电源模块及一体成型电感的制作方法

1.本发明涉及一种电源模块及一体成型电感。


背景技术：

2.近年来，随着数据中心、人工智能等技术等发展，中央处理器(cpu)、图形处理器(gpu)及各类集成芯片(ic)的工作速度越来越快，工作电流越来越大，给这些器件供电的电源模块例如电压调节模块(vrm)在功率密度、效率、动态性能等方面的要求越来越严苛，因此对vrm的设计提出了非常高的挑战。
3.在电压调节模块(vrm)中，电感的体积占比往往是最高的，同时电感的感量也是直接影响整个vrm的效率和动态性能的主要因素。随着vrm功率密度的提高，体积的进一步缩小，vrm散热设计面临巨大的挑战，甚至已经成为vrm技术发展的瓶颈。
4.如图1a所示，图1a是中国专利申请cn107046366a公开的一种vrm的结构示意图。在图1a所示的vrm结构中，作为热源的开关单元21设置在电感10的上方，电感线圈13的一端设置在电感10的上表面，并与开关单元21连接，电感线圈13的另一端设置在电感10的下表面，用于与负载连接。这样的设置使包含热源的开关单元21直接与上面的散热器(图中未示出)连接，从而最大化提升了vrm的散热能力。
5.在图1a所示的电感结构中，其中的磁芯包括第一磁性基板11、第二磁性基板12以及位于二者之间的填充层15。第一磁性基板11上设有第一过孔111，第二磁性基板12上设有第二过孔121。电感线圈13的第一导体部和第二导体部分别通过覆铜或填充物形成于第一过孔111和第二过孔121。图1a中的电感虽然满足上下双面同时设置引脚的要求，然而，图1a所示的电感的磁基板为高磁导率的磁性材料，且没有设置气隙，因此，图1a中的磁基板易于饱和，利用率不高；图1a中电感的第一磁性基板11和第二磁性基板12通过组装的方式组合在一起，两层磁性基板之间的间隙无法避免，组装间隙会产生边缘磁通，边缘磁通在磁芯四周的引脚上会产生涡流损耗(fringing effect)；其组装方式导致组装公差难以避免，不利于周围功率连接组件的设置；另外，图1a所示的电感结构不易于实现反耦合。
6.反耦合电感技术可以提供较小的动态感量以满足高的动态性能需求；同时，反耦合电感可以提供较大的稳态感量以实现高效率的需求。因此，反耦合电感是vrm模块电源领域当前的另一个设计热点。
7.图1b所示的电感为可用于图1a所示vrm结构中的另一个现有技术的电感，如图1b所示，电感的绕组从电感的侧面分别延伸到电感的顶面和底面，该电感也实现了上下双面设置引脚；同时，图1b所示的电感也实现了反耦合。然而，图1b所示的电感，其绕组是从侧面延伸到顶面和底面的，绕组的路径太长，在vrm低电压大电流的工况下，长绕组意味着大直流损耗，因此不利于效率的提升。另外，电感绕组从侧面延伸出来，导致电感的侧面用于设置功率连接组件的空间就受到限制；而且绕组从侧面延伸出来，也不利于磁芯利用率的提升。
8.综上，在图1a所示的vrm系统结构中，急需发展一种能够同时满足上下双面设置引
脚、绕组路径短以及易于实现反耦合效果的电感，这具有一定的挑战，而现有技术均不能满足图1a所示vrm结构对电感的要求。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提出一种散热效果好且又制作简单的一体成型电感以及电源模块。
10.根据本发明的一个方面，一种一体成型电感，包括磁芯和第一绕组。所述磁芯包括第一表面、第二表面以及侧面，所述第一表面和所述第二表面相对设置，所述侧面设于所述第一表面和所述第二表面之间；所述第一绕组包括第一纵向部和第二纵向部，所述第一纵向部和所述第二纵向部之间设有第一连接部。其中，所述第一纵向部向所述第一表面延伸，且在所述第一表面的投影位于所述磁芯的范围之内，所述第一纵向部在所述第一表面上形成第一引脚，所述第二纵向部向所述第二表面的所在平面延伸，且在所述第二表面的所在平面上形成第二引脚，所述第一绕组和所述磁芯通过模具一体压合形成所述电感。
11.根据本发明的一实施方式，所述第一纵向部在所述第一表面的投影位于所述磁芯的范围之内。
12.根据本发明的一实施方式，所述第一绕组在水平方向的投影长度大于所述第一绕组在所述磁芯的高度方向上的投影长度。
