二芯材14的材料可相同或不同。需說明的是，若因制造公差使得磁性結(jié)構(gòu)16無法與第一芯材10及第二芯材14完全接觸時(shí)，可在縫隙處填入磁性膠(例如，絕緣樹脂和磁性粉末的磁性接著劑)。
[0041]在本實(shí)施例中，第一間隙Gl的垂直距離Dl小于第二間隙G2的垂直距離D2。第一間隙Gl可以是氣隙、磁隙或非磁隙，且第二間隙G2也可以是氣隙、磁隙或非磁隙，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用而設(shè)計(jì)。需說明的是，氣隙是以空氣來進(jìn)行隔絕的間隙，其不含其它材料，由于空氣的磁阻較大，可增加電感飽和度；磁隙是于間隙中填充磁性材料，以減少磁阻，從而使電感感量增加；非磁隙是于間隙中填充除了空氣之外的非磁性材料，以增進(jìn)氣隙無法達(dá)成的功能，例如填充結(jié)合膠，以使不同的磁性材料結(jié)合在一起。優(yōu)選地，第一間隙Gl可以是非磁隙，且第二間隙G2可以是氣隙或非磁隙。
[0042]在本實(shí)施例中，在可變耦合電感器I完成后，可變耦合電感器I具有總高度H，第一間隙Gl的垂直距離Dl可介于0.0073H與0.0492H之間，且第二間隙G2的垂直距離D2可介于0.0196H與0.1720H之間。此外，如圖4所示，第一間隙Gl與第二間隙G2都位于導(dǎo)線槽104的底面1040至第二芯材14的垂直距離D3所涵蓋的范圍中。換句話說，從圖4所示的側(cè)視圖來看，第一間隙Gl與第二間隙G2都不高于且不低于導(dǎo)線槽104的底面1040至第二芯材14的垂直距離D3。于實(shí)際應(yīng)用中，第一間隙Gl產(chǎn)生主要感量，且第二間隙G2產(chǎn)生漏感(leakage inductance)。
[0043]在本實(shí)施例中，磁性結(jié)構(gòu)16具有第一導(dǎo)磁率U 1，第一間隙Gl具有第二導(dǎo)磁率U2，且第二間隙G2具有第三導(dǎo)磁率U3，其中第一導(dǎo)磁率至第三導(dǎo)磁率的關(guān)系是U 1>U2 ^ u30 一般而言，導(dǎo)磁率與磁阻成反比，也就是導(dǎo)磁率越大，則磁阻越小。本發(fā)明使位于中央的磁性結(jié)構(gòu)16的第一導(dǎo)磁率U I大于兩側(cè)的第一間隙Gl與第二間隙G2的第二導(dǎo)磁率U 2與第三導(dǎo)磁率ii 3。換句話說,磁性結(jié)構(gòu)16的磁阻小于第一間隙Gl與第二間隙G2的磁阻。
[0044]舉例而言，位于中央的磁性結(jié)構(gòu)16可以低溫共燒陶瓷(low temperatureco-fired ceramic, LTCC)印刷而成,此時(shí),第一導(dǎo)磁率U I約介于50與200之間，而兩側(cè)的第一間隙Gl與第二間隙G2的第二導(dǎo)磁率U 2與第三導(dǎo)磁率U 3約等于I。由于磁性結(jié)構(gòu)16的第一導(dǎo)磁率U I大于第一間隙Gl與第二間隙G2的第二導(dǎo)磁率U 2與第三導(dǎo)磁率U 3，在可變耦合電感器I通電流時(shí)，起始磁通便會(huì)由中央的磁性結(jié)構(gòu)16通過。需說明的是，無論第一芯材10與第二芯材14的材料為何，也就是無論第一芯材10與第二芯材14的導(dǎo)磁率大小為何，只要位于中央的磁性結(jié)構(gòu)16的第一導(dǎo)磁率U I大于第一間隙Gl與第二間隙G2的第二導(dǎo)磁率U 2與第三導(dǎo)磁率U 3，就可以達(dá)到可變耦合電感效果。
[0045]此外,第一芯材10具有第四導(dǎo)磁率ii 4,且第二芯材14具有第五導(dǎo)磁率ii 5。舉例而言，在另一實(shí)施例中，當(dāng)磁性結(jié)構(gòu)16、第一芯材10與第二芯材14的材料都是鐵氧磁體(ferrite)時(shí)，則第一導(dǎo)磁率U 1、第四導(dǎo)磁率U 4與第五導(dǎo)磁率y 5相等。當(dāng)磁性結(jié)構(gòu)16的材料是鐵氧磁體時(shí)，可提高可變耦合電感器I的初感特性，使可變耦合電感器I在輕載使用的效率更好。需說明的是，磁性結(jié)構(gòu)16的材料也可以不同于第一芯材10與第二芯材14的材料，只要第一導(dǎo)磁率U I至第五導(dǎo)磁率U 5的關(guān)系滿足蘭U 4> u 2 ^ 且
u 5> u 2 ≥ u 3 1?好。
[0046]綜上所述，本發(fā)明在位于第一芯材10中間的第二突出部102與第二芯材14之間設(shè)置具有高導(dǎo)磁率(也就是上述的第一導(dǎo)磁率U I)的磁性結(jié)構(gòu)16，并且使此磁性結(jié)構(gòu)16相對(duì)于第二突出部102的中線CL呈對(duì)稱分布，以通過此磁性結(jié)構(gòu)16提高可變耦合電感器I的初始感量，從而提高輕載效率。
