CN107305808B - 用于大电流应用的滤波电感器 - Google Patents

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Abstract

用于大电流应用的滤波电感器。所述滤波电感器包括磁芯和绕组。绕组包括具有相对端部的成形部分、分别从成形部分的相对端部横向延伸的一对臂部，以及一对电感器引脚，每个电感器引脚从相应的臂部的端部垂直地延伸。磁芯包括第一芯部和第二芯部。第一芯部包括被构造为接收绕组的成形部分的凹陷通道。第二芯部包括一对凹陷区域，所述一对凹陷区域被构造为分别接收绕组的一对臂部。第一芯部和第二芯部彼此接触地联接，以将绕组的成形部分固定在磁芯内。滤波电感可以边缘地安装到印刷电路板。

Description

用于大电流应用的滤波电感器
技术领域
本申请总体涉及用于大电流应用的无源磁性部件，更具体地涉及用于大电流应用的滤波电感器，该大电流应用例如为需要满足紧凑性、高效率、高功率密度、易于制造并降低成本的要求的电源模块。
背景技术
电源模块诸如直流(DC)-直流电源模块等通常采用一个或多个滤波电感器。传统的滤波电感器通常包括磁芯和缠绕在磁芯上的导线线圈。使用具有高磁导率的磁芯以及增加磁芯周围的导线的线圈的匝数可以增加滤波电感器的电感。这种滤波电感器可以用在直流-直流电源模块中，可以与滤波电容器结合，以从直流输出中去除诸如残余杂声(例如电源杂声(mains hums))的波动。
发明内容
根据本申请，公开了用于大电流应用的滤波电感器，其可以避免通常被构造成大型的、固定格式的、高轮廓的部件的常规大电流滤波电感器的至少一些缺点。电子封装的持续进步已经要求使用具有减小的尺寸和重量和/或较低轮廓的电气和电子电路、部件和/或印刷电路板(PCB)组件，例如集成电路(IC)部件和采用表面安装技术的PCB组件。然而，诸如滤波电感器的无源磁性部件的尺寸、重量和/或轮廓基本上还没有降低到电子包装工业所需的和/或所要求的程度。
所公开的用于大电流应用的滤波电感器可以通过采用紧凑的绕组-磁芯构造来避免传统的大电流滤波电感器的至少一些缺点，该构造允许滤波电感器沿PCB的边缘安装，从而降低在完整的PCB组件中滤波电感的轮廓。通过降低磁芯的高度可以进一步降低滤波电感器的轮廓。此外，滤波电感器的绕组和一个或多个连接器引脚可以形成为一体结构，从而减小滤波电感器的总体尺寸，以及缩短相关的电流路径，降低滤波电感器的功耗，并且改善滤波电感器与一个或多个外部组件、装置和/或设备项之间的热阻。
一方面，用于大电流应用的滤波电感器包括磁芯组件和绕组。绕组包括具有相对端部的成形绕组部分(例如，C形截面)、分别从C形截面的相对端部横向延伸的一对臂部和一对电感器引脚，每个电感器引脚从所述一对臂部中的相应一个的端部基本垂直地延伸。绕组还可以包括一个或多个连接器引脚，所述连接器引脚从所述臂部中的至少一个沿着与从相应的臂部延伸的电感器引脚的延伸方向相反的方向基本上垂直地延伸。磁芯组件包括第一芯部和第二芯部。第一芯部包括被构造成接收绕组的C形部分的凹陷通道。第二芯部包括被构造成分别接收绕组的一对臂部的一对凹陷区域。
在一种制造模式中，包括C形部分、所述一对臂部，一对电感器引脚和连接器引脚的绕组由铜材料片通过使用任何合适的金属片加工技术形成。此外，所述凹陷通道形成在第一芯部中，所述凹陷区域形成在第二芯部中。绕组的C形部分被接收在第一芯部的凹陷通道中，并且绕组的臂部分别被接收在第二芯部的凹陷区域中。第一芯部和第二芯部彼此接触地联接，以将绕组的至少C形部分固定在磁芯组件内。
通过提供一种滤波电感器，其至少包括具有成形绕组部分的绕组、分别从成形绕组部分的相对端部横向延伸的一对臂部以及一对电感器引脚，其中每个电感器引脚从一对臂部分中的相应一个的端部基本垂直地延伸，所述滤波电感器可以沿着PCB的边缘安装，从而降低在完成的PCB组件中的滤波电感器的轮廓。此外，通过将绕组和至少一个连接器引脚形成为一体结构，其中连接器引脚从臂部的一个沿与电感器引脚从相应的臂部延伸的方向相反的方向基本上垂直地延伸，滤波电感器的总体尺寸可被减小，同时缩短相关的电流路径、降低滤波电感器的功耗，并且改善滤波电感器与一个或多个外部组件、装置和/或设备项之间的热阻。
