CN115881392A - 单相表面安装摆动电感器部件和制造方法 - Google Patents

Abstract

电感器部件包括配置为与电路板建立表面安装连接的单个导电线圈。磁芯结构接收并包围单个导电线圈的第一腿部和第二腿部，第一物理间隙和第二物理间隙分别形成在磁芯结构中，并被定位成分别与在细长的第一腿部或第二腿部中的仅一个中流动的电流生成的磁通路径相交。凭借这对物理间隙，电感器部件作为具有多个电感滚降梯级的摆动型电感器部件操作。

Description

单相表面安装摆动电感器部件和制造方法

技术领域

本发明的领域总地涉及表面安装电磁部件组件及其制造方法，更具体地，涉及高电流、单相、摆动型表面安装摆动电感器部件及其制造方法。

背景技术

已知电磁电感器部件利用电流和磁场在电路中提供期望的效果。电流流过电感器部件中的导体会生成可以集中在磁芯中的磁场。磁场又可以存储能量和释放能量、消除电气和电子装置的电力线和信号线中的不期望的信号分量和噪声，或者以其他方式过滤信号以提供期望的输出。

电路板应用中增加的功率密度导致对电感器解决方案的进一步需求，以提供具有期望性能的封装尺寸变小的电源。摆动型电感器部件是已知的，其理想地以随电流负载在多个滚降梯级中变化的电感操作，因此相对于以单步电感滚降特性操作的其他非摆动型电感器部件，在某些应用中提供性能优势。然而，传统的摆动型电感器解决方案在某些方面存在缺陷，因此需要改进。

附图说明

参考以下附图描述非限制性和非穷举性实施例，其中除非另有说明，否则在各个附图中相同的附图标记指代相同的部件。

图1是根据本发明的单相摆动电感器部件的第一示例性实施例的透视图。

图2是图1所示的单相摆动电感器部件的分解图。

图3是图1和图2所示的磁芯结构的俯视图。

图4是图3所示的磁芯结构的第一示例性替代磁芯结构的俯视图。

图5是图3所示的磁芯结构的第二示例性替代磁芯结构的俯视图。

图6是图3所示的磁芯结构的第三示例性替代磁芯结构的俯视图。

图7是根据本发明的单相摆动电感器部件的第二示例性实施例的透视图。

图8是图7所示的单相摆动电感器部件的分解图。

图9是图7和图8所示的单相摆动电感器部件的磁芯结构的俯视图。

图10是图9所示的磁芯结构的第一示例性替代磁芯结构的俯视图。

图11是图9所示的磁芯结构的第二示例性替代磁芯结构的俯视图。

图12是图9所示的磁芯结构的第三示例性替代磁芯结构的俯视图。

图13是图9所示的磁芯结构的第四示例性替代磁芯结构的俯视图。

图14是根据本发明的摆动电感器的电感滚降特性的梯级的第一示例性图示。

图15是根据本发明的摆动电感器的电感滚降特性的梯级的第二示例性图示。

具体实施方式

在各种电力系统应用中非常需要更强大和高性能的电源，包括但不限于最先进的电信和计算(数据中心、云等)应用。在中低电源(低于40安培)的情况下，相对于更复杂和更昂贵的多相电源，单相电源架构可能是优选的。对于最新的处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和云计算系统，需要更高级别的功率和更高的性能。因此需要用于诸如服务器等的高电流计算应用的新电源模块，但是它们的实现至少部分地受到电源操作中所需的常规磁性部件的限制。因此，有利地需要创新的单相电感器设计来实现高性能单相电源的期望的性能标准，以满足市场需求。

对于表面安装电感器部件制造商而言，挑战是提供电感器部件以最小化电感器部件在电路板上占据的面积(有时称为部件“占用面积”)和/或最小化在垂直于电路板平面的方向上测量的部件高度(有时称为部件“轮廓”)。通过减小电感器部件的占用面积和轮廓，可以减小用于电子装置的电路板组件的尺寸和/或可以增加电路板上的组件密度，这允许减小电子装置本身的尺寸或具有同等尺寸的装置的增强的功能。然而，在竞争激烈的市场中，以具有成本效益的方式使电子部件小型化给电子部件制造商带来了许多实际挑战。由于电子装置需要大量的电感器部件，在不牺牲性能的情况下降低制造电感器部件的成本已成为电子部件制造商的重要实际利益。

通常，每一代电子装置不仅需要更小，而且需要提供增加的功能特征和能力。因此，电子装置必须是越来越强大的装置。对于某些类型的部件，例如可以除其他之外提供能量存储和调节能力的电磁电感器部件，在满足不断增加的功率需求的同时继续减小已经非常小的电感器部件的尺寸，已证明与一般命题一样具有挑战性，对某些应用尤其具有挑战性。

