技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可變耦合電感器，特別是涉及一種可同時提高輕載與重載效率的可變耦合電感器。

背景技術(shù)：

耦合電感器已經(jīng)發(fā)展一段時間，然而卻不常使用在電路板。隨著更強(qiáng)大的計算機(jī)微處理器在小電路板上需要高電流，耦合電感器也逐漸地被使用于電路板。耦合電感器能夠用來降低傳統(tǒng)電感器所耗費的電路板空間的總量。目前，已經(jīng)顯示耦合電感器可明顯地降低漣波電流(ripple current)，并且已容許使用較小的電容器，以節(jié)省電路板的空間。由于耦合電感器的直流電阻(direct current resistance,DCR)低，可在重載時有較佳效率。然而，由于耦合電感器是利用耦合的方式將雙導(dǎo)線的磁通抵銷，此會使輕載的感量變低，而輕載的效率變差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可同時提高輕載與重載效率的可變耦合電感器，以解決上述問題。

本發(fā)明的可變耦合電感器采用以下技術(shù)方案：

所述可變耦合電感器包括第一芯材、二導(dǎo)線、第二芯材以及磁性結(jié)構(gòu)。所述第一芯材包括二第一突出部、第二突出部以及二導(dǎo)線槽，其中所述第二突出部位于所述二第一突出部之間，且每一個所述導(dǎo)線槽分別位于所述二第一突出部的其中之一與所述第二突出部之間。每一個所述導(dǎo)線分別設(shè)置于所述二導(dǎo)線槽的其中之一中。所述第二芯材設(shè)置于所述第一芯材上。每一個所述第一突出部與所述第二芯材之間形成有第一間隙，且所述第二突出部與所述第二芯材之間形成有第二間隙。所述磁性結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述第二突出部與所述第二芯材之間，且所述磁性結(jié)構(gòu)相對于所述第二突出部的中線呈對稱分布。

所述第一間隙的垂直距離小于所述第二間隙的垂直距離。

所述可變耦合電感器具有總高度H，所述第一間隙的垂直距離介于0.0073H與0.0492H之間，且所述第二間隙的垂直距離介于0.0196H與0.1720H之間。

所述磁性結(jié)構(gòu)具有第一導(dǎo)磁率μ1，所述第一間隙具有第二導(dǎo)磁率μ2，所述第二間隙具有第三導(dǎo)磁率μ3，所述第一導(dǎo)磁率至所述第三導(dǎo)磁率的關(guān)系是μ1>μ2≧μ3。

所述第一芯材具有第四導(dǎo)磁率μ4，所述第二芯材具有第五導(dǎo)磁率μ5，所述第一導(dǎo)磁率至所述第五導(dǎo)磁率的關(guān)系是μ1≧μ4>μ2≧μ3且μ1≧μ5>μ2≧μ3。

所述第一間隙與所述第二間隙都位于所述導(dǎo)線槽的底面至所述第二芯材的垂直距離所涵蓋的范圍中。

所述磁性結(jié)構(gòu)與所述第一芯材一體成型。

所述磁性結(jié)構(gòu)與所述第二芯材一體成型。

所述磁性結(jié)構(gòu)包括至少一片段，所述至少一片段相對于所述第二突出部的中線呈對稱分布。

所述磁性結(jié)構(gòu)的二端分別與所述第一芯材及所述第二芯材完全接觸。

所述磁性結(jié)構(gòu)具有第一表面積A1，所述第二突出部具有第二表面積A2，在第一電流I1下測得第一感量L1，在第二電流I2下測得第二感量L2，1.21(I1/I2)≧A1/A2≧0.81(I1/I2)，且0.8L1≧L2≧0.7L1。

