梯级间隙电感器设备和方法技术

一种用于电子电路中的低成本、低型面高度、小尺寸和高性能电感装置。在一个示例性实施方案中，所述装置包括包含梯级间隙的铁氧体磁心，安置于所述核心上的绕组，和填充于其中的磁粉与环氧树脂混合物，以产生针对电气和磁性性能予以优化的立方体形状电感器。另外，将所述磁粉与环氧树脂混合物并入于所述梯级间隙周围可消除装置操作期间的边缘磁场，从而最大限度地减少对于相邻安置电子部件的有害电磁干扰。所述梯级间隙的几何形状和布局可改变以优化与所述下方电感装置相关联的性能参数。还公开所述电感装置的制造和使用方法。

【技术实现步骤摘要】
优先权本申请要求2015年7月10日提交的相同标题的共同申请和共同拥有的美国临时专利申请序号62/191,138和2016年7月07日提交的美国专利申请序号15/204,713的优先权，所述申请全部以引用方式并入本文。版权此专利文件的公开内容的一部分含有受到版权保护的材料。版权拥有者不反对任何人拓制出现于专利和商标局专利文件或记录中的专利文件或专利公开，但是另外保留所有版权。背景
本公开总体上涉及电感性电路元件，并且更具体地说涉及具有各种合意电气和/或机械性质的电感装置，以及操作并制造电感装置的方法。
技术介绍
电感器和电感装置的无数不同配置在现有技术中是已知的。举例来说，Gokhale等人的美国专利号6,922,883公开非线性电感器，其用于减少交流(AC)传动装置的整流器系统的输入侧上的线路电流中的谐波的谐波畸变总百分比。Satardja的美国专利号7,489,219公开功率电感器，其具有由铁氧体珠粒核心材料制成的第一磁心。第一磁心包括从核心的第一末端延伸至第二末端的内部腔穴以及也从第一末端延伸至第二末端的有槽气隙。导体穿过此腔穴。功率电感器还包括位于并且相邻于气隙的第二磁心，其具有低于第一磁心的导磁率。Liu等人的美国专利号7,915,993公开电感器，所述电感器包括第一核心、第二核心、突出结构、导线和至少两个间隙。前述美国专利代表在电路中提供变化电感值的各种方法。尽管前述各种现有技术电感器配置，但是明显缺乏较小、高度可定制、低成本、高性能电感器配置，所述电感器配置提供取决于流经它的电流量而变化的电感值。具体来说，需要提供一种电感装置，所述电感装置在较低电流下提供高水平的电感，同时在较高电流下迅速降低(即，快速转降)电感装置的电感水平而不获得核心饱和。此外，这类电感装置理想地限制在装置操作期间产生的边缘磁场线，以便尤其限制电磁干扰(EMI)影响相邻安置电子部件。此外，在小尺寸电感装置中获得这些合意性能参数在空间受到限制的终端装置应用中是非常合乎需要的。因此，需要改进的电感装置，所述电感装置被构建成实质性改进电感性能灵活性，减少或消除边缘磁场的有害影响，并且与现有技术电感装置相比，保持减小的尺寸/覆盖区。
技术实现思路
本公开通过提供改进的电感装置(和包括一个或多个装置的组件)，以及制造和使用所述电感装置的方法来满足前述需要。在第一方面，提供电感装置。在一个实施方案中，电感装置包括核心基础元件，所述核心基础元件具有两个侧向核心元件；和具有形成于其中的梯级间隙的中心核心元件，所述中心核心元件安置于两个侧向核心元件之间。选择中心核心元件和两个侧向核心元件的相对大小以便在两个侧向核心元件之间形成腔穴。电感装置进一步包括至少部分安置于腔穴内的绕组；和安置于腔穴内的磁粉和环氧树脂的混合物。在第二方面，公开制造前述电感装置的方法。在一个实施方案中，所述方法包括获得一或多个核心工件，所述一或多个核心工件包括两个侧向核心元件和安置于两个侧向核心元件之间的中心核心元件，所述一或多个核心工件进一步包括安置于两个侧向核心元件之间的腔穴；在中心核心元件内形成梯级间隙；将引线插入腔穴内；并且将环氧树脂混合物插入腔穴内。在第三方面，公开使用前述电感装置的方法。在一个实施方案中，所述方法包括使用电感装置以便将在所谓“完全接通”与“完全关断’状态之间的高损耗转换状态耗费的时间量减少到最低限度。在第四方面，公开并入前述电感装置的系统。在一个实施方案中，系统包括用于便携式电子设备，诸如例如膝上型计算机中的开关模式电源。在第五方面，公开便携式电子设备。在一个实施方案中，便携式电子设备包括开关模式电源，所述开关模式电源包括具有形成于其中的梯级间隙的电感装置。具有形成于其中的梯级间隙的电感装置被配置成与较高操作电流下的电感装置的电感值比较，增加较低电流值下的电感装置的初始电感值。在第六方面，公开减少电子装置中的功率消耗的方法。在一个实施方案中，所述方法包括使用前述电感装置。在第七方面，公开具有减轻EMI信号的电感设备。在一个实施方案中，电感设备包括梯级间隙，所述梯级间隙大致上用环氧树脂混合物囊封以便在电感设备操作期间限制边缘磁场。在第八方面，公开减轻与电感装置相关联的EMI信号的方法。在一个实施方案中，所述方法包括将梯级间隙插入整体式导磁性核心的U形腔穴内；将绕组安置于U形腔穴内；并且将具有安置于其中的绕组的U形腔穴用环氧树脂和磁粉的混合物填充。附图说明本公开的特征、目标和优势根据以下结合附图阐明的详细说明而变得更明显，其中：图1是根据本公开原理的核心元件的一个示例性实施方案的透视图。图2A是根据本公开原理的利用图1的核心元件的电感装置的一个示例性实施方案的分解图。图2B是示出根据本公开原理的图2A的组装电感装置的顶部的透视图。图2C是示出根据本公开原理的图2A的组装电感装置的底部的透视图。图3是示出随着电流而变化的典型电感值的图表，其将图2A-2C的根据本公开原理的电感装置的性能与其他现有技术电感装置的性能比较。图4A是适用于例如在图2A-2C中示出的电感装置的第一示例性梯级间隙配置的前视图。图4B是适用于例如在图2A-2C中示出的电感装置的第二示例性梯级间隙配置的前视图。图4C是适用于例如在图2A-2C中示出的电感装置的第三示例性梯级间隙配置的前视图。图4D是示出适用于例如在图2A-2C中示出的电感装置的第四示例性梯级间隙配置的侧视图。图4E是示出适用于例如在图2A-2C中示出的电感装置的第五示例性梯级间隙配置的侧视图。图5是示出根据本公开原理的制造电感装置的方法的示例性实施方案的逻辑流程图。具体实施方法现在参考附图，其中通篇相同数字指代相同部分。如本文使用，术语“电子部件”用于指代适于提供某种电气功能的部件，包括不限于电感反应器(“扼流线圈”)、变压器、滤波器、间隙、核心环形线圈、电感器、电容器、电阻器、操作放大器和二极管，不论离散部件或集成电路，不论单独或组合。举例来说，全部以引用方式并入本文的受让人的2000年9月13日提交的标题为“AdvancedElectronicMicrominiatureCoilandMethodofManufacturing”的美国专利号6,642,827公开的改进环形装置可与在本文中包含的本公开的实施方案结合使用。如本文使用，术语“导磁性”是指通常用于形成电感核心或类似部件的许多材料，包括不限于由铁氧体制成的各种制备物。如本文使用，术语“信号调节”或“调节”应了解包括但是不限于信号电压变换、过滤、电流限制、取样、处理和时间延迟如本文使用，术语“绕组”是指适于输送电流的任何类型的导体，不论形状、横截面、材料或匝数。概述本公开尤其提供改进电感设备以及制造和使用所述电感设备的方法。在一个实施方案中，本公开的电感装置包括核心元件、直接线端的绕组和环氧树脂混合物。核心元件具有形成于其中的梯级间隙，并且界定U形腔穴。在示例性实施方案中，环氧树脂混合物包括形成于U形腔穴内的磁粉和环氧树脂混合物，所述混合物与直接线端的绕组组合，大致上填充腔穴，从而产生长方形形状电感装置。这类配置包括用磁性材料包围梯级间隙，从而形成闭合磁路，并且消除或大致上减轻不合需要的边缘磁通场从电感装置发出。此外，这类示例性电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电感装置，其包括：核心基础元件，所述核心基础元件包括：两个侧向核心元件；和具有形成于其中的梯级间隙的中心核心元件，所述中心核心元件安置于所述两个侧向核心元件之间；其中选择所述中心核心元件和所述两个侧向核心元件的相对大小以便在所述两个侧向核心元件之间形成腔穴；至少部分安置于所述腔穴内的绕组；和安置于所述腔穴内的磁粉与环氧树脂的混合物。