在一些情况下，单相电感器部件期望以低电感和高电感操作以单独用于快速负载瞬态响应、高DC偏置电流电阻和高效率。随着电感器尺寸的不断减小，实现高初始电感和高DC偏置电流电阻以及传统的单步电感下降特性(有时称为电感滚降,inductance rolloff)变得越来越具有挑战性。

已知摆动型电感器部件可自调节以在功率转换器应用中实现瞬态性能、DC偏置电流电阻和效率之间的最佳折衷。不同于其他类型的电感器部件，部件的电感在预定饱和点以单一方式滚降，摆动型电感器可在全饱和点和部分饱和点操作，分别具有不同和最佳的电感滚降特性，以更灵活地满足特定应用的需要。具体地，摆动型电感器部件可以包括在某些电流负载下几乎可以在磁饱和下操作的磁芯。摆动磁芯的电感在相对较小的电流范围内达到最大值，而对于另一范围的相对较高的电流，电感改变或摆动到较低值。单相摆动型电感器及其多级电感滚降特性可以避免功率转换器应用中其他类型的电感器部件的局限性，但往往难以在所需的占用面积上经济地制造并同时仍然提供期望的性能。因此需要改进单相摆动型电感器部件。

单相、表面安装、摆动型电感器部件的示例性实施例在下文中描述，与现在使用的常规单相电感器部件相比，它们可以在更高电流、更高功率的电路中更有效地执行。单相电感器部件组件的示例性实施例还可以以相对低的成本和简化的制造工艺和技术制造。还促进了单相电感器的示例性实施例的期望小型化，以提供具有更小封装尺寸、但在高电流应用中的能力得到提高的表面安装电感器部件。在下面的描述中，方法方面将部分是显而易见的，部分是明确讨论的。

图1-3示出了根据本发明的单相摆动电感器部件100的第一示例性实施例。部件100包括在两个分立的芯件104、106中制造的磁芯结构102，每个芯件分别接收和包含单个导电线圈108的一部分，该导电线圈108可以表面安装到电路板110。电路板110和摆动电感器部件100定义了包括在电子装置中的电源电路的一部分。在预期的实施例中，电路板110上的电源电路可以实现单相电源架构，包括连接到摆动电感器部件100的线圈108的功率转换器。更具体地，摆动电感器部件100可以通过电路板110连接到单相功率转换器的输出。

可替代地，在另一个预期的实施例中，摆动电感器部件100可以连接到多相电力系统和多相电力系统转换器的一相并且仅连接到一相。因此，就本说明书而言，“单相”摆动电感器部件将意味着摆动电感器部件包括一个且仅一个导电线圈108，该导电线圈108可通过电路板110连接至电源的仅一相。因此，这样的“单相”摆动电感器部件100与具有多于一个导电线圈(例如，两个、三个、四个等)的替代集成电感器部件形成鲜明对比，后者导电线圈的数量等于集成的公共磁芯结构中多相电源的相数，集成的通用磁芯结构被配置为容纳期望数量的线圈。例如，在两相电力系统中，可以在电路板上使用两个单相摆动电感器部件100，而不是在公共磁芯结构上具有两个线圈的一个集成电感器部件。

在一些情况下，电路板110上可以提供一个以上的单相摆动电感器部件100，其中每个部件100相对于它在电路板110上连接到的电源相是单独且独立地可操作的，无论是单相还是多相电源架构。由于单相和多相电源架构以及单相和多相功率转换器(例如，降压转换器)是已知的并且在本领域技术人员的范围内，因此这里省略对其的进一步描述。然而，在功率转换器电路中使用部件100是为了说明而非限制，并且其他电源应用也是可能的。

如图1所示，磁芯件104、106以所示的布置并排布置在电路板110上以完成磁芯结构102，其中单个导电线圈108被捕获在其间。每个芯件104和106的底部在使用中面向电路板110并且每个芯件104和106从电路板110向上延伸。在所示示例中，由芯件104、106的组合限定的磁芯结构102具有在平行于电路板110的平面的相应方向上测量的大约相等的长度和宽度尺寸，使得磁芯结构102在俯视图中大致是正方形的，如图3所示。然而，在垂直于电路板110的平面的方向上(即，在图1所示的垂直方向上)，磁芯结构102的垂直高度尺寸明显大于磁芯结构102的长度或宽度尺寸。在所示示例中，磁芯结构102的高度尺寸以及部件100的相应的高度尺寸大约是磁芯结构102的长度或宽度尺寸的两倍。然而，这不必在所有实施例中都是这种情况，并且部件100的长度、宽度和高度的不同比例在各种不同的实施例中是可能的。

