高性能大电流功率电感器制造技术

一种电磁部件组件，包括一个预成型的导电绕组，其成形为第一和第二片，用于组装到单个磁芯中，制造简单且成本相对较低。该组件形成一种功率电感器，其具有减小的直流电阻，可在大电流、高功率的条件下运行。

【技术实现步骤摘要】
局性能大电流功率电感器
本专利技术的领域总地涉及电路板应用的小型化磁性部件的结构和制造，更具体地涉 及如功率电感器的小型化磁性部件的结构和制造。
技术介绍
功率电感器应用于电路板上的供电管理应用程序以及电源管理电路中，电路板上 为众多电子设备供电，这些电子设备包括但不限于手持电子设备。功率电感器被设计为通 过流经一个或多个导电绕组的电流而感生磁场,并经由在与绕组结合的磁芯中产生的磁场 而储存能量。当经过绕组的电流下降时，功率电感还可将储存的能量返回到相关的电气电 路，并可从快速开关电源提供稳定的电源。 为了满足电子设备，特别是手持设备日益增长的需求，每一代的电子设备，不仅需 要体积更小，同时也要提供增强的功能特征和性能。其结果是，电子设备趋于越来越强大的 设备，以及越来越小的物理封装。然而，满足比以往更强大的电子设备的增长的电力需求， 同时继续减小已经相当小了的电路板和元件如功率电感的尺寸，事实证明是富有挑战性 的。 【附图说明】 参照以下附图，对非限制性和非穷尽的实施例进行描述，其中，除非另有规定，各 个附图中相同的附图标记指代相同的部件。 图1是电路板应中的表面安装功率电感器的第一示例性实施例的立体图。 图2是图1中所示的功率电感器的磁芯的侧视立体图。 图3是图2中所示的磁芯的端部视图。 图4是图1中所示功率电感器的导电绕组的第一预成型部的立体图。 图5是图2和3所示的磁芯装配了图4所示的导电绕组后的立体图。 图6是图5中所示组件的相反侧的立体图。 图7是图1中所示的功率电感器的预成型端子部的一个示例性的立体图。 图8是图1所示的磁性元件安装了预成型端子部后的端部透视图。 图9是用于制造中应用于电路板中的表面安装型功率电感器的第二示例性实施 例的预成型端子部组件的立体图。 图10示出了图9所示的预成型端子部组件，其装配有磁芯。 图11示出了功率电感器的第二示例性实施例中导电绕组的预成型导电主绕组 部。 图12示出了图11中的预成型导电主绕组部被安装到图10所示的一个磁芯上。 图13示图11中的预成型导电主绕组部被安装到图10所示的所有磁芯上，从而形 成各自具有单个导电绕组的多个分立的功率电感。 图14是用于电路板的表面安装功率电感器的第三示例性实施例的立体图。 图15示出了用于制造图14所示功率电感器的第三示例性实施例的预成型端子部 组件。 图16示出了组装到预成型端子部组件并安装了导电主绕组部的磁芯，从而形成 各自具有单个导电绕组的多个分立的功率电感器。 图17是用于电路板的表面安装功率电感器的第四示例性实施例的立体图。 图18示出了用于制造表面安装功率电感器的第四示例性实施例的预成型端子部 组件。 图19示出了组装到预成型端子部组件并安装了导电主绕组部的磁芯，从而形成 各自具有三个导电绕组的多个分立的功率电感器。 图20是用于电路板中的表面安装功率电感器的第五示例性实施例的磁芯的立体 图。 图21是图20所示组件的端侧视图。 图22示出了用于制造图21中所示的第五示例性实施例的功率电感器的预成型端 子部组件。 图23示出了图22中的预成型端子部组件，其组装有图20和21所示的磁芯。 图24示出了用于第五示例性实施例的功率电感器的导电绕组的预成型导电主绕 组部。 图25示出了图24中的预成型导电主绕组部，其被安装到一个如图25所示的一个 磁芯上。 图26示出了示出了图24中的预成型导电主绕组部，其被安装到如图25所示的所 有磁芯上，从而形成各自具有单个导电绕组的多个分立的功率电感。 