CN219066541U - 一种叠层式立体电感 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种叠层式立体电感，包括多层绝缘材质的基板，每个基板的同侧设有1/4‑3/4环形的传输通道，相邻的两层传输通道形成完整的环形；每个传输通道仅一端开孔，相邻两个传输通道的开孔端与未开孔端交错布置；多个基板层叠，相邻的传输通道在开孔处连通形成螺旋结构。本实用新型不依靠磁芯绕制，适用范围广，容错率低，降低了中大功率电感的体积。

Description

一种叠层式立体电感

技术领域

本实用新型属于电感技术领域，涉及一种叠层式立体电感。

背景技术

电感是所有电子、电气、通信、储能等各个领域均需要的元器件，然而传统的电感大多由空心线圈或者磁芯线圈构成，具有体积大、重量重、使用场景受限等特点。因此，平面组合电感受到了各方关注。现有的平面/片式叠层电感器均使用各类线圈结构和金属支架结构组成，结构体积较大，使用不便，提供过流能力需要增加导电线圈线径或者厚度，造成设计生产不便。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种叠层式立体电感，不依靠磁芯绕制，适用范围广，容错率低，降低了中大功率电感的体积，解决了现有技术中存在的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种叠层式立体电感，包括多层绝缘材质的基板，每个基板的同侧设有1/4-3/4环形的传输通道，相邻的两层传输通道形成完整的环形；每个传输通道仅一端开孔，相邻两个传输通道的开孔端与未开孔端交错布置；多个基板层叠，相邻的传输通道在开孔处连通形成螺旋结构。

进一步的，每个所述传输通道的一端设有通孔，另一端没有开设通孔，相邻基板上与通孔对应的位置设有通孔焊盘，通孔焊盘与传输通道位于基板的异侧，在通孔焊盘处回流焊接连通相邻两个基板上的传输通道，保证交变电流形成完整的流传回路。

进一步的，在所述基板上覆盖金属导电层得到传输通道。

进一步的，所述传输通道为1/2环形，相邻的传输通道为1/2环形；或者传输通道为1/4环形，相邻的传输通道为3/4环形。

进一步的，所述相邻上下两层传输通道均为3/4环形。

进一步的，所述基板的中部设有空心区。

进一步的，所述基板为PCB。

进一步的，所述基板未设置传输通道的位置对称的设有叠层辅助结构，保证相邻两个基板两侧间距一致。

进一步的，所述传输通道宽度0.1mm-100mm，所述通孔的直径0.1mm-100mm。

进一步的，所述基板、传输通道构成电路板，单层电路板厚度0.02mm-50mm，相邻两基板的间距范围0.1mm-20mm。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型实施例不依靠磁芯绕制，避免了磁环电感存在的问题；电路板的宽度和厚度可以调节(1-20mm)，以满足不同额定电流的应用，满足低频到高频的多种电路，适用范围广。

2、本实用新型实施例的结构设计可以通过标准的回流焊接达到精准的组装，容错率远远比人工或机械绕制的漆包线磁环电感低很多。

3、本实用新型实施例极大的降低了中大功率电感(大于0.5A)的体积，尤其是各类消费电子产品，如手机、智能手表、智能眼镜、平板电脑和笔记本等。

4、本实用新型实施例根据设计可以满足大电流(小于20A)需求，无需磁芯即可满足高Q值(大于3)需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例1电路板的顶层铜皮分布。

图2是本实用新型实施例1电路板的底层铜皮分布。

图3是本实用新型实施例1的爆炸图。

图4是本实用新型实施例1的另一角度的爆炸图。

图5是本实用新型实施例1的侧视图。

图6是本实用新型实施例1工作状态电磁场分布图。

图7是本实用新型实施例1的仿真电感值。

图8是本实用新型实施例2的结构示意图。

图9是本实用新型实施例1的侧视图。

图10是本实用新型实施例4的侧视图。

图中，1.基板，2.通孔，3.传输通道，4.叠层辅助结构，5.空心区，6.通孔焊盘。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1，

