CN108461250B - 功率电感器、具有其的板以及使用其的电流测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种功率电感器、具有其的板以及使用其的电流测量方法，所述功率电感器包括：主体，包含磁性材料；内部线圈，设置在所述主体中，并且包括多个线圈图案；及感测线圈，设置在所述主体上，并且面对所述内部线圈。

Description

功率电感器、具有其的板以及使用其的电流测量方法
本申请要求于2017年2月22日在韩国知识产权局提交的第10-2017-0023674号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用全部包含于此。
技术领域
本发明涉及一种功率电感器、具有其的板以及使用其的电流测量方法。
背景技术
作为与电阻器和电容器一起构成电子电路的重要无源元件的电感器元件主要用在电子装置中的诸如直流(DC)-DC转换器的供电电路中，或者广泛地用作去除噪声或构成LC谐振电路的组件，并且可根据制造方法及其结构分为多层电感器、绕组式电感器、薄膜式电感器等。在这些电感器元件之中，功率电感器用于使电源电路平滑和去除噪声。
同时，为了确认便携式电子装置的操作，可测量在电源电路的功率电感器中流动的电流的波形时序(waveform timing)和功率电感器中消耗的电流。为此，可使用检测从功率电感器辐射的磁场的近磁场测量方法。然而，在磁场测量方法中，需要磁场测量设备，由于根据功率电感器与磁场测量设备的探针之间的距离的传播损耗而导致可能会难以精确地测量电流。
此外，电流感测电阻器(CSR)可另外安装在电源端子中，以测量电流。然而，使用CSR的方法与为了使装置小型化而显著减小安装无源元件的空间的趋势相悖，因此，用于测试的印刷电路板应该另外制造。
发明内容
本公开的一方面可提供一种功率电感器、具有其的板以及使用其的电流测量方法，所述功率电感器的电流可在不使用磁场测量设备或电流感测电阻器的情况下被测量。
根据本公开的一方面，一种功率电感器可包括：主体，包含磁性材料；内部线圈，设置在所述主体中，并且包括多个线圈图案；及感测线圈，面对所述内部线圈。
根据本公开的另一方面，一种具有功率电感器的板可包括：印刷电路板，所述印刷电路板上设置有第一电极焊盘和第二电极焊盘；及功率电感器，设置在所述印刷电路板上，其中，所述功率电感器包括包含磁性材料的主体、设置在所述主体中且包括多个线圈图案的内部线圈以及面对所述内部线圈的感测线圈。
根据本公开的另一方面，一种使用功率电感器的电流测量方法可包括：在印刷电路板上安装所述功率电感器，所述功率电感器包括具有多个线圈图案的内部线圈和面对所述内部线圈的感测线圈；将电力施加到所述功率电感器；使用接触探针测量所述感测线圈感应出的电流。
附图说明
从下面结合附图的详细描述中，本公开的以上和其他方面、特征及优点将被更清楚地理解，其中：
图1示出了示出根据本公开的示例性实施例的功率电感器的透视图；
图2A示出沿着图1的实施例的I-I′线截取的截面图，图2B示出沿着图1的另一实施例的I-I′线截取的截面图；
图3示出了示出根据本公开的另一示例性实施例的功率电感器的截面图；
图4示出了示出根据本公开的示例性实施例的功率电感器安装在印刷电路板上的形式的透视图；
图5示出了示出根据本公开的另一示例性实施例的功率电感器安装在印刷电路板上的形式的透视图；及
图6示出了示出根据本公开的示例性实施例的使用功率电感器的电流测量方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的示例性实施例。
在下文中，将参照图1至图3描述根据本公开的示例性实施例的功率电感器。图1至图3中假设和示出薄膜式功率电感器。然而，本公开不限于此，而是可应用于绕组式功率电感器和多层功率电感器。
图1是示出根据本公开的示例性实施例的功率电感器的透视图。
根据本公开的示例性实施例的功率电感器100可包括主体50、内部线圈41和42以及感测线圈60。此外，功率电感器100可包括第一外电极81和第二外电极82，第一外电极81和第二外电极82设置在主体50的外表面上且分别电连接到内部线圈41和42。
