包含具有一電感元件的電路布置的設備的製作方法
2023-09-13 03:48:40 1
專利名稱：包含具有一電感元件的電路布置的設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種其包括有一電路布置與至少一個電感元件的設備。諸如線圈這樣的電感元件可有多種形狀和形式，例如提供在線圈架上的線圈。本發明尤其是涉及電源設備的領域，所述電源設備經常利用其對製造成本具有顯著影響的電感元件。
發明內容
本發明的目的就是提供了這樣一種具有一電路布置的設備，該電路布置具有儘可能是節約生產的一個或多個電感元件。
該目的是通過其具有下述電感功能的電傳導板而實現的，所述電感功能與形成於板上的縫隙結構相對應。
例如，可使用諸如由金屬片所製成的板這樣的廉價電傳導板。通過簡單衝壓(stamping)操作可產生縫隙結構，以便可通過單板元件而生產出一個或多個電感元件。然而，縫隙結構例如也可以是通過碾壓(milling)、通過雷射處理、或者還可以通過蝕刻而形成的。此外，根據本發明，電感元件使用單板還可使設備具有扁平且緊湊的(模塊化)結構。此外，與使用獨立線圈來製成線圈架這樣一種情況相比，這種板易於操縱並且外部接點的數目降低了。然而，該板也可獨立地固定在該設備的其他部分上，例如固定在殼體壁上。使用這種板，可形成其嚴格滿足與容許誤差有關的要求，也就是說，尤其是多個相等的電感。此外，這種板還可執行冷卻功能。通過適當地選擇繞組之間的距離可很容易的感應藉助於縫隙結構所形成的繞組之間的磁耦合。
尤其是提供了一個或多個螺旋形縫隙形狀的縫隙結構。由此可形成其與縫隙數目相對應的多個線圈繞阻。為了使線圈接觸，提議提供其各個觸點位於其中央區域的螺旋形縫隙。另外，提供了其與螺旋形縫隙相鄰的一個或多個觸點。此後通過電傳導板來使位於螺旋形縫隙外部的觸點短路；此後對多個外部觸點的選擇可在多個觸點當中進行電流分配，以便降低損耗並且可避免各個觸點超負荷。還可使觸點作為位於中央區域的觸點與縫隙外緣之間的另一分接點。還可使用根據本發明的電傳導板以僅藉助於位於縫隙中央區域的觸點即可形成電感。在本發明的一個實施例中，將電傳導板設置在印刷電路板上並且與印刷電路板上的電路電連接。為了避免印製電路與電傳導板之間的任何不希望的短路，在根據本發明的設備的一個實施例中，在印刷電路板與電傳導板之間提供了一絕緣層。在本發明的另一實施例中，在電傳導板的至少一側提供了磁性材料層，特別是鐵氧體材料；這可使傳導板所提供的電感元件的電感增加了，同時仍可保持緊湊結構。磁性材料層可用於對縫隙的整個結構以及可能的縫隙的多個相應結構進行感應。從製造的觀點來看使用一層或多層磁性材料是有吸引力的並且還是節儉的。
根據本發明的設備的優選應用是其用在電源設備(轉換器)中。本發明可有利的用於特別是多相DC/DC轉換器這樣的情況，所述多相DC/DC轉換器包括多個電路分支，此後其具有縫隙結構的電傳導板每次呈現出至少一個電感，一個電感、多個電感、或者所有電感。
參考附圖，下面將對本發明的實施例詳細描述。其中圖1給出了根據本發明的一個設備；圖2給出了根據本發明的具有縫隙結構的板；圖3給出了根據本發明的設備的電源電路，圖4給出了根據本發明的其具有磁性材料層的一設備；圖5給出了用於圖4所示設備的其具有縫隙結構的板的結構；圖6給出了根據本發明的設備的另一實施例，以及圖7和8給出了根據本發明的其具有縫隙結構的板的另一方案。
具體實施例方式
