具有熱穩(wěn)定電阻的電感器的制造方法
【專利摘要】電感器10，100，120包括具有頂面14和相反的第一端面18和第二端面20的電感器本體12，102，124?？昭?8在該第一和第二端面之間穿過所述的電感器本體。熱穩(wěn)定電阻元件30，84，98，122通過該空穴而設(shè)置，并朝著頂面改變方向而形成了可用于開爾文式檢測的表面安裝終端32，34，38，40，126，128。由鐵氧體制成的電感器本體包括槽26。該電阻元件可由沖壓成的電阻條84制成，并用于部分的匝或多匝94。該電感器可由圍繞著所述電阻元件的具有分布氣隙的磁性材料124形成。一種制造所述的電感器的方法包括圍繞著熱穩(wěn)定電阻元件定位電感器本體12，102，124，使得所述熱穩(wěn)定電阻元件的終端從該電感器本體延伸。
【專利說明】具有熱穩(wěn)定電阻的電感器
[0001]本申請是申請日為2006年09月28日、申請?zhí)枮?00680055949.5、發(fā)明名稱為“具有熱穩(wěn)定電阻的電感器”的發(fā)明專利申請的分案申請。

【背景技術(shù)】
[0002]電感器長期以來已被用作非隔離的DC/DC轉(zhuǎn)換器中的儲能器件。高電流、熱穩(wěn)定的電阻器也被同時地用于電流檢測，但是有相關(guān)的電壓降和功率損耗，降低了 DC/DC轉(zhuǎn)換器的總效率。由于更小、更快和更復(fù)雜的系統(tǒng)的推動，越來越多的DC/DC轉(zhuǎn)換器制造商被擠出了 PC板的領(lǐng)域。通過縮小可用空間來達到減少部件的數(shù)量的需要，但是會增加功率要求和更高的電流，使工作溫度被提升了。因此，在電感器的設(shè)計方面出現(xiàn)了競爭需要。
[0003]將電感器與電流檢測電阻器結(jié)合到單個單元內(nèi)會減小部件數(shù)量和減小與電感器的DCR相關(guān)的功率損耗，只留下與電阻元件相關(guān)的功率損耗。雖然電感器可以被設(shè)計成具有± 15 %或者更好的DCR容許偏差，但由于電感器線圈中的銅的3900ppm/°C的電阻熱系數(shù)(TCR)，其電阻的電流檢測能力依然會顯著變化。如果電感器的DCR是用于電流檢測功能，這通常需要一些形式的補償電路來保持穩(wěn)定的電流檢測點以達到減小部件的目標。此外，雖然該補償電路可以非常接近電感器，但是其仍然在電感器的外部，并且當(dāng)通過該電感器的電流負荷變化時，不能快速地響應(yīng)導(dǎo)體加熱中的變化。因此，補償電路準確追蹤跨過電感器的線圈的壓降的能力存在滯后，這將誤差引入電流檢測性能中。為了解決上述問題，需要具有提高了溫度穩(wěn)定性的線圈電阻的電感器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明的主要目標、特征或優(yōu)點是對現(xiàn)有技術(shù)的改進。
[0005]本發(fā)明進一步的目標、特征或優(yōu)點是提供有線圈電阻的電感器，其具有提高的熱穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明另一個目標、特征或優(yōu)點是將有電流檢測電阻器的電感器結(jié)合到單個單元內(nèi)，由此減少部件數(shù)量和減少與電感器的DCR相關(guān)的功率損耗。
[0007]本發(fā)明的一個或多個這些和/或其它的目標、特征或優(yōu)點將從下面的說明書和權(quán)利要求書中顯現(xiàn)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了電感器。該電感器包括電感器本體，該電感器本體具有頂面以及第一和第二相反端面。該電感器包括在第一和第二相反端面之間通過電感器本體的空穴。熱穩(wěn)定電阻元件被通過空穴定位并且被朝著頂面轉(zhuǎn)向(turned)，以形成相對的表面安裝終端。該表面安裝終端可以是用于開爾文式測量的開爾文終端。