13.根据本发明的一实施方式，所述第一绕组埋于所述磁芯内，所述第一绕组与所述侧面的距离不小于300μm。
14.根据本发明的一实施方式，所述第二纵向部至少部分地暴露于所述侧面。
15.根据本发明的一实施方式，所述电感还包括第二绕组，所述第二绕组包括第三纵向部和第四纵向部，所述第三纵向部和所述第四纵向部之间设有第二连接部。所述第三纵向部向所述第一表面延伸，且在所述第一表面上形成第三引脚。所述第四纵向部向所述第二表面的所在平面延伸，且在所述第二表面的所在平面上形成第四引脚。
16.根据本发明的一实施方式，所述第三纵向部在所述第一表面的投影位于所述磁芯的范围之内。
17.根据本发明的一实施方式，所述第二绕组埋于所述磁芯内，所述第二绕组与所述侧面的距离不小于300μm。
18.根据本发明的一实施方式，所述第四纵向部至少部分地暴露于所述侧面。
19.根据本发明的一实施方式，所述第一连接部呈u形、圆弧形、c形、“匚”形、“一”字形、“z”字形或跑道形；所述第二连接部呈u形、圆弧形、c形、“匚”形、“一”字形、“z”字形或跑道形。
20.根据本发明的一实施方式，所述第一连接部与所述第二连接部沿所述磁芯的高度方向至少部分地堆叠设置。
21.根据本发明的一实施方式，所述第一连接部与所述第二连接部沿所述磁芯的宽度方向堆叠设置。
22.根据本发明的一实施例，当所述第一绕组和所述第二绕组中的电流分别从所述第一引脚和所述第三引脚流入时，所述第一连接部和所述第二连接部中的电流所产生的磁通相互削弱。
23.根据本发明的一实施方式，所述第一连接部与所述第二连接部之间的最小间隔距离小于所述第一纵向部与所述第三纵向部之间的最小间隔距离。
24.根据本发明的一实施例，所述第一连接部的长度大于所述第一纵向部的长度与所述第二纵向部的长度之和，所述第二连接部的长度大于所述第一纵向部与所述第二纵向部的长度之和。
25.根据本发明的一实施例，所述第一纵向部的截面积、所述第二纵向部的截面积、所述第三纵向部的截面积以及所述第四纵向部的截面积均大于所述第一连接部的截面积和所述第二连接部的截面积。
26.根据本发明的一实施方式，所述第一连接部呈带有缺口的矩形，所述第一连接部所围成的空间定义为第一空间。所述第二连接部呈带有缺口的矩形，所述第二连接部所围成的空间定义为第二空间。所述第一连接部至少部分地位于所述第二空间，以及所述第二连接部至少部分地位于所述第一空间。
27.根据本发明的一实施方式，所述第一连接部呈矩形，所述第一连接部设有第一缺口，所述第二纵向部设有第二缺口；所述第二连接部呈矩形，所述第二连接部设有第三缺口，所述第三纵向部设有第四缺口。其中，通过所述第一缺口与所述第四缺口相互避让、所述第二缺口与所述第三缺口相互避让，使所述第一连接部与所述第二连接部沿所述磁芯的高度方向堆叠设置。
28.根据本发明的一实施方式，所述磁芯由具有分布式气隙的粉芯材料制成。
29.根据本发明的另一方面，一种电源模块包括一体成型电感和集成功率模块，其中所述电感包括磁芯及第一绕组。所述磁芯包括第一表面、第二表面以及侧面，其中所述第一表面和所述第二表面相对设置，所述侧面设于所述第一表面和所述第二表面之间。所述第一绕组包括第一纵向部和第二纵向部，所述第一纵向部和所述第二纵向部之间设有第一连接部。其中，所述第一纵向部向所述第一表面延伸，且在所述第一表面的投影位于所述磁芯的范围之内，所述第一纵向部在所述第一表面上形成第一引脚。所述第二纵向部向所述第二表面的所在平面延伸，且在所述第二表面的所在平面上形成第二引脚。所述第一绕组和所述磁芯通过模具一体压合形成所述电感。所述集成功率模块堆叠于所述磁芯的第一表面，且至少包括第一开关单元，其中所述第一开关单元与所述第一引脚电连接。所述第二引脚被配置为所述电源模块的第一功率输出端子。
30.根据本发明的一实施方式，所述第一纵向部在所述第一表面的投影位于所述磁芯的范围之内。
31.根据本发明的一实施方式，所述电感还包括第二绕组，所述第二绕组包括第三纵向部和第四纵向部，所述第三纵向部和所述第四纵向部之间设有第二连接部。其中，所述第三纵向部向所述第一表面延伸，且在所述第一表面上形成第三引脚。所述第四纵向部向所述第二表面的所在平面延伸，且在所述第二表面的所在平面上形成第四引脚。所述集成功率模块还包括第二开关单元，所述第二开关单元与所述第三引脚电连接。所述第四引脚被配置为所述电源模块的第二功率输出端子。