在所述第一電流I1加1安培下測得第三感量L3，且5.5nH≧L1-L3≧4.5nH。

所述第一間隙是非磁隙，且所述第二間隙是氣隙或非磁隙。

因此，根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的可變耦合電感器至少具有下列優(yōu)點及有益效果：本發(fā)明在位于第一芯材中間的第二突出部與第二芯材之間設(shè)置磁性結(jié)構(gòu)，并且使此磁性結(jié)構(gòu)相對于第二突出部的中線呈對稱分布，以通過此磁性結(jié)構(gòu)提高可變耦合電感器的初始感量，從而提高輕載效率。此外，本發(fā)明的可變耦合電感器可以鐵氧磁體(ferrite)做為材料來達(dá)到高飽和電流，并且使用銅片當(dāng)電極來降低直流電阻，因此可在重載有較佳效率。換句話說，本發(fā)明的可變耦合電感器可同時提高輕載與重載效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施例的可變耦合電感器的立體圖。

圖2是圖1中的可變耦合電感器移除第二芯材的立體圖。

圖3是圖2中的第一芯材與磁性結(jié)構(gòu)的立體圖。

圖4是圖1中的可變耦合電感器移除二導(dǎo)線的側(cè)視圖。

圖5是以圖1中的可變耦合電感器量測得到的感量與電流的關(guān)系圖。

圖6是本發(fā)明另一實施例的第一芯材與磁性結(jié)構(gòu)的立體圖。

圖7是本發(fā)明另一實施例的第一芯材與磁性結(jié)構(gòu)的立體圖。

圖8是本發(fā)明另一實施例的第一芯材與磁性結(jié)構(gòu)的立體圖。

其中，附圖標(biāo)記說明如下：

1 可變耦合電感器 10 第一芯材

12 導(dǎo)線 14 第二芯材

16、16'、16”、磁性結(jié)構(gòu) 100 第一突出部

16”'

102 第二突出部 104 導(dǎo)線槽

160、162 片段 1040 底面

G1 第一間隙 G2 第二間隙

CL 中線 D1、D2、D3 垂直距離

H 總高度 A、B 點

X、X3、X4、 長度 Y1、Y2、Y3、 寬度

X5 Y4、Y5

具體實施方式

請參考圖1至圖4，圖1是本發(fā)明一實施例的可變耦合電感器1的立體圖，圖2是圖1中的可變耦合電感器1移除第二芯材14的立體圖，圖3是圖2中的第一芯材10與磁性結(jié)構(gòu)16的立體圖，圖4是圖1中的可變耦合電感器1移除二導(dǎo)線12的側(cè)視圖。如圖1至圖4所示，可變耦合電感器1包括第一芯材10、二導(dǎo)線12、第二芯材14以及磁性結(jié)構(gòu)16。第一芯材10包括二第一突出部100、第二突出部102以及二導(dǎo)線槽104，其中第二突出部102位于二第一突出部100之間，且每一個導(dǎo)線槽104分別位于二第一突出部100的其中之一與第二突出部102之間。換句話說，第二突出部102位于第一芯材10的中間部位。每一個導(dǎo)線12分別設(shè)置于二導(dǎo)線槽104的其中之一中。第二芯材14設(shè)置于第一芯材10上，使得每一個第一突出部100與第二芯材14之間形成有第一間隙G1，且第二突出部102與第二芯材14之間形成有第二間隙G2。磁性結(jié)構(gòu)16設(shè)置于第二突出部102與第二芯材14之間，且磁性結(jié)構(gòu)16相對于第二突出部102的中線CL呈對稱分布，如圖3與圖4所示。

由于第二突出部102位于第一芯材10的中間部位，且磁性結(jié)構(gòu)16設(shè)置于第二突出部102與第二芯材14之間，因此在可變耦合電感器1完成后，磁性結(jié)構(gòu)16位于可變耦合電感器1的中間部位。此外，磁性結(jié)構(gòu)16的二端分別與第一芯材10及第二芯材14完全接觸。在本實施例中，磁性結(jié)構(gòu)16呈長條狀，但不以此為限。在本實施例中，磁性結(jié)構(gòu)16與第一芯材10一體成型，但不以此為限。第一芯材10、第二芯材14或磁性結(jié)構(gòu)16的材料可以是鐵粉、鐵氧磁體、永久磁鐵或其它磁性材料。由于第一芯材10與磁性結(jié)構(gòu)16是一體成型，所以第一芯材10與磁性結(jié)構(gòu)16的材料相同。在另一實施例中，磁性結(jié)構(gòu)16也可以與第二芯材14一體成型，此時，第二芯材14與磁性結(jié)構(gòu)16的材料相同。在另一實施例中，磁性結(jié)構(gòu)16也可以是獨立組件，此時，磁性結(jié)構(gòu)16與第一芯材10、第二芯材14的材料可相同或不同。需說明的是，若因制造公差使得磁性結(jié)構(gòu)16無法與第一芯材10及第二芯材14完全接觸時，可在縫隙處填入磁性膠(例如，絕緣樹脂和磁性粉末的磁性接著劑)。

