CN1518013A - 扼流圈及利用其的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明的扼流圈由将金属板冲切折弯而制成的端子及中间抽头一体型的线圈和内部埋置该端子及中间抽头一体型的线圈的磁体构成。

Description

扼流圈及利用其的电子设备

技术领域

本发明涉及可用于安装在各种电子设备上的DC/DC变流器(变换器)等的扼流圈及利用其的电子设备。

背景技术

以往使用的扼流圈中，有的是将由具有绝缘被膜的导线构成的空心线圈埋置在磁性材料粉中(例如特开2002-246242号公报(参照第1页、第12图))。用焊接、锡焊、或导电性粘合剂将空心线圈的端部与金属端子连接。

为了应对伴随电子设备的小型·薄型化、以及CPU等LSI的高速化·高集成化，需要扼流圈等的电感器在高频区域具有几A～几十A的大电流的供给能力。

因此，人们希望能提供小型的并且为了抑制发热而是低电阻的、在高频区损失小的、在大电流时因直流重叠而产生的电感的下降幅度小的、廉价的电感器。

近年来电子设备的小型化、薄型化将会越来越发展，其中DC/DC变流器可以有各种方式的电源电路。

例如，被称为多相方式的电路方式，如图4所示，通过控制多个DC/DC变流器(变换器)的相位使其并列地工作，以此来使波纹电流下降，从而可以高效率地实现高频率·大电流化。

另外，如图6所示，在扼流圈设置中间抽头并连接开关元件的变压器方式除了能够满足上述要求以外还可以在很大的程度上提高电子设备内的设计自由度和电压变换效率。

可是，仅上述电路结构并不一定能充分地实现高频率·大电流化，最好对用于电源电路的扼流圈也实现小型化、高频率·大电流化。然而，上述以往的扼流圈的结构需要后续加装的金属端子及中间抽头，很难抑制直流电阻值，另外在采用多相方式和预计将来会采用的变压器方式及这两种方式的组合方式时，不仅设置空间会变大，成本也会提高。

发明内容

本发明所提供的扼流圈具有将金属板冲切折弯或刻蚀而制成的端子及中间抽头一体型的线圈、和内部埋置线圈的磁体。

附图说明

图1A是本发明的端子及中间抽头一体型的线圈的折叠前的平面图；

图1B是本发明的端子及中间抽头一体型的线圈的折叠后的立体图；

图2A是由端子及中间抽头一体型的线圈构成的本发明的扼流圈的立体图；

图2B是由端子及中间抽头一体型的线圈构成的本发明的扼流圈的俯视图；

图2C是由端子及中间抽头一体型的线圈构成的本发明的扼流圈的布线图；

图3是本发明的扼流圈的内部结构剖面图；

图4是采用了多相方式的电源电路的电路图；

图5A是由端子及中间抽头一体型的线圈构成的本发明的扼流圈的立体图；

图5B是由端子及中间抽头一体型的线圈构成的本发明的扼流圈的俯视图；

图5C是由端子及中间抽头一体型的线圈构成的本发明的扼流圈的布线图；

图6是将两个DC/DC变流器并联连接的电源电路的电路图；

图7是以中间抽头分别向不同的方向露出表面的方式配置了线圈的本发明的扼流圈的外观图；

图8A是由端子及中间抽头一体型的线圈构成的本发明的扼流圈的立体图；

图8B是由端子及中间抽头一体型的线圈构成的本发明的扼流圈的俯视图；

图8C是由端子及中间抽头一体型的线圈构成的本发明的扼流圈的布线图；

图9是将多个DC/DC变流器并联连接的电源电路的电路图；

图10是内置了端子及中间抽头一体型的线圈和端子一体型的线圈的本发明的扼流圈的立体图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的扼流圈的结构。

实施方式1

图1A、图1B是本发明的端子及中间抽头一体型的线圈1的折叠前的平面图及折叠后的立体图，图2A、图2B、及图2C是由匝数为2.5匝的端子及中间抽头一体型的线圈1构成的扼流圈的结构图。图2A为该立体图、图2B为其俯视图、图2C为布线图。图3是图2A、图2B、图2C的扼流圈的剖面图。另外，图4是采用了多相方式的电源电路的电路图。

首先，如图1A所示，端子及中间抽头一体型的线圈1由对铜或银等金属平板进行刻蚀或冲切后切下成环状的三个圆弧状部2、从其中一个圆弧状部2突出的中间抽头3、以及从圆弧状部2的端部延伸的两个端子4构成。

