TWI781402B - 一種電感及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提出了一種電感，包括多個磁芯部分。所述多個磁芯部分共同組成了電感的磁芯。所述多個磁芯部分可以具有不同的結構，也可以由不同的材料製作而成，以使電感具有符合需求的電感值-電流曲線。

Description

一種電感及其製造方法
本發明涉及一種電子組件，更具體地說，本發明涉及一種電感。
電感被廣泛應用於多種電子電路中，例如濾波電路及功率轉換電路等。具體來說，在功率轉換電路中，單電感可以用於連接功率轉換電路的開關端和輸出端，而耦合電感可以用於耦合多相功率轉換電路的各相輸出。電子電路的設計通常受限於設計者所能得到的各組件的特性。對於電感來說，設計者通常根據供應商提供的裝置目錄，基於所選裝置的特性，來做折衷設計。而這些折衷設計有可能犧牲了部分的電路性能。
因此，有必要提出一種性能優良，且可以根據需求來調整特性的電感。
考慮到現有技術的一個或多個技術問題，提出了一種電感及其製作方法。
根據本技術的實施例，提出了一種電感，包括：第一磁芯部分；第二磁芯部分，其中第一磁芯部分和第二磁芯部分相鄰；第一線圈；以及第二線圈，所述第一線圈和第二線圈至少部分繞於第二磁芯部分，並且穿過第一磁芯部分。
根據本技術的實施例，提出了一種電感，包括：組成電感磁芯的第一磁芯部分；組成電感磁芯的第二磁芯部分，其中所述一磁芯部分和第二磁芯部分相鄰並且磁耦合；以及第一線圈，穿過所述電感磁芯。
在一個實施例中，所述電感在流經線圈的電流在1安培到60安培之間時，電感值在40納亨以上，在電流達到60安培至電流保護限制，電感值至少在20納亨以上。
根據本技術的實施例，提出了一種製造電感的方法，包括：根據目標效率設定電感值-電流曲線的第一段；根據目標瞬態響應設定電感值-電流曲線的第二段；根據電流保護限制設定電感值的極限值；製作符合電感值-電流曲線的第一段、第二段和電感值極限值的電感，所述電感在流經線圈的電流在1安培到60安培之間時，電感值在40納亨以上，在電流達到60安培之後，電感值至少在20納亨以上。
根據本發明上述各態樣提供的電感及其製作方法，性能優良，並且可以按照應用需求來製作電感。
100A:多相功率轉換電路
100B:單相功率轉換電路
110,110-1,110-2:功率級
112:控制電路
120:線圈
120-1:第一線圈
120-2:第二線圈
122,122A~122J:電感
130:輸入端
131:輸出端
140-1:第一磁芯部分
140-2:第二磁芯部分
140-3:第三磁芯部分
140-4,140-5:磁芯部分
141:第一端
142:第二端
143:第一端
144:第二端
160:磁芯
201-1,201-2,201-3,201-4:通道
301:曲線
302:虛線
303:實線
304:曲線
351,352:電感值範圍
401:方框
402:方框
403:方框
404:方框
405:方框
406:方框
407:方框
408:方框
409:方框
410:方框
為了更好的理解本發明，將根據以下附圖對本發明進行詳細描述：[圖1]示出了根據本發明一實施例的電感122A的三維視圖；[圖2]示出了根據本發明一實施例的電感122A的前視圖；[圖3]示出了根據本發明一實施例的電感122A的第一磁芯部分140-1的頂視圖；[圖4]示出了根據本發明一實施例的從第二線圈120-2一側看的電感122A的側視圖；[圖5]示出了根據本發明一實施例的電感122B的前視圖；[圖6]示出了根據本發明一實施例的電感122C的三維視圖；[圖7]示出了根據本發明一實施例的電感122D的三維視圖；[圖8]示出了根據本發明一實施例的電感122E的三維視圖；[圖9]示出了根據本發明一實施例的電感122F的前視圖；[圖10]示出了根據本發明一實施例的電感122F的頂視圖； [圖11]示出了根據本發明一實施例的電感122F的側視圖；[圖12]示出了根據本發明一實施例的電感122G的三維視圖；[圖13]示出了根據本發明一實施例的電感122H的三維視圖；[圖14]示出了根據本發明一實施例的電感122J的三維視圖。