现在参考图2的分解图，单个导电线圈108是倒U形线圈，具有顶部112，顶部112与电路板110的平面间隔一定距离在磁芯件104、106的顶面上以暴露但凹陷的方式平行于电路板110的平面延伸。因此，线圈108的顶部112与电路板110间隔的垂直距离略小于摆动电感器部件100的总高度。线圈108还包括细长的、间隔开的、笔直的和平行的腿部114、116，每个腿部114、116在顶部112的每个相对端边缘处垂直于顶部112延伸。细长的腿部114、116的每一个的轴向长度远大于顶部112的轴向长度，使得所示的线圈108比其宽度高得多。在每个腿部114、116的下端，表面安装终端焊盘118、120垂直于并远离每个腿部114、116的端部延伸。

线圈108可以由一块导电材料制成，该材料被切割成具有均匀厚度的矩形横截面的条带，该条带形成或弯曲成具有所示特定特征的特定形状。线圈108可以被提供为如图所示的完全预成型元件的形状，其可以在单独的制造阶段简单地与磁芯件104、106组装，而不需要线圈108的额外的成型或成形。如图所示和描述的倒U形线圈108的形状相当简单并且能够在更高功率、更高电流的电路中操作。倒U形线圈108完成磁芯结构102中的电感器绕组的小于一整匝，但应理解，在其他实施例中替代线圈配置和完成一个或更多整匝的线圈配置是可能的。

磁芯件104形成有一对内部的、间隔开的直且平行的线圈槽122、124，它们在形状上与线圈108的腿部114或116互补但略大于线圈108的腿部114或116。在所示示例中，线圈槽122、124是接受细长线圈腿部114或116的矩形侧边缘的细长矩形开口。内部芯槽122、124在芯件104的顶部和底部是开放的并且是可接近的，但不能从在芯件104的顶部和底部之间延伸的芯件104的外侧面接近。为了本文的目的，芯件104的底部位于电路板110上，芯件104的顶面在使用中大致平行于电路板110并与电路板110间隔开延伸，并且芯件104的侧面垂直于电路板110延伸。

芯件106同样形成有一对内部间隔开的笔直且平行的线圈槽122、124，它们在形状上与线圈108的腿部114或116互补但略大于线圈108的腿部114或116。在所示的示例中，线圈槽122、124是接受细长线圈腿部114或116的矩形侧边缘的细长矩形开口。内部芯槽122、124在芯件106的顶部和底部上是开放的并且可接近的，但不能从芯件106的顶部和底部之间延伸的芯件106的外侧面接近。为了本文所述的目的，芯件106的底部位于电路板110上，芯件106的顶面在使用中大致平行于电路板110并与电路板110间隔开延伸，并且芯件106的侧面垂直于电路板110延伸。

磁芯件104、106中的线圈槽122、124部分地延伸穿过芯件104、106并且定向为垂直于每个磁芯件104、106中的电路板110的平面延伸。因此，在图1的视图中，线圈槽122、124在芯件104、106的内部垂直延伸。如图2所示，每个芯件104、106的底部略微凹陷以提供与电路板110的表面的间隙，其中表面安装终端焊盘118、120与电路板110相遇以完成与电路板110的期望表面安装电连接。

分立的磁芯件104和106各自限定磁芯结构102的1/2并且在其间接收单个导电线圈108。如此，每个芯件104、106形成有线圈槽122、124的1/2。分立的磁芯件104、106通过滑动组件容易地组装到线圈108并围绕线圈108以在芯槽中与线圈108的腿部114、116相互配合。在所示示例中，线圈槽122、124为每个芯件104、106赋予E形轮廓和横截面，相对于在某些类型的传统电感器部件中已知的更复杂的磁芯形状而言，这相当简单和容易地制造。

分立的磁芯件104、106中的每一个进一步形成有以垂直延伸的(即，在垂直于电路板110的平面的方向上)细长槽或凹槽形式的物理间隙126，其相对于线圈腿部114、116中的一个可操作以将摆动型电感器可操作性赋予部件100。所示示例中的芯件104、106形成为相同形状的芯件，每个芯件仅包括物理间隙126。在部件100的组装中，芯件104、106的定向相对于彼此偏移或反转180°，使得每个芯件104中的内部线圈槽彼此面对。在芯件104、106的相同移位或反转180°的定向中，每个芯件104、106中的物理间隙126在每个芯件中邻近线圈腿部114、116之一但不邻近另一个线圈腿而定位。因此，相同形状的芯件104、106特别区别于这样的芯件，该芯件具有在同一磁芯件中相对于多于一个线圈腿部进行操作的多于一个的物理间隙。因此，仅包括一个物理间隙的磁芯件104、106比具有多于一个物理间隙的磁芯件更容易制造。