该冲切平板能够以使各圆弧状部2的中心点重叠的方式在连接各圆弧状部2的折叠部7折叠。这样就如图1B所示，多个圆弧状部2构成了线圈部5、中间抽头3及两个端子4相对于线圈部5的中心配置成放射状，从而形成了端子及中间抽头一体型的线圈1。

在形成线圈部5的圆弧状部2上设有防止短路的绝缘被膜层6。因此，折叠时可以不留空隙地重叠，从而能够实现小型化、矮型化、且占积率良好的扼流圈。

而折叠部7不设绝缘被膜层。因为重叠圆弧状部2时由于被折弯的折叠部7的外侧与内侧的膨胀伸缩不同而有可能使绝缘被膜层6产生破裂。

因为本发明的线圈是通过将金属板冲切折弯而制成的，所以与以往的卷线线圈相比，即使用于高频区域也可以既确保电感值和微小的直流电阻值又能应对大电流。另外，因为线圈匝数不多也能获得充分的电感值，所以可以实现小型、矮型的线圈。

其次，磁体8使用的是在软性磁性材料合金粉末中加入并混合3.3重量份的有机硅树脂后通过筛网而制成为整粒粉末的复合磁性材料。软磁性材料合金粉末是利用水雾化法制成的平均粒径为13μm的Fe(50)Ni(50)软性磁性材料合金粉末。

另外，实施方式1的磁体8的每一粒金属磁性粉末分别被绝缘性树脂覆盖。金属磁性粉末虽然具有良好的饱和磁通密度，但电阻低，涡流损失大。因此通过使用利用绝缘性树脂覆盖金属磁性粉末的各个粉粒的复合材料来增加电阻，解决涡流损失的问题，从而能够应对高频率。

另外，该磁体8可以使成为线圈部5的多个圆弧状部2之间也确保绝缘，因此可以作成不用担心短路、且占积率高的矮型线圈部5。另外，也可以减少与设在磁体8中的其他线圈之间的短路、以及安装后与其他部件之间的短路。

特别是磁体的金属磁性粉末的主成分为含有Fe、Ni、Co中的至少一种的磁体，因此可以获得具有能够应对大电流、满足高饱和磁通密度和高透磁率的优良的磁特性的磁体。另外，金属磁性粉末的组成最好是Fe、Ni、Co的合计占90重量％或以上，且该金属磁性粉末的充填率为65至90体积％。另外，若使该金属磁性粉末的平均粒径为1～100μm，则可以有效地减少涡流。

磁体8使用铁氧体磁体、或铁氧体磁性粉末与绝缘性树脂的复合材料也能获得同样的效果。虽然电阻比金属磁性粉末高，但可以利用该电阻来防止涡流的产生，因此能够应对高频。

本发明的扼流圈是通过将上述端子及中间抽头一体型的线圈1埋置在上述磁体中而构成的。

如图3所示，首先在模具上分别放置上述端子及中间抽头一体型的线圈1后用磁体覆盖除了端子4及中间抽头3以外的部分，然后施加3ton/cm²的压力。从模具中取出后用150C°进行一个小时左右的加热处理使磁体固化，从而完成。

从磁体中突出的端子4及中间抽头3露出外层的表面且被折弯，在其露出部分作为铜或银的金属平板的氧化防止剂形成Ni的底层9。并且形成了焊锡或Sn或Pb的表层10，用于防止Ni的底层9的氧化以及使焊锡更好地沾润。

将该露出表面的所有端子4及中间抽头3沿扼流圈的底面及与底面相邻的面折叠。这样就能实现比将端子4及中间抽头3向外引出的方式更加小型、高密度的安装。

另外，上述磁体8最好是四角柱(四方体)形。因为这样可以确保自动安装时的吸附。另外，由于需要表示安装方向和端子4的极性，因此可以去掉四角柱的角，或做成多角形和圆柱形等，只要上面平坦就可以。

另外，端子及中间抽头一体型的线圈1的匝数不一定是整数，与以往的线圈一样，可以是1.5匝、1.75匝等任意的匝数，对于尺寸和电感值、抽头位置等也一样。

本发明的扼流圈采用了上述结构，因此可以应对小型化、高频化、及大电流化。优选地将本发明的扼流圈用于图4所示将多个DC/DC变流器并联连接的电源电路。

图4是利用多相方式的电源电路，扼流圈11与电容器12形成了积分电路。在此基础上连接了输入端子13和开关元件14，电源电路的输出与负载15连接。

下面说明将本发明的扼流圈作为多相方式的电路内的扼流圈来使用时的情况。在图2A、图2B、图2C中，匝数为2.5匝的扼流圈正好在线圈中央的第1.25匝处突出了中间抽头3。