[圖15]示出了根據本發明一實施例的電感122(可以是122A~122J中的任意一個)的電感值與電流之間的關係示意圖；[圖16]示出了包括鐵氧體磁芯的電感的電感值與電流之間的關係示意圖；[圖17]示出了包括單個鐵粉磁芯的電感的電感值與電流之間的關係示意圖；[圖18]示出了具有不同磁芯的電感的電感值-電流曲線對比圖；[圖19]示出了根據本發明一實施例的製作電感122的方法流程示意圖；[圖20]示出了電感122在給出各項要求後的電感值-電流曲線301；[圖21]示出了根據本發明一實施例的多相功率轉換電路100A的結構示意圖；[圖22]示出了根據本發明一實施例的單相功 率轉換電路100B的電路結構示意圖。
下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這裡描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對於本領域普通技術人員顯而易見的是：不必採用這些特定細節來實行本發明。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的電路、材料或方法。
在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結合該實施例或示例描述的特定特徵、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和/或子組合將特定的特徵、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，並且附圖不一定是按比例繪製的。應當理解，當稱元件“連接到”或“耦接到”另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這裡使用 的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的專案的任何和所有組合。
圖1示出了根據本發明一實施例的電感122A的三維視圖。在圖1中，電感122A包括第一線圈120-1、第二線圈120-2，以及磁芯160。所述磁芯160包括兩個或兩個以上的磁芯組成部分。在圖1所示的電感122A中，所述磁芯160包括第一磁芯部分140-1和第二磁芯部分140-2。
所述電感122A可以是一個耦合電感，也可以是集成在一個封裝裡的兩個單電感。圖1中所示的電感122A具有兩個線圈120-1和120-2。通常，如電感122A這樣的耦合電感或者集成在一個封裝裡的兩個單電感，包括兩個或兩個以上的線圈。每個線圈具有第一端和第二端，所述第一端耦接至電子電路的一端，而所述第二端則耦接至電子電路的另一端。例如當電感122A應用於圖21所示的功率轉換電路100A時，圖1中的第一線圈120-1的第一端(如圖21，端點141)可以耦接至功率轉換電路的開關端，而第一線圈120-1的第二端(如圖21，端點142)可以耦接至功率轉換電路的輸出端；第二線圈120-2的第一端(如圖21，端點143)可以耦接至功率轉換電路的開關端，而第二線圈120-2的第二端(如圖21，端點142)可以耦接至功率轉換電路的輸出端。
如圖1所示，磁芯160具有兩個組成部分140-1和140-2。本發明中的磁芯，均如磁芯160一般，包括兩個或兩個以上物理上分離的部分，這些分離的部分相互靠近，並相互磁耦合。在部分實施例中，各磁芯部分可能具 有金屬接觸，也就是說，各磁芯部分的表面可能直接相接觸。根據不同的應用需求，磁芯的各組成部分之間的間隙中，可以具有紙、氣體、磁性材料、非磁性材料或其他介質。磁芯部分材料可以是鐵磁體(例如鐵)、鐵磁複合體(例如鐵氧體)、鐵粉材料(例如碳基鐵粉)或其他磁性材料。各磁芯部分可以是相同的材料，也可以是不同的材料。
在圖1實施例中，第一磁芯部分140-1和第二磁芯部分140-2相互靠近放置形成了通道201-1用於放置第一線圈120-1，及通道201-2用於放置第二線圈120-2。每個通道分別給相應的線圈提供了通路。在電感122A中，第一磁芯部分140-1和第二磁芯部分140-2分別提供了每個通道的上半部分和下半部分。