主体50可形成功率电感器100的外观，并且可包含磁性材料。磁性材料可以是表现出磁性性质的任何材料，例如，铁氧体或金属磁性粉末。
铁氧体可以是例如Mn-Zn基铁氧体、Ni-Zn基铁氧体、Ni-Zn-Cu基铁氧体、Mn-Mg基铁氧体、Ba基铁氧体、Li基铁氧体等。
金属磁性粉末可包含从由Fe、Si、Cr、Al和Ni组成的组中选择的一种或更多种。例如，金属磁性粉末可以是Fe-Si-B-Cr基非晶态金属，但是不一定局限于此。此外，金属磁性粉末可具有0.1μm至30μm的粒径，并且可按照其分散在热固性树脂中的形式被包括在诸如环氧树脂、聚酰亚胺等的热固性树脂中。
内部线圈41和42可包括多个线圈图案。例如，内部线圈41和42可包括形成以螺旋形状缠绕的线圈的第一线圈图案41和第二线圈图案42。此外，第一线圈图案41可形成在设置于主体50中的绝缘基板20的一个表面上，第二线圈图案42可形成在绝缘基板20的与绝缘基板20的所述一个表面相对的另一表面上。作为示例，第一线圈图案41和第二线圈图案42可通过执行电镀来形成。
绝缘基板20可以是例如聚丙二醇(PPG)基板、铁氧体基板、金属基软磁性基板等。此外，绝缘基板20可具有形成在其中央部分中的孔，以穿过其中央部分，其中，孔可填充有磁性材料，以形成芯部55。在形成填充有磁性材料的芯部55的情况下，可提高内部线圈的电感Ls。
此外，第一线圈图案41和第二线圈图案42可分别形成在绝缘基板20的一个表面和另一表面上，并且可通过穿过绝缘基板20的过孔45彼此电连接。
感测线圈60可具有卷绕形状、可设置在主体50上并且可面对内部线圈41和42地设置在主体50上。这里，措辞“面对……地设置”意指由感测线圈60形成的卷绕形状的轴线与由内部线圈41和42形成的卷绕形状的轴线彼此重合或以他们彼此相邻的状态彼此平行。此外，内部线圈41和42与感测线圈60可设置为彼此分开预定距离。
在使用近磁场设备多次检测从功率电感器辐射的磁场以测量功率电感器的电流的情况下，可能会出现根据近磁场设备的探针与功率电感器之间的距离的偏差。
由于功率电感器100包括设置为彼此分开预定距离的内部线圈41及42和感测线圈60，因此即使在多次测量感测线圈60感应出的电流的情况下，也可确保一致的测量结果。
此外，由于功率电感器100包括设置为彼此面对的感测线圈60和内部线圈41及42，因此可通过由内部线圈41和42形成的磁场使感测线圈60感应出电流。
此外，感测线圈60和内部线圈41及42设置为彼此分开所沿的方向可垂直于内部线圈41和42中电流流动的方向，使得可显著地减小感测线圈60通过由内部线圈41和42形成的磁场而感应出的电流。
此外，感测线圈60的两端可分别连接到第一感测垫61和第二感测垫62。可设置第一感测垫61和第二感测垫62，以容易地测量感测线圈60感应出的电流。也就是说，可设置第一感测垫61和第二感测垫62，以与电流测量设备的接触探针接触。
此外，如图2B中所示，保护层65可设置在感测线圈60的表面上。保护层65可防止感测线圈60向外暴露，并且可保护感测线圈60不受外部影响。即使在设置保护层65的情况下，也可使第一感测垫61和第二感测垫62向外暴露。
同时，内部线圈41和42以及感测线圈60可包含具有优异的导电性的金属。例如，内部线圈41和42以及感测线圈60可由银(Ag)、钯(Pd)、铝(Al)、镍(Ni)、钛(Ti)、金(Au)、铜(Cu)、铂(Pt)或他们的合金形成。根据电的需求，内部线圈41和42以及感测线圈60可由相同或不同的材料制成。
图2A是沿着图1的I-I′线截取的截面图，图3是示出根据本公开的另一示例性实施例的功率电感器的截面图。
参照图2A，内部线圈41和42可涂覆有绝缘层30。详细地，绝缘层30可涂覆在内部线圈41和42上，使得内部线圈41和42不与构成主体50的磁性材料直接接触。
此外，第一线圈图案41和第二线圈图案42中的每个的一个端部可暴露到主体50的至少一个表面。例如，形成在绝缘基板20的一个表面上的第一线圈图案41的一个端部可沿长度(L)方向暴露到主体50的一个端表面，形成在绝缘基板20的另一表面上的第二线圈图案42的一个端部可沿长度(L)方向暴露到主体50的另一端表面。