图3示出了没有线圈108的磁芯结构102。磁芯件104、106如图所示以180°定向并排邻接，并且在一些情况下，磁芯件104的面对侧106可以彼此间隔开以在操作中实现磁芯结构102的期望电感。

磁芯件104、106的组合限定了一对相对的外侧壁130a、130b和一对相对的外侧壁132a、132b，对应于大致方形的磁芯结构102的横向外侧壁。外侧壁130a、130b、132a、132b与线圈108的腿部114、116间隔开，在部件100的完整组件中，线圈108的腿部114、116被磁芯结构102围绕并包围在其中。

芯件104、106的组合还限定了第一对内侧壁134a、134b和一对相对的内侧壁136a、136b，它们共同限定了接收和包围线圈腿部116的矩形线圈槽。因此，在部件100的完整组件中，内侧壁134a、134b、136a、136b邻近并围绕线圈腿部116延伸。芯件104、106的组合同样限定第一对内侧壁138a、138b和一对相对的内侧壁140a、140b，它们共同限定了接收并包围线圈腿部114的矩形线圈槽。因此，内侧壁138a、138b、140a、140b在部件100的完整组件中邻近并围绕线圈腿部114延伸。

当电流流过线圈腿部116时，第一磁通路径142(用虚线显示)在磁芯结构102中围绕由内侧壁134a、134b、136a、136b限定的矩形线圈槽延伸。同样，当电流流过线圈腿部114时，第二磁通路径144(用虚线显示)在磁芯结构102中围绕由内侧壁138a、138b、140a、140b限定的矩形线圈槽延伸。因为流过线圈腿部114和116的电流方向相反，所以磁通路径144和142同样相反，如图3中的方向箭头所示。

每个物理间隙126形成在磁芯结构中的外侧壁130a、130b之一中，并且物理间隙126不完全地延伸穿过磁芯结构102的壁厚以使得物理间隙是开放的并且暴露于磁芯结构102的外部，但不延伸至磁芯结构102的内侧壁。每个物理间隙126被定位为分别与由相应线圈腿部生成的磁通路径142或144的一部分相交。如图1至图3的示例所示，垂直延伸的间隙126之一在一个线圈槽的左侧延伸以与磁通路径142相交，而另一个间隙126在磁芯结构102中的另一个线圈槽的右侧延伸以与另一磁通路径144相交。因此，间隙126在磁芯结构102的相对的外侧壁上彼此偏移，并且间隙126也相对于磁芯结构102中的线圈槽相反地定位。考虑到线圈腿部114和116的矩形横截面，磁芯结构102中的线圈槽包括从顶部和横截面中相应的长边和短边。所示示例中的物理间隙126是在图3的水平面中平行于线圈槽的长边延伸的细长槽。因此，虽然间隙126在磁芯结构102的顶部和底部之间在垂直方向上纵向或轴向延伸，但在横向方向(即，在图3中的水平方向)上，间隙126以线性方式延伸小于磁芯结构102的壁厚的深度。在图3的视图中，间隙126在横向方向上被定向为垂直于线圈槽的短边并平行于长边延伸。

每个相应的磁通路径142、144中的物理间隙126策略性地减小磁芯结构102的横截面积，以在磁通路径142、144的其余部分达到完全磁饱和之前以期望的电流有意地使磁芯的一部分饱和。这有利地允许磁芯结构102部分饱和以实现期望的摆动电感器效果，其中完成的部件100可在不同的操作电流范围内以多于一个的电感值操作。经由物理间隙126在局部区域中中断磁通路径实现了期望的摆动型电感器特性，其中部件100以随电流负载期望且自动变化的电感操作。

具体地，并且凭借间隙126，磁芯结构102可以在相对较小的电流范围内几乎以最大水平操作，并且对于另一范围的相对较高的电流，电感改变或摆动到较低值。使用中的实际高和低电感值以及伴随的低和高电流范围可以根据以下而变化：用于制造芯件104、106的磁性材料；芯件之间的间隙量(如果有的话)；每个芯件中的物理间隙126的细节(例如，磁通路径中凹槽的长度宽度和深度以及位置)，其赋予期望的摆动电感器功能；以及线圈108的细节(例如，用于制造线圈108的金属或合金的尺寸和电特性)。通过改变上述一个或多个属性来定制用于特定用途的摆动电感器部件以满足不同应用的需要，可以提供相当大的灵活性。