【具体实施方式】 为了提供日益强大的、具有比以往更多特性和功能的电子设备，应用于电源管理 电路的功率电感器在设备运行时，一般必须工作在较高的电流和功率水平。然而，用来制造 电路板中的小型化功率电感器的现有技术，在更大电流的应用中存在问题。 为了提供用于电路板的更小的功率电感器组件，按照惯例，导电绕组和磁芯均需 具有更小的物理尺寸。从性能的角度来看，在较小的工作电流下，较小的绕组目前没有特别 的问题，这样的安排可能会工作得非常好。然而，对于大电流、高功率的应用，导电绕组尺寸 的减小实际上是适得其反的。由于用于制造小型绕组的小导体，绕组中电流必须流经的小 的横截面面积导致整个功率电感的直流电阻（DCR)增大。在大电流、高功率应用中，传统的 小型绕组可能因此具有无法接受的大DCR，这会在电源管理电路中造成显著的功率损耗。增 大绕组的横截面面积可以减小功率电感器组件的DCR，但是，从制造的角度来看，这会带来 其他的问题。 具体而言，已知的叠层功率电感器产品具有多个磁性层或基板，其上可形成导电 绕组的多个平面部分。当各层的平面绕组部分彼此连接时，在设备的各层之间形成一个较 大的导电线圈。使用印刷技术，沉积技术或光刻技术在磁性基板和类似物的表面上形成精 细的导电绕组，可很好提供非常小的组件。然而，由这种技术制得的此类绕组在大电流、高 功率时性能是相当有限的，它们也不具有为了在大电流，高功耗的应用将DCR减小到可接 受的水平时所需的相对较大的绕组横截面面积。 代替在磁性基板等的表面上形成导电绕组，成型的磁芯有时候与单独制造的、独 立的导体元件组合使用，功率电感器的制造时这些导体元件成形或弯曲为导电绕组的最终 形式。在多数情况下，这种独立的导体元件围绕所利用的一个或多个磁芯件的表面成形或 弯曲。具体而言，该导体的一端或两端通常是围绕磁芯的相对的侧边缘弯曲，以形成表面安 装端子部，用于将功率电感器端接到电路板上相应的电路安装连接盘上。 然而，由于成型的磁芯片相对较小的，它们也比较脆弱，如果在组件制造过程中磁 芯件或导体被损坏，将独立的导体围绕磁芯片弯曲或成形就可能会产生问题。当然，增大用 于制造绕组的导体的横截面面积，会带来更难以弯曲的更硬的导体，因此，增加了在不开裂 或以其他方式损坏磁芯片的情况下制造功率电感器的难度。磁芯件的损坏是难以控制或检 测，这可导致所制得的功率电感器存在相当大的性能波动，这是所不期望的。再进一步，当 围绕磁芯弯曲时，更硬的导体元件难以形成完全平坦的表面安装端子。如果表面安装端子 不平坦，设备被安装到电路板时，机械和电气连接可能会受到损害。 最近，已经提出了使用所谓的预成型的导电绕组，这些导电绕组与磁芯分开独立 制造，并完全预先成形为包括需要用于将绕组连接到电路板的表面安装端子盘。这种预成 型的导电绕组可具有一个C形夹结构，其被配置为可滑动地组装到磁芯片，而无需在所使 用的磁芯片上弯曲或成形绕组的任何部分。 虽然这种预成型的绕组避免了组件制造时损坏磁芯，同时也易于提供平坦的端子 盘，从制造角度来看，它们也存在某些缺点。例如，预成型的绕组通常需要至少两个具有不 同形状的磁芯件，以用于所制造的每个功率电感元件。预成型的绕组首先组装到第一磁芯 件，然后第二磁芯件组装到第一磁芯件，以在两个磁芯片之间嵌入绕组。虽然在这种组件 中，预成型的线圈可增大横截面面积，以减少使用中功率电感器的DCR，这往往会进一步使 得制造功率电感器所需的磁芯件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁部件组件，包括：具有相对的第一端部边缘和第二端部边缘的磁芯；以及至少一个与所述磁性体分别制造的预成型导电绕组，所述至少一个预成型导电绕组包括：预成型的第一端子部，成型的第二预端子部，以及在第一和第二端子部中间延伸的预成型的主绕组部，其中，所述主绕组部由独立的导体元件制得，该导体元件具有第一端、第二端以及从第一端完全延伸到第二端的直部；其中，所述第一端子部和第二端子部分别从所述磁芯的第一端部边缘和第二端部边缘延伸，每个所述第一端子部和第二端子部均包括一个直部，所述直部垂直于所述主绕组部的直部延伸；其中，所述第一端子部和所述第二端子部中的至少一个与主绕组部分开制造，并在所述磁芯的相对端部边缘中的一个处与所述主绕组部机械和电气地连接。