即，设在线圈上的两个端子4分别与输入侧的开关元件14连接，并且中间抽头3与输出侧连接，由此作为以中间抽头3介于中间的两个扼流圈来独自地工作。在图4中，电流A1、电流A2从各个端子4流向中间抽头3。因为该电流A1、电流A2使穿过线圈11两端的磁通方向互相相反，所以线圈11的磁场整体上变弱。即，这种结构可以抑制线圈11的磁通的饱和，因此与分别使用两个相同的卷线线圈的方式相比，其直流重叠特性好、直流电阻低、并且不占设置空间，是适合用于多相式的扼流圈。

另外，也可以不用多相方式而用并联方式。例如将两个端子4连接后作为输入侧、将中间抽头3作为输出。与上述一样，可以获得良好的直流重叠特性，因此可以作为适合大电流化的线圈来使用。

以后将这种使穿过线圈中央的磁通相互削弱的线圈配置称为负耦合配置。而将反之使穿过线圈中央的磁通相互重叠、电感值变高的线圈配置称为正耦合配置。

其次的使用例是将上述实施方式1的扼流圈用作变压器。将线圈11的两个端子4中的一个与输入侧的开关元件连接，将另一个与输出侧连接。根据输入和输出将中间抽头3设在所需的位置即可。如此使用时，电流的方向及磁通的方向一致，因此耦合变强、电感值变高。另外，与以往的线圈的不同之处是不需要后加端子4，因此能够抑制直流电阻，可以作为能够应对大电流的小型扼流圈。

在上述使用例中，说明了将各端子4作为各自的线路来使用的情况，但也可以不使用中间抽头3而作为一个线圈来使用，即作为串联连接的线圈来使用，这当然也是可以的。与用于变压器方式的情况相同，成为电感值高的扼流圈，因此想要获得波纹电流小的平滑效果大的DC/DC变流器时最适合使用。

实施方式2

下面参照图5A、图5B、图5C说明实施方式2的扼流圈。端子及中间抽头一体型的线圈1的基本结构与实施方式1的线圈相同，但增加了一个线圈，成为在磁体中埋置两个线圈的扼流圈。以下称之为“二连扼流圈”。

图5A、图5B、图5C是匝数为2.5匝的二连扼流圈的结构图。中间抽头3从第1.25匝处突出，两个端子4与中间抽头3分别在不同的面露出。并且将相邻的线圈以流过电流时穿过中心的磁通方向相互相反的方式配置。图5A是立体图、图5B是俯视图、图5C是布线图的例子。I1、I2是输入端子，O1、O2是输出端子，I/O1、I/O2是与开关元件连接的中间抽头3。

说明一下在上述结构的情况下会生成什么样的磁场。因为穿过各线圈内的磁通的方向相反，所以通过磁通的重叠形成如下的磁路。即，穿过左线圈1a的磁通穿过右线圈1b的中心后再次返回到原来的线圈1a的中心。即，是在实施方式1中所说的正耦合配置，各线圈1a、1b的电感值变高。

反之，以流过电流时使穿过各线圈1a、1b的中心的磁通都成同一方向的方式配置时，在各线圈1a、1b的中心磁通相互抵消。即，为负耦合配置，能获得抑制磁通的饱和的效果。若以大电流为目的，则应该采用这种方式。

另外，无论是正耦合配置还是负耦合配置，都可以通过调节线圈1a与1b之间的间距来调整该电感值。正耦合时，线圈之间的间距越窄越能获得高的电感值，相反，负耦合时电感值变低。在线圈部5上形成了绝缘被膜层6，因此即使间隙窄也能防止短路等。

上述二连扼流圈的使用例有图6所示的电源方式。在实施方式1中作为变压器、或多相方式而使用，但利用二连扼流圈可以将变压器方式和多相方式组合使用。

在图6所示的电路结构中，埋置在磁体内的两个线圈1a、1b并联连接，分别被控制相位，中间抽头3分别与开关元件14a、14b连接，该电路结构以高频化为目的。

对于用于该电路方式的端子及中间抽头一体型的线圈的配置来说，如前所述，根据扼流圈的目的来决定距离、电流的方向即可。

即使这种复杂的电路结构，本发明也不需要多个扼流圈，可以实现小型、矮型的扼流圈。另外，本发明可以通过组合内置的线圈的间隔、正耦合·负耦合配置等来获得所需的电感值，因此能够根据目的用途来提供扼流圈。