因此，例如，該相對的表面安裝終端被分開，以使該終端的一部分被用于承載電流，而另一部分用于檢測電壓降。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，電感器包括電感器本體，該電感器本體具有頂面以及第一和第二相反端面，該電感器本體形成鐵氧體磁芯。在第一和第二相反端面之間有通過電感器本體的空穴。在電感器本體的頂面中有槽。熱穩(wěn)定電阻元件被通過空穴定位并且被朝著槽轉(zhuǎn)向，以形成相對的表面安裝終端。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了電感器，該電感器包括電感器本體，該電感器本體具有頂面以及第一和第二相反端面。該電感器本體由具有分布氣隙(distributed gap)的磁性材料形成，該具有分布氣隙的磁性材料例如是但不局限于MPP、HI FLUX、SENDUST或鐵粉。在第一和第二相反端面之間有通過電感器本體的空穴。熱穩(wěn)定電阻元件被通過空穴定位并且被朝著頂面轉(zhuǎn)向，以形成相對的表面安裝終端。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的再另一個方面，提供了電感器，該電感器包括熱穩(wěn)定電阻元件和具有頂面以及第一和第二相反端面的電感器本體，該電感器本體包括壓制在熱穩(wěn)定電阻元件上的具有分布氣隙的磁性材料。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了電感器，該電感器包括熱穩(wěn)定的繞線電阻元件和電感器本體，該電感器本體是圍繞熱穩(wěn)定繞線電阻元件壓制的具有分布氣隙的磁性材料的。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的再另一個方面，提供了方法，該方法包括提供具有頂面以及第一和第二相反端面的電感器本體，在第一和第二相反端面之間有通過電感器本體的空穴，并提供了熱穩(wěn)定電阻元件，該方法進一步包括將通過空穴的熱穩(wěn)定電阻元件定位并且朝著頂面將熱穩(wěn)定電阻元件的端部轉(zhuǎn)向，以形成相對的表面安裝終端。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的再另一個方面，提供了形成電感器的方法，該方法包括提供電感器本體材料；提供熱穩(wěn)定電阻元件，并圍繞著熱穩(wěn)定電阻元件定位電感器本體，從而熱穩(wěn)定電阻元件的終端從電感器本體材料延伸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是示出電感器的一個實施例的透視圖，該電感器具有通過開槽的磁芯的部分匝；
[0016]圖2是單槽鐵氧體磁芯的橫剖視圖；
[0017]圖3是單槽鐵氧體磁芯的俯視圖；
[0018]圖4是具有四個表面安裝終端的條的俯視圖；
[0019]圖5是示出無槽的電感器的一個實施例的透視圖；
[0020]圖6是有多匝的電阻元件的一個實施例的視圖；
[0021]圖7是使用繞線電阻元件時的本發(fā)明的一個實施例的視圖。

【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明的一個方面是提供了低輪廓(low profile)、高電流的具有熱穩(wěn)定電阻的電感器。該電感器使用了固體鎳-鉻或錳-銅金屬合金或其它合適的合金作為具有低TCR的電阻元件，該電阻元件插到開槽的鐵氧體磁芯內(nèi)。
[0023]圖1圖示了本發(fā)明的一個這樣的實施例的透視圖。器件10包括電感器本體12，該電感器本體12具有頂側(cè)面14、底側(cè)面16、第一端面18、相反的第二端面20以及第一和第二相反側(cè)面22、24。應(yīng)理解，術(shù)語“頂”和“底”都僅是用于關(guān)于圖的定位的目的，并且這樣的術(shù)語可以是相反的。用作表面安裝器件的器件10將被安裝在槽側(cè)面或者頂側(cè)面14上。該電感器本體12可以是單個部件磁芯，例如可由壓制的磁性粉末形成。例如，該電感器本體12可以是鐵氧體磁芯。也可以使用除鐵氧體之外的芯材料，例如鐵粉或合金芯。所示的該電感器本體12具有單個槽26?？招牟糠?8通過該電感器本體12。通過改變芯材料成分、滲透率或在鐵氧體情況下的槽的寬度，可以獲得不同的電感值。
