包括含有被动热管理装置的至少一个感应器的电子设备制造方法及图纸

一种电子设备，包括载体(2)、至少一个有源元件(4)和至少一个感应器(6)，所述感应器(6)包括芯(10)和围绕芯的至少一部分的绕组(12)，芯(10)界定磁路的至少一部分，磁通线旨在沿着磁路行进。芯(10)包括本体(14)，本体包括限定磁路的两个连续区域的至少两个部分，每个部分的厚度相对于其长度和宽度而言较小，每个部分包括相对于磁路的方向在侧面的表面，一个部分通过其侧表面的一部分与载体直接接触，另一个部分相对于载体(2)定位成使得其侧表面不与载体(2)接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括含有被动热管理装置的至少一个感应器的电子设备
本专利技术涉及一种包括至少一个磁感应器的电子设备，该至少一个磁感应器包括被动热管理装置，例如功率转换器。
技术介绍
在电力电子器件领域中，包括至少部分地由导电绕组围绕的铁磁芯的感应器作为无源元件主要用于功率转换器。功率转换器可以以100kHz和10MHz之间的频率操作且可传输0.1kW至100kW的功率。这些转换器特别用于能源生产领域，以向电动机和电子系统(电子设备、便携式计算机)供电。在这些应用领域总，转换器的电感值在1μH和10mH之间。感应器包括芯和被称为绕组的电导体，该绕组围绕芯的一部分布置成N匝。芯包括铁磁材料。在操作期间，交流电穿过绕组，从而在芯中生成具有相同频率的磁感应。随着磁感应的生成而出现损耗，这导致磁芯内的温度升高。这些损坏随着感应器的操作频率增加，在高于大约1MHz时需要热管理以冷却芯并防止不可接受的温度升高。功率转换器是如下电子设备，该电子设备具有的功能在于改变由电源输出的电压和电流，以根据规范向配电网或给定的电系统供电。转换器包括被称为有源元件的电子元件，该有源元件像开关一样操作，以给定的频率开关。在例如DC/DC转换器的情况下，有源元件是用于以规则的周期“砍削”输入电压的晶体管。为了输出dc输出电压，感应器还用于在每个周期储存和恢复电能以及使输出电压平滑到其平均值。这些所谓的“无源”元件用于转换器的操作，但是它们可占据转换器的高达40％的体积和成本。转换器的操作频率通常位于10kHz-500kHz范围内。由于GaN技术，可制造能够以非常高的频率(例如大于1MHz的频率)开关的晶体管，使得可制造以更高的频率操作的转换器。首先，操作频率的增加应该是特别令人感兴趣，原因是能够减小转换器的无源元件的体积，因此减小这些设备的尺寸、质量和成本。通过增加开关频率，电周期的数量增加，因此以相同的比例增加在给定的时间内由磁芯传递的能力。由于转换器的功率保持恒定，所以能够与频率成反比地减小磁感应器的体积。对于制造更小、重量更轻且更便宜的转换器，磁芯的体积的这种减小是特别有用的。这种转换器期望用于航空行业和汽车行业。其次，与以100kHz和10MHz之间的频率和0.1kW至100kW的功率操作的功率转换器兼容的感应器的特征在于，电感L的值在1μH和10mH之间，体积大于1cm3。在这种转换器的范围内，最佳适合的感应器是单片型的，这与基于薄膜或多层LTCC结构、被限制到小于10W的功率的技术不同。单片式感应器由形成芯的单块铁磁材料构成。该材料的特征在于，相对磁导率μr的值高例如大于50，以及饱和磁感应Bs例如大于100mT。具有尖晶石晶体结构的铁氧体型氧化物材料具有在高频率稳定的磁导率值。这就是它们非常广泛地用作特别是在高频率(100kHz<f<10MHz)操作的感应器芯的原因。最频繁地使用的配方是(Mn1-xZnxFe2O4)和(Ni1-xZnxFe2O4)。这些材料的特征还在于，电阻率的值高，这限制了由感应电流导致的损坏。尽管它们最优，但是这些铁磁材料是还被称为磁损耗的能量耗散过程的来源。这些磁损耗在各方面以热的形式在芯的体积中消散。因此，尽管能够由频率的增加使得芯的体积减小以及能够实现100W/cm3的比功率，但是需要限制芯内的热耗散，以防止芯的温度过度升高。特别是这种情况，原因是磁损耗随着频率和磁感应的峰值而增加。此外，已经表明的是，小的感应器体积趋向于在芯中产生更大的热。例如，在5MHz起作用的1kW的转换器(200V/400V)需要10μH的电感。紧凑型4F1铁氧体芯(E-E型)可设计成制造感应器。对于对应于100W/cm3的比功率的10cm3的体积，考虑排出的热的自然对流方法，计算的芯内部温度达到210℃。感应器的体积需要增加到50cm3以将温度降低到材料可接受的70℃的值。已经提出的是，可通过改善芯的表面的热交换来减少热。例如，可使用包括热交换器的温度调节系统，但是该温度调节系统使得转换器的紧凑型更小且增加转换器的成本。还已知的是，通过在芯中建立气隙来减小有效磁导率，以降低感应作用和减少热的一种好方式。但是增加气隙增加的芯的尺寸，且由于磁场在气隙中辐射，导致可降低感应器的电磁兼容性。还已经提出的是，可制造平面感应器，在平面感应器中，芯的厚度相对于芯的长度和宽度而言较小。文献US9001524描述了一种集成电路，该集成电路包括形成框架的感应器，芯是平坦的且处于围绕载体的框架的形式。该感应器还占据载体上大的空间，且热交换不是最优的。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种非常紧凑的电子设备，该电子设备包括至少一个有源元件和至少一个感应器，且具有良好的热管理。