32.根据本发明的一实施方式，所述第三纵向部在所述第一表面的投影位于所述磁芯的范围之内。
33.根据本发明的一实施方式，所述第一绕组在水平方向的投影长度大于所述第一绕
组在所述磁芯的高度方向上的投影长度，所述第二绕组在水平方向的投影长度大于所述第二绕组在所述磁芯的高度方向上的投影长度。
34.根据本发明的一实施方式，所述第一绕组和所述第二绕组埋于所述磁芯内，所述第一绕组与所述磁芯的侧面的距离不小于300μm，以及所述第二绕组与所述磁芯的侧面的距离不小于300μm。
35.根据本发明的一实施方式，所述电源模块还包括设置于所述磁芯的侧面的功率连接组件和信号连接组件。
36.本发明中的一个实施例至少具有如下优点或有益效果：
37.本发明一体成型电感中，第一绕组的第一纵向部向磁芯的第一表面延伸，并在该第一表面分别形成第一引脚，从而可以直接与集成功率模块电连接，最大化提升了散热效果；进一步地，第一纵向部在第一表面的投影位于磁芯的范围之内，即第一纵向部在磁芯内部向上延伸，从而有利于缩短第一绕组的路径长度，在vrm低电压大电流的工况下，较短的绕组路径长度能降低直流损耗，从而提升效率。另外，由于第一纵向部在磁芯内部，则vrm功率连接组件可方便地设置于磁芯外部的侧面，使得功率连接组件的设置方式更灵活。同时第一绕组和磁芯通过模具一体压合形成电感，结构简单，制作更简单。
附图说明
38.通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
39.图1a是现有技术中的一种vrm的结构示意图；
40.图1b所示的电感为可用于图1a所示vrm结构中的另一个现有技术的电感；
41.图2为两相vrm的电路拓扑原理图；
42.图3a为本发明电源模块实施例的结构示意图；
43.图3b为图3a所示的电源模块的爆炸图；
44.图3c是图3a所示的电源模块中的一体成型电感的立体图；
45.图3d是图3c的一体成型电感的透视立体图；
46.图3e是图3c的透视俯视图；
47.图3f是图3c的透视主视图；
48.图3g是图3c所示的一体成型电感的中的第一绕组和第二绕组的组合立体图；
49.图3h是图3c所示的一体成型电感的中的第一绕组和第二绕组分解的立体图；
50.图3i是图3g的俯视图；
51.图3j是图3c所示的一体成型电感的中的第一绕组的第一连接部和第二绕组的第二连接部均为多匝的立体图；
52.图4a是本发明一体成型电感另一实施例的立体图；
53.图4b是图4a所示的一体成型电感的透视立体图；
54.图4c是图4a所示的一体成型电感中的第一绕组和第二绕组的组合立体图；
55.图4d是图4a所示的一体成型电感中的第一绕组和第二绕组的分解立体图；
56.图4e是图4c的俯视图；
57.图5a是本发明一体成型电感另一实施例的立体图；
58.图5b是图5a所示的一体成型电感的透视立体图；
59.图5c是图5a所示的一体成型电感的透视仰视图；
60.图6a是本发明一体成型电感另一实施例的立体图；
61.图6b是图6a所示的一体成型电感的透视立体图；
62.图6c是图6a的透视俯视图；
63.图6d是图6a所示的一体成型电感中的第一绕组和第二绕组的组合立体图；
64.图6e是图6a所示的一体成型电感中的第一绕组和第二绕组的分解立体图；
65.图7a是本发明一体成型电感另一实施例的立体图；
66.图7b是图7a所示的一体成型电感的透视立体图；
67.图7c是图7a所示的一体成型电感中的第一绕组和第二绕组的组合立体图；
68.图7d是图7b的透视俯视图；
69.图7e是图7b的a-a剖视图；
70.图7f是图7b的透视主视图；
71.图7g是图7b的透视俯视图；
72.图7h是于图7b的a-a剖面图中示出的本发明一体成型电感中的第一绕组和第二绕组的互磁通分布图；
73.图7i是于图7b的透视俯视图中示出的本发明一体成型电感中的第一绕组和第二绕组的互磁通分布图；
74.图7j和图7k为电感耦合的等效电路图；
75.图8a是本发明一体成型电感另一实施例的透视立体图；