在本實施例中，第一間隙G1的垂直距離D1小于第二間隙G2的垂直距離D2。第一間隙G1可以是氣隙、磁隙或非磁隙，且第二間隙G2也可以是氣隙、磁隙或非磁隙，可根據(jù)實際應(yīng)用而設(shè)計。需說明的是，氣隙是以空氣來進(jìn)行隔絕的間隙，其不含其它材料，由于空氣的磁阻較大，可增加電感飽和度；磁隙是于間隙中填充磁性材料，以減少磁阻，從而使電感感量增加；非磁隙是于間隙中填充除了空氣之外的非磁性材料，以增進(jìn)氣隙無法達(dá)成的功能，例如填充結(jié)合膠，以使不同的磁性材料結(jié)合在一起。優(yōu)選地，第一間隙G1可以是非磁隙，且第二間隙G2可以是氣隙或非磁隙。

在本實施例中，在可變耦合電感器1完成后，可變耦合電感器1具有總高度H，第一間隙G1的垂直距離D1可介于0.0073H與0.0492H之間，且第二間隙G2的垂直距離D2可介于0.0196H與0.1720H之間。此外，如圖4所示，第一間隙G1與第二間隙G2都位于導(dǎo)線槽104的底面1040至第二芯材14的垂直距離D3所涵蓋的范圍中。換句話說，從圖4所示的側(cè)視圖來看，第一間隙G1與第二間隙G2都不高于且不低于導(dǎo)線槽104的底面1040至第二芯材14的垂直距離D3。于實際應(yīng)用中，第一間隙G1產(chǎn)生主要感量，且第二間隙G2產(chǎn)生漏感(leakage inductance)。

在本實施例中，磁性結(jié)構(gòu)16具有第一導(dǎo)磁率μ1，第一間隙G1具有第二導(dǎo)磁率μ2，且第二間隙G2具有第三導(dǎo)磁率μ3，其中第一導(dǎo)磁率至第三導(dǎo)磁率的關(guān)系是μ1>μ2≧μ3。一般而言，導(dǎo)磁率與磁阻成反比，也就是導(dǎo)磁率越大，則磁阻越小。本發(fā)明使位于中央的磁性結(jié)構(gòu)16的第一導(dǎo)磁率μ1大于兩側(cè)的第一間隙G1與第二間隙G2的第二導(dǎo)磁率μ2與第三導(dǎo)磁率μ3。換句話說，磁性結(jié)構(gòu)16的磁阻小于第一間隙G1與第二間隙G2的磁阻。

舉例而言，位于中央的磁性結(jié)構(gòu)16可以低溫共燒陶瓷(low temperature co-fired ceramic,LTCC)印刷而成，此時，第一導(dǎo)磁率μ1約介于50與200之間，而兩側(cè)的第一間隙G1與第二間隙G2的第二導(dǎo)磁率μ2與第三導(dǎo)磁率μ3約等于1。由于磁性結(jié)構(gòu)16的第一導(dǎo)磁率μ1大于第一間隙G1與第二間隙G2的第二導(dǎo)磁率μ2與第三導(dǎo)磁率μ3，在可變耦合電感器1通電流時，起始磁通便會由中央的磁性結(jié)構(gòu)16通過。需說明的是，無論第一芯材10與第二芯材14的材料為何，也就是無論第一芯材10與第二芯材14的導(dǎo)磁率大小為何，只要位于中央的磁性結(jié)構(gòu)16的第一導(dǎo)磁率μ1大于第一間隙G1與第二間隙G2的第二導(dǎo)磁率μ2與第三導(dǎo)磁率μ3，就可以達(dá)到可變耦合電感效果。

