TWI584314B - 磁性組件 - Google Patents

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Description

磁性組件
本案係關於一種磁性組件，尤指一種將箔式繞組優化設計以減少繞組損耗之磁性組件。
近年來，切換式電源裝置已逐漸朝向小型化與高功率密度之趨勢發展。典型地，切換式電源裝置包括磁性組件，例如電感器、變壓器，該磁性組件在體積、重量、損耗及成本等方面都佔據切換式電源裝置較大比例。為使磁性組件之體積可以進一步降低，並使切換式電源裝置之功率密度可以提高，提高切換式電源裝置之頻率係為有效之手段。然而，頻率的提高對於磁性組件之設計條件將產生更為嚴苛的要求，特別是在高頻應用中之磁性組件如何在不增加體積之情況下減小其損耗。
典型地，磁性組件之損耗包括磁芯損耗以及繞組損耗，其中在高頻應用時減少磁性組件之繞組損耗的關鍵在於如何減小渦流之損耗。在高頻應用時，磁性組件之繞組ㄧ般採用利茲線(litz wire)或箔式導體，雖然採用利茲線可以顯著降低在高頻時繞組之渦流損耗，但由於利茲線之每一線股均包覆絕緣層，且繞組線股甚多，故使得利茲線繞組填充率較低，亦不利於散熱。此外，利茲線繞組與箔式繞組相比，亦不利於扁平化及自動化生產，因此箔式繞組已逐漸取代利茲線繞組。如何優化箔式繞組的設計以減小繞組損耗，亦為現今磁性組件設計之重要考量。
典型之磁性組件，例如平面型電感器，一般說來至少包含磁芯、箔式繞組以及低導磁率材料，其中磁芯通常係由複數個磁柱架構而成。低導磁率材料係設置於複數個磁柱的其中之一磁柱上，以用於防止磁飽和現象發生。箔式繞組係由複數層繞組部所構成。
影響磁性組件之繞組損耗的設計參數包括繞組部之導體厚度，目前箔式繞組之各層繞組部之導體係採用相等之厚度，藉此便於設計與製作。然而，採用相等厚度對磁性組件之繞組損耗而言並非最優選擇。箔式繞組之複數個繞組部的導體厚度將會影響磁性組件之繞組損耗，因此實有必要將箔式繞組各層繞組部的導體厚度進行優化，以減少磁性組件之繞組損耗。
本案之目的在於提供一種磁性組件，其利用箔式繞組之各繞組部的導體厚度優化設計，以減少繞組損耗，藉此可使高頻應用中之磁性組件在不增加體積之情況下，減小磁性組件之損耗，便於切換式電源裝置可以實現小型化。
為達上述目的，本案之一較佳實施態樣為提供一種磁性組件，包括：磁芯，包括複數個磁柱，複數個磁柱構成至少一磁路，且構成磁路之至少一個磁柱中係設置至少一低導磁率材料；以及至少一組箔式繞組，係以多層方式設置於至少一個磁柱上，以於對應之磁柱上形成相互疊置的複數層繞組部，且每一層繞組部的導體厚度的方向係與低導磁率材料所在之磁柱的磁通方向垂直；其中複數層繞組部沿著一排列方向逐漸靠近低導磁率材料，且沿著該排列方向複數層繞組部中係至少有兩層以上的繞組部的導體厚度具有減小的趨勢。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用於限制本案。
為便於說明本案技術與原理，以下將以常見典型之磁性組件為對比示範例來說明如何優化箔式繞組以降低繞組損耗，進而完成本案之磁性組件設計。在高頻應用中，常見典型之磁性組件由於集膚效應和鄰近效應的存在，使得繞組損耗隨著繞組部之導體厚度而呈現曲線變化，亦即在磁性組件設計中，若欲減小此繞組損耗，即應試著從集膚效應和鄰近效應而找到每一層繞組部之一最佳厚度，其依據如下。請參考第1圖，第1圖係為常見典型之磁性組件之導體厚度與損耗的關係曲線圖。由第1圖所示可知，總繞組損耗係隨著繞組部之導體厚度t之不同而呈現曲線狀變化，當繞組部之導體厚度介於1 公尺(m)與1 公尺(m)之間時存在一最低損耗，而此時繞組部之導體最佳厚度係為 ，換言之，不同厚度之導體，其繞組損耗不相同，且導體的厚度並非越厚越好，而是存在一最佳厚度，如超過此厚度，高頻之渦流損耗反而增加。由此可知，若箔式繞組之繞組部的導體厚度採用相等厚度，將使得繞組產生不必要之繞組損耗。