此外，第一外电极81和第二外电极82可形成在主体50的外表面上，以分别连接到均暴露到主体50的端表面的第一线圈图案41和第二线圈图案42。
由于感测线圈60设置为面对内部线圈41和42，因此可通过由内部线圈41和42形成的磁场B感应出电流。
感测线圈60可形成在主体50的上表面上。作为示例，感测线圈60可通过诸如丝网印刷法、光致抗蚀剂(PR)的曝光和显影法、喷涂法等的本领域中公知的方法形成。
在本公开的另一示例性实施例中，主体50的感测线圈60′可嵌在主体50的上部中。图3中示出这样的示例性实施例。
由于除了感测线圈60′嵌在主体50中之外，图3中所示的功率电感器100′可参照针对与图1和图2A中所示的功率电感器100的组件相同或相似的组件的描述来理解，因此将省略重复的描述。
参照图3，由于功率电感器100′的感测线圈60′嵌在主体50中，因此感测线圈60′可更邻近于内部线圈41和42地形成。在这种情况下，由于感测线圈60′可对由内部线圈41和42形成的磁场更敏感地反应，并且可使感测线圈60′感应出电流，因此可更精确地测量电流。
如参照图1至图3描述的，由于根据本公开的示例性实施例的功率电感器可包括与内部线圈邻近地设置的感测线圈，并且使感测线圈感应出与内部线圈中流动的电流成比例的电流，因此可从感测线圈的电流测量功率电感器的电流。
图4是示出根据本公开的示例性实施例的功率电感器安装在印刷电路板上的形式的透视图，图5是示出根据本公开的另一示例性实施例的功率电感器安装在印刷电路板上的形式的透视图。
参照图4和图5，功率电感器可包括图1和图2A中所示的功率电感器。然而，功率电感器不限于此，而可以是图3中所示的功率电感器。
根据本公开的示例性实施例的具有功率电感器的板1000可包括印刷电路板1100以及第一电极焊盘1110和第二电极焊盘1120，印刷电路板1100上安装有功率电感器100，第一电极焊盘1110和第二电极焊盘1120形成在印刷电路板1100的上表面上以彼此分开。第一电极焊盘1110和第二电极焊盘1120可以是连接到实施在印刷电路板1100上的电路图案且设置为安装功率电感器的焊盘图案(land pattern)。
这里，功率电感器可以以如下状态通过焊料1130电连接到印刷电路板1100：形成在功率电感器的两个端表面上的第一外电极81和第二外电极82分别放置在第一电极焊盘1110和第二电极焊盘1120上以分别与第一电极焊盘1110和第二电极焊盘1120接触。
如图4中所示，安装在印刷电路板上的功率电感器的内部线圈41和42可设置为平行于印刷电路板1100的安装表面SM。
如本公开的另一示例性实施例，参照图5，在具有功率电感器的板1000′中，安装在印刷电路板上的功率电感器的内部线圈41和42可设置为垂直于印刷电路板1100的安装表面SM。
将省略除上述描述之外与上面参照图1至图3描述的功率电感器的特征重复的描述。
图6是示出根据本公开的示例性实施例的使用功率电感器的电流测量方法的流程图。
根据本公开的示例性实施例的使用功率电感器的电流测量方法可包括：在印刷电路板上安装功率电感器(S1)，功率电感器包括具有多个线圈图案的内部线圈和面对内部线圈的感测线圈；将电力施加到功率电感器(S2)；使用接触探针测量感测线圈感应出的电流(S3)。
参照图4和图6，用于控制电子装置的操作的集成电路(IC)等可形成在印刷电路板1100上。此外，可由用于向集成电路(IC)提供电力的电源电路向集成电路(IC)施加电流。
为了测量这样的电流，可将根据本公开的示例性实施例的功率电感器安装在印刷电路板上(S1)，可驱动电源电路，以将电力施加到功率电感器(S2)，可使接触探针与功率电感器的感测垫61和62接触，以测量感测线圈60感应出的电流(S3)。由于在感测线圈60中流动的电流是通过由功率电感器的内部线圈中流动的电流形成的磁场感应出的，因此可从感测线圈60中流动的电流测量功率电感器中流动的电流。
如上面阐述的，在根据本公开的示例性实施例的功率电感器和具有该功率电感器的板中，可使用与内部线圈邻近地设置的感测线圈测量功率电感器的电流。