圖1所示的設備10具有一電路布置，該電路布置包括設置於印刷電路板(PCB)11上的一電路以及單獨焊接於其上並且位於印刷電路板11上表面的其他元件12。在印刷電路板11的下側設置有電傳導板13以及位於電傳導板13與印刷電路板11之間的絕緣層14，在該實施例中所述絕緣層14承載電路布置的其他獨立元件16。該實施例的電傳導板13被構造成其具有縫隙結構的一金屬板，這將在下文進行詳細的描述。
在這種情況下，板13是由一銅板組成的，但是例如也可將其加工成多層印刷電路板中的一電傳導層或任意襯底上的一電傳導層。
圖1中所僅示出的一個連接片15用來建立板13與印刷電路板11的電路之間的電連接。將該實施例中的連接片15構造為板13的彎曲部分，所述彎曲部分穿過絕緣層14和印刷電路板11上的圖案，且所述連接片15焊接到位於印刷電路板上側的印刷電路板11的電路上(也可焊接在印刷電路板(未顯示)下側)上)。這種情況下的板13也用作這樣的冷卻元件，該冷卻元件用於將設備10的電子元件所產生的損耗熱發散到外部環境中。
圖2給出了板13的平面圖。其具有這樣的縫隙結構，該縫隙結構具有其定義了類似於螺旋形繞阻或軌道(tracks)的三個螺旋形縫隙20a、20b和20c，所述螺旋形繞阻或軌道具有相同繞阻方向並且提供了感應效應以作為線圈繞阻，其還可形成不同的繞阻方向；其僅包含單個螺旋形縫隙的應用也是可行的。在螺旋形縫隙20a、20b和20c的中央區域提供了各個觸點21a、21b和21c。此外，在縫隙20a、20b和20c之外(上面)提供了觸點22，將該觸點22排列成一排且被板13所短路。通過觸點21a、21b和21c以及觸點22之一，板13通過圖1中的連接片15而與印刷電路板11上的電路布置電連接。在這種情況下板13執行三個線圈的功能。由每個縫隙20a、20b和20c所形成的子結構與各個線圈相對應；這意味著可以獲得觸點21a與觸點22之間的其與縫隙20a相對應的電感；這同樣分別適用於其他兩個觸點21b和21c以及其他縫隙20b和20c。通過內部觸點21a、21b、以及21c而流入板13的電流在螺旋形路徑上流動，並且由此產生從各個內部觸點向外到達所使用的觸點22的電感效應。
圖3給出了其是通過圖1所示的設備以及圖2所示的板所實現的一電路布置的優選實施例。圖3給出了一多相DC/DC轉換器30；這意味著圖1的設備10構成了其具有這種轉換器電路的電源設備。轉換器30的輸入端接收輸入DC電壓Vi，該電壓是由轉換器30而降低為輸出DC電壓Vo。轉換器30以多相方式來對輸入電壓Vi進行處理，也就是說，n個DC降壓轉換器P1、P2...Pn並行的對輸入電壓Vi進行處理，其中n＝3，所述DC降壓轉換器的輸出與一輸出電容Co並連並且因此與轉換器30的輸出並連，並且其開關電晶體以相移方式而進行操作。DC降壓轉換器通常包括各個控制電晶體(電晶體T1c...Tnc)、一開關整流器(switched rectifier)(電晶體T1...Tn)、以及一個電感(L1...Ln)，所述電感由傳統轉換器中的線圈提供的。在根據本發明所提出的實施例中，通過其具有圖2所示縫隙結構的板13可形成三個電感L1、L2和L3，所述螺旋形縫隙20a形成了電感L1、縫隙20b形成了電感L2、並且縫隙20c形成了電感L3。此後觸點21a與電晶體T1c和T1相連，觸點21b與電晶體T2c和T2相連，同時觸點21c與電晶體T3c和T3相連。利用觸點22之一來建立與輸出電容Co的連接並且由此與轉換器輸出端的連接。
