CN102197446A - 电感性和电容性部件一体结构 - Google Patents

电感性和电容性部件一体结构 Download PDF

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Abstract

一种电感性和电容性部件一体结构包括：包括第一外芯柱和第二外芯柱以及在该第一外芯柱和第二外芯柱之间的第三内芯柱的磁芯；分别卷绕在第一外芯柱和第二外芯柱上的第一绕组和第二绕组；以及卷绕在第三内芯柱上的第三绕组。该第一绕组和第二绕组电学地耦合并组成第一电感绕组。该第一电感绕组不产生任何通过该第三内芯柱的有效磁通量。该第三绕组形成第二电感绕组。该第一绕组、第二绕组和第三绕组中的至少一个是复合绕组并包括至少一个嵌入的电容器。

Description

电感性和电容性部件一体结构
技术领域
本发明的实施例涉及电子部件，且更具体而言，涉及一种至少集成了电感性部件和电容性部件的电子无源部件结构。
背景技术
集成了电感性和电容性部件的电子无源部件对不断减小外形的需求来说是有利的。无源集成将使得该电感性部件和该电容性部件能够结合为单个结构。该电感性部件可以是电感器或变压器。
诸如电感器-电感器-电容器(L-L-C)、电感器-电容器-变压器(L-C-T)以及电感器-电感器-电容器-变压器(L-L-C-T)结构的多种结构大体上通过将电容器与电感器和/或变压器集成来制造。该电感性部件和电容性部件大体上独立地设计，这对进一步减小该一体结构的外形是不利的。
发明内容
本发明的一个方面在于一种电感性和电容性部件一体结构。该电感性和电容性部件一体结构包括：包括第一外芯柱和第二外芯柱以及在该第一外芯柱和第二外芯柱之间的第三内芯柱的磁芯，分别卷绕在该第一外芯柱和第二外芯柱上的第一绕组和第二绕组，以及卷绕在该第三内芯柱上的第三绕组。该第一绕组和第二绕组电学地耦合并组成了第一电感绕组。该第一电感绕组不产生任何通过该第三内芯柱的有效磁通量。该第三绕组形成第二电感绕组。该第一绕组、第二绕组和第三绕组中的至少一个是复合绕组并包括至少一个嵌入的电容器。
本发明的另一个方面在于一种电感性和电容性部件一体结构。该电感性和电容性部件一体结构包括磁芯。该磁芯包括第一外芯柱和第二外芯柱，以及在该第一外芯柱和第二外芯柱之间的第三内芯柱。该第一外芯柱和第二外芯柱关于该第三内芯柱对称。第一绕组和第二绕组卷绕在该第三内芯柱上，且该第一绕组和第二绕组互相电学地耦合并被构造为使得由该第一绕组和第二绕组分别产生的磁通量基本上相等且相反，且该第一绕组和第二绕组中的至少一个包括嵌入的电容器。该一体结构还包括卷绕在该磁芯上的电感绕组。
本发明的又一方面在于一种电感性和电容性部件一体结构。该一体结构包括包含第一芯柱、第二芯柱和第三芯柱的磁芯，以及分别绕着该第一芯柱和第二芯柱卷绕的第一绕组和第二绕组。该第三芯柱基本上是实心的且没有绕组，使得由该第一绕组和第二绕组产生的磁通量流过该第三芯柱。由该第一绕组和第二绕组分别产生的磁通量不会互相影响。
本发明的又一方面在于一种电感性和电容性部件一体结构。该一体结构包括包含第一芯柱、第二芯柱和第三芯柱的磁芯，该第一芯柱、第二芯柱、第三芯柱各自包括气隙。第一电感绕组和第二电感绕组分别绕着该第一芯柱和第二芯柱卷绕。由该第一电感绕组和第二电感绕组产生的磁通量部分地流过该第三芯柱，且该第一电感绕组和第二电感绕组至少部分地磁去耦(magnetically decoupled)。
根据以下结合附图提供的对本发明的优选实施例的详细描述，这些和其它优点及特征会更容易理解。
附图说明
当参照附图阅读下文的详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面以及优点将得到更好的理解。其中，在所有图中，相同的字符表示相同的部件，其中：
根据本发明的一个实施例，图1示出一种示例性的L-L-C一体结构。
根据本发明的一个实施例，图2是复合绕组的截面图。
根据本发明的另一个实施例，图3示出一种L-L-C一体结构。
根据本发明的又一个实施例，图4示出一种L-C-T一体结构。
根据本发明的又一个实施例，图5示出一种T-T-C一体结构。
根据本发明的又一个实施例，图6示出一种多-L-C-T一体结构。