本发明的其他特征、功能和方面将从下面的详细描述中变得显而易见。
附图说明
如附图所示，其中相同的附图标记和字符在不同的视图中表示相同的部分，从以下对本发明的特定实施例的描述中，前述的以及其它方面、特征和优点将变得显而易见。
图1a是根据本申请的示例性滤波电感器的分解图；
图1b是图1a的滤波电感器的透视图，其中滤波电感器示出为组装后的构造；
图2是包括在图1a和图1b的滤波电感器中的示例性绕组的透视图；
图3是示例性印刷电路板(PCB)组件的透视图，其中图1a和图1b的滤波电感器沿着PCB的边缘安装；以及
图4是制造图1a和图1b的滤波电感器的示例性方法的流程图。
具体实施方式
公开了用于大电流应用的滤波电感器，其采用紧凑的绕组-磁芯构造，该紧凑的绕组-磁芯构造允许沿着印刷电路板(PCB)的边缘安装滤波电感器，从而降低在完成的PCB组件中滤波电感器的轮廓(profile)。滤波电感器可以包括绕组和一个或多个形成为一体化结构的连接器引脚，这可以减小滤波电感器的整体尺寸，并缩短相关的电流路径、降低滤波电感器的功耗，并改善滤波电感器与一个或多个外部组件、装置和/或设备项之间的热阻。
图1a示出了根据本申请的用于大电流应用的示例性滤波电感器100的说明性实施例的分解图。滤波电感器100包括磁芯组件102(参见图1b)和绕组104。磁芯组件102包括第一芯部102.1和第二芯部102.2。第一芯部102.1包括被配置为接收绕组104的成形绕组部分(参见图2，标号202)的凹陷通道106。第二芯部102.2包括一对凹陷区域108.1、108.2，所述一对凹陷区域108.1、108.2被构造成分别接收绕组104的一对臂部(参见图2，附图标记204.1、204.2)。图1b示出了处于组装后的构造的滤波电感器100的透视图，该滤波电感器100包括磁芯组件102、第一芯部102.1、第二芯部102.2和绕组104。
图2示出了包括在图1a和图1b的滤波电感器100中的绕组104的透视图。如图2所示，绕组104包括具有相对端部210.1、210.2的成形绕组部分202、分别从成形绕组部分202的相对端部210.1、210.2横向延伸的一对臂部204.1、204.2和一对电感器引脚206，每个电感器引脚206从一对臂部204.1、204.2中的相应一个的端部(未编号)基本上垂直地延伸。例如，成形绕组部分202可以是C形部分或任何其它适当地成形的部分。此外，臂部204.1可以比臂部204.2(如图2所示)更长，臂部204.2可以比臂部204.1更长，或者臂部204.1、204.2可以具有基本相同的长度。绕组104还可以包括一个或多个连接器引脚208，该连接器引脚208从臂部204.1、204.2中的至少一个基本上垂直地延伸，其延伸方向与电感器引脚206从相应臂部204.1或204.2延伸的方向相反。
在示例性制造模式中，包括C形部分202、一对臂部分204.1、204.2、一对电感器引脚206和连接器引脚208的滤波器电感器100的绕组104由铜材料的片采用任何合适的金属片加工技术形成。此外，凹陷通道106形成在磁芯组件102的第一芯部102.1中，并且凹陷区域108.1、108.2形成在磁芯组件102的第二芯部102.2中。绕组104的C形部分202被容纳在第一芯部102.1的凹陷通道106中，并且绕组104的臂部204.1、204.2分别被容纳在第二芯部102.2的凹陷区域108.1、108.2中。第一芯部102.1和第二芯部102.2彼此接触地联接，以将绕组104的至少C形部分202固定在磁芯组件102内。
图3示出了包括图1a和图1b的滤波电感器100的示例性的完成的PCB组件300的透视图。如图3所示，PCB组件300还包括PCB 302、安装在PCB 302的一侧的集成电路(IC)组件303以及联接到PCB 302的相反侧并从PCB 302的相反侧延伸的多个PCB引脚304。所述多个PCB引脚304可以提供到PCB组件300的电连接和/或机械连接。如图3进一步所示，滤波电感器100的紧凑的绕组-磁芯结构允许其被沿着PCB 302的边缘(诸如边缘306，参见图3)安装。