圖2示出了根據本發明一實施例的電感122A的前視圖。在電感122A中，第一磁芯部分140-1具有“E”字形結構，第二磁芯部分140-2具有平板結構。“E”字形結構的第一磁芯部分140-1具有兩道凹槽，當與平板結構的第二磁芯部分140-2相合時，形成兩通道201-1和201-2。
圖3示出了根據本發明一實施例的電感122A的頂視圖。如圖3中的虛線所示，通道201-1和201-2縱向貫通磁芯160。點線所示為線圈120-1和120-2分別位於通道201-1和201-2內的部分。
圖4示出了根據本發明一實施例的從第二線圈120-2一側看的電感122A的側視圖。從圖4可以看出，第一線圈120-1(圖中被第二線圈120-2所遮擋)和第二線圈120-2 在兩側的通道口下掛。線圈120-1和120-2可以向下延伸至PCB(Printed Circuit Board，印刷電路板，圖中未顯示)或其他襯底上的通孔，焊盤或其他點。應當理解，第一線圈120-1和第二線圈120-2也可以直接向外延伸出去，即不下掛，或者具有其他結構。
在一個實施例中，所述第一線圈120-1和第二線圈120-2為單匝線圈，即線圈120-1或120-2均只繞過磁芯160一次。通常，根據應用的需求，線圈可以是單匝的，也可以是多匝的。線圈可以繞在磁芯的任何部分。例如，在電感122A中，第一線圈120-1和第二線圈120-1可以繞在第一磁芯部分140-1上，也可以繞在第二磁芯部分140-2上。
在電感122A中，第一磁芯部分140-1與第二磁芯部分140-2相鄰放置，並相互耦合。為示圖清晰起見，電感122A和本說明書中的其他電感的各相鄰磁芯部分間均示出了間隙。然而應當明白，各磁芯部分也可以直接接觸，如圖5所示的根據本發明一實施例的電感122B的前視圖。在電感122B中，第一磁芯部分140-1的底部表面與第二磁芯部分140-2的頂部表面直接接觸。電感122B的其他特徵與電感122A相同。
在本發明中，磁芯可以具有兩個以上的部分。例如，第一磁芯部分140-1可以由多個更小的磁芯部分組成。並且，磁芯160也可以具有更多個磁芯部分，如圖6所示。
圖6示出了根據本發明一實施例的電感122C 的三維視圖。電感122C為包括第一線圈120-1，第二線圈120-2和具有多個組成部分的磁芯160的耦合電感。在電感122C中，磁芯160包括第一磁芯部分140-1，第二磁芯部分140-2及第三磁芯部分140-3。在電感122C中，第二磁芯部分140-2具有平板結構，而第一磁芯部分140-1和第三磁芯部分140-3分別具有“E”字形結構。如圖6所示，所述兩“E”字形結構的磁芯部分開口相對，而所述平板結構的磁芯位於兩者之間。“E”字形結構的第一磁芯部分140-1具有兩道凹槽，當與平板結構的第二磁芯部分140-2相合時，形成兩條通道201-1和201-2。類似地，“E”字形結構的第三磁芯部分140-3也具有兩道凹槽，當與平板結構的第二磁芯部分140-2相合時，在平板結構的第二磁芯部分140-2的另一側形成兩條通道201-3和201-4。與電感122A不同，電感122C的每個線圈穿過了兩條通道。具體來說，在電感122C中，第一線圈120-1穿過通道201-1和通道201-2，而第二線圈120-2穿過通道201-3和通道201-4。
單電感和耦合電感的區別在於：耦合電路具有兩個或兩個以上的線圈穿過磁芯，而單電感僅具有單個線圈穿過磁芯。耦合電感可以通過去掉一個或多個線圈轉變成單電感。例如，圖7所示的電感122D僅具有單個線圈120-1。該單個線圈120-1穿過通道201-1和201-2。除此之外，電感122D的其他結構與圖1所示電感122A完全相同。
圖8示出了根據本發明一實施例的電感122E的三維視圖。所述電感122E為由耦合電感122A演變而來的 單電感。所述電感122E包括第一線圈120-1和具有多個組成部分的磁芯160。在電感122E中，第一磁芯部分140-1具有“U”字形結構，第二磁芯部分140-2具有平板結構。“U”字形結構的第一磁芯部分140-1具有單個凹槽，與平板結構的第二磁芯部分140-2相合時，形成通道201-1。除此之外，電感122E的其他部分結構與電感122A相同。