用于制造每个相应芯件104和106的磁性材料可选自本领域已知的各种软磁性颗粒材料，并根据诸如粒状磁性颗粒的模制以生产期望的形状的已知技术形成所示的形状。用于制造磁芯件的软磁性粉末颗粒可包括铁氧体颗粒、铁(Fe)颗粒、铁硅铝(Fe-Si-Al)颗粒、MPP(Ni-Mo-Fe)颗粒、HighFlux(Ni-Fe)颗粒、Megaflux(Fe-Si合金)颗粒、铁基无定形粉末颗粒、钴基无定形粉末颗粒、Mn-Zn粉末铁氧体材料、Mn-Zn高磁导率铁氧体磁芯材料和本领域已知的其他合适材料。在一些情况下，磁性粉末颗粒可以涂覆有绝缘材料，使得磁芯件可以具有本领域技术人员熟悉并且以已知方式制造的所谓的分布间隙特性。在各种实施例中，磁芯件104和106可以根据需要由相同的磁性材料或不同的磁性材料制成。

图4示出了可用于代替部件100中的磁芯结构102的第一替代芯结构150。磁芯结构150类似于磁芯结构102，因此包括磁芯件104和106。然而，每个芯件104和106仅包括一个物理间隙152，以代替间隙126。

在磁芯结构150的组装中，第一间隙152从内侧壁134a延伸并且第二间隙162从内侧壁138b延伸。在图4所示的水平方向上，每个物理间隙152不完全地延伸穿过磁芯结构150的壁厚，使得物理间隙152在磁芯结构102的内部是开放的但不延伸到磁芯结构150的外侧壁。每个物理间隙152被定位成分别与由线圈腿部生成的磁通路径142或144(图3)的一部分相交，并且实现与以上针对包括磁芯结构102的部件100描述的那些类似的摆动电感器效果和益处。间隙152均在磁芯结构的顶部和底部之间在轴向方向上垂直延伸。

图5示出了可用于代替部件100中的磁芯结构102的第二替代芯结构160。磁芯结构160类似于磁芯结构102并且因此包括磁芯件104和106。然而，每个芯件104和106仅包括一个物理间隙162，以代替间隙126。

在磁芯结构160的组装中，第一间隙162从内侧壁136b延伸并且第二间隙162从内侧壁140a延伸。在水平方向上，每个物理间隙162不完全地延伸穿过磁芯结构160的壁厚，使得物理间隙162在磁芯结构102的内部是开放的但不延伸至磁芯结构160的外侧壁。

考虑线圈腿部114和116的矩形横截面，磁芯结构160中的线圈槽包括从顶部和在横截面中的相应的长边和短边。所示示例中的物理间隙162是在图5所示的横向方向上垂直于线圈槽的长边延伸的细长线性凹槽，而间隙162也在磁芯结构的顶部和底部之间在轴向方向上垂直延伸。每个物理间隙162被定位成分别与由线圈腿部生成的磁通路径142或144(图3)的一部分相交，并且实现与以上针对包括磁芯结构102的部件100描述的那些类似的摆动电感器效果和益处。

图6示出了可用于代替部件100中的磁芯结构102的第三替代芯结构170。与磁芯结构102不同，磁芯结构170包括不同形状的磁芯件172和174。磁芯件172是上述E形磁芯104的放大版本，而磁芯件174是简单成形的平板。因此，磁芯件172限定磁芯结构172中的整个线圈槽，而磁芯件174关闭或覆盖线圈槽。每个磁芯件包括物理间隙126，其定位成分别与由线圈腿部生成的磁通路径142或144(图3)的一部分相交，并且实现与以上针对包括磁芯结构102的部件100描述的那些类似的摆动电感器效果和益处。

虽然在以上所示出和描述的实施例中的特征在于磁芯结构的顶部和底部之间延伸的轴向延伸的垂直物理间隙，但是认识到如果需要，可以利用水平延伸的间隙实现类似的摆动电感器效果。例如，在一个预期的替代实施例中，水平延伸的物理间隙可以形成在磁芯件的内表面或外表面中。在这样的实施例中，物理间隙将在磁芯结构的相对侧壁之间而不是在磁芯结构的顶部和底部之间延伸。只要水平物理间隙与磁通路径相交以在某些电流负载下实现期望的部分饱和，仍可理想地获得摆动电感器功能。

图7是根据本发明的单相摆动电感器部件200的第二示例性实施例的透视图。摆动电感器部件200可以代替电路板110(图1)上的摆动电感器部件100使用或在摆动电感器部件100之外额外使用。

部件200类似于部件100，但是部件200不包括两件式磁芯结构，部件200包括单件、一体成型的磁芯结构202。即，代替部件100中围绕线圈108组装的两个磁芯件，磁芯结构202形成为一个且仅一个整体磁性件，其内部包括完整的线圈槽204、206，如图8的分解图所示。在部件200的组装中，线圈腿部114、116从磁芯结构202的顶面插入穿过线圈槽204、206，然后在磁芯结构202的底面上形成终端焊盘118、120用于表面安装到完成的部件200中的电路板110。部件200和部件100的封装尺寸可以在其他方面相同，并且可以在两个部件100和200中实现非常相似的性能。