為了計算箔式繞組之第n層繞組部之繞組損耗，首先計算第n層繞組部兩側的磁場強度H，再對複數個磁柱所形成的環路應用安培環路定理，同時由於不含低導磁率材料的磁柱的導磁率較高，如忽略磁芯中的磁場強度，即可近似得到第n層繞組部之導體上表面的磁場強度為： (1)   上述式(1)中W為導體寬度， 為通過每一層繞組部之導體的電流。同理，可得第n層繞組部之導體下表面的磁場強度為： (2)   從上述式(1)和(2)可以看出，越靠近低導磁率材料所在磁柱的繞組部兩側的磁場強度越大。再根據一維Dowell模型，可得第n層繞組部之導體的集膚效應引起的損耗Psn和鄰近效應引起的損耗Ppn分別為： P (3) P (4)   上述式(3)和(4)中， 為導體的電導率， 為導體的集膚深度，v為t n/ ，其中t n為第n層繞組部之導體厚度，因此第n層繞組部之導體的總損耗為： P P (5)   通過將所有層的損耗相加，即可得總繞組損耗，即： P (6)   由上式可知，若每一層繞組部均取相同的厚度t，可得總繞組損耗P與厚度t的關係圖如第1圖所示，當繞組部之導體厚度等於一最佳厚度 時(例如介於1 公尺(m)與1 公尺(m)之間)，繞組損耗達到最小值。
然而，不同層的繞組部的導體厚度都取相同的厚度，此種方式雖然方便設計與製造，但卻忽略了部分不必要之繞組損耗。實際上，再進一步分析式(3)和(4)可知，每一層繞組部之導體的最佳厚度 是不同的，如果分別對每一層繞組部的導體厚度做最佳適用之厚度優化設計，可得更低的繞組耗損。為了更容易理解本案之技術，定義兩個函數 (v)和 (v)如下： (v) (7) (v) (8)   並將兩個函數 和 與繞組部之導體厚度之變化關係繪製如第2圖所示，其中第2圖即為集膚效應損耗和鄰近效應損耗與繞組部之導體厚度t之間的關係曲線圖。接著，結合式(3)、(4)、(7)、(8)和第2圖可得，當繞組部之導體兩側的磁場強度 、 確定之後，集膚效應引起的損耗P 係隨著繞組部之導體厚度增加而降低，且鄰近效應引起的損耗Ppn係隨著繞組部之導體厚度增加而增加。因此，在磁性組件的設計上，若考慮磁性組件之總繞組損耗時，則繞組部之導體厚度的選擇，可依據集膚損耗和鄰近損耗兩者之佔比而定，如果集膚損耗佔較大的比例，則繞組部之導體厚度可以適當取厚，相反地，如果鄰近損耗佔較大的比例，則繞組部之導體厚度就需要適當取薄。再將式(1)和(2)代入式(3)和(4)可知，每一層繞組部之導體的集膚損耗是一樣的，但是每一層繞組部之導體的鄰近損耗是不一樣的，並且越靠近低導磁率材料所在之磁柱，則磁場強度越大，鄰近損耗越大。因此越靠近低導磁率材料所在之磁柱，繞組部的導體厚度可適當地取薄，藉此減少此部分之損耗。
第3圖係為本案第一較佳實施例之磁性組件之結構示意圖。如第3圖所示，本案之磁性組件5包含磁芯50、至少一箔式繞組60以及低導磁率材料505，其中磁芯50包括四個磁柱，分別為第一磁柱501、第二磁柱502、第三磁柱503及第四磁柱504。磁芯50之四個磁柱形成一磁路70，其中構成磁路70之至少一個磁柱中係設置一低導磁率材料505。於本實施例中，低導磁率材料505係設置於第一磁柱501中。箔式繞組60係以多層方式設置於第一磁柱501上，以於第一磁柱501上形成相互疊置的複數層繞組部600(圖中僅顯示部分繞組層)。於本實施例中，箔式繞組60係部分位於磁芯50之第一磁柱501、第二磁柱502、第三磁柱503及第四磁柱504所環繞之空間中。箔式繞組60之每一層繞組部600的導體厚度t n的方向係與低導磁率材料505所在之第一磁柱501的磁通方向垂直。於本實施例中，箔式繞組60之複數層繞組部600中，與低導磁率材料505之間距離最近的繞組部600(即L N層繞組部)的導體厚度t N係小於與低導磁率材料505之間距離最遠的繞組部600(即L 1層繞組部)的導體厚度t 1，亦即導體厚度t 1＞導體厚度t N。