本發明中的電感122D、122E和其他單電感可以應用於多種電子電路中。例如，在單相功率轉換電路中，第一線圈120-1的第一端(如圖22，端點141)可以耦接至功率轉換電路的開關端，第二端(如圖22，端點142)可以耦接至功率轉換電路的輸出端。
磁芯的各組成部分可能具有對稱結構、非對稱結構或其他結構。例如，電感122A中的第一磁芯部分140-1和第二磁芯部分140-2具有非對稱結構，而圖9-11所示的電感122F的第一磁芯部分140-1和第二磁芯部分140-2則具有對稱結構。
圖9示出了根據本發明一實施例的電感122F的前視圖。所述電感122F為耦合電感，包括第一線圈120-1、第二線圈120-2和具有多個組成部分的磁芯160。在電感122F中，磁芯160包括具有對稱結構的第一磁芯部分140-1和第二磁芯部分140-2。所述第一磁芯部分140-1和第二磁芯部分140-2均具有“E”字形結構，均包括兩道凹槽。第一磁芯部分140-1和第二磁芯部分140-2相對，第一磁芯部分140-1的每一道凹槽與第二磁芯部分140-2的相對 應的凹槽相合，分別組成了通道201-1和201-2。第一線圈120-1穿過通道201-1，而第二線圈120-2穿過通道201-2。除上述磁芯部分的形狀差異之外，電感122F的其他結構與電感122A相同。
圖10和圖11分別是電感122F的頂視圖和側視圖。除了磁芯的結構稍有不同外，圖10和圖11展示出來的形狀，標記均分別與圖3和圖4所示一致。
除上述形狀外，磁芯也可以包括具有長方形，或非長方形(例如圓柱形，環形)的磁芯部分，如圖12所示。
圖12示出了根據本發明一實施例的電感122G的三維視圖。所述電感122G為耦合電感，包括第一線圈120-1和第二線圈120-2。在電感122G中，磁芯包括磁芯部分140-1、140-2、140-3及140-4。第一磁芯部分140-1和第二磁芯部分140-2均為平面結構，而第三磁芯部分140-3和磁芯部分140-4均為圓柱形結構。第三磁芯部分140-3和磁芯部分140-4作為中間連接柱，兩端被第一磁芯部分140-1和第二磁芯部分140-2覆蓋。在電感122G中，第一線圈120-1繞在第三磁芯部分140-3上，第二線圈120-2繞在磁芯部分140-4上。通常，線圈會在磁芯部分上繞一圈或一圈以上。
圖12所示的電感122G中，各磁芯部分140-1、140-2、140-3和140-4作為分離個體組合在一起構成了磁芯。在部分實施例中，兩個或兩個以上的磁芯部分可以一體成型。例如，第一磁芯部分140-1和第三磁芯部分140-3可以一體成型，同樣地，第二磁芯部分140-2和磁芯部份 140-4也可以一體成型。之後，一體成型的兩部分可以再組裝起來，成為電感122G的磁芯。
圖13示出了根據本發明一實施例的電感122H的三維視圖。所述電感122H為單電感，包括第一線圈120-1和磁芯。在電感122H中，磁芯包括磁芯部分140-1、140-2、140-3、140-4和140-5。磁芯部分140-1、140-2、140-4和140-5均具有平面結構，而第三磁芯部分140-3為圓柱形結構。第三磁芯部分140-3作為一個連接柱，兩端分別被第一磁芯部分140-1和第二磁芯部分140-2所覆蓋。在電感122H中，第一線圈120-1可以單匝或多匝繞於第三磁芯部分140-3。磁芯部分140-4和140-5作為側壁處於第一磁芯部分140-1和第二磁芯部分140-2之間，提供結構性支撐。磁芯部分140-1、140-2、140-4和140-5形成一個前後無蓋的盒子，而繞於第三磁芯部分140-3的第一線圈120-1的兩端則可以從該盒子的前後穿過。