此外，第一芯材10具有第四導(dǎo)磁率μ4，且第二芯材14具有第五導(dǎo)磁率μ5。舉例而言，在另一實施例中，當(dāng)磁性結(jié)構(gòu)16、第一芯材10與第二芯材14的材料都是鐵氧磁體(ferrite)時，則第一導(dǎo)磁率μ1、第四導(dǎo)磁率μ4與第五導(dǎo)磁率μ5相等。當(dāng)磁性結(jié)構(gòu)16的材料是鐵氧磁體時，可提高可變耦合電感器1的初感特性，使可變耦合電感器1在輕載使用的效率更好。需說明的是，磁性結(jié)構(gòu)16的材料也可以不同于第一芯材10與第二芯材14的材料，只要第一導(dǎo)磁率μ1至第五導(dǎo)磁率μ5的關(guān)系滿足μ1≧μ4>μ2≧μ3且μ1≧μ5>μ2≧μ3就好。

綜上所述，本發(fā)明在位于第一芯材10中間的第二突出部102與第二芯材14之間設(shè)置具有高導(dǎo)磁率(也就是上述的第一導(dǎo)磁率μ1)的磁性結(jié)構(gòu)16，并且使此磁性結(jié)構(gòu)16相對于第二突出部102的中線CL呈對稱分布，以通過此磁性結(jié)構(gòu)16提高可變耦合電感器1的初始感量，從而提高輕載效率。

請參考圖5以及下表1，圖5是以圖1中的可變耦合電感器1量測得到的感量與電流的關(guān)系圖，表1是感量與電流的對照表。如圖5所示，A點是輕載與重載的轉(zhuǎn)換點(此實施例的A點電流是10A，但不以此為限)，且B點是期望達(dá)到的最大電流(此實施例的B點電流是50A，但不以此為限)。A點以下的電流定義為輕載，由圖5與表1可知，可變耦合電感器1于輕載時的感量明顯提高，因此本發(fā)明的可變耦合電感器1可有效提高輕載效率。需說明的是，在本實施例中，可變耦合電感器1的總高度H約是4.07mm，第一間隙G1的垂直距離D1介于0.03mm與0.2mm之間，且第二間隙G2的垂直距離D2介于0.08mm與0.7mm之間。

表1

在本實施例中，磁性結(jié)構(gòu)16具有第一表面積A1，且第二突出部102具有第二表面積A2。如圖3所示，磁性結(jié)構(gòu)16與第二突出部102的長度都是X，磁性結(jié)構(gòu)16的寬度是Y1，且第二突出部102的寬度是Y2，則磁性結(jié)構(gòu)16的第一表面積A1是X*Y1，且第二突出部102的第二表面積A2是X*Y2。若將A點的電流定義為第一電流I1，且將B點的電流定義為第二電流I2，則第一電流I1、第二電流I2與第一表面積A1、第二表面積A2的關(guān)系可表示為1.21(I1/I2)≧A1/A2≧0.81(I1/I2)。此外，在第一電流I1下可測得第一感量L1，且在第二電流I2下可測得第二感量L2，則第一感量L1與第二感量L2的關(guān)系可表示為0.8L1≧L2≧0.7L1。換句話說，本發(fā)明可通過調(diào)整第一表面積A1與第二表面積A2的大小來調(diào)整在第一電流I1(也就是上述的輕載與重載的轉(zhuǎn)換點的電流)下的第一感量L1與在第二電流I2(也就是上述的期望達(dá)到的最大電流)下的第二感量L2。