於上述實施例中，箔式繞組60之複數層繞組部600係沿著一排列方向(如箭頭A所示方向)逐漸靠近低導磁材料505，且沿著該排列方向，複數層繞組部中至少有兩層以上的繞組部的導體厚度具有減小的趨勢。顯然，複數層繞組部中至少有兩層以上的繞組部的導體厚度是不相等的。箔式繞組60之導體的橫截面係為矩形，且該導體之寬厚比係大於5。
於上述實施例中，磁芯50之第一磁柱501與第三磁柱503平行，第二磁柱502與第四磁柱504平行，且第一磁柱501與第三磁柱503分別與第二磁柱502與第四磁柱垂直504連接。
於一些實施例中，磁芯50中，包含低導磁率材料505之磁柱(例如第一磁柱501)的導磁率總體較低，其中所述低導磁率材料的導磁率為1至50，且低導磁率材料505可為但不限於空氣或各類粉芯材料。而其他磁柱(例如第二磁柱502、第三磁柱503、第四磁柱504)則係由導磁率較高的材料構成，其中所述之導磁率較高的材料之導磁率係大於50，且導磁率較高的材料可為但不限於鐵氧體或非晶材料。
於一些實施例中，箔式繞組60係由一多層電路板實現，且箔式繞組60之複數繞組部600係架構於該多層電路板之各層內。於另一些實施例中，箔式繞組60由銅箔繞組或鋁箔繞組實現。
請再參閱第3圖，於一些實施例中，箔式繞組60之複數個繞組部600之導體厚度皆不相同，且於任兩相鄰之繞組部600中，鄰近於低導磁率材料505之繞組部600之導體厚度係小於遠離於低導磁率材料505之繞組部600之導體厚度。換言之，箔式繞組60之複數層繞組部600(即L 1至L N層)之導體厚度分別為t 1,t 2,…, t N-1,t N，其中離低導磁率材料505最近的為L 1層而最遠的為L N層。則箔式繞組60之複數層繞組部600之導體厚度關係為t 1＞t 2＞…t n…＞t N-1＞t N。為便於描述與理解箔式繞組60之複數層繞組部600之導體厚度(t 1至t N)與其損耗之間的關係，以下將以10層為例(即N=10)，然應注意的是本案之繞組部600之層數並不以此為限，其可依實際需求而任施變化。第4圖係為第3圖所示磁性組件之每一層繞組部之導體損耗與其導體厚度之關係圖。如第4圖所示，橫軸係為每一層繞組部之導體厚度t(單位公尺(m))，縱軸為繞組損耗P(單位瓦(W))，曲線L 1至L 10係為每一層繞組部600之導體損耗與對應該層繞組部之導體厚度t之關係，並依次可得曲線L n為第n層繞組部的導體損耗與該層繞組部之導體厚度t n的關係。每一條曲線(即L 1至L 10之繞組層)的損耗最低點所對應的導體厚度即為該層繞組部之導體的最佳厚度，藉由將每一層繞組部600之導體厚度都取對應該層繞組部之導體的最佳厚度，即可得到一個最佳繞組損耗的設計。
表1係為第3圖所示之磁性組件與常見典型之磁性組件的設計參數及損耗比較表，其中該損耗評估條件為：(1)每一層的電流有效值為1安培，(2)頻率為500kHz，(3)繞組部600之導體寬度為8.5mm，(4)繞組部之導體長度為1m，(5)溫度為正常室溫，(6)頻率為500kHz時銅導體的集膚深度為0.093mm。   表1 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0004"><TBODY><tr><td> N(1<img wi="85" he="40" file="02_image053.jpg" img-format="jpg"></img>) </td><td> 傳統方案1 (等厚度) </td><td> 傳統方案2 (等厚度) </td><td> 本發明方案 (不等厚度) </td></tr><tr><td> 厚度 (mm) </td><td> 厚度/ 集膚深度 </td><td> 厚度 (mm) </td><td> 厚度/ 集膚深度 </td><td> 厚度/ (mm) </td><td> 厚度/ 集膚深度 </td></tr><tr><td> 1 </td><td>           0.04   </td><td>           0.43           </td><td>           0.054 </td><td>           0.58 </td><td> 0.140 </td><td> 1.51 </td></tr><tr><td> 2 </td><td> 0.075 </td><td> 0.81 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> 0.060 </td><td> 0.65 </td></tr><tr><td> 4 </td><td> 0.050 </td><td> 0.54 </td></tr><tr><td> 5 </td><td> 0.045 </td><td> 0.49 </td></tr><tr><td> 6 </td><td> 0.040 </td><td> 0.43 </td></tr><tr><td> 7 </td><td> 0.037 </td><td> 0.40 </td></tr><tr><td> 8 </td><td> 0.034 </td><td> 0.37 </td></tr><tr><td> 9 </td><td> 0.032 </td><td> 0.35 </td></tr><tr><td> 10 </td><td> 0.030 </td><td> 0.32 </td></tr><tr><td> 導體總厚度(mm) </td><td> 0.4 </td><td> 0.54 </td><td> 0.54 </td></tr><tr><td> 導體總損耗(mW) </td><td> 689 </td><td> 840 </td><td> 605 </td></tr></TBODY></TABLE>請參閱表1，傳統方案1係採用常見典型之磁性組件且其繞組部之導體厚度均採0.04mm之等厚度設計，其中導體厚度選取係參考第1圖所示之每一層繞組部之導體採相同厚度下損耗最低之設計，以及對應該厚度之厚度/集膚深度為0.43，經計算後可得繞組部之導體總厚度為0.4mm，繞組部之導體總損耗為689mW。傳統方案2係採用常見典型之磁性組件且其繞組部之導體厚度是採0.054mm之等厚度設計，其中繞組部之導體總厚度係採用與本案之繞組部600之導體總厚度相同，對應該厚度之厚度/集膚深度為0.58，計算後可得繞組部之導體總厚度為0.54mm，繞組部之導體總損耗為840mW。本案技術係採用如第3圖所示之磁性組件，且將複數層繞組部(L 1層至L 10層)之導體分別採每一層最低損耗所對應之最佳厚度設計，舉例而言第1層繞組部(即L 1層)之導體厚度為0.140mm，對應該厚度之厚度/集膚深度為1.51，並依此類推至第10層繞組部(即L 10層)，計算後可得繞組部之導體總厚度為0.54mm，繞組部之導體總損耗為605mW。從上述三種方案之總損耗評估結果比較可知，本發明方案之損耗為605mW，係比傳統方案1之損耗降低了12.2%，且比傳統方案2之損耗降低了27.9%，綜合以上傳統方案1與傳統方案2及本發明方案之總耗損比較可知，本發明方案可減少不必要之繞組損耗，且可提升磁性組件之運作效能。
請再參閱表1以及第5圖，其中第5圖係為本發明方案之繞組部的導體厚度依據表1選擇而繪製之每一層繞組部之導體厚度的曲線圖。於第5圖中，橫軸代表繞組部序號(即L 1至L 10層繞組部)，縱軸代表繞組部之導體厚度，其中可以發現距離低導磁率材料505越近的繞組部600，其最佳厚度愈薄，且可推知當繞組部600之總層數愈多時，繞組部600之導體厚度將愈薄。應注意的是，在實際工程應用中，通常允許每一層繞組部600的導體厚度存在一定的工程誤差，例如以多層電路板實現箔式繞組之製造工藝為例，每一層繞組部600之導體厚度的允許誤差值通常在10um 至20um，因此，當繞組部600之導體的最佳厚度的差異小於工藝誤差時，僅需在統計學上滿足距離低導磁率材料505越近，導體厚度越薄之條件即可，而無須每一個繞組部之導體厚度都完全精準。