在PCB组件300中，可以分别钻出或以其它方式在适于接收滤波电感器100的一对电感器引脚206的位置处形成穿过PCB 302的一对孔(未编号)。此外，第二芯部102.2的表面可以抵靠PCB 302的边缘306定位，以将电感器引脚206与相应的钻孔对准。滤波电感器100然后可以沿着边缘306滑动，以将电感器引脚206插入相应的钻孔中，直到电感器引脚206的一部分从PCB 302的表面突出，从而提供到滤波电感器100的绕组104的电连接点。在一个实施例中，每个相应的电感器引脚206可以形成有一个或多个止动件110(参见图1b)，并且电感器引脚206可以插入穿过相应的钻孔，直到PCB 302撞击止动件110为止。
一旦电感器引脚206插入穿过PCB 302中的相应孔，则电感器引脚206可以被焊接以建立与滤波电感器100的绕组104的电连接点。在完成的PCB组件300中，与常规的滤波电感器相比，滤波电感器100的轮廓降低约四分之一或更多。此外，滤波电感器100的连接器引脚208提供与PCB组件300的进一步的机械连接，以及提供与滤波电感器100的绕组104的进一步的电连接点。
这里参照图4以及图1a、图1b和图2描述了制造图1a和图1b的滤波电感器100的示例性方法。如框402(参见图4)所示，包括C形部分202(见图2)、一对臂部204.1、204.2、一对电感器引脚206和连接器引脚208的滤波电感器100的绕组104(参见图1a和1b)由铜材料片使用合适的金属片加工技术形成为一体的结构。如框404所示，提供了磁芯组件102，其包括第一芯部102.1和第二芯部102.2。如框406所示，凹陷通道106形成在第一芯部102.1中以与绕组104的C形部分202的形状相符合。如框408所示，凹陷区域108.1、108.2形成在第二芯部102.2中以符合绕组104的相应臂部204.1、204.2的横截面。如方框410所示，绕组104的C形部分202被接收在第一芯部102.1的凹陷通道106中。如框412所示，绕组104的臂部204.1、204.2被接收在第二芯部102.2的凹陷区域108.1、108.2中。如框414所示，第一芯部102.1和第二芯部102.2彼此接触地联接，以将绕组104的至少C形部分202固定在磁芯组件102内。
已经描述了滤波电感器100的上述说明性实施例，可以进行其他替代实施例和/或变型。例如，这里描述了通过沿着PCB的边缘安装滤波器电感器100可以降低PCB组件中的滤波电感器100的轮廓。在替代实施例中，可以通过减小磁芯组件102的高度来进一步降低滤波电感器100的轮廓。在另一替代实施例中，滤波器电感器100可沿PCB的多个边缘安装，例如在PCB 302的切口(cutout)区域内(见图3)。以这种方式，可以保持PCB 302的长度和/或宽度的均匀尺寸，同时降低在完成的PCB组件300内的滤波电感器100的轮廓。这里进一步描述了所公开的紧凑的绕组-磁芯构造应用在滤波电感器中。在替代实施例中，所公开的紧凑型绕组-磁芯构造的一个或多个特征可以在功率电感器、变压器或任何其它合适的无源磁性部件或装置中实现。
虽然已经具体示出和描述了本发明的各种实施例，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (18)

1.一种无源磁性部件，包括：
磁芯，该磁芯包括第一芯部和第二芯部；和
绕组，
其中所述绕组包括具有相对端部的成形部分、分别从所述成形部分的相对端部横向延伸的一对臂部、以及多个第一引脚，每个第一引脚从所述一对臂部中的相应的一个臂部的端部基本上垂直地延伸，在第二芯部和所述多个第一引脚之间存在间隙；并且
所述磁芯和绕组被构造成允许沿着印刷电路板的边缘安装所述无源磁性部件，使得在所述无源磁性部件安装至所述印刷电路板的状态中，所述一对臂部位于该印刷电路板的与所述第一引脚的端部相反的一侧，第二芯部与所述多个第一引脚间隔开，并且第二芯部的表面抵靠印刷电路板的边缘以将所述多个第一引脚与穿过所述印刷电路板形成的相应孔对准并将所述多个第一引脚插入穿过所述印刷电路板形成的相应孔中。
2.根据权利要求1所述的无源磁性部件，其中所述绕组还包括至少一个第二引脚，所述至少一个第二引脚沿与第一引脚相反的方向从所述一对臂部中的所述相应的一个臂部的所述端部基本上垂直地延伸。