需說明的是，上述的第一電流I1可以下列方式來定義。在第一電流I1加1安培下測得第三感量L3，且5.5nH≧L1-L3≧4.5nH。舉例而言，此實施例的第一電流I1是10A，其對應(yīng)的第一感量L1是159.35nH，第一電流I1加1安培是11A，其對應(yīng)的第三感量L3是154.38，則L1-L3＝4.97nH，也就是5.5nH≧4.97nH≧4.5nH。通過上述定義方式，就可以在本發(fā)明的可變耦合電感器1通電流時，通過感量的量測找到圖4中的A點所對應(yīng)的電流(也就是上述的第一電流I1)。

請參考圖6，圖6是本發(fā)明另一實施例的第一芯材10與磁性結(jié)構(gòu)16'的立體圖。磁性結(jié)構(gòu)16'與上述的磁性結(jié)構(gòu)16的主要差別在于，磁性結(jié)構(gòu)16'的長度X3小于磁性結(jié)構(gòu)16的長度X，且磁性結(jié)構(gòu)16'的寬度Y3大于磁性結(jié)構(gòu)16的寬度Y1。在本實施例中，磁性結(jié)構(gòu)16'的表面積X3*Y3等于磁性結(jié)構(gòu)16的表面積X*Y1。此外，磁性結(jié)構(gòu)16'仍須相對于第二突出部102的中線CL呈對稱分布。需說明的是，磁性結(jié)構(gòu)16'可與第一芯材10一體成型，可與第二芯材14一體成型，也可以是獨立組件，視實際應(yīng)用而定。

請參考圖7，圖7是本發(fā)明另一實施例的第一芯材10與磁性結(jié)構(gòu)16”的立體圖。磁性結(jié)構(gòu)16”與上述的磁性結(jié)構(gòu)16的主要差別在于，磁性結(jié)構(gòu)16”包括二片段160，且每一個片段160的長度與寬度分別是X4與Y4。在本實施例中，磁性結(jié)構(gòu)16”的表面積(X4*Y4)*2等于磁性結(jié)構(gòu)16的表面積X*Y1。此外，磁性結(jié)構(gòu)16”的二片段160仍須相對于第二突出部102的中線CL呈對稱分布。需說明的是，磁性結(jié)構(gòu)16”可與第一芯材10一體成型，可與第二芯材14一體成型，也可以是獨立組件，視實際應(yīng)用而定。

請參考圖8，圖8是本發(fā)明另一實施例的第一芯材10與磁性結(jié)構(gòu)16”'的立體圖。磁性結(jié)構(gòu)16”'與上述的磁性結(jié)構(gòu)16的主要差別在于，磁性結(jié)構(gòu)16”'包括四片段162，且每一個片段162的長度與寬度分別是X5與Y5。在本實施例中，磁性結(jié)構(gòu)16”'的表面積(X5*Y5)*4等于磁性結(jié)構(gòu)16的表面積X*Y1。此外，磁性結(jié)構(gòu)16”'的四片段162仍須相對于第二突出部102的中線CL呈對稱分布。需說明的是，磁性結(jié)構(gòu)16”'可與第一芯材10一體成型，可與第二芯材14一體成型，也可以是獨立組件，視實際應(yīng)用而定。

換句話說，在相同表面積下，可自行設(shè)計所需的磁性結(jié)構(gòu)的片段數(shù)與形狀。無論磁性結(jié)構(gòu)的片段數(shù)與形狀為何，磁性結(jié)構(gòu)都須相對于第二突出部102的中線CL呈對稱分布。

因此，根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的可變耦合電感器至少具有下列優(yōu)點及有益效果：本發(fā)明在位于第一芯材中間的第二突出部與第二芯材之間設(shè)置磁性結(jié)構(gòu)，并且使此磁性結(jié)構(gòu)相對于第二突出部的中線呈對稱分布，以通過此磁性結(jié)構(gòu)提高可變耦合電感器的初始感量，從而提高輕載效率。此外，本發(fā)明的可變耦合電感器可以鐵氧磁體(ferrite)做為材料來達(dá)到高飽和電流，并且使用銅片當(dāng)電極來降低直流電阻，因此可在重載有較佳效率。換句話說，本發(fā)明的可變耦合電感器可同時提高輕載與重載效率。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。