圖14示出了根據本發明一實施例的電感122J的三維視圖。所述電感122J為耦合電感，包括：第一線圈120-1，第二線圈120-2及磁芯160。在電感122J中，磁芯160具有環形結構，包括第一磁芯部分140-1和第二磁芯部分140-2。更具體地，第一磁芯部分140-1和第二磁芯部分140-2分別具有半環形結構，組合在一起形成了環形結構的磁芯160。在電感122J中，第一線圈120-1在第一磁芯部分140-1上繞了至少一匝，而第二線圈120-2在第二磁芯部分140-2上也繞了至少一匝。移除第一線圈120-1或第二線圈120-2 即可將電感122J作為單電感使用。
當流過電感線圈的電流確定後，電感的電感值一般也是確定的。在本發明中，應當理解，通過選擇或設計磁芯的材料和幾何結構(例如形狀，尺寸和連接)，可以獲得所需的電感值。電感的其他參數，例如線圈材料、線圈尺寸，線圈的纏繞方式和位置等等，也可以選擇或設計用以滿足對電感的要求。通過綜合考量和選擇電感的不同參數，供應商可以提供多種電感以滿足不同的需求。
圖15示出了根據本發明一實施例的電感122(可以是122A~122J中的任意一個)的電感值與電流之間的關係示意圖。在圖15中，縱坐標表示電感值L(單位納亨nH)，橫坐標表示電流I(單位安培A)。從圖15中的曲線301可以看出，對於任何一個線圈(120-1或120-2)來說，在電流值大於1A而小於60A時，電感的電感值大於40nH，即使在電流值大於60A至電流保護限制(即過流保護閾值)時，電感122的電感值也大於20nH。也就是說，電感122具有較寬廣的穩定的電感值區間，可以較好地平衡效率和瞬態響應。
圖16示出了包括鐵氧體磁芯的電感的電感值與電流之間的關係示意圖。在圖16中，縱坐標表示電感值L(單位納亨nH)，橫坐標表示電流I(單位安培A)，虛線302表徵包括單個鐵氧體磁芯的電感的電感值-電流曲線，實線303表徵包括單個鐵氧體磁芯的另一電感的電感值-電流曲線。從圖16中可以看出，具有鐵氧體磁芯的電感在飽和時，其電感值往往會急劇下降。同時比較虛線302和實線303也 可以看出，當具有鐵氧體磁芯的電感的電感值較高時，其飽和電流往往較小；而當包含鐵氧體磁芯的電感的電流值較小時，其飽和電流則較大。
在圖16中，之所以會有兩種不同的電感值曲線，是由於兩個電感的磁芯結構不同，且/或磁芯的鐵氧體純度不同。通過選擇不同的磁芯結構和/或磁芯的鐵氧體(或其他材料)純度，人們可以得到電感值-電流曲線符合其需求的電感。也就是說，可以使磁芯包括多個磁芯部分，而這些磁芯部分具有不同的結構，且/或具有不同的材料比例，來得到具有符合期望的電感值-電流曲線的電感。例如，使第一磁芯部分具有虛線302所示的電感值-電流特徵，使第二磁芯部分具有實線303所示的電感值-電流特徵，組合第一磁芯部分和第二磁芯部分得到的磁芯可以使電感在小電流時具有大電感值，從而使電感具有較高的效率，在大電流時具有小電感值，從而使電感具有較好的瞬態響應。
圖17示出了包括單個鐵粉磁芯的電感的電感值與電流之間的關係示意圖。在圖17中，縱坐標表示電感值L(單位納亨nH)，橫坐標表示電流I(單位安培A)。如圖17的曲線304所示，具有鐵粉磁芯的電感的電感值較小，飽和電流較大，並且在飽和電流附近，電感值也不會急劇下降。由此可見，與鐵粉磁芯的電感相比，鐵氧體磁芯的電感在飽和時具有更陡峭的電感值曲線，並且一般具有更高的導磁率。
也就是說，可以通過各磁芯部分採用不同的材料，再進行組合來最終得到所需的電感值-電流曲線，以下通過圖18來具體闡述。
圖18將圖15的曲線301，圖16的虛線302和圖17的曲線304放在同一張圖中進行對比，縱坐標表示電感值L(單位納亨nH)，橫坐標表示電流I(單位安培A)。如前所述，虛線302為具有單個鐵氧體磁芯的電感的電感值-電流曲線，曲線304為具有單個鐵粉磁芯的電感的電感值-電流曲線。電感122可以通過組合鐵氧體磁芯和鐵粉磁芯來實現曲線301的電感值-電流特性。例如，在圖1的電感122A中，第一磁芯部分140-1可以是鐵粉磁芯，第二磁芯部分140-2可以是鐵氧體磁芯，兩者結合後的效果即如結合虛線302和曲線304所示。鐵粉磁芯和鐵氧體磁芯結合後可以使電感122在小電流時具有較高的電感值(如虛線302所示)，在大電流時也具有相對較高的電感值(如曲線304所示)。各磁芯部分的結構可以根據需求來進行設計。