76.图8b是图8a所示的一体成型电感的透视俯视图；
77.图8c是图8a所示的一体成型电感的透视主视图；
78.图8d是图8a所示的一体成型电感中的第一绕组和第二绕组的组合立体图；
79.图8e是图8d所示的第一绕组和第二绕组的从一角度观察的分解立体图；
80.图8f是图8d所示的第一绕组和第二绕组的从另一角度观察的分解立体图；
81.图9a是本发明一体成型电感另一实施例的透视立体图；
82.图9b是图9a所示的一体成型电感的透视俯视图；
83.图9c是图9a所示的一体成型电感的透视主视图；
84.图9d是图9a所示的一体成型电感中的第一绕组和第二绕组的组合立体图；以及
85.图9e是图9d所示的第一绕组和第二绕组的分解立体图。
具体实施方式
86.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
87.实施例一
88.如图2所示，图2为两相vrm的电路拓扑原理图。vrm 100包含第一开关单元101，第二开关单元102，两相反耦合电感103，输入连接线104、105，接地连接线106、107，输入电容
108、109以及输出功率连接线110、111。其中，输入连接线104、105连接输入电压v1，并且和开关单元101、102的vin端连接；接地连接线106、107连接开关单元101、102的gnd端；第一开关单元101包括两个开关管s11、s12，两个开关管s11、s12连接于节点sw1，并且节点sw1与反耦合电感的第一引脚即输入引脚(pin1)连接；第二开关单元102包括两个开关管s21、s22，两个开关管s21、s22连接于节点sw2，并且节点sw2与反耦合电感的第三引脚(pin3)连接；反耦合电感103的第一引脚(pin1)和第三引脚(pin3)互为异名端；所谓异名端，是指当电流分别从该第一引脚和该第三引脚流入时，与各自绕组匝链的磁通相互削弱，即这两个绕组之间的互感m为负数。反耦合电感103的第二引脚(pin2)和第四引脚(pin4)直接或通过输出功率连接线110，111连接负载，为负载提供输出电压v2。
89.参见图3a和图3b，图3a为本发明电源模块实施例一的结构示意图；图3b为图3a所示的电源模块的爆炸图。图3a和图3b所示为本发明实施例一的电源模块，该电源模块包含集成功率模块(ipm)1、一个一体成型电感2以及多个导电件。
90.集成功率模块1堆叠于一体成型电感2的第一表面例如磁芯21的上表面2100，包含印刷电路板11、第一开关单元121、第二开关单元122和电容13。
91.其中，本发明的一体成型电感2具有多种多样的结构，以下逐一说明。
92.参见图3c至图3j，图3c至图3j示出本发明一体成型电感实施例一的结构。图3c是图3a所示的电源模块中的一体成型电感实施例一的立体图；图3d是图3c的一体成型电感的透视立体图；图3e是图3c的透视俯视图；图3f是图3c的透视主视图；图3g是图3c所示的一体成型电感的中的第一绕组和第二绕组的组合立体图；图3h是图3c所示的一体成型电感的中的第一绕组和第二绕组分解的立体图；图3i是图3g的俯视图；图3j是图3c所示的一体成型电感的第一绕组的第一连接部和第二绕组的第二连接部均为多匝的立体图。
93.本发明一体成型电感实施例一包括磁芯21和绕组。其中所述“一体成型”电感是指将绕组和具有分布式气隙的磁粉芯等磁性材料放入模具，通过模具一体压合而形成。相比现有技术中磁板组装的结构，一体成型电感没有集中气隙，因此不存在涡流损耗(fringing effect)的问题；同时，一体成型电感中分布式气隙的存在可以使电感的抗饱和能力强，不易于饱和；另外，一体成型电感没有组装公差，其尺寸的公差完全由模具的公差决定，而模具的精度都相对较高，因此一体成型电感的尺寸精度高，有利于电感侧面设置功率连接组件。
94.如图3c和图3d所示，磁芯21具有第一表面例如顶面2100、第二表面例如底面2101和侧面2102。其中顶面2100和底面2101相对设置，侧面2102连接于顶面2100和底面2101之间。图3c示出的磁芯21为长方体形状，但本发明的磁芯21的形状不限于此，还可以是扁圆柱形等其他形状。