【技术特征摘要】
2015.07.10 US 62/191,138;2016.07.07 US 15/204,7131.一种电感装置，其包括：核心基础元件，所述核心基础元件包括：两个侧向核心元件；和具有形成于其中的梯级间隙的中心核心元件，所述中心核心元件安置于所述两个侧向核心元件之间；其中选择所述中心核心元件和所述两个侧向核心元件的相对大小以便在所述两个侧向核心元件之间形成腔穴；至少部分安置于所述腔穴内的绕组；和安置于所述腔穴内的磁粉与环氧树脂的混合物。2.如权利要求1所述的电感装置，其中所述腔穴包括U形腔穴。3.如权利要求2所述的电感装置，其中磁粉与环氧树脂的所述混合物和所述绕组大致上填充所述U形腔穴以使得由电流流经所述绕组所产生的磁场大致上被限制于所述电感装置内。4.如权利要求3所述的电感装置，其中所述绕组包括单匝直接线端的绕组。5.如权利要求4所述的电感装置，其中所述电感装置包括长方形形状电感装置。6.如权利要求5所述的电感装置，其中所述梯级间隙被配置成为所述电感装置提供低直流(DC)偏置电流下的初始电感值，所述初始电感值高于操作直流(DC)偏置电流水平下的电感值。7.如权利要求1所述的电感装置，其中所述梯级间隙被配置成在流经所述绕组的相对低直流(DC)偏置电流下为所述电感装置提供相对高电感值。8.如权利要求7所述的电感装置，其中在小于10A的DC偏置电流下，所述相对高电感值大于200nH。9.如权利要求8所述的电感装置，其中所述梯级间隙具有大约4.5mm的长度和大约0.08mm的间隙宽度。10.如权利要求1所述的电感装置，其中所述梯级间隙包括深度和长度，并且其中所述深度随着沿着所述长度的位置而在尺寸上变化。11.如权利要求1所述的电感装置，其中所述两个侧向核心元件和具有形成于其中的所述梯级间隙的所述中心核心元件共同地从导磁性材料的整体式工件形成。12.如权利要求11所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马弘中，陈淑辉，
申请(专利权)人：脉冲电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US