3.根据权利要求1所述的无源磁性部件，其中所述磁芯第一芯部具有凹陷通道，所述凹陷通道被构造为至少接收所述绕组的所述成形部分。
4.根据权利要求3所述的无源磁性部件，其中所述第二芯部具有一对凹陷区域，所述一对凹陷区域被构造为分别接收所述一对臂部。
5.根据权利要求4所述的无源磁性部件，其中所述第一芯部和所述第二芯部彼此接触地联接，以将所述绕组的至少所述成形部分固定在所述磁芯内。
6.根据权利要求1所述的无源磁性部件，其中所述绕组的成形部分是C形部分。
7.根据权利要求1所述的无源磁性部件，其中所述一对臂部具有基本上相同的长度。
8.根据权利要求1所述的无源磁性部件，其中包括所述成形部分、所述一对臂部和所述多个第一引脚的绕组由金属片形成。
9.根据权利要求8所述的无源磁性部件，其中所述金属片是铜材料片。
10.根据权利要求1所述的无源磁性部件，其中，所述多个第一引脚中的至少一个第一引脚具有至少一个止动件，以用于限制所述至少一个第一引脚插入穿过印刷电路板中的孔。
11.一种制造无源磁性部件的方法，包括：
将绕组形成为一体结构，所述绕组包括具有相对端部的成形部分、分别从所述成形部分的相对端部横向延伸的一对臂部、以及多个第一引脚，每个第一引脚从所述一对臂部中的相应一个臂部的端部基本上垂直地延伸；
提供包括第一芯部和第二芯部的磁芯组件；
在所述第一芯部中形成凹陷通道以与所述绕组的所述成形部分的形状相符合；
将所述绕组的成形部分接收在所述第一芯部的所述凹陷通道中；以及
将第一芯部和第二芯部部分彼此接触地联接，以将绕组的至少成形部分固定在磁芯组件内，使得在第二芯部和所述多个第一引脚之间存在间隙，
其中，所述磁芯组件和绕组被构造成允许沿着印刷电路板的边缘安装所述无源磁性部件，使得在所述无源磁性部件安装至所述印刷电路板的状态中，所述一对臂部位于该印刷电路板的与所述第一引脚的端部相反的一侧，并且第二芯部的表面抵靠印刷电路板的边缘以将所述多个第一引脚与穿过所述印刷电路板形成的相应孔对准并将所述多个第一引脚插入穿过所述印刷电路板形成的相应孔中。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
在所述第二芯部中形成一对凹陷区域以分别与所述绕组的所述一对臂部的横截面相符合。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
将所述一对臂部分别接收在第二芯部的所述一对凹陷区域中。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，将绕组形成为一体结构包括由金属片形成所述绕组。
15.一种印刷电路板组件，包括：
具有边缘的印刷电路板；和
被配置为沿着印刷电路板的边缘安装的无源磁性部件，其中所述无源磁性部件包括：
磁芯，该磁芯包括第一芯部和第二芯部；和
绕组，
其中所述绕组包括具有相对端部的成形部分、分别从所述成形部分的相对端部横向延伸的一对臂部、以及多个第一引脚，每个第一引脚从所述一对臂部中的相应的一个臂部的端部基本上垂直地延伸，并且
其中，所述一对臂部位于该印刷电路板的与所述第一引脚的端部相反的一侧，在第二芯部和所述多个第一引脚之间存在间隙，使得第二芯部与所述多个第一引脚间隔开，使得第二芯部与所述多个第一引脚间隔开，并且第二芯部的表面抵靠印刷电路板的边缘以将所述多个第一引脚与穿过所述印刷电路板形成的相应孔对准并将所述多个第一引脚插入穿过所述印刷电路板形成的相应孔中。
16.根据权利要求15所述的印刷电路板组件，其中所述绕组还包括至少一个第二引脚，所述至少一个第二引脚沿与第一引脚相反的方向从所述一对臂部中的所述相应的一个臂部的所述端部基本上垂直地延伸。
17.根据权利要求15所述的印刷电路板组件，其中所述第一芯部具有被构造成接收所述绕组的至少成形部分的凹陷通道，所述第二芯部具有被构造成分别接收绕组的所述一对臂部的一对凹陷区域。
18.根据权利要求17所述的印刷电路板组件，其中所述第一芯部和所述第二芯部部分彼此接触地联接，以将所述绕组的至少所述成形部分固定在所述磁芯内。
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