第6圖係為將第5圖中之每一層繞組部600之導體厚度曲線加上工藝上之允許誤差值後之每一層繞組部600之導體厚度曲線圖。如第6圖所示，在複數層繞組部600(即L 1至L 10層繞組部)之導體厚度逐漸減小之趨勢(即t 1＞t 2＞…t N-1＞t N)下，即便繞組部600之導體的最佳厚度的差異小於工藝誤差，只要是符合離低導磁率材料505越近的繞組部600的導體厚度越薄之條件即可，而無須每一個繞組部600之導體厚度都符合完全精準。
本案箔式繞組60之複數個繞組部600之導體厚度並不以皆具有不同厚度為限，於一些實施例中，相鄰近之數個繞組部600可取用相同厚度，藉此可便於工程上之製作與生產。
表2係為本案另一實施例之磁性組件與前述表1所列之傳統方案1的設計參數及損耗比較表，表2如下：   表2 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0005"><TBODY><tr><td> N(1<img wi="85" he="40" file="02_image053.jpg" img-format="jpg"></img>) </td><td> 傳統方案1 (等厚度) </td><td> 本發明方案 (不等厚度) </td></tr><tr><td> 厚度 (mm) </td><td> 厚度/ 集膚深度 </td><td> 厚度(mm) </td><td> 厚度/ 集膚深度 </td></tr><tr><td> 1 </td><td>           0.04   </td><td>           0.43           </td><td> 0.05 </td><td> 0.54 </td></tr><tr><td> 2 </td><td> 0.05 </td><td> 0.54 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> 0.05 </td><td> 0.54 </td></tr><tr><td> 4 </td><td> 0.04 </td><td> 0.43 </td></tr><tr><td> 5 </td><td> 0.04 </td><td> 0.43 </td></tr><tr><td> 6 </td><td> 0.04 </td><td> 0.43 </td></tr><tr><td> 7 </td><td> 0.04 </td><td> 0.43 </td></tr><tr><td> 8 </td><td> 0.03 </td><td> 0.32 </td></tr><tr><td> 9 </td><td> 0.03 </td><td> 0.32 </td></tr><tr><td> 10 </td><td> 0.03 </td><td> 0.32 </td></tr><tr><td> 導體總厚度(mm) </td><td> 0.4 </td><td> 0.4 </td></tr><tr><td> 導體總損耗(mW) </td><td> 689 </td><td> 641 </td></tr></TBODY></TABLE>其中表2的損耗評估條件係與表1所載者相同，且表2的傳統方案1之架構與設計亦與表1所載者相同，於此不再贅述。本發明方案之箔式繞組60之複數層繞組部600係分為數個族群，且同族群內的多個繞組部600的導體厚度係取相同厚度設計。於該數個族群中，與低導磁率材料505之間的距離越近其繞組部之導體厚度越薄。換言之，複數層繞組部600的導體厚度係隨著每一層繞組部600與低導磁率材料505之間的距離減少而呈現一階梯型減小，且階梯型之階梯個數係為任意個。該階梯型之任一階梯係包含依序相鄰設置之任意層數的繞組部600或僅包含一層繞組部600。