圖3中所示的多相轉換器特別適用於其被稱為VRM(電壓調節器模塊)的電源設備，並且可使高時鐘頻率的個人計算機進行快速處理；除了具有緊湊的結構以外，其尤其可使負載快速變化。藉助於圖3所示的其具有縫隙結構的板可形成所需的相對較小的電感L1...Ln，並且通過配合板13的厚度可調節高DC的載流容量。
圖4和5給出了設備10的一個方案10′。代替如圖1和2所示的在絕緣層14的下側直接設置其具有縫隙結構的板13，現在將其具有下述縫隙結構的板13′設置在兩個磁性材料層40和41之間(可以以一定距離或者通過板13′和磁性材料層之間的絕緣層隔開以便降低(鄰近)損耗)，所述縫隙結構是由如圖2所示的三個螺旋形縫隙20a′、20b′和20c′組成的，所述這三個層位於絕緣層14的下側。最好是使鐵氧體作為磁性材料以使藉助於板13′所產生的電感增加。磁性材料層也可用於進行電磁屏蔽並且可減少對外界環境的輻射幹擾。為了對縫隙20a′、20b′和20c′所產生的電感封閉磁路，板13′具有其經此磁性材料片的圖案50至56，以便在磁性材料層40與41之間傳導磁通量且使相關磁路閉合。圖案50、51、以及52均位於相應的縫隙20a′、20b′和20c′的中央區域。兩個另外圖案53和54分別位於縫隙20a′與20b′之間以及縫隙20b′與20c′之間。圖案55與位於縫隙20a′另一側上的圖案53相對。圖案56與位於縫隙20c′另一側上的圖案54相對。在這種情況下鐵氧體層40和41以及板13′還用作冷卻元件，以便將損耗熱從裝置10′的電子元件中發散到外界環境。
與相關應用一致，可以按照下述方式來對圖4中的實施例進行修改，該方式即就是僅採用一個磁性材料層。類似地，由磁性材料所貫穿的印刷電路板13′上的圖案50到56也是可選擇的，並且不是所有可能的應用均所需的。
圖6給出了另一實施例。設備60包括一印刷電路板61，具有位於上側和下側的電路元件；舉例來說，示出了元件62位於下側並且元件63位於上側，的元件63(尤其是在圖3所示的開關轉換器中所使用的開關電晶體)產生相當大的損耗熱以至於通過其本身將熱散耗到環境大氣中而冷卻是不足夠的，因此需要附加的冷卻。其是由下述一個或多個適當的熱傳導材料層所組成的冷卻裝置64提供了這種附加的冷卻，所述熱傳導材料層在這種情況下以預粘合的方式而粘合到印刷電路板61上。參考標記65表示所採用的預粘合層。參考標記66表示粘合劑，該粘合劑充滿了冷卻裝置64與其具有預粘合層65和元件63的印刷電路板61之間的間隙。圖6所示實施例中的冷卻裝置64是由兩個鐵氧體層67和68組成的，在其之間設置有一個適當的具有縫隙結構的電傳導板69，所述電傳導板69具有電感功能且與圖5中的板13′一樣來構造。
在圖6(未示出)實施例的另一個方案中，不僅將其具有所要冷卻元件的印刷電路板布置設置在冷卻裝置64的下側，而且還將其設置成與冷卻裝置64的一側(上側)相對。
在根據本發明的電傳導板70的另一個方案中，所述電傳導板70如圖7所示並且其尤其是被構造成一個金屬板，存在兩個其構成了兩個相應螺旋形線圈繞阻的螺旋形縫隙71和72，所述螺旋形線圈繞阻在這種情況下具有相同繞阻方向，但是也可具有相反繞阻方向。由縫隙71所形成的線圈繞阻在其中央區域具有觸點73並且在中央區域與縫隙71的外緣之間的部位具有另一觸點74，所述另一觸點是為附加抽頭所提供的。由縫隙72所形成的線圈繞阻在其中央區域具有觸點75並且在中央區域與縫隙72的外緣之間的部位具有另一觸點76；這個觸點也是為附加抽頭所提供的。與先前實施例一樣，提供了這樣的另一觸點77，該觸點與由縫隙71和72所形成的線圈繞阻相鄰接。通過更多的其用於抽頭的觸點可創建實現電感的進一步可能性。