另外，实施方式2的二连扼流圈也可以作为控制四个相位的四相DC/DC变流器来使用。使各端子4分别经过开关元件后与输入部连接，将中间抽头3之间连接后与输出部连接即可。

另外，如实施方式1中所述，有分别单独地串联、并联等各种使用方法。

另外，在图7所示的实施方式2的扼流圈中，以两个中间抽头3及端子4分别向不同的方向露出表面的方式配置端子及中间抽头一体型的线圈1。这样使端子及中间抽头3从磁体8的各个面露出时，可以使端子及中间抽头3之间的距离变大，因此可以增加端子4及中间抽头3的面积。即，可以使散热良好地进行并能够降低端子4及中间抽头3的电阻值，因此能够作为应对大电流的扼流圈。

另外，这样可以使端子4及中间抽头3的锡焊点向四面分散，因此对于安装强度来说是可以经受来自各方面的力的结构。

另外，在磁体8等上示出各端子4及中间抽头3的极性，安装后容易进行确认。

实施方式3

下面参照图8A、图8B、图8C、图9说明实施方式3的扼流圈。扼流圈的基本结构与实施方式1的扼流圈相同。

在图8A、图8B、图8C中，三个端子及中间抽头一体型的线圈1以负耦合配置的方式埋置在四方体形的磁体中。所有的端子4从一个面露出，所有的中间抽头3从与该面相对的面露出。图8A是立体图、图8B是俯视图、图8C是将该扼流圈与多相及变压器方式的电源电路连接时的布线图。即，I1、I2、I3是输入端子，O1、O2、O3是输出端子，I/O1、I/O2、I/O3是中间抽头3并与开关元件连接。即，这种结构的三个端子及中间抽头一体型的线圈1各自作为变压器而工作，且这些线圈并联连接，输出的相位被分别控制。

另外，如上所述，所有的端子4从四方体的磁体8的一个面露出，所有的中间抽头3从对置的面露出。这样一来，将扼流圈安装在印刷基板等上时半导体集成电路的电路配置会好，能够提高扼流圈的安装性。

另外，使所有的端子4及中间抽头3从一个面露出也可以获得同样的效果。例如，可以按输入端子、中间抽头3、输出端子的方式交错排列。另外，不一定要使所有的端子4及中间抽头3从一个面露出，使两个以上的端子4和/或中间抽头3从一个方向露出表面，对于该一个面也能够获得与上述相同的效果。

另外，此时在磁体8上将输入端子表示为IN、将输出端子表示为OUT、将中间抽头3表示为IN/OUT等，在安装后能够容易进行确认。

另外，在此，磁体8为为四方体形，为了容易判别方向，也可以去掉角，或在端子4及中间抽头3上设置极性标记。

另外，在实施方式3中，将扼流圈作为多相方式和变压器方式的电源电路来使用，当然也可以全部并联连接，作为控制六个相位的输出电路来使用，另外还有串联、所有组合等各种利用方法。

实施方式4

图9是使用扼流圈的DC/DC变流器的电路图。并列地配置多个一端和多个中间抽头分别与开关元件14连接的扼流圈11，并且与电容器12串联连接。在此基础上连接输入端子1 3，在输出侧与负载15连接。

图9的多相方式控制的相位数、即并联连接的线圈的数量和抽头的位置或数量根据输入和输出目的有各种组合。

本发明的扼流圈可以灵活地应对这些各种电路结构。

即，在实施方式1中是一个、在实施方式2中是两个、在实施方式3中是三个端子及中间抽头一体型的线圈1以中心点在同一平面上成一条直线的方式埋置在磁体8中，但也可以增至四个、五个。

另外，也可以在脱离配置在一条直线上的另外的端子及中间抽头一体型的线圈1的位置配置。例如可以在同一平面上配置成V字形。如此交替地配置多个线圈，可以提高磁体内端子及中间抽头一体型的线圈1的充填率，从而能够缩小整个体积。

另外，也可以将多个端子及中间抽头一体型的线圈1以各自中心轴排列成一条直线的方式配置。此时与配置在平面上的情况相比，端子及中间抽头一体型的线圈1之间的结合更加结实。另外，使用整数+0.5匝的线圈时，可以使形成在上下端子及中间抽头一体型的线圈1的端部的凹凸部重叠，从而能够作成小型、矮型的扼流圈。