[0047]請(qǐng)參考圖5以及下表1，圖5是以圖1中的可變耦合電感器I量測(cè)得到的感量與電流的關(guān)系圖，表1是感量與電流的對(duì)照表。如圖5所示，A點(diǎn)是輕載與重載的轉(zhuǎn)換點(diǎn)(此實(shí)施例的A點(diǎn)電流是10A，但不以此為限)，且B點(diǎn)是期望達(dá)到的最大電流(此實(shí)施例的B點(diǎn)電流是50A，但不以此為限)。A點(diǎn)以下的電流定義為輕載，由圖5與表1可知，可變耦合電感器I于輕載時(shí)的感量明顯提高，因此本發(fā)明的可變耦合電感器I可有效提高輕載效率。需說明的是，在本實(shí)施例中，可變耦合電感器I的總高度H約是4.07mm，第一間隙Gl的垂直距離Dl介于0.03mm與0.2mm之間，且第二間隙G2的垂直距離D2介于0.08mm與0.7mm之間。
[0048]表1
[0049]
【權(quán)利要求】
1.一種可變耦合電感器，其特征在于，所述可變耦合電感器包括: 第一芯材，包括二第一突出部、第二突出部以及二導(dǎo)線槽，所述第二突出部位于所述二第一突出部之間，每一個(gè)所述導(dǎo)線槽分別位于所述二第一突出部的其中之一與所述第二突出部之間； 二導(dǎo)線，每一個(gè)所述導(dǎo)線分別設(shè)置于所述二導(dǎo)線槽的其中之一中； 第二芯材，設(shè)置于所述第一芯材上，每一個(gè)所述第一突出部與所述第二芯材之間形成有第一間隙，所述第二突出部與所述第二芯材之間形成有第二間隙；以及 磁性結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述第二突出部與所述第二芯材之間，所述磁性結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述第二突出部的中線呈對(duì)稱分布。
2.如權(quán)利要求1所述的可變耦合電感器，其特征在于，所述第一間隙的垂直距離小于所述第二間隙的垂直距離。
3.如權(quán)利要求2所述的可變耦合電感器，其特征在于，所述可變耦合電感器具有總高度H，所述第一間隙的垂直距離介于0.0073H與0.0492H之間，且所述第二間隙的垂直距離介于0.0196H與0.1720H之間。
4.如權(quán)利要求1所述的可變耦合電感器，其特征在于，所述磁性結(jié)構(gòu)具有第一導(dǎo)磁率U 1，所述第一間隙具有第二導(dǎo)磁率U 2，所述第二間隙具有第三導(dǎo)磁率y 3，所述第一導(dǎo)磁率至所述第三導(dǎo)磁率的關(guān)系是U l>y 2 3 ii 3。
5.如權(quán)利要求4所述的可變耦合電感器，其特征在于，所述第一芯材具有第四導(dǎo)磁率U 4，所述第二芯材具有第五導(dǎo)磁率U 5，所述第一導(dǎo)磁率至所述第五導(dǎo)磁率的關(guān)系是
u 4> u 2 ≥ u 3 JeL u I≥ u 5> u 2 ^ u3。
6.如權(quán)利要求1所述的可變耦合電感器，其特征在于，所述第一間隙與所述第二間隙都位于所述導(dǎo)線槽的底面至所述第二芯材的垂直距離所涵蓋的范圍中。
7.如權(quán)利要求1所述的可變耦合電感器，其特征在于，所述磁性結(jié)構(gòu)與所述第一芯材一體成型。
8.如權(quán)利要求1所述的可變耦合電感器，其特征在于，所述磁性結(jié)構(gòu)與所述第二芯材一體成型。
9.如權(quán)利要求1所述的可變耦合電感器，其特征在于，所述磁性結(jié)構(gòu)包括至少一片段，所述至少一片段相對(duì)于所述第二突出部的中線呈對(duì)稱分布。
10.如權(quán)利要求1所述的可變耦合電感器，其特征在于，所述磁性結(jié)構(gòu)的二端分別與所述第一芯材及所述第二芯材完全接觸。
11.如權(quán)利要求1所述的可變耦合電感器，其特征在于，所述磁性結(jié)構(gòu)具有第一表面積Al，所述第二突出部具有第二表面積A2，在第一電流11下測(cè)得第一感量LI，在第二電流12下測(cè)得第二感量 L2，1.21(11/12) ^ A1/A2 ^ 0.81 (11/12)，且 0.8L1 ^ L2 ^ 0.1Ll0
12.如權(quán)利要求11所述的可變耦合電感器，其特征在于，在所述第一電流Il加I安培下測(cè)得第三感量L3，且5.5nH ^ L1-L3 ^ 4.5nH。
13.如權(quán)利要求1所述的可變耦合電感器，其特征在于，所述第一間隙是非磁隙，且所述第二間隙是氣隙或非磁隙。
【文檔編號(hào)】H01F27/24GK103632805SQ201210298002
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月21日
【發(fā)明者】謝藍(lán)青, 李政璋, 張志宏, 莊淇翔, 吳宗展, 謝明家 申請(qǐng)人:乾坤科技股份有限公司