第7圖係為本發明方案之繞組部的導體厚度依據表2選擇而繪製之每一層繞組部之導體厚度的曲線圖，如表2與第7圖所示，複數個繞組部600之導體厚度分為三個族群，第一個族群包括第1層至第3層共3層繞組部600，且其導體厚度均為0.05mm。第二個族群包括第4層至第7層共4層繞組部600，且其導體厚度均為0.04mm。第三個族群包括第8層至第10層共3層繞組部600，且其導體厚度均為0.03mm。於此實施例中，本發明方案之複數個繞組部600的導體厚度變化係呈現階梯型的規律變化。本發明方案之繞組部的之導體總損耗為641mW，相較於傳統方案1，本發明方案比傳統方案1減小了7%之損耗。應注意的是，於本實施例中，繞組部之族群數量以及各族群內之繞組部數量並不以前述數量為限，其可依實際應用而任施變化。
第8圖係為本案第二實施例之磁性組件之結構示意圖。於本實施例中，如第8圖所示，磁性組件5之結構係與第3圖所示之磁性組件5之結構相似，其中相同的元件標號代表相同的元件與結構，於此不再贅述。相較於第3圖所示之磁性組件5，本實施例之磁性組件5包括複數個低導磁率材料505，設置於第一磁柱501中，且該複數個低導磁率材料505係相間隔地設置於第一磁柱501中。於本實施例中，磁性組件5包括三個低導磁率材料505，且該低導磁率材料係為空氣，換言之，磁性組件5之複數個低導磁率材料505係由分散式氣隙實現，且氣隙的數量大於1。
第9圖係為本案第三實施例之磁性組件之結構示意圖。於本實施例中，如第9圖所示，磁性組件5之結構係與第3圖所示之磁性組件5之結構相似，其中相同的元件標號代表相同的元件與結構，於此不再贅述。相較於第3圖所示之磁性組件5，本實施例之磁性組件5包括兩個低導磁率材料505分別設置在相對位置之第一磁柱501和第三磁柱503中。由於兩個低導磁率材料505係相對設置，因此可定義每一層繞組部600之導體離最近的低導磁率材料505的距離係為該繞組部600之導體與低導磁率材料505所在之第一磁柱501或第三磁柱503的距離。如第9圖所示，第N層繞組部600(即L N層繞組部)離第一磁柱501的距離為S1，離第三磁柱503的距離為S2，由於距離S1＜距離S2，因此距離S1即為該層繞組部600之導體與低導磁率材料505之間的距離。於本實施例中，隨著繞組部600的導體與低導磁率材料505之間距離的減小，繞組部600中至少有兩層以上的繞組部導體厚度具有一減小的趨勢。優選地，距離低導磁率材料505越近的繞組部600，其導體厚度愈薄。如第9圖所示，最遠離於兩個低導磁率材料505之兩層繞組層(即L 1層與L ’ 1層)的導體最厚，最接近於兩個低導磁率材料505之兩層繞組層(即L N層與L ’ N層)的導體最薄。
第10圖係為本案第四實施例之磁性組件之結構示意圖。於本實施例中，如第10圖所示，磁性組件5之結構係與第3圖所示之磁性組件5之結構相似，其中相同的元件標號代表相同的元件與結構，於此不再贅述。相較於第3圖所示之磁性組件5，本實施例之磁性組件5包括兩組箔式繞組60，分別設置在第二磁柱502和第四磁柱504上，其中該兩組箔式繞組60可由多層電路板實現，多層電路板可具有兩穿孔(未圖示)，藉此使第二磁柱502和第四磁柱504可分別穿過對應之穿孔。
第11圖係為本案第五實施例之磁性組件之結構示意圖。於本實施例中，如第11圖所示，磁性組件5之結構係與第3圖所示之磁性組件5之結構相似，其中相同的元件標號代表相同的元件與結構，於此不再贅述。相較於第3圖所示之磁性組件5，本實施例之磁性組件5包括兩個低導磁率材料505，且磁芯50係由EE型磁芯或EI型磁芯所構成。磁芯50除包括第一磁柱501、第二磁柱502、第三磁柱503及第四磁柱504之外，更包括一中柱506，其中該中柱506係垂直地連接於第一磁柱501與第三磁柱503之中間區域，且位於第二磁柱502與第四磁柱504之間。磁芯50係架構形成兩磁路70，其中之一磁路70係由部分第一磁柱501、第二磁柱502、部分中柱506及部分第三磁柱503所構成，而另ㄧ磁路70係由部分第一磁柱501、第四磁柱504、部分中柱506及部分第三磁柱503所構成。兩低導磁率材料505係分別設置於構成其中之一磁路70之部份第一磁柱101中以及構成另一磁路70之部份第一磁柱501中。箔式繞組60可由多層電路板實現，多層電路板可具有一穿孔(未圖示)，藉此使中柱506可穿過該穿孔，而使箔式繞組60環繞設置於中柱506。