[0024]示出了處于四個終端開爾文結(jié)構(gòu)的電阻元件30。該電阻元件30是熱穩(wěn)定的，由開爾文終端結(jié)構(gòu)中的熱穩(wěn)定的鎳-鉻或熱穩(wěn)定的錳-銅或其它熱穩(wěn)定的合金組成。如圖所示，兩個終端32、34在第一端面上，兩個終端38、40在第二端面上。電阻元件30中的第一槽36分開了電阻元件30的第一端面上的終端32、34，電阻元件30中的第二槽42分開了電阻元件30的第二端面上的終端38，40。在一個實施例中，該電阻元件材料被連接到銅終端上，該銅終端被切凹口，以產(chǎn)生用于電阻元件30的四終端開爾文器件。較小的終端34、40或檢測終端被用來檢測橫跨該元件的電壓以得到電流檢測，而其余較寬的終端32、38或電流終端被用于電路的主要電流承載部分。電阻元件30的端部被圍繞電感器本體形成，以形成表面安裝終端。
[0025]雖然圖1示出了通過開槽的多邊形鐵氧體磁芯的局部的或部分的匝，但是許多的變形都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，可以應(yīng)用多匝以提供更大的電感值和更高的電阻值。而現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)利用了該類型的磁芯，該磁芯具有通過其的單個的兩個終端導(dǎo)體，由于銅的高TCR，銅導(dǎo)體的電阻是熱不穩(wěn)定的并且隨著自加熱和環(huán)境溫度的改變而變化。為了得到準確的電流檢測，這些變化需要使用外部的、穩(wěn)定的電流檢測電阻器，增加了有相關(guān)的功率損耗的部件數(shù)量。優(yōu)選地，使用熱穩(wěn)定的鎳-鉻或錳-銅電阻元件或其它的熱穩(wěn)定合金。用于熱穩(wěn)定電阻元件的其它材料的例子包括各種類型的合金，包括非鐵金屬合金。該電阻元件可以由銅鎳合金形成，例如是但不限于CUPR0N(科普隆銅鎳合金)。該電阻元件可以由鐵、鉻、鋁合金形成，例如可以是但不限于KANTHAL D(坎塔爾鐵鉻鋁系高電阻合金)。該電阻元件優(yōu)選地具有顯著小于銅的溫度系數(shù)，并且優(yōu)選地在充分高的直流電阻(DCR)下具有≤10PPM/°C的電阻溫度系數(shù)(TCR)，以檢測電流。此外，與典型的電感器±20%的電阻容許偏差相比，該元件通過對于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的一種或多種不同的方法被校準到± I %的電阻容許偏差。
[0026]因此，本發(fā)明的一個方面是提供成為一體的兩個器件，即能量儲存器件和校準到嚴格的容許偏差的非常穩(wěn)定的電流檢測電阻器。該器件的電阻器部分優(yōu)選地具有以下的特性參數(shù):低歐姆值(0.2mΩ到I Ω)、嚴格的容許偏差±1%、在-55到125°C下具有低的TCR≤100PPM/°C和低的熱電動勢(EMF)。該器件的電感為從25nH到10 μ H的范圍。但優(yōu)選在50ηΗ到500ηΗ的范圍內(nèi)且操作電流達到35Α。
[0027]圖2是單槽鐵氧體磁芯的橫截圖。如圖2所示，該單槽鐵氧體磁芯用作電感器本體