上述目的使用一种设备实现，该设备包括载体、固定在载体上的至少一个有源元件和至少一个感应器，感应器包括磁芯和部分地围绕芯的导体，芯包括本体，本体具有非常小的厚度和长度之比。本体至少部分地限定磁路，本体包括限定磁路的两个连续区域的至少一个第一部分和一个第二部分，第一部分与载体接触，第二部分相对于载体位于合适的位置，以具有与载体小的接触。出于本申请的目的，术语“磁路”的意思是由在围绕芯的一部分的电导体中流通的电流在芯中生成的磁通线所跟随的路径。磁路跟随闭合磁路。磁路可包括由不同材料构成的多个部分，这些部分例如是芯和气隙；每个部分具有其本身的部段和长度。因此，第二部分的表面(对于该表面，与载体的接触减小)可更高效地交换热并冷却芯。因此，便于芯的热管理。此外，该第二部分的布局能够给固定在载体上的其它部件释放空间和/或减小载体的面积。芯的一部分占据在载体上方、通常由包装件界定且通常未被占据的区域。因此，设备可更加紧凑地制造，同时限制芯的温度升高。非常有利地，芯的第二部分与诸如板的元件大面积地热接触，这在通过对流交换热方面甚至更高效。进一步改善了感应器的热管理。包装件本身可有助于从芯排出热。换句话说，制造如下设备，在该设备中，感应器包括处于带形式的磁芯，该带成形和/或布置成形成三维结构，三维结构的一部分不与载体接触以增加热交换面积，这样能够占据设备的未被占据的区域、使得设备更紧凑以及限制芯发热。在一个示例实施例中，铁磁芯包括薄的平坦部分，以减小芯的体积、改善热交换以及减小转换器中由感应器占据的体积。形成芯的平坦部分装配或连接在一起，以形成长的三维结构，该三维结构具有形成磁路的小的截面。三维结构设计成使得它占据转换器中最小可能的体积，特别是利用可用的体积。于是，本专利技术的一个主题是一种电子设备，该电子设备包括载体、至少一个有源元件和至少一个感应器，所述感应器包括芯和围绕芯的至少一部分的电导体，芯界定磁路的至少一部分，磁通线将沿着磁路行进，芯包括本体，本体具有限定磁路的两个连续区域的至少两个部分，每个部分保持相对于其长度和宽度变薄，每个部分包括相对于磁路的方向的侧表面，一个部分通过其侧表面的一部分与载体直接接触，另一个部分相对于载体定位成使得其侧表面不与载体接触。有利地，厚度和长度之比介于1/200和1/10之间，厚度和宽度之比介于1/20和1之间。在一个示例实施例中，芯可包括位于第一部分和第二部分之间的气隙。电子设备可包括安装在载体上的包装件，所述包装件和载体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电子设备，包括载体(2)、至少一个有源元件(4)和至少一个感应器(6)，所述感应器(6)包括芯(10)和围绕所述芯的至少一部分的电导体(12)，所述芯(10)界定磁路的至少一部分，磁通线将沿着所述磁路行进，其中，所述芯(10)包括本体(14)，所述本体具有限定所述磁路的两个连续区域的至少一个第一部分和一个第二部分，第一部分和第二部分中的每一个保持相对于其长度和宽度变薄，第一部分和第二部分中的每一个包括相对于所述磁路的方向的侧表面，所述第一部分通过其侧表面的一部分与所述载体直接接触，所述第二部分相对于所述载体(2)定位成使得其侧表面不与所述载体接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.17 FR 15626001.电子设备，包括载体(2)、至少一个有源元件(4)和至少一个感应器(6)，所述感应器(6)包括芯(10)和围绕所述芯的至少一部分的电导体(12)，所述芯(10)界定磁路的至少一部分，磁通线将沿着所述磁路行进，其中，所述芯(10)包括本体(14)，所述本体具有限定所述磁路的两个连续区域的至少一个第一部分和一个第二部分，第一部分和第二部分中的每一个保持相对于其长度和宽度变薄，第一部分和第二部分中的每一个包括相对于所述磁路的方向的侧表面，所述第一部分通过其侧表面的一部分与所述载体直接接触，所述第二部分相对于所述载体(2)定位成使得其侧表面不与所述载体接触。2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，厚度和长度之比介于1/200和1/10之间，厚度和宽度之比介于1/20和1之间。3.根据权利要求1或2所述的电子设备，其中，所述芯(10)包括位于所述第一部分和所述第二部分之间的气隙。4.根据权利要求1至3中的一项所述的电子设备，包括安装在所述载体(2)上的包装件(8)，所述包装件(8)和所述载体(2)限定一容积，所述至少一个有源元件(4)和感应器(6)容纳在所述容积中。5.根据权利要求4所述的电子设备，其中，所述感应器的至少所述第二部分成形为适配于所述容积。6.根据权利要求5所述的电子设备，其中，所述第二部分集成在所述包装件(8)的壁中。7.根据权利要求1至6中的一项所述的电子设备，包括热连接到所述芯(10)的至少一个热交换板(15)。8.根据权利要求7所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰拉德·蒂列特，皮埃尔·皮尔维斯，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国,FR