此外，在根据本公开的示例性实施例的使用功率电感器的电流测量方法中，可在无需用于测试的特定设备或另外的印刷电路板的情况下精确地测量电流。
虽然上面已经示出和描述了示例性实施例，但是对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离如由所附的权利要求限定的本发明的范围的情况下，可做出变型和改变。

Claims (18)

1.一种功率电感器，包括：
主体，包含磁性材料；
内部线圈，设置在所述主体中，并且包括沿着所述主体的厚度方向堆叠的多个线圈图案；及
感测线圈，面对所述内部线圈，
其中，所述感测线圈的最内侧表面位于所述内部线圈的最内侧表面的径向外侧，并且
其中，所述内部线圈和所述感测线圈设置为使得所述内部线圈的最上面的部分与所述感测线圈的最下面的部分沿着所述厚度方向彼此分开预定距离。
2.根据权利要求1所述的功率电感器，其中，所述感测线圈嵌在所述主体的上部中。
3.根据权利要求1所述的功率电感器，其中，所述感测线圈形成在所述主体的表面上。
4.根据权利要求1所述的功率电感器，所述功率电感器还包括第一感测垫和第二感测垫，所述第一感测垫和所述第二感测垫分别连接到所述感测线圈的两端且暴露到所述主体的上表面。
5.根据权利要求1所述的功率电感器，其中，在所述内部线圈中电流流动的方向垂直于所述内部线圈和所述感测线圈设置为彼此分开所沿的方向。
6.根据权利要求1所述的功率电感器，其中，通过由所述内部线圈形成的磁场使所述感测线圈感应出电流。
7.根据权利要求3所述的功率电感器，所述功率电感器还包括设置在所述感测线圈的表面上的保护层。
8.一种具有功率电感器的板，包括：
印刷电路板，所述印刷电路板上设置有第一电极焊盘和第二电极焊盘；及
功率电感器，设置在所述印刷电路板上，
其中，所述功率电感器包括包含磁性材料的主体、设置在所述主体中且包括沿着所述主体的厚度方向堆叠的多个线圈图案的内部线圈以及面对所述内部线圈的感测线圈，
其中，所述感测线圈的最内侧表面位于所述内部线圈的最内侧表面的径向外侧，并且
其中，所述内部线圈和所述感测线圈设置为使得所述内部线圈的最上面的部分与所述感测线圈的最下面的部分沿着所述厚度方向彼此分开预定距离。
9.根据权利要求8所述的具有功率电感器的板，其中，所述内部线圈设置为平行于所述印刷电路板的安装表面。
10.根据权利要求8所述的具有功率电感器的板，其中，所述内部线圈设置为垂直于所述印刷电路板的安装表面。
11.根据权利要求8所述的具有功率电感器的板，其中，所述感测线圈嵌在所述主体的上部中。
12.根据权利要求8所述的具有功率电感器的板，其中，所述感测线圈形成在所述主体的表面上。
13.根据权利要求8所述的具有功率电感器的板，所述具有功率电感器的板还包括第一感测垫和第二感测垫，所述第一感测垫和所述第二感测垫分别连接到所述感测线圈的两端并且暴露到所述主体的上表面。
14.根据权利要求8所述的具有功率电感器的板，其中，在所述内部线圈中电流流动的方向垂直于所述内部线圈和所述感测线圈设置为彼此分开所沿的方向。
15.根据权利要求8所述的具有功率电感器的板，其中，通过由所述内部线圈形成的磁场使所述感测线圈感应出电流。
16.一种使用功率电感器的电流测量方法，包括：
在印刷电路板上安装所述功率电感器，所述功率电感器包括具有沿着所述功率电感器的厚度方向堆叠的多个线圈图案的内部线圈和面对所述内部线圈的感测线圈；
将电力施加到所述功率电感器；及
使用接触探针测量所述感测线圈感应出的电流，
其中，所述感测线圈的最内侧表面位于所述内部线圈的最内侧表面的径向外侧，并且
其中，所述内部线圈和所述感测线圈设置为使得所述内部线圈的最上面的部分与所述感测线圈的最下面的部分沿着所述厚度方向彼此分开预定距离。
17.根据权利要求16所述的电流测量方法，其中，在所述内部线圈中电流流动的方向垂直于所述内部线圈和所述感测线圈设置为彼此分开所沿的方向。
18.根据权利要求16所述的电流测量方法，其中，通过由所述电力施加到的所述内部线圈形成的磁场使所述感测线圈感应出电流。
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