根据本发明的又一个实施例，图7示出一种L-L-C一体结构。
根据本发明的又一个实施例，图8示出一种多-L-C一体结构。
根据本发明的又一个实施例，图9示出一种L-C一体结构。
根据本发明的又一个实施例，图10示出一种L-C-T一体结构。
具体实施方式
参照图1，根据本发明的一个实施例显示了一种电感性和电容性部件一体结构100。该一体结构100包括磁芯12，以及卷绕在磁芯12上的第一绕组14、第二绕组16和第三绕组18。该磁芯12包括第一外芯柱20和第二外芯柱22，以及在第一外芯柱20和第二外芯柱22之间的第三内芯柱24。第一外芯柱20和第三内芯柱24一起形成了第一闭环磁路P1。第二外芯柱22和第三内芯柱24一起形成了第二闭环磁路P2。第一外芯柱20和第二外芯柱22一起形成了第三闭环磁路P3。第一绕组14和第二绕组16电学地耦合以形成第一电感绕组L1。第三绕组18形成第二电感绕组L2。
第三绕组18卷绕在第三内芯柱24上。第一绕组14和第二绕组16分别卷绕在第一外芯柱20和第二外芯柱22上。由所示的第一绕组14产生的磁通量流过第一闭环磁路P1和第三闭环磁路P3。由所示的第二绕组16产生的磁通量流过第二闭环磁路P2和第三闭环磁路P3。
由第一绕组14产生的磁通量沿第一方向且以第一大小流过第三内芯柱24。由第二绕组16产生的磁通量沿第二方向且以第二大小流过第三内芯柱24。第一绕组14和第二绕组16以这样的方式来布置：即，使得该第一方向和第二方向彼此相反，同时该第一大小和第二大小基本彼此相等。通过这种方法，第一绕组14和第二绕组16，也即第一电感绕组L1，将不会在第三内芯柱24上的第三绕组18上产生任何有效磁通量。此外，由第三绕组18，也即第二电感绕组L2，产生的磁通量流过第一闭环磁路P1和第二闭环磁路P2。在示出的实施例中，来自第三绕组18的经过第一外芯柱20的磁通量与第一绕组14产生的磁通量方向相反，同时来自第三绕组18的经过第二外芯柱22的磁通量与该磁通量方向相同。相应地，第三绕组18，也即第二电感绕组L2，将不会在第一电感绕组L1上产生任何有效磁通量。
在某些实施例中，第一外芯柱20和第二外芯柱22关于第三内芯柱24对称。在某些实施例中，第一绕组14和第二绕组16是带有相同绕组层数以及各层有相同匝数的印刷布线。在第一绕组14和第二绕组16的各层之间的间距是相同的。在第一绕组14和第二绕组16的各匝之间的间距是相同的。
在某些实施例中，第一绕组14、第二绕组16和第三绕组18中的至少一个是包括了至少一个嵌入的电容器的复合绕组。图2示出了复合绕组的截面图。该复合绕组包括在相对侧带有导电绕组26的介电层28。在某些实施例中，该导电绕组26通过层压处理附连到该介电层28的相对侧。
在某些实施例中，介电层28由诸如铁电陶瓷和嵌入式电容器叠片的具有高介电常数的材料做成，以产生大的电容。导电绕组26可以由诸如铜的具有好的导电性的导电材料做成。磁芯12可以是软铁氧体芯，平板磁芯或者其它类型的磁芯。
在某些实施例中，第一外芯柱20和第二外芯柱22以及第三内芯柱24各自具有气隙30。如之前提到的，第一绕组14和第二绕组16可以电学地耦合，因此第一绕组14和第二绕组16一起可以起到第一电感器L1的作用。第三绕组18可以形成第二电感器L2。相应地，第一绕组14、第二绕组16、第三绕组18和磁芯12一起形成了L1-L2-C一体结构。在某些实施例中，第一绕组14、第二绕组16和第三绕组18都是复合绕组，它们分别包括嵌入的电容器C1、C2和C3。第一绕组14、第二绕组16和第三绕组18以及磁芯12一起形成了L1-L2-C1-C2-C3一体结构。
根据本发明的另一实施例，图3显示了一种电感性和电容性部件一体结构200。在示出的实施例中，第三绕组218包括通过放置在气隙30中的印刷电路板32而互相电学地耦合的两个部分。这两个部分可以改为通过其它电连接器来电学地耦合。