圖19示出了根據本發明一實施例的製作電感122的方法流程示意圖。在圖19中，所述製作方法首先明確各應用需求，即尺寸限制(方框401)、目標效率(方框402)、目標瞬態響應(方框403)和電流保護限制(方框404)。
尺寸限制指電感122的最大尺寸，和/或磁芯的形狀結構。尺寸結構應由應用的需求決定，例如可以根據PCB的面積，以及與周圍裝置的距離等。
目標效率是指對電感122的效率要求。該目標 效率可能是在某個特定的電流條件下的電感值要求。例如，目標效率可以是在TDC(Thermal Design Current，熱設計電流)時或者低於TDC時的電感值。目標效率表徵了小電流時的電感的電感值。在小電流下的電感值越大，電感122及其應用電路的效率越高。
目標瞬態響應是指對電感122的瞬態響應的要求，決定了中高電流程度時的電感值。該電感值越小，則表示電感122的瞬態響應越好。
電流保護限制是指電感及其應用電路(例如功率轉換電路)允許流過的最大電流值。電流保護限制決定了在最大電流情況下的最小電感值，也就是說，在最大電流情況下，電感必須高於這個最小電感值，才不會觸發過流保護。
在尺寸限制、目標效率、目標瞬態響應和電流保護限制均已給出的情況下，電感122的電感值-電流曲線(方框405)就已經明確了。圖20示出了電感122在給出各項應用需求後應達到的電感值-電流曲線301。
在圖20中，縱坐標表示電感值L(單位納亨nH)，橫坐標表示電流I(單位安培A)。對於具有圖20中的特性曲線的電感來說，其尺寸限制是8mm×9mm×3mm的長方體，目標效率是TDC下的電感值範圍(351區域所示)，目標瞬態響應是中高電流下的電感值範圍(352區域所示)，而電流保護限制則表現為最大電流下的最小電感值。
繼續闡述圖19的方法，通過確定電感的目標 電感值-電流曲線(方框405)，電感各參數的組合對電感值-電流曲線的影響可以通過資料分析得到，例如手動計算，通過合適的模擬軟體計算，或者通過其他的估算手段等。例如，如前所述圖1的電感122A的第一磁芯部分140-1可以由鐵粉材料製作，而第二磁芯部分140-2可以由鐵氧體材料製作。模擬軟體可以根據鐵粉磁芯和鐵氧體磁芯的特性及它們的形狀等各因素，來模擬出其電感值-電流曲線是否符合預期的曲線。
當調整電感的各參數，還是無法使其滿足預期的電感值-電流曲線時，可以再回頭修改目標電感值，即從方框407回到方框405。
如果滿足預期的電感值-電流曲線的電感參數集已經確定，那麼就可以採用這些電感參數集來製作電感樣品，並對其作測試，即方框407至方框408。當得到的電感樣品經過實際測試後無法滿足預期的電感值-電流曲線時，則電感參數集將被重新評估，即從方框409回到方框406。當得到的電感經過測試後可以滿足預期的電感值-電流曲線時，電感就可以批量生產了，即方框409至方框410。
應當理解，電感122可以用於多種電子電路，例如功率轉換電路，包括直流-直流轉換器、交流-直流轉換器、逆變器等等。
圖21示出了根據本發明一實施例的多相功率轉換電路100A的結構示意圖。所述功率轉換電路100A在輸入端130接收輸入電壓VIN，並在輸出端131提供輸出電壓 VOUT。在圖21的實施例中，電容CIN接收輸入電壓VIN，並且，輸出電容COUT建立起輸出電壓VOUT。功率轉換電路100A可能包括多個功率級110(即110-1、110-2等等)，每個功率級對應一相輸出。為敘述簡便，圖21中僅示出了兩個功率級110。應當理解，多相功率轉換電路100A可以具有兩個或以上的功率級110。
在圖21實施例中，功率級110包括控制電路112，控制高側功率電晶體Q1和低側功率電晶體Q2的開關，在開關端SW提供方波。Q1和Q2可以是金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)，或其他類似的電晶體。控制電路112可以通過脈衝調製等控制方法來控制功率電晶體Q1和Q2。應當理解，控制電路112的具體結構會隨著功率轉換電路100A的拓撲和類型而變化。