如图9最佳所示，磁芯结构202包括与上述磁芯结构102相同的内侧壁和外侧壁，并且当电流流过部件200中的线圈腿部时，线圈腿部生成类似的磁通路径142、144。物理间隙208形成在内侧壁136a、136b上，通过与磁通路径相交来赋予摆动电感器特性。物理间隙208不完全地延伸穿过磁芯结构202的壁厚，并且在所示的示例中在磁芯结构的公共中心线上彼此对齐，这与上面先前描述的不与磁芯结构的中心线对齐的间隙不同。此外，在图9所示的横向或水平方向上，间隙208朝向彼此延伸而不是像图2-6的实施例中所示的间隙那样彼此远离。间隙208进一步在轴向方向或垂直方向上从磁芯结构202的底部延伸到线圈108的顶部112正下方的一点。

图10示出了用于部件200的第一示例性替代单件磁芯结构220。磁芯结构220包括形成在外侧壁130a、130b中并且以与上面关于图3的描述类似的布置实现摆动电感器功能的物理间隙222。

图11示出了用于部件200的第二示例性替代单件磁芯结构230。磁芯结构230包括形成在内侧壁134a、138a中并且以与上面关于图4的描述类似的布置实现摆动电感器功能的物理间隙232。

图12示出了用于部件200的第三示例性替代单件磁芯结构240。磁芯结构240包括形成在外侧壁132a、132b中并且通过在相对于图9所示的实施例的线圈槽的相对侧上与磁通路径相交来实现摆动电感器功能的物理间隙222。

图13示出了用于部件200的第四示例性替代单件磁芯结构250。磁芯结构250包括形成在内侧壁136b、140a中并且通过在线圈槽的相对侧上与磁通路径相交来实现摆动电感器功能的物理间隙252。

现在已经描述了具有在不同位置与线圈腿部的磁通路径相交的物理间隙的单件和两个磁芯结构的示例，本领域技术人员无疑将意识到物理间隙的更多位置在进一步和/或替代实施例是可能的，同时实现与本文阐述的示例类似的益处。因此，为了说明而非限制的目的而阐述这些示例。除了上面具体描述和图示的那些之外，包括在不同位置处的内部和/或外部间隙的部件的多种适配是可能的。

图14是可以在上述包括磁芯结构102、150、160、170、202、220、230、240和250的电感器部件100、200中表现出的摆动电感器的电感滚降特性的梯级的第一示例性图示，其与常规或传统的非摆动型电感器部件的电感滚降特性进行对比。在本说明书的上下文中，常规电感器或常规磁性部件不包括上述磁芯结构中赋予摆动电感器功能的物理间隙。

图14的电感特性以电感图的形式示出，其中电感值对应于纵轴并且其中电流值对应于横轴。从电感图中可以看出，“常规”或传统的非摆动型电感器表现出固定且大致恒定的电感值，如图14左侧的水平线所示，代表恒定的开路电感(OCL)值超过电流值的正常操作范围。所示示例中的80nH的开路电感(OCL)值在常规电感器中是相同的，无论在电感器的正常操作范围内使用的实际电流负载如何。因此，当常规电感器以高达其代表全负载电感(FLL)或全负载操作的饱和电流(I_sat)的电流操作时，常规电感器表现出与实际电流负载无关的对应于全负载电感(FLL)值的固定且大致恒定的电感值。随着电流增加超过饱和电流，常规电感器的电感会在一步中迅速下降或减少。

相比之下，如在“摆动”电感器的图中可以看出，摆动电感器具有随电流负载而变化的电感，并且具体地可以在较低电流负载下以较高电感值操作，即与普通导体大致相同，但在相对较高的电流范围内更逐渐地改变或摆动至较低电感值。因此，“摆动”电感器表现出多个平缓梯级的电感滚降特性，而“常规”或非摆动电感器以单个相对梯级的滚降特性操作。相对于常规电感器(即非摆动型电感器)，摆动电感器的多梯级滚降特性为某些功率转换器应用提供了显著的性能优势。具体地，摆动电感器可以在一定范围的轻(即，较低)电流负载下以高电感操作，直到最终经由上述实施例中提供的磁隙变得饱和，直到OCL下降并在一定范围的重(即更高)电流负载内实现更高的DC偏置电阻，同时当电流负载返回到轻电流负载范围时返回到高电感。在图14所示的示例中，摆动电感器被配置为在高达60A的全负载操作电流区域中以高电感操作以实现高效率，同时仍保持高DC偏置电阻，并能够以稳定的方式在较低的电感水平下快速和临时操作，该方式在60A以上的电流时对连接到摆动电感器的开关(即MOSFET)的操作风险较小。如图14所示，摆动电感器可在最高约为60A的情况下在与常规电感器相似的电感下操作，但在电流高于60A时，摆动电感器可以在常规电感器中无法实现的电感值(更高和更低)操作。