根据本发明的又一实施例，图4示出了一种一体结构300。如示出的，该一体结构300包括在共享的磁芯312上的一体的L-C-T结构。该磁芯312包括第一外芯柱320和第二外芯柱322，以及在第一外芯柱320和第二外芯柱322之间的第三内芯柱324。该一体结构300包括分别卷绕在第一外芯柱320和第二外芯柱322上的第一绕组314和第二绕组316。第三绕组318卷绕在第三内芯柱324上。第一绕组314和第二绕组316以这样的方式布置：即，使得由第一绕组314和第二绕组316分别产生的磁通量从第三内芯柱324上基本去耦。该一体结构300还包括分别卷绕在第一外芯柱320和第二外芯柱322上的第四绕组334和第五绕组336。该第四绕组334和第五绕组336以这样的方式布置：即，使得由第一绕组314和第二绕组316分别产生的磁通量在第三内芯柱324上基本去耦。第一绕组314和第二绕组316电学地耦合并且一起形成变压器T的初级侧。第四绕组334和第五绕组336电学地耦合并且一起形成该变压器T的次级侧。第三绕组318形成电感绕组L。在示出的实施例中，该变压器T和该电感绕组L互相磁去耦。在一个实施例中，第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组和第五绕组中的至少一个是带有嵌入的电容器C的复合绕组，因此形成一体的L-C-T结构300。
参照图5，示出了根据本发明的又一个实施例的一种一体结构400。更特别地，示出了一种使用磁芯412的一体的T-T-C结构。该一体结构400包括分别卷绕在第一外芯柱420和第二外芯柱422上的第一绕组414和第二绕组416。第三绕组418卷绕在第三内芯柱424上。第一绕组414和第二绕组416以这样的方式来布置：即，使得由第一绕组414和第二绕组416分别产生的磁通量在第三内芯柱424上基本去耦。该一体结构400还包括分别卷绕在第一外芯柱420和第二外芯柱422上的第四绕组434和第五绕组436。第四绕组434和第五绕组436以这样的方式布置，即，使得由第四绕组434和第五绕组436分别产生的磁通量在第三内芯柱424上基本去耦。第一绕组414和第二绕组416电学地耦合并一起形成了第一变压器T1的初级侧。第四绕组434和第五绕组436电学地耦合并且一起形成了该第一变压器T1的次级侧。该一体结构400还包括第六绕组438。第三绕组418和第六绕组438分别形成了第二变压器T2的初级绕组和次级绕组。因此，第一变压器T1和第二变压器T2不对彼此产生任何有效的通量，以及因此它们基本去耦。第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组和第五绕组中的至少一个是带有嵌入的电容器C的复合绕组。在这样的一个实施例中，形成了一种一体的T1-T2-C结构400。
参照图6，显示了根据本发明的又一实施例的一种一体结构500。该一体结构500包括基本上是三维的磁芯512。该磁芯512包括互相交叉以形成三维交叉形状的第一磁芯部分521和第二磁芯部分522。在一个实施例中，该第一磁芯部分521和第二磁芯部分522互相交叉以形成直角θ，但是磁芯部分之间的其它角度关系也是可行的。第一磁芯部分521和第二磁芯部分522中的各个包括两个侧芯柱523和524。在一个实施例中，第二磁芯部分522包括在两个侧芯柱524上的第一绕组514、第二绕组516、第四绕组534和第五绕组536，因此形成了与在图4和图5中显示的实施例中所描述的变压器相似的变压器T。第六绕组544和第七绕组546分别卷绕在第一磁芯部分521的两个侧芯柱523上。示出的第一绕组、第二绕组、第四绕组和第五绕组布置与第一磁芯部分521进一步磁去耦，因此产生的磁通量将不会影响到在第二磁芯部分522上的第六绕组544和第七绕组546。第一绕组、第二绕组、第四绕组、第五绕组、第六绕组和第七绕组中的至少一个是带有嵌入的电容器C的复合绕组。
参照图7，显示了根据本发明的又一个实施例的一种一体结构600。该一体结构600包括磁芯612。该磁芯612包括第一芯柱620、第二芯柱622和第三芯柱624。该一体结构600还包括分别卷绕在第一芯柱620和第二芯柱622上的第一绕组14和第二绕组16。第一绕组614和第二绕组616的至少一个是带有嵌入的电容器C的复合绕组。第三芯柱624基本上是实心的且没有气隙也没有绕组。因此，分别由第一绕组614和第二绕组616产生的磁通量流过第三芯柱624，以及因此由第一芯柱和第二芯柱产生的磁通量将不会互相影响。在某些实施例中(如图7所示)，第一外芯柱和第二外芯柱中的各个具有气隙，使得第一绕组614和第二绕组616分别起到电感器的作用。在其它的实施例中(未在图7中示出)，其中第一芯柱620和第二芯柱622分别包括与图6中所示的变压器相似的变压器。