12。示出了電感器本體12的頂側(cè)面14和底側(cè)面16以及第一端面18和與其相反的第二端面20。該單槽鐵氧體磁芯具有高度62。該電感器本體12的第一頂部分78通過槽60與第二頂部分80分開。該電感器本體12的第一頂部分78和第二頂部分80在頂側(cè)面14和空心部分或空穴28之間都具有高度64。該電感器本體12的底部分在空心部分或空穴28和底側(cè)面16之間具有高度70。第一端部分76和第二端部分82從它們各自的端面到空心部分或空穴28具有厚度68。該空心部分或空穴28具有高度66。該槽26具有寬度60。圖2的實施例包括用于電感器本體12的多邊形鐵氧體磁芯，該電感器本體12在一個側(cè)面上具有槽60和通過中心的空心部分或空穴28。部分匝的電阻元件30被插到該空心部分28中以用作導(dǎo)體。改變槽60的寬度可以確定該部分的電感。其它的磁性材料和磁芯結(jié)構(gòu)例如鐵粉、磁性合金或其它的磁性材料也可被用于各種的磁芯結(jié)構(gòu)中。然而，例如鐵粉的具有分布氣隙的磁性材料，將消除對磁芯中槽的需要。如果使用鐵氧體材料，則該鐵氧體材料優(yōu)選地滿足以下的最低規(guī)格:
[0028]1.在 20°C時在 12.50e 下測量，Bsat > 4800G
[0029]2.在 100°C時在 12.50e 下測量，Bsat 最小值=4100G
[0030]3.居里溫度 Tc > 260 0C
[0031]4.初始磁導(dǎo)率:1000-2000
[0032]為槽側(cè)面的頂側(cè)面14將是器件10的安裝表面，器件10被表面安裝在該處。電阻元件30的端部將圍繞本體12彎曲以形成表面安裝終端。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，熱穩(wěn)定電阻元件被用作它的導(dǎo)體。該元件可以由鎳-鉻或錳-銅條通過沖壓、蝕刻或者其它的機加工技術(shù)來構(gòu)造。如果使用這樣的條，該條被形成為具有四個表面安裝終端(參見例如圖4)。雖然其可以只有兩個終端。該兩個或四個終端條被校準到±1%的電阻容許偏差。該鎳-鉻、錳-銅或其它低TCR合金元件允許(100ppm/°C的溫度系數(shù)。為了降低安裝的電阻容許偏差變化在引線電阻、銅終端的TCR和焊接電阻中的影響，可以使用除兩個終端之外的四個終端結(jié)構(gòu)。為了電流檢測的目的，兩個較小的終端被典型地用于檢測橫跨該電阻元件的電壓；而較大的終端典型地承載待檢測的電路電流。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，通過將熱穩(wěn)定電阻元件插入通過電感器本體12的空心部分而構(gòu)造器件10。該電阻器元件終端圍繞電感器本體被彎曲至頂側(cè)面或槽側(cè)面以形成表面安裝終端。通過電感器的電流于是可以以與DC/DC轉(zhuǎn)換器相關(guān)的典型方式被應(yīng)用于較大的終端。通過將來自較小的檢測終端的兩個印刷電路板(PCB)印制線(traces)增加至控制IC電流檢測電路，以測量跨過電感器的電阻的電壓降，可以完成電流檢測。
[0035]圖3是單槽鐵氧體磁芯的俯視圖，示出了電感器本體12的寬度74和長度72。
[0036]圖4是可被用作電阻元件的條84的俯視圖。該條84包括四個表面安裝終端。該條84在終端部分之間具有電阻性部分86。形成這樣的條在本領(lǐng)域是公知的，并且可由美國專利號5，287，083中所述的方式來形成，在此以引用的方式加入其全文。因此，這里的終端
32、34、38、40可由銅或其它的導(dǎo)體形成，而電阻部分86由不同的材料形成。
[0037]圖5是圖示了沒有槽的電感器的一個實施例的透視圖。圖5的器件100類似于圖1的器件10，除了電感器本體12由具有分布氣隙的材料形成，該具有分布氣隙的材料例如(但不局限于)是磁性粉末。在該實施例中，注意由于對電感器本體12的材料的選擇而不需要槽。其它的磁性材料或磁芯結(jié)構(gòu)，例如鐵粉、磁性合金或其它的磁性材料可被用于各種磁芯結(jié)構(gòu)。然而，使用例如鐵粉的具有分布氣隙的磁性材料會消除對磁芯中的槽的需要。具有分布氣隙的磁性材料的其它例子包括(但不局限于)MPP、HI FLUX和SENDUST。
[0038]圖6是在端部90之間具有多匝94的電阻元件98的一個實施例的視圖。本發(fā)明考慮到，被使用的電阻元件可以包括多匝，以提供更大的電感值和更高的電阻。使用多匝這樣做在本領(lǐng)域是公知的，包括但不局限于美國專利號6，946，944中所描述的方式，在此以引用的方式加入其全文。