第12圖係為本案第六實施例之磁性組件之結構示意圖。於本實施例中，如第12圖所示，磁性組件5之結構係與第3圖所示之磁性組件5之結構相似，其中相同的元件標號代表相同的元件與結構，於此不再贅述。相較於第3圖所示之磁性組件5，本實施例之磁性組件5包括兩組箔式繞組60以及兩個低導磁率材料505，其中兩個低導磁率材料505分別設置於第一磁柱501以及第三磁柱503中。兩組箔式繞組60係分別繞設於低導磁率材料505所在之第一磁柱501以及第三磁柱503上。於本實施例中，兩組箔式繞組60係為金屬箔繞組，例如銅箔繞組或鋁箔繞組，且分別以多層方式繞設在第一磁柱501和第三磁柱503。
第13圖係為本案第七實施例之磁性組件之結構示意圖。於本實施例中，如第13圖所示，磁性組件5之結構係與第3圖所示之磁性組件5之結構相似，其中相同的元件標號代表相同的元件與結構，於此不再贅述。相較於第3圖所示之磁性組件5，本實施例之磁性組件5包括一組箔式繞組60、一個低導磁率材料505，且磁芯50係由EE型磁芯或EI型磁芯所構成。磁芯50除包括第一磁柱501、第二磁柱502、第三磁柱503及第四磁柱504之外，更包括一中柱506，其中該中柱506係垂直地連接於第一磁柱501與第三磁柱503之中間區域，且位於第二磁柱502與第四磁柱504之間。低導磁率材料505係設置於中柱506中。箔式繞組60係為一金屬箔繞組，例如銅箔繞組或鋁箔繞組，且箔式繞組60係繞設在低導磁率材料505所在之中柱506。
其中，針對繞組部各層厚度的優化設計，適用於上述各個實施例，并不以此為限。
綜上所述，本案提供一種磁性組件，其利用箔式繞組之各繞組部的導體厚度優化設計，以減少繞組損耗，藉此可使高頻應用中之磁性組件在不增加體積之情況下，減小磁性組件之損耗，便於切換式電源裝置實現小型化。
本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
5：磁性組件 50：磁芯 501：第一磁柱 502：第二磁柱 503：第三磁柱 504：第四磁柱 505：低導磁率材料 506：中柱 60：箔式繞組 600：繞組部 70：磁路 L 1~L N、L ’ 1~L ’ N：各層繞組部 S1、S2：繞組部至低導磁率材料之距離 A：方向
第1圖係為常見典型之磁性組件之導體厚度與損耗的關係曲線圖。 第2圖係為集膚效應損耗和鄰近效應損耗與繞組之導體厚度t之間的關係曲線圖。 第3圖係為本案第一較佳實施例之磁性組件之結構示意圖。 第4圖係為第3圖所示磁性組件之每一層繞組部之導體損耗與其導體厚度之關係圖。 第5圖係為本發明方案之繞組部的導體厚度依據表1選擇而繪製之每一層繞組部之導體厚度的曲線圖。 第6圖係為將第5圖中之每一層繞組部之導體厚度曲線加上工藝上之允許誤差值後之每一層繞組部之導體厚度曲線圖。 第7圖係為本發明方案之繞組部的導體厚度依據表2選擇而繪製之每一層繞組部之導體厚度的曲線圖。 第8圖係為係為本案第二實施例之磁性組件之結構示意圖。 第9圖係為本案第三實施例之磁性組件之結構示意圖。 第10圖係為本案第四實施例之磁性組件之結構示意圖。 第11圖係為本案第五實施例之磁性組件之結構示意圖。 第12圖係為本案第六實施例之磁性組件之結構示意圖。 第13圖係為本案第七實施例之磁性組件之結構示意圖。
5：磁性組件 50：磁芯 501：第一磁柱 502：第二磁柱 503：第三磁柱 504：第四磁柱 505：低導磁率材料 60：箔式繞組 600：繞組部 70：磁路 L 1~L N：繞組部之各層

Claims (15)