圖8給出了根據本發明的電傳導板80的另一個方案，該電傳導板80包括兩個螺旋形縫隙81和82以形成這樣的線圈繞阻，該線圈繞組在這種情況下具有相反的繞阻方向，但是也可具有相同的繞阻方向。僅在縫隙81和82的兩個中央區域提供了觸點，也就是說，縫隙81包括一個中央觸點83，縫隙82包括一個中央觸點84。觸點數目因此減到最小。
權利要求
1.一種包括有一電路布置和其具有電感功能的一電傳導板的設備，其中電感功能與形成於板上的縫隙結構相對應。
2.一種如權利要求1所述的設備，其特徵在於所述縫隙結構是由一個或多個螺旋形縫隙形成的。
3.一種如權利要求2所述的設備，其特徵在於所述螺旋形縫隙在其中央區域具有一個相應的觸點，和/或將至少一個其他觸點設置為與螺旋形縫隙相鄰和/或位於螺旋形縫隙的中央區域與外周之間。
4.一種如權利要求3所述的設備，其特徵在於提供一個印刷電路板，該印刷電路板承載所述電路布置並且通過觸點而與電傳導板電耦合。
5.一種如權利要求4所述的設備，其特徵在於所述印刷電路板承載所述電傳導板。
6.一種如權利要求1到5中任一個所述的設備，其特徵在於所述電傳導板具有多個線圈的功能，所述線圈的數目與螺旋形縫隙的數目相對應。
7.一種如權利要求1到6中任一個所述的設備，其特徵在於將電傳導板加工成金屬板。
8.一種如權利要求7所述的設備，其特徵在於在所述印刷電路板與電傳導板之間提供絕緣層。
9.一種如權利要求1到8中任一個所述的設備，其特徵在於在所述電傳導板的至少一側提供磁性材料層，尤其是鐵氧體材料層。
10.一種如權利要求9所述的設備，其特徵在於提供了這樣一種布置，該布置包括兩個磁性材料層，在該磁性材料層之間設置有電傳導板，在該布置的一外側提供有其與電傳導板電耦合的印刷電路板。
11.一種如權利要求4到10中任一個所述的設備，其特徵在於提供了這樣的一冷卻層，該冷卻層是由其尤其是金屬這樣的適當熱傳導層組成的，並且將所要冷卻的設備元件設置在冷卻層與印刷電路板之間。
12.一種如權利要求4到10中任一個所述的設備，其特徵在於所述電傳導板或磁性材料層用於冷卻。
13.一種電源設備，該電源設備包括如權利要求1到12中任一個所述的設備。
14.一種如權利要求13所述的電源設備，其特徵在於所述電傳導板用於形成多相轉換器的電感。
15.一種具有電感功能的電傳導板，所述電感功能與形成於板上的縫隙結構相對應。
16.一種如權利要求15所述的電傳導板，其特徵在於螺旋形縫隙形成了所述縫隙結構。
全文摘要
本發明涉及一種其包含一電路布置和至少一個電感元件的裝置。為了形成這樣一種具有一電路布置的設備，該電路布置具有儘可能是節約生產的一個或多個電感元件，提出了使用起具有電感功能的電傳導板(13)，所述電感功能與形成於該板上的縫隙結構(20a、20b、20c)相對應。
文檔編號H01F27/22GK1672225SQ03817868
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月16日 優先權日2002年7月26日
發明者T·G·託勒, T·迪鮑姆, R·埃爾菲裡希 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司