95.如图3g、图3h和图3i所示，绕组包括第一绕组221和第二绕组222，第一绕组221和第二绕组222设置于磁芯21的内部。在其他一些实施方式中，也可以仅包括一个绕组例如第一绕组221或者第二绕组222。
96.如图3d、图3g和图3h所示，第一绕组221由纵向的第一纵向部2211、横向的“匚”形的第一连接部2212和纵向的第二纵向部2213相互连接组成。第一绕组221的第一纵向部2211从磁芯21内部向磁芯21的顶面2100延伸，并在磁芯21的顶面2100形成电感的第一引脚2214；第一绕组221的第二纵向部2213从磁芯21内部向磁芯21的底面2101延伸，并在磁芯21
的底面2101形成电感的第二引脚2215。
97.第二绕组222由纵向的第三纵向部2221、横向的“匚”形的第二连接部2222和纵向的第四纵向部2223相互连接组成。第二绕组222的第三纵向部2221从磁芯21内部向磁芯21的顶面2100延伸，并在顶面2100形成电感的第三引脚2224；第二绕组222的第四纵向部2223从磁芯21内部向磁芯21的底面2101延伸，并在底面2101形成电感的第四引脚2225。电感的第一引脚2214和第三引脚2224设置在磁芯21的顶面2100；电感的第二引脚2224和第四引脚2225设置在磁芯21的底面2101。
98.第一绕组221的第一纵向部2211、第二纵向部2213以及第二绕组222的第三纵向部2221、第四纵向部2223在下文中也称为纵向部分。第一绕组221的横向的“匚”形的第一连接部2212在下文中也称为横向部分，第二绕组222的“匚”形的第二连接部2222在下文中也称为横向部分。第一绕组221和第二绕组222的横向部分可以是一匝，也可以是多匝，形成螺旋形结构，如图3j所示。具有多匝横向部分的绕组，可以在磁芯21的尺寸相同的情况下，获得更大的电感量，并且降低磁芯21损耗。
99.如图3g所示，第一绕组221的第一连接部2212和第二绕组222的第二连接部2222在磁芯21的高度方向上堆叠设置；第一连接部2212和第二连接部2222重叠的部分，其磁通是互磁通，因此第一绕组和第二绕组横向重叠部分耦合在一起，使电感构成了两相的耦合电感；当第一绕组221中的电流从电感的第一引脚2214流入，从电感的第二引脚2215流出，第二绕组222的中的电流从电感的第三引脚2224流入，从电感的第四引脚2225流出时，第一绕组221的第一连接部2212中的电流方向与第二绕组222的第二连接部2222中的电流的方向相反，因此，第一绕组和第二绕组构成了两相的反耦合电感。
100.第一绕组221在水平方向的投影的长度大于其在磁芯21的高度方向的投影的长度，第二绕组222在水平方向的投影的长度大于其在磁芯21的高度方向的投影的长度，以利于本发明的反耦合电感。其中磁芯21的高度方向是指从磁芯21的顶面2100到底面2101的方向。
101.第一绕组221和第二绕组222的纵向部分是直线形，横向部分即第一连接部2212、第二连接部2222均为“匚”形；通过这样的设置，使得第一绕组221的第一连接部2212与第二绕组222的第二连接部2222尽量长，从而增大两个绕组之间的互磁通，提升耦合效果；即在漏感相同的情况下，可以得到更大的稳态感量，有利于减小电感的纹波电流，以减小模块中开关单元的损耗，从而提升电源模块的效率。
102.如图3e和图3f所示，绕组的第一纵向部2211、第三纵向部2221在磁芯21的顶面2100的投影位于磁芯21范围之内。在该实施例一中，绕组的第二纵向部2213、第四纵向部2223在磁芯21的顶面2100的投影位于磁芯21范围之内。其他一些实施例中，也可以有部分的纵向部在磁芯21的顶面2100的投影位于磁芯21范围之外。
103.绕组的纵向部分例如第三纵向部2221与磁芯21的侧面的距离h1大于等于300um，从而可以防止在电感一体成型制作工艺过程中，出现绕组纵向部分附近的磁芯21密度不均且易开裂等问题；同时可以增加绕组纵向部分附近的磁芯21的磁通等效截面积，有利于防止磁芯的局部饱和，提升磁芯21的利用率。同样道理，绕组的横向部分例如第二连接部2222与磁芯21的侧面的距离h2大于等于300um，具有同样的功效。