图15是可以在上述包括磁芯结构102、150、160、170、202、220、230、240和250的电感器部件100、200中表现出的摆动电感器的电感滚降特性的梯级的第二示例性图示，其与常规或传统的非摆动型电感器部件的电感滚降特性进行对比。在本说明书的上下文中，常规电感器或常规磁性部件不包括上述磁芯结构中赋予摆动电感器功能的物理间隙。

在图15的示例中，摆动电感器被配置为在高达60A的全负载操作区域中以高电感操作以实现高效率，并且仍然保持高DC偏置电阻，这在60A以上的电流时对连接到摆动电感器的开关(即MOSFET)的操作风险较小。因此，与图14中所示的示例不同，摆动电感器可在比常规电感器低的电流下以比常规电感器高得多的初始电感操作，同时针对高达约60A的第二范围的电流滚降并摆动到略高于常规电感器的电感的较低但稳定的电感，然后对于大于60A的电流表现出与常规电感器相似的电感滚降。

图15所示的摆动电感器中的高初始电感在两个磁芯件的配合表面之间的可选间隙被最小化时或在其中不存在附加间隙的上述单件磁芯构造中最佳实现。

上述摆动电感器部件以经济的方式提供相当多的摆动型电感器功能，同时使用少量的部件零件，这些部件零件可制造成以相对较低的成本提供具有优异性能优势的小电感器。特别是在诸如上述那些的高功率密度电力系统应用的情况下，本文描述的摆动型电感器部件可以期望的封装尺寸和通常超出传统构造的表面安装摆动型电感器部件的能力的期望效率操作。

鉴于所公开的示例性实施例，现在相信已经充分说明了本发明构思的益处和优点。

已经公开了一种用于在电路板上实现的电源电路的电感器部件。电感器部件包括单个导电线圈，该线圈被配置为与电源电路的单相建立表面安装连接，单个导电线圈包括各自具有矩形横截面的细长的第一腿部和第二腿部，并且细长的第一腿部和第二腿部进一步被间隔开但大致彼此平行延伸。磁芯结构接收并包围单个导电线圈的细长的第一腿部和第二腿部中的每一个，磁芯结构由邻接电路板的底壁、在底壁上方延伸并与细长的第一腿部和第二腿部间隔开的多个外侧壁、以及在底壁上方延伸同时邻近并围绕相应的细长的第一腿部和第二腿部的多个内侧壁限定。第一物理间隙和第二物理间隙分别形成于磁芯结构中，第一物理间隙和第二物理间隙中的每一个不完全地延伸穿过相对的一对外侧壁或相对的一对内侧壁中的相应一个，并且第一物理间隙和第二物理间隙中的每一个被定位成分别与仅在细长的第一腿部或第二腿部中的一个中流动的电流生成的磁通路径相交。凭借第一物理间隙和第二物理间隙，电感器部件作为具有多个电感滚降梯级的摆动型电感器部件操作。

可选地，第一物理间隙和第二物理间隙可以是磁芯结构中存在的仅有的物理间隙。第一物理间隙和第二物理间隙可以分别形成在相对的一对外侧壁中或者可以分别形成在相对的一对内侧壁中。

作为进一步的选择，细长的第一腿部和第二腿部的矩形横截面可以包括长边和短边，并且第一物理间隙和第二物理间隙可以是平行于磁芯结构的横截面中的长边或垂直于磁芯结构的横截面中的长边延伸的细长凹槽。第一物理间隙和第二物理间隙可以在相对的一对外侧壁中或者相对的一对内侧壁中彼此对齐，或者可以在相对的一对外侧壁中或者相对的一对内侧壁中彼此不对齐。

磁芯结构可以可选地是相同形状的分立的第一磁芯件和第二磁芯件的组件。相同形状的磁芯件可以以彼此偏移180°的定向并排邻接。相同形状的磁芯件可以是E形芯件，每个芯件分别在其中形成仅一个物理间隙。相同形状的磁芯件可以在与第一物理间隙和第二物理间隙不同的位置处彼此有间隙。

可替代地，磁芯结构可以包括不同形状的分立的第一和第二磁芯件的组件。第一磁芯件可以是扁平芯件，以及第二磁芯件可以是E形芯。作为另一种选择，磁芯结构可以是单件、一体成型的磁结构。