另外，作为上述方式的组合也可以按以下方式配置。即，多个端子及中间抽头一体型的线圈1的中心轴平行地排列，其中至少一个端子及中间抽头一体型的线圈1的中心点与其他中心点有台阶差。

另外，本发明的端子及中间抽头一体型的线圈1的中间抽头3的个数不论有多少都能获得同样的效果。可以使用中间抽头3的数量一样的线圈，也可以将抽头数不一样的组合使用。

另外，本发明的扼流圈只要至少具有一个端子及中间抽头一体型的线圈1即可，因此例如可以是没有中间抽头3的端子一体型线圈与端子及中间抽头一体型的线圈1的组合。图10示出了内置两个匝数为2.5匝的端子及中间抽头一体型的线圈1c和1.5匝的端子一体型线圈1d的扼流圈。这种结构也能获得同样的效果，并可以应对小型、大电流/高频化。

如上所述，本发明的扼流圈通过对埋置在磁体内的端子及中间抽头一体型的线圈1的端子4的位置、匝数、抽头数及其位置、使用多个时的其间距、正耦合或负耦合配置等进行调整、组合，可以提供能够用于以往预测的电路结构的扼流圈。

从以上说明可知，通过用将金属板冲切折弯而制成的端子及中间抽头一体型的线圈与内部埋置有线圈的磁体来构成扼流圈，可以应对小型化/高频化，能够实现对以往预测的各种电路结构有效的扼流圈。

Claims (20)

1.一种扼流圈，具有：将金属板冲切折弯或刻蚀而制成的端子及中间抽头一体型的线圈；以及

内部埋置有上述线圈的磁体。

2.根据权利要求1所述的扼流圈，其中，在上述端子及中间抽头一体型的线圈的表面形成有绝缘膜。

3.根据权利要求1所述的扼流圈，其中，上述磁体由铁氧体磁体、铁氧体磁性粉末与绝缘树脂的复合体或金属磁性粉末与绝缘性树脂的复合体中的至少一种构成。

4.根据权利要求1所述的扼流圈，其中，在磁体中埋置有上述端子及中间抽头一体型的线圈和端子一体型的线圈至少一个。

5.根据权利要求1所述的扼流圈，其中，有多个上述端子及中间抽头一体型的线圈且埋置在磁体中。

6.根据权利要求4所述的扼流圈，其中，通过调整多个上述端子及中间抽头一体型的线圈和/或上述端子一体型的线圈的间隙使其电感值成为所需值。

7.根据权利要求5所述的扼流圈，其中，通过调整多个上述端子及中间抽头一体型的线圈和/或上述端子一体型的线圈的间隙使其电感值成为所需值。

8.根据权利要求4所述的扼流圈，其中，相邻的两个上述线圈以各自流过电流时上述线圈内的磁通方向相反的方式配置。

9.根据权利要求5所述的扼流圈，其中，相邻的两个上述线圈以各自流过电流时上述线圈内的磁通方向相反的方式配置。

10.根据权利要求4所述的扼流圈，其中，相邻的两个上述线圈以各自流过电流时上述线圈内的磁通方向相同的方式配置。

11.根据权利要求5所述的扼流圈，其中，相邻的两个上述线圈以各自流过电流时上述线圈内的磁通方向相同的方式配置。

12.根据权利要求4所述的扼流圈，其中，以所有的中间抽头向同一个方向露出表面的方式配置上述线圈。

13.根据权利要求5所述的扼流圈，其中，以所有的中间抽头向同一个方向露出表面的方式配置上述线圈。

14.根据权利要求4所述的扼流圈，其中，以至少两个中间抽头分别向不同的方向露出表面的方式配置上述线圈。

15.根据权利要求5所述的扼流圈，其中，以至少两个中间抽头分别向不同的方向露出表面的方式配置上述线圈。

16.根据权利要求1所述的扼流圈，其中，上述线圈的至少一个端子或中间抽头在底面及其周围的面的至少两个面上形成。

17.根据权利要求1所述的扼流圈，其中，在上述磁体上设置端子或/和中间抽头的标记。

18.根据权利要求1所述的扼流圈，其中，至少上述线圈的露出表面的端子及中间抽头的底层为Ni、表层为焊锡层或Sn层。

19.根据权利要求1所述的扼流圈，其中，将上述磁体形成为四方体。

20.一种安装了具有扼流圈的DC/DC变流器的电子设备，该扼流圈具有：将金属板冲切折弯或刻蚀而制成的端子及中间抽头一体型的线圈；以及

内部埋置有上述线圈的磁体。

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