根据本发明的又一个实施例，图8显示了一种一体结构700。该一体结构700包括带有多芯柱720的磁芯712。该一体结构700还包括卷绕在带有气隙30的芯柱上的绕组70。至少一个芯柱724基本上是实心的，没有气隙也没有绕组。相应地，由各个绕组70产生的磁通量流过该至少一个芯柱724而不会影响其它的绕组。在示出的实施例中，各个绕组70为电感器。在其它的实施例中，该一体结构700可以具有分别卷绕在芯柱上的变压器。
参照图9，显示了根据本发明的又一个实施例的一种一体结构800。该一体结构800包括磁芯812。该磁芯812具有第一外芯柱820和第二外芯柱822，以及在第一外芯柱820和第二外芯柱822之间的第三内芯柱824。第一外芯柱820和第二外芯柱822关于第三内芯柱824基本对称。该一体结构800还包括卷绕在第三内芯柱824上的第一绕组848和第二绕组858。第一绕组848和第二绕组858互相电学地耦合，并以使由第一绕组848和第二绕组858分别产生的磁通量具有基本相同的大小但是方向相反的方式来构造。第一绕组848和第二绕组858中的至少一个包括嵌入的电容器C，且因此第一绕组848和第二绕组858一起起到电容器C的作用。该一体结构800还包括第三电感绕组868。该第三电感绕组868可以形成电感器或变压器。该第三电感绕组868可以卷绕在第一外芯柱820或第二外芯柱822或第三内芯柱824上。
参照图10，显示了根据本发明的又一个实施例的一种一体结构900。该一体结构900包括磁芯912。该磁芯912包括第一芯柱920、第二芯柱922和第三芯柱924。该一体结构900还包括分别卷绕在第一芯柱920和第二芯柱922上的第一电感绕组974和第二电感绕组976。在示出的实施例中，第一电感绕组974形成带有气隙30的变压器，而第二电感绕组976形成电感器。第一绕组974和第二绕组976中的至少一个是带有嵌入的电容器C的复合绕组。第三芯柱924具有气隙但没有绕组。由第一电感绕组974和第二电感绕组976产生的磁通量部分地流过第三芯柱924，以及因此绕组974、976互相部分地去耦。去耦磁通量的比可以通过例如修改第三芯柱924中的气隙30的间距来调节。
在某些实施例中，如上文描述的电感性和电容性部件一体结构100-900可以应用于电子镇流器，例如CFL和LED灯，以及其它电力电子产品。
尽管本文仅说明和描述了本发明的某些特征，但本领域技术人员将会想到许多组合、修改以及变化。因此，要理解的是，所附权利要求意图涵盖落在本发明的真实精神中的所有这些修改和变化。

Claims (24)

1.一种电感性和电容性部件一体结构，包括：
包括第一外芯柱和第二外芯柱以及在所述第一外芯柱和第二外芯柱之间的第三内芯柱的磁芯；
分别卷绕在所述第一外芯柱和第二外芯柱上的第一绕组和第二绕组，所述第一绕组和第二绕组电学地耦合并组成第一电感绕组，其中所述第一电感绕组不产生任何通过所述第三内芯柱的有效磁通量；以及
卷绕在所述第三内芯柱上而形成第二电感绕组的第三绕组，
其中，所述第一绕组、第二绕组和第三绕组中的至少一个为复合绕组并包括至少一个嵌入的电容器。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第二电感绕组不对所述第一电感绕组产生任何有效磁通量。
3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第一外芯柱和第二外芯柱关于所述第三内芯柱对称。
4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第一绕组和第二绕组包括相同的匝数以及在相邻匝之间的相同的间距。
5.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第一绕组、第二绕组和第三绕组中的至少一个包括具有第一侧和第二侧的介电层，并在所述第一侧和所述第二侧上具有导电绕组。