一种叠层式立体电感，如图1-2所示，包括多层覆铜电路板，每个覆铜电路板包括基板1，每个基板1的同侧设有1/2环形的传输通道3，传输通道3表面设有铜层，相邻两层基板1上的传输通道3对称设置，每个传输通道3的一端设有通孔2，另一端没有开设通孔2，相邻两个传输通道3的开孔端与未开孔端交错布置；多个基板1叠层，相邻的传输通道3在通孔2处导电连通形成螺旋结构。

如图3、4、5所示，多层覆铜电路板层叠后，相邻基板1上与通孔2对应的位置设有通孔焊盘6，通孔焊盘6与传输通道3位于基板1的异侧，在通孔焊盘6处施加叠焊，焊柱穿过对应的通孔2，连通相邻两个基板1上的传输通道3，保证交变电流形成完整的流传回路。相邻的两个覆铜电路板关于形心中心对称(即其中一个覆铜电路板绕其形心旋转180°后能够重合)，多个覆铜电路板叠层形成螺旋结构。把电感片直接焊接在一起即可使用，整个电感体积大大减小，见图9。同时磁场流动范围更小，减小了对其他器件的电磁干扰。应用了磁场高速小范围流动技术。

覆铜电路板的中部设有空心区5，中间空心设计是为了满足强电磁场可以穿过导电金属通路，形成磁回路，闭合磁路均匀压缩技术。

基板1为绝缘层；实施例中覆铜电路板的基板1为PCB，易于生产，易于使用，易匹配，成本低；交流功率和信号通过PCB表面的传输通道3和通孔2内的焊柱形成闭合环路，产生强电磁场闭环，满足所需要的电感感值和Q值。

基板1未设置传输通道3的位置对称的设有叠层辅助结构4，上下两侧间距一致，保证上下PCB板两侧均存在叠层辅助结构；实施例中叠层辅助结构4为铜皮。

单层的覆铜电路板的传输通道3决定了可以通过的电流大小和增加单层的电感感值，实施例中传输通道3宽度0.1mm-100mm，PCB铜皮电流增大时会有温升，但是可以通过增加铜皮宽度以克服；单层覆铜电路板厚度0.02mm-50mm，超出该范围，不易加工，价格高；基板1的厚度为PCB板的基本厚度。相邻两基板1的间距范围0.1mm-20mm，在此范围内传输通道产生电磁场衰减较小，可保证专利所提立体电感损耗较低，同时两基板之间可以加入导磁材料，增加电感感值，Q值。

通孔2决定了通过连接不同层次薄片(整个电感片)的电流大小和整个电感的力学支撑强度，实施例中通孔2的直径0.1mm-100mm。此通孔用于上下板电流传输和导热，根据真实场景不同进行调整。

本实用新型实施例可以设计出适应不同频率的电感，可以覆盖10Hz-100GHz范围，如果使用相应频率特性的导磁材料，可以有效减小叠层立体电感的体积。在电感的最外的上下层贴敷导磁材料，形成高效磁回路，减小物理体积。

通过覆铜电路板的不同层数即可增加电感感值，试验数据如表1所示；

表1PCB电感制作

层数	500KHz	6.78MHz
			4	0.285μh	0.250μh
5	0.28μh	0.330μh
			6	0.367μh	0.350μh
7	0.36μh	0.360μh
			9	0.44μh	0.428μh
10	0.44μh	0.459μh
			15	0.749μh	0.622μh
16	0.75μh	0.66μh
			17	0.86μh	0.90μh
18	0.88μh	0.94μh
			19	0.97μh	1.02μh
20	0.99μh	1.27μh
			21	1.09μh	1.32μh
22	1.12μh	1.39μh
			23	1.21μh	1.40μh
24	1.32μh	1.39μh
			25	1.36μh	1.42μh
26	1.39μh	1.48μh
			27	1.46μh	1.47μh
28	1.47μh	1.63μh
			29	1.57μh	1.71μh

从图6可知，PCB叠层电感工作时的电场均匀环绕覆铜通路。

从图7可知，PCB电感仿真感值和实测感值，在相应频点上电感值完全一致。图7中纵坐标为电感感值，单位H。

实施例2，

一种叠层式立体电感，某一基板1上的传输通道3为3/4环形，如图8所示，传输通道3表面设有铜层，铜层可替换为银层或其它导电金属层；与3/4环形的传输通道3相邻的传输通道3为1/4环形，上下两层传输通道3必须保证形成完整的环形通路。