[0039]圖7是另一個實施例的視圖。在圖7中，所示的電感器120包括圍繞絕緣體纏繞的繞線元件122，該繞線元件由熱穩(wěn)定電阻材料形成。具有分布氣隙的磁性材料124例如通過壓制、模制、鑄造或其它的方式被圍繞著繞線元件122定位。該繞線元件122具有終端126 和 128。
[0040]在不同的實施例中使用的電阻元件可由各種類型的合金形成，包括非鐵金屬合金。該電阻元件可由銅鎳合金形成，例如是但不局限于CUPR0N。該電阻元件可由鐵、鉻、鋁合金形成，例如是但不局限于KANTHAL D0該電阻元件可以通過許多工藝來形成，包括化學(xué)或機械、蝕刻或機加工或其它的方式。
[0041]因此，很顯然本發(fā)明提供了改進的電感器及其制造方法。本發(fā)明考慮到使用的材料類型、應(yīng)用的制造技術(shù)中的許多變化以及其他變化，它們都在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電感器,包含: 電感器本體，具有頂面以及第一和第二相反端面； 空穴，在該第一和第二相反端面之間通過該電感器本體； 單個熱穩(wěn)定電阻元件，該熱穩(wěn)定電阻元件被配置成用于開爾文式測量，通過該空穴定位并轉(zhuǎn)向； 其中該電阻元件的相反端部各被朝著該電感器本體的頂面、沿著該第一和第二相反端面的外側(cè)轉(zhuǎn)向，并且具有疊蓋該電感器本體的頂面的端部以形成相對的表面安裝終端；和該表面安裝終端中的每個包括電流承載終端和分開的電流檢測終端。
2.如權(quán)利要求1所述的電感器，其中該熱穩(wěn)定電阻元件包括可操作地連接到導(dǎo)電材料上的電阻材料，該表面安裝終端由導(dǎo)電材料形成。
3.如權(quán)利要求1所述的電感器，其中該相對的表面安裝終端包括在每端上用于電流的較大終端和在每端上用于電流檢測的較小終端。
4.如權(quán)利要求1所述的電感器，其中該相對的表面安裝終端被配置成用于開爾文式測量。
5.如權(quán)利要求1所述的電感器，其中該電感器本體包括鐵氧體磁芯。
6.如權(quán)利要求1所述的 電感器，進一步包含在該電感器本體的頂面中的槽。
7.如權(quán)利要求6所述的電感器，其中該槽從該頂面延伸到該空穴。
8.如權(quán)利要求1所述的電感器，其中該電感器本體由磁性粉末構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1所述的電感器，其中該電感器本體由具有分布氣隙的磁性材料構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求2所述的電感器，其中該導(dǎo)電材料包括銅。
11.如權(quán)利要求1所述的電感器，其中該熱穩(wěn)定電阻元件具有0.2毫歐到I歐姆的低歐姆值。
12.如權(quán)利要求1所述的電感器，其中該熱穩(wěn)定電阻元件在-55到125攝氏度的溫度范圍具有小于或等于每攝氏度百萬分之100的電阻溫度系數(shù)(TCR)。
13.如權(quán)利要求1所述的電感器，其中該電感器具有在50毫微亨利到10微亨利范圍內(nèi)的電感。
14.如權(quán)利要求1所述的電感器，其中該電阻元件由鎳-鉻構(gòu)成。
15.如權(quán)利要求1所述的電感器，其中該電阻元件由錳-銅構(gòu)成。
16.如權(quán)利要求1所述的電感器，其中該電阻元件包含多匝。