在圖21的實施例中，電感122為耦合電感，耦合了兩路功率級110的輸出至輸出端131。在圖21中，電感122可以是圖1所示的電感122A、圖5所示的電感122B、圖6所示的電感122C、圖9所示的電感122F、圖12所示的電感122G及圖14所示的電感122J中的任意一個。
如前所述，電感122包括磁芯160及多個線圈120(120-1、120-2等等)。在圖21的實施例中，第一線圈120-1具有第一端141耦接至功率級110-1的開關端SW，具有第二端142耦接至輸出端131。同樣地，第二線圈120-2具有第一端143耦接至功率級110-2的開關端SW，具有第二端144耦接至輸出端131。
圖22示出了根據本發明一實施例的單相功率轉換電路100B的電路結構示意圖。所述單相功率轉換電路100B與功率轉換電路100A相似，區別點在於功率轉換電路100B僅具有一相輸出。相應地，功率轉換電路100B包括單電感122，而非耦合電感。在圖22中，電感122可以是圖7所示的電感122D、圖8所示的電感122E、圖13所示的電感122H和移除第一線圈120-1或第二線圈120-2後的圖14所示的電感122J中的任一個。
本發明提供了包括具有多個磁芯部分的電感及其製作方法。雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入申請專利範圍或其等效範圍內的全部變化和改型都應為隨附申請專利範圍所涵蓋。
120:線圈
120-1:第一線圈
120-2:第二線圈
122A:電感
140-1:第一磁芯部分
140-2:第二磁芯部分
160:磁芯
201-1,201-2:通道

Claims (30)

  1. 一種電感，包括：第一磁芯部分；第二磁芯部分，其中第一磁芯部分和第二磁芯部分相鄰；第一線圈；以及第二線圈，所述第一線圈和第二線圈至少部分繞於第二磁芯部分，並且穿過第一磁芯部分；其中在流經線圈的電流在第一區間範圍內時，電感值處於第一特定數值之上，在電流達到第二區間範圍內時，電感值處於第二特定數值之上，其中所述電流的第一區間範圍的值小於第二區間範圍的值，第一特定數值大於第二特定數值。
  2. 如請求項1所述的電感，其中在流經線圈的電流在1安培到60安培之間時，電感值在40納亨以上，在電流達到60安培至電流保護限制，電感值在20納亨以上。
  3. 如請求項1所述的電感，其中所述第一線圈穿過由第一磁芯部分和第二磁芯部分構成的第一通道，所述第二線圈穿過由第一磁芯部分和第二磁芯部分構成的第二通道。
  4. 如請求項1所述的電感，其中，所述第一磁芯部分和所述第二磁芯部分在結構上具有對稱結構。
  5. 如請求項1所述的電感，其中，所述第一磁芯部分和所述第二磁芯部分具有非對稱結構。
  6. 如請求項1所述的電感，其中，所述第一磁芯部分具有第一凹槽和第二凹槽，所述第二磁芯部分具有平板結構，所述第一線圈穿過由第一凹槽和第二磁芯部分的平面構成的第一通道，所述第二線圈穿過由第二凹槽和所述第二磁芯部分的平面構成的第二通道。
  7. 一種製造電感的方法，包括：根據目標效率設定電感值-電流曲線的第一段；根據目標瞬態響應設定電感值-電流曲線的第二段；根據電流保護限制設定電感值的極限值；製作符合電感值-電流曲線的第一段、第二段和電感值極限值的電感，所述電感在流經線圈的電流在1安培到60安培之間時，電感值在40納亨以上，在電流達到60安培至電流保護限制，電感值在20納亨以上。
  8. 如請求項7所述的方法，其中製作符合電感值-電流曲線的第一段、第二段和極限值的電感包括製作由多個磁芯部分共同組成的磁芯。
  9. 如請求項8所述的方法，其中所述電感的多個磁芯部分具有對稱結構。
  10. 如請求項8所述的方法，其中所述電感的多個磁芯部分具有非對稱結構。
  11. 如請求項8所述的方法，其中所述電感的至少一個磁芯部分具有環狀結構。
  12. 如請求項8所述的方法，其中所述電感的至少一個磁芯部分具有圓柱形結構。
  13. 一種電感，包括：組成電感磁芯的第一磁芯部分；組成電感磁芯的第二磁芯部分，其中所述第一磁芯部分和第二磁芯部分相鄰並且磁耦合；以及第一線圈，穿過所述電感磁芯；其中在流經線圈的電流在第一區間範圍內時，電感值處於第一特定數值之上，在電流達到第二區間範圍內時，電感值處於第二特定數值之上，其中所述電流的第一區間範圍的值小於第二區間範圍的值，第一特定數值大於第二特定數值。