实施例3，

相邻上下两层传输通道3均为3/4环形，或者说相邻上下两层传输通道3在投影上有重合，相邻的传输通道3向后旋转90度，相邻的传输通道3在通孔2处导电连通，上下两层传输通道3形成完整的环形通路；在产品厚度有限的情况下增加了电感量；通过增加或减小传输通道3的宽度，调整通过电感的功率大小或者电感的温升。同等面积下，实施例1、2的带宽更宽，散热性能更好。

实施例4，

一种叠层式立体电感，如图10所示，在实施例1相邻的两层基板1之间增加导磁材料，增加基板1之间的电磁场流动能力(磁通量)增大电感的感值和Q值。

本实用新型实施例的结构单元为结构相同的覆铜电路板，旋转180°叠焊到所需感值后，把整体直接当作贴片元器件焊在其它电板上，PCB电感能够单独使用；或者加磁芯和两根线当作一般磁环电感用，极大减小PCB体积，提高通过功率。

本实用新型实施例以常规PCB为设计基础，通过导电线路设计满足不同尺寸要求，导电电流大小，电感感值需求；只需焊接多片相同基板即可实现不同电感感值。从而重新定义了大功率高Q值电感，摆脱了传统的空心电感和磁性电感模式，通过本实用新型实施例特定结构的覆铜PCB代替了传统电感模式中复杂的线圈绕制、特殊材质和工艺制作。本实用新型实施例不用依靠磁芯来绕制，没有磁损带来的温升问题，避免了磁环电感存在的问题，如漆包线漆皮皮裂，覆铜电路板的宽度和厚度可以调节，以满足不同额定电流的应用，不必像一般机器绕制的磁环电感那样，必须换大直径的磁环和更粗的漆包线，导致空间和材料的浪费。

本实用新型的叠层式立体电感能够应用于所有需要电感的领域，如消费电子产品、家电、汽车、工业、航天、军工等。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种叠层式立体电感，包括多层绝缘材质的基板（1），其特征在于，每个基板（1）的同侧设有1/4-3/4环形的传输通道（3），相邻的两层传输通道（3）形成完整的环形；每个传输通道（3）仅一端开孔，相邻两个传输通道（3）的开孔端与未开孔端交错布置；多个基板（1）层叠，相邻的传输通道（3）在开孔处连通形成螺旋结构。

2.根据权利要求1所述一种叠层式立体电感，其特征在于，每个所述传输通道（3）的一端设有通孔（2），另一端没有开设通孔（2），相邻基板（1）上与通孔（2）对应的位置设有通孔焊盘（6），通孔焊盘（6）与传输通道（3）位于基板（1）的异侧，在通孔焊盘（6）处回流焊接连通相邻两个基板（1）上的传输通道（3），保证交变电流形成完整的流传回路。

3.根据权利要求1所述一种叠层式立体电感，其特征在于，在所述基板（1）上覆盖金属导电层得到传输通道（3）。

4.根据权利要求1所述一种叠层式立体电感，其特征在于，所述传输通道（3）为1/2环形，相邻的传输通道（3）为1/2环形；或者传输通道（3）为1/4环形，相邻的传输通道（3）为3/4环形。

5.根据权利要求1所述一种叠层式立体电感，其特征在于，所述相邻上下两层传输通道（3）均为3/4环形。

6.根据权利要求1所述一种叠层式立体电感，其特征在于，所述基板（1）的中部设有空心区（5）。

7.根据权利要求1所述一种叠层式立体电感，其特征在于，所述基板（1）为PCB。

8.根据权利要求1所述一种叠层式立体电感，其特征在于，所述基板（1）未设置传输通道（3）的位置对称的设有叠层辅助结构（4），保证相邻两个基板（1）两侧间距一致。

9.根据权利要求2所述一种叠层式立体电感，其特征在于，所述传输通道（3）宽度0.1mm-100mm，所述通孔（2）的直径0.1mm-100mm。

10.根据权利要求1所述一种叠层式立体电感，其特征在于，所述基板（1）、传输通道（3）构成电路板，单层电路板厚度0.02mm-50mm，相邻两基板（1）的间距范围0.1mm-20mm。

Images