作为进一步的选择，单个导电线圈可以完成磁芯结构中的感应绕组的小于一个完整匝。单个导电线圈可以是倒U形线圈。磁芯结构可以包括与底壁相对的顶壁，并且单个导电线圈的一部分可以暴露在顶壁上。磁芯结构可以具有超过平行于电路板测量的宽度尺寸和长度尺寸的垂直于电路板测量的高度尺寸。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构要素，则这些其他示例旨在在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于在电路板上实现的电源电路的电感器部件，所述电感器部件包括：

单个导电线圈，被配置为与所述电源电路的单相建立表面安装连接，所述单个导电线圈包括各自具有矩形横截面的细长的第一腿部和第二腿部，并且所述细长的第一腿部和第二腿部进一步被间隔开但大致彼此平行延伸；以及

磁芯结构，接收并包围所述单个导电线圈的细长的第一腿部和第二腿部中的每一个，所述磁芯结构由邻接所述电路板的底壁、在所述底壁上方延伸并与所述细长的第一腿部和第二腿部间隔开的多个外侧壁、以及在所述底壁上方延伸同时邻近并围绕相应的细长的第一腿部和第二腿部的多个内侧壁限定；

其中，第一物理间隙和第二物理间隙分别形成于所述磁芯结构中，所述第一物理间隙和所述第二物理间隙中的每一个不完全地延伸穿过相对的一对外侧壁或相对的一对内侧壁中的相应一个，并且所述第一物理间隙和所述第二物理间隙中的每一个被定位成分别与在所述细长的第一腿部或第二腿部中的仅一个中流动的电流生成的磁通路径相交；

其中，凭借所述第一物理间隙和所述第二物理间隙，所述电感器部件作为具有多个电感滚降梯级的摆动型电感器部件操作。

2.根据权利要求1所述的电感器部件，其中，所述第一物理间隙和所述第二物理间隙是所述磁芯结构中存在的仅有的物理间隙。

3.根据权利要求1所述的电感器部件，其中，所述第一物理间隙和所述第二物理间隙分别形成在相对的一对外侧壁中。

4.根据权利要求1所述的电感器部件，其中，所述第一物理间隙和所述第二物理间隙分别形成在相对的一对内侧壁中。

5.根据权利要求1所述的电感器部件，其中，所述细长的第一腿部和第二腿部的矩形横截面包括长边和短边，并且其中，所述第一物理间隙和所述第二物理间隙是平行于所述磁芯结构的横截面中的长边延伸的细长凹槽。

6.根据权利要求1所述的电感器部件，其中，所述细长的第一腿部和第二腿部的矩形横截面包括长边和短边，并且其中，所述第一物理间隙和所述第二物理间隙是垂直于所述磁芯结构的横截面中的长边延伸的凹槽。

7.根据权利要求1所述的电感器部件，其中，所述第一物理间隙和所述第二物理间隙在相对的一对外侧壁中或者相对的一对内侧壁中彼此对齐。

8.根据权利要求1所述的电感器部件，其中，所述第一物理间隙和所述第二物理间隙在相对的一对外侧壁中或者相对的一对内侧壁中彼此不对齐。

9.根据权利要求1所述的电感器部件，其中，所述磁芯结构包括相同形状的分立的第一磁芯件和第二磁芯件的组件。

10.根据权利要求1所述的电感器部件，其中，所述相同形状的分立的第一磁芯件和第二磁芯件以彼此偏移180°的定向并排邻接。

11.根据权利要求10所述的电感器部件，其中，所述相同形状的磁芯件是E形芯件，每个芯件分别在其中形成仅一个物理间隙。

12.根据权利要求10所述的电感器部件，其中，所述相同形状的磁芯件在与所述第一物理间隙和所述第二物理间隙不同的位置处彼此有间隙。

13.根据权利要求1所述的电感器部件，其中，所述磁芯结构包括不同形状的分立的第一磁芯件和第二磁芯件的组件。

14.根据权利要求13所述的电感器部件，其中，所述第一磁芯件是扁平芯件。

15.根据权利要求14所述的电感器部件，其中，所述第二磁芯件是E形芯。

16.根据权利要求1所述的电感器部件，其中，所述磁芯结构是单件、一体成型的磁结构。

17.根据权利要求1所述的电感器部件，其中，所述单个导电线圈完成所述磁芯结构中的感应绕组的小于一个完整匝。

18.根据权利要求17所述的电感器部件，其中，所述单个导电线圈是倒U形线圈。

19.根据权利要求1所述的电感器部件，其中，所述磁芯结构还包括与所述底壁相对的顶壁，并且所述单个导电线圈的一部分暴露在所述顶壁上。

20.根据权利要求1所述的电感器部件，其中，所述磁芯结构具有超过平行于所述电路板测量的宽度尺寸和长度尺寸的垂直于所述电路板测量的高度尺寸。

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