  14. 如請求項13所述的電感，其中在流經線圈的電流在1安培到60安培之間時，電感值在40納亨以上，在電流達到60安培至電流保護限制，電感值在20納亨以上。
  15. 如請求項13所述的電感，其中所述第一線圈穿過由第一磁芯部分和第二磁芯部分構成的第一通道。
  16. 如請求項13所述的電感，其中所述第一磁芯部分具有第一凹槽，所述第二磁芯部分具有平板結構，所述第一線圈穿過由第一磁芯部分的第一凹槽和第二磁芯部分的平板表面構成的第一通道。
  17. 如請求項13所述的電感，其中所述第一磁芯部分具有第一凹槽和第二凹槽，所述第二磁芯部分具有平板結構，所述第一線圈穿過由第一磁芯部分的第一凹槽和第二磁芯部分的平板表面構成的第一通道和由第一磁 芯部分的第二凹槽和第二磁芯部分的平板表面構成的第二通道。
  18. 如請求項13所述的電感，還包括第二線圈，所述第二線圈穿過由第一磁芯部分和第二磁芯部分構成的第二通道。
  19. 如請求項18所述的電感，其中所述第一磁芯部分具有第一凹槽和第二凹槽，所述第二磁芯部分具有平板結構，所述第一線圈穿過由第一磁芯部分的第一凹槽和第二磁芯部分的平板表面構成的第一通道，所述第二線圈穿過由第一磁芯部分的第二凹槽和第二磁芯部分的平板表面構成的第二通道。
  20. 如請求項13所述的電感，還包括第三磁芯部分和第二線圈，所述第一線圈穿過由第一磁芯部分和第二磁芯部分構成的第一通道，所述第二線圈穿過由第三磁芯部分和第二磁芯部分構成的第二通道。
  21. 如請求項13所述的電感，還包括第三磁芯部分和第二線圈，所述第一磁芯部分具有第一凹槽和第二凹槽，所述第二磁芯部分具有平板結構，所述第三磁芯部分具有第三凹槽和第四凹槽，所述第一線圈穿過由第一磁芯部分的第一凹槽和第二磁芯部分的平板表面構成的第一通道以及由第一磁芯部分的第二凹槽和第二磁芯部分的平板表面構成的第二通道，所述第二線圈穿過由第三磁芯部分的第三凹槽和第二磁芯部分的平板表面構成的第三通道和由第三磁芯部分的第四凹槽和第二磁芯部分的平板表 面構成的第四通道。
  22. 如請求項13所述的電感，其中所述第二磁芯部分具有圓柱形結構，並且所述第一線圈繞於第二磁芯部分。
  23. 如請求項13所述的電感，還包括第三磁芯部分、第四磁芯部分和第二線圈，所述第一磁芯部分和第二磁芯部分具有平板結構，所述第三磁芯部分和第四磁芯部分具有圓柱形結構，所述第一磁芯部分位於第三磁芯部分和第四磁芯部分的一端，所述第二磁芯部分位於第三磁芯部分和第四磁芯部分的另一端，所述第一線圈繞於第三磁芯部分，所述第二線圈繞於第四磁芯部分。
  24. 如請求項13所述的電感，還包括第三磁芯部分、第四磁芯部分和第五磁芯部分，所述第一磁芯部分、第二磁芯部分、第四磁芯部分和第五磁芯部分具有平板結構，所述第三磁芯部分具有圓柱形結構，所述第一磁芯部分、第二磁芯部分、第四磁芯部分和第五磁芯部分共同構成了前後無蓋的盒子結構，所述第三磁芯部分位於盒子結構內部，所述第一線圈繞於第三磁芯部分。
  25. 如請求項13所述的電感，其中所述第一磁芯部分和第二磁芯部分分別具有半圓環結構，共同構成了圓環結構的磁芯。
  26. 如請求項13所述的電感，其中所述第一磁芯部分和第二磁芯部分的結構不同。
  27. 如請求項13所述的電感，其中所述第一 磁芯部分和第二磁芯部分具有非對稱結構。
  28. 如請求項13所述的電感，其中所述第一磁芯部分和第二磁芯部分具有對稱結構。
  29. 如請求項13所述的電感，其中所述第一磁芯部分具有第一凹槽和第二凹槽，所述第二磁芯部分具有第三凹槽和第四凹槽，所述第一凹槽和第三凹槽構成了第一通道，所述第二凹槽和第四凹槽構成了第二通道。
  30. 如請求項29所述的電感，還包括第二線圈，所述第一線圈穿過第一通道，所述第二線圈穿過第二通道。
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