17.—種形成電感器的方法,包括: 提供具有頂面以及第一和第二相反端面的電感器本體，在該第一和第二相反端面之間有通過該電感器本體的空穴； 提供配置成用于開爾文式測量的單個該熱穩(wěn)定電阻元件； 通過該空穴將該熱穩(wěn)定電阻元件定位； 將該熱穩(wěn)定電阻元件的端部朝著該頂面、沿著該電感器本體第一和第二相反端面的外側(cè)轉(zhuǎn)向，和轉(zhuǎn)向該熱穩(wěn)定電阻元件的端部以疊蓋該電感器本體的頂面，以形成相對的表面安裝終端。 其中該表面安裝終端中的每個包括電流承載終端和分開的電流檢測終端。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該熱穩(wěn)定電阻元件包括可操作地連接到導(dǎo)電材料上的電阻材料，該表面安裝終端由導(dǎo)電材料形成。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該熱穩(wěn)定電阻元件包含非鐵金屬合金，該合金包含鎳和銅。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該熱穩(wěn)定電阻元件包含鐵、鉻和鋁。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，進一步包含形成在該電感器本體的頂面中的槽。
22.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該電感器本體由鐵氧體材料形成。
23.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該電感器本體由具有分布氣隙的材料形成。
24.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該熱穩(wěn)定電阻元件包含多匝。
25.如權(quán)利要求18所述的方法，其中該導(dǎo)電材料包括銅。
26.—種電感器,包含: 熱穩(wěn)定電阻元件； 電感器本體，具有頂面以及第一和第二相反端面； 該電感器本體包括壓在該熱穩(wěn)定電阻元件上的具有分布氣隙的磁性材料； 其中該電阻元件的相反端部各被朝著該電感器本體的頂面、沿著該第一和第二相反端面的外側(cè)轉(zhuǎn)向，并且具有疊蓋該電感器本體的頂面的端部以形成相對的表面安裝終端，每個表面安裝終端包括用于承載電流的較大終端和用于開爾文式電流檢測的較小終端。
27.如權(quán)利要求26所述的電感器，其中該熱穩(wěn)定電阻元件由非鐵金屬合金形成。
28.如權(quán)利要求26所述的電感器,其中該熱穩(wěn)定電阻兀件包含非鐵金屬合金,該合金包含鎳和銅。
29.如權(quán)利要求26所述的電感器，其中該熱穩(wěn)定電阻元件包含鐵、鉻和鋁。
30.一種電感器,包含: 圍繞絕緣體纏繞的熱穩(wěn)定繞線電阻元件；和 電感器本體，包括至少部分地圍繞該熱穩(wěn)定繞線電阻元件的具有分布氣隙的磁性材料。
31.如權(quán)利要求30所述的電感器，其中該熱穩(wěn)定繞線電阻元件由非鐵金屬合金形成。
32.如權(quán)利要求30所述的電感器，其中該熱穩(wěn)定繞線電阻元件包含非鐵金屬合金，該合金包含鎳和銅。
33.如權(quán)利要求30所述的電感器，其中該熱穩(wěn)定繞線電阻元件包含鐵、鉻和鋁。
34.如權(quán)利要求30所述的電感器，其中該熱穩(wěn)定繞線電阻元件具有0.2毫歐到I歐姆的低歐姆值。
35.如權(quán)利要求30所述的電感器，其中該熱穩(wěn)定電阻元件在-55到125攝氏度的溫度范圍具有小于或等于每攝氏度百萬分之100的電阻溫度系數(shù)(TCR)。
36.如權(quán)利要求30所述的電感器,其中該電感器具有在50毫微亨利到10微亨利范圍內(nèi)的電感。
37.如權(quán)利要求30所述的電感器，其中該具有分布氣隙的磁性材料是圍繞該繞線電阻元件壓制、模制或鑄造的。
【文檔編號】H01F27/40GK104078196SQ201410347828
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2006年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2006年9月27日
【發(fā)明者】T·T·漢森, J·J·霍夫曼, T·謝弗, N·J·謝德, D·蘭格, C·史密斯, R·布龍 申請人:韋沙戴爾電子公司