【技术特征摘要】
1. 一种电磁部件组件，包括： 具有相对的第一端部边缘和第二端部边缘的磁芯；以及 至少一个与所述磁性体分别制造的预成型导电绕组，所述至少一个预成型导电绕组包 括： 预成型的第一端子部，成型的第二预端子部，以及在第一和第二端子部中间延伸的预 成型的主绕组部， 其中，所述主绕组部由独立的导体元件制得，该导体元件具有第一端、第二端以及从第 一端完全延伸到第二端的直部； 其中，所述第一端子部和第二端子部分别从所述磁芯的第一端部边缘和第二端部边缘 延伸，每个所述第一端子部和第二端子部均包括一个直部，所述直部垂直于所述主绕组部 的直部延伸； 其中，所述第一端子部和所述第二端子部中的至少一个与主绕组部分开制造，并在所 述磁芯的相对端部边缘中的一个处与所述主绕组部机械和电气地连接。2. 如权利要求1所述的电磁部件组件，其特征在于，每个所述第一端子部和所述第二 端子部均与主绕组部分开制造。3. 如权利要求1所述的电磁部件组件，其特征在于，每个所述第一端子部和所述第二 端子部均包括预成型的表面安装端子盘，该端子盘平行于主绕组部的直部延伸。4. 如权利要求3所述的电磁部件组件，其特征在于，所述磁芯进一步包括互连相对的 所述第一端部边缘和第二端部边缘的底表面，所述表面安装端子盘平行于所述底表面延 伸。5. 如权利要求4所述的电磁部件组件，其特征在于，所述磁芯的所述底表面形成有凹 部，该凹部相邻于所述相对的第一和第二端部边缘中的每一个延伸，每个所述第一端子部 和第二端子部的所述表面安装端子盘在各自的凹部中延伸。6. 如权利要求1所述的电磁部件组件，其特征在于，所述第一端子部与所述主绕组部 一体形成。7. 如权利要求1所述的电磁部件组件，其特征在于，所述主绕组部具有矩形的横截面。8. 如权利要求1所述的电磁部件组件，其特征在于，所述主绕组部具有圆形的横截面。9. 如权利要求1所述的电磁部件组件，其特征在于，所述磁芯形成有在所述相对的端 部边缘之间延伸的导体通孔开口，所述主绕组部通过所述导体通孔开口延伸。10. 如权利要求1所述的电磁部件组件，其特征在于，所述磁芯形成有在所述相对的端 部边缘之间延伸的物理间隙。11. 如权利要求10所述的电磁部件组件，其特征在于，所述物理间隙垂直于所述主绕 组部延伸。12. 如权利要求1所述的电磁部件组件，其特征在于，所述磁芯的所述相对端部边缘中 的至少一个所形成有凹部，所述第一端子部和所述第二端子部的至少一部分被定位在所述 凹部中。13. 如权利要求1所述的电磁部件组件，其特征在于，所述第一端子部和所述第二端子 部的至少一个形成有一个开口，所述主绕组部的一部分被接纳在所述开口中。14. 如权利要求13所述的电磁部件组件，其特征在于，所述开口为矩形。15. 如权利要求13所述的电磁部件组件，其特征在于，所述开口为圆形。16. 如权利要求1所述的电磁部件组件，其特征在于，所述主绕组部的所述第一端和第 二端为渐缩的。17. 如权利要求1所述的电磁部件组件，其特征在于，所述主绕组部具有第一宽度尺 寸，所述第一端子部和所述第二端子部中的至少一个具有与第一宽度尺寸不同的第二宽度 尺寸。18. 如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜毅鹏，R·J·博格特，B·埃利奥特，欧阳过，
申请(专利权)人：库柏技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US