6.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第一外芯柱和第二外芯柱两者均具有气隙，以及所述第一绕组和第二绕组一起组成电感器。
7.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第三内芯柱具有气隙以及所述第三绕组组成电感器。
8.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第一绕组、第二绕组和第三绕组中的至少一个被分为两个部分，且所述两个部分通过电连接器电学地耦合。
9.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，还包括分别绕着所述磁芯的第一外芯柱和第二外芯柱卷绕的第四绕组和第五绕组，所述第四绕组和第五绕组具有相同的匝数以及在相邻匝之间的相同的间距，并且互相电学地耦合。
10.根据权利要求9所述的结构，其特征在于，所述第一绕组、第二绕组、第四绕组和第五绕组一起组成变压器，所述第一绕组和第二绕组一起作为所述变压器的初级侧，以及所述第四绕组和第五绕组一起作为所述变压器的次级侧。
11.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，还包括第六绕组，所述第三绕组和第六绕组分别作为变压器的初级绕组和次级绕组。
12.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述磁芯还包括第四内芯柱，所述第一外芯柱和第二外芯柱限定了第一面，所述第三内芯柱和第四内芯柱限定了与所述第一面相交的第二面。
13.根据权利要求11所述的结构，其特征在于，还包括绕着所述第四内芯柱卷绕的第七绕组，其中所述第七绕组和所述第三绕组具有相同的构造，以及由所述第三绕组和第七绕组分别产生的磁通量基本上互相去耦。
14.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第二电感绕组不产生任何通过所述第一电感绕组的有效磁通量。
15.一种电感性和电容性部件一体结构，包括：
包括第一外芯柱和第二外芯柱以及在所述第一外芯柱和第二外芯柱之间的第三内芯柱的磁芯，所述第一外芯柱和第二外芯柱关于所述第三内芯柱对称；
卷绕在所述第三内芯柱上的第一绕组和第二绕组，所述第一绕组和第二绕组互相电学地耦合并被构造为使得由所述第一绕组和第二绕组分别产生的磁通量基本上相等且相反，以及所述第一绕组和第二绕组中的至少一个包括嵌入的电容器；以及
卷绕在所述磁芯上的电感绕组。
16.根据权利要求15所述的结构，其特征在于，所述电感绕组卷绕在所述第三内芯柱上。
17.根据权利要求15所述的结构，其特征在于，所述电感绕组卷绕在所述第一外芯柱和第二外芯柱中的一个上。
18.根据权利要求15所述的结构，其特征在于，所述磁芯的所述第三内芯柱包括气隙。
19.根据权利要求15所述的结构，其特征在于，所述第一外芯柱和第二外芯柱中的一个包括气隙。
20.根据权利要求15所述的结构，其特征在于，所述第一外芯柱和第二外芯柱中的各个包括气隙。
21.一种电感性和电容性部件一体结构，包括：
包括第一芯柱、第二芯柱和第三芯柱的磁芯；以及
分别绕着所述第一芯柱和第二芯柱卷绕的第一绕组和第二绕组，
其中，所述第三芯柱基本上是实心的并且没有绕组，使得由所述第一绕组和第二绕组产生的磁通量流过所述第三芯柱，以及由所述第一绕组和第二绕组分别产生的所述磁通量不会互相影响。
22.根据权利要求21所述的结构，其特征在于，还包括多个芯柱，各自绕着相应芯柱卷绕的多个绕组，以及由所述绕组产生的磁通量流过所述第三芯柱。
23.根据权利要求21所述的结构，其特征在于，所述第一绕组和第二绕组中的至少一个包括嵌入的电容器。
24.一种电感性和电容性部件一体结构，包括：
包括第一芯柱、第二芯柱和第三芯柱的磁芯，所述第一芯柱、第二芯柱、第三芯柱各自包括气隙；以及
分别绕着所述第一芯柱和第二芯柱卷绕的第一电感绕组和第二电感绕组，
其中，由所述第一电感绕组和第二电感绕组产生的磁通量部分地流过所述第三芯柱，且所述第一电感绕组和第二电感绕组至少部分地磁去耦。
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