  1. 一種磁性組件，包括：     一磁芯，包括複數個磁柱，該複數個磁柱構成至少一磁路，且構成該磁路之至少一個該磁柱中係設置至少一低導磁率材料；以及     至少一組箔式繞組，係以多層方式設置於至少一個該磁柱上，以於對應之該磁柱上形成相互疊置的複數層繞組部，且每一層該繞組部的導體厚度的方向係與該低導磁率材料所在之該磁柱的磁通方向垂直；     其中複數層該繞組部沿著一排列方向逐漸靠近該低導磁率材料，且沿著該排列方向複數層該繞組部中係至少有兩層以上的該繞組部的導體厚度具有減小的趨勢。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之磁性組件，其中構成該箔式繞組之導體的橫截面係為矩形，且該導體之寬厚比係大於5。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之磁性組件，其中複數個該磁柱係包含一第一磁柱、一第二磁柱、一第三磁柱及一第四磁柱，且該第一磁柱與該第三磁柱平行，該第二磁柱與該第四磁柱平行，該第一磁柱與該第三磁柱分別垂直於該第二磁柱與該第四磁柱。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之磁性組件，其中該第一磁柱中係設置該低導磁率材料。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之磁性組件，其中該第三磁柱係設置該低導磁率材料。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之磁性組件，其中該複數個磁柱更包含一中柱，該中柱係垂直連接於該第一磁柱及該第三磁柱且位於該第二磁柱及該第四磁柱之間，其中該多個磁柱構成一第一磁路及一第二磁路，其中該第一磁路係由部分該第一磁柱、該第二磁柱、該中柱及部分該第三磁柱所構成，且該第二磁路係由部分該第一磁柱、該第四磁柱、該中柱及部分該第三磁柱所構成。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之磁性組件，其中該磁性組件包括兩個該低導磁率材料，分別設置於構成該第一磁路之部份該第一磁柱上以及構成該第二磁路之部份該第一磁柱上。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之磁性組件，其中該中柱上係設置該低導磁材料，且該箔式繞組係繞設在該中柱上。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之磁性組件，其中每一層該繞組部與該低導磁率材料之間的距離係由每一層該繞組部與最近的該低導磁率材料之間的距離所決定。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之磁性組件，其中複數層該繞組部的導體厚度係隨著每一層該繞組部與該低導磁率材料之間的距離減少而呈現階梯型減小，且該階梯型的階梯個數係為任意個。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之磁性組件，其中該階梯型之任一階梯係分別包含一層該繞組部或包含依序相鄰設置之任意層數的該繞組部。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之磁性組件，其中該複數層繞組部具有不同之導體厚度。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之磁性組件，其中該磁性組件包括複數個該低導磁率材料，且由分散式氣隙實現，且氣隙的數量係大於1。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之磁性組件，其中該低導磁率材料之導磁率係大於或等於1，且小於或等於50。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之磁性組件，其中該箔式繞組係由一銅箔繞組、一鋁箔繞組或一多層電路板所構成。
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