104.本发明中，电感的第一引脚2214和第三引脚2224设置在电感的顶面，可以直接与
集成功率模块1的第一开关单元101的焊盘、第二开关单元102的焊盘连接；电感的第二引脚2215和电感的第四引脚2225设置在电感的底面，直接与负载连接，这样设置使得电源模块的输出与负载之间的路径最短，同样有利于减小绕组连接阻抗，降低损耗，提升效率。
105.在该第一实施例中，多个导电件设置于磁芯21的四周，导电件包括第一端和第二端，第一端在所述磁芯的第一表面例如上表面形成第五引脚，第二端在磁芯的第二表面例如下表面形成第六引脚。多个导电件包括例如信号连接组件和至少两组功率连接组件。至少两组功率连接组件分别设置于一体成型电感的第一侧面和第二侧面，第一侧面和第二侧面相对设置；信号连接组件设置于的一体成型电感的第三侧面和/或第四侧面。
106.举例来说，如图3b所示，至少两组功率连接组件包括设于磁芯21第一侧面的第一功率连接组件和设于磁芯21第二侧面的第二功率连接组件。第一功率连接组件包括第一输入导电件231和第一接地导电件232；第二功率连接组件包括第二输入导电件233和第二接地导电件234。信号连接组件包括多个信号导电件241，信号导电件241设于磁芯第三侧面。
107.如图2电路拓扑原理图所示，图2中输入连接线104、105分别对应图3b中输入导电件231、233，接地连接线106、107分别对应图3b中的接地导电件232、234。在图2所示的电路拓扑原理图中，输入连接线104、接地连接线106通过第一开关单元101及输入电源形成环路。环路的存在会产生环路寄生感量，如果环路寄生感量与输入电容发生谐振，便对电源系统的效率产生影响。为了减小环路中的寄生感量，将该实施例一中的第一输入导电件231和第一接地导电件232并排设置，尽量减小第一输入导电件231与第一接地导电件232之间的间距，该间距越小，环路的面积就越小，则环路中的寄生感量就越小，越有利于效率的提升。同样的，第二输入导电件233与第二接地导电件234并排设置，尽量减小两者之间的间距。各导电件均可以在磁芯21的第一表面和第二表面形成焊盘即前面所述的第五引脚、第六引脚，用于集成功率模块1与负载之间的功率连接或信号传输。在其他实施例中，各导电件可以有不同设置方式。
108.该实施例一中一体成型电感的第一引脚、第三引脚设置在一体成型电感的第一表面，第二引脚、第四引脚设置在一体成型电感的第二表面，因此一体成型电感的四个侧面均可以用来设置功率连接组件和信号连接组件。本发明的一体成型电感中，磁芯和绕组的引脚的设置为电源模块的输入连接组件和信号连接组件的设置提供了充分的空间。
109.实施例二
110.参见图4a至图4e，图4a和图4b是本发明一体成型电感实施例二的立体图和透视立体图；图4c是图4a所示的一体成型电感中的第一绕组和第二绕组的组合立体图；图4d是图4a所示的一体成型电感中的第一绕组和第二绕组的分解立体图；图4e是图4c的俯视图。
111.该实施例二的一体成型电感相比于实施例一的差异在于绕组的横向部分的形状不同。
112.详细来说，实施例一中绕组的横向部分是方形的；该实施例二中的第一绕组221的第一连接部2212呈弧形或跑道形，第二绕组222的第二连接部2222呈弧形或跑道形。
113.本实施例二中，具有弧形或跑道形的第一连接部的绕组与实施例一中具有“匚”形横向第一连接部的绕组相比，本实施例二中的绕组具有两方面的优势：一是具有弧形或跑道形的连接部的绕组具有更低的直流阻抗，有利于进一步减小绕组损耗，提升效率；二是具有弧形或跑道形连接部的绕组可以使用标准化的铜扁线来制作，制作过程更简单，所用的
模具也更简单。
114.该实施例二的一体成型电感的其他结构与实施例一基本相同，这里不再赘述。
115.实施例三
116.参见图5a至图5c，图5a和图5b是本发明一体成型电感实施例三的立体图和透视立体图，图5c是图5a所示的一体成型电感的透视仰视图。
117.该实施例三的一体成型电感相比于实施例二的差异在于绕组的纵向部分与磁芯21的关系不同，其纵向部分没有完全设置在磁芯21内部，而是至少有部分暴露于磁芯21的侧面2102。
118.详细来说，第一绕组221的第二纵向部2213向外凸出于磁芯21的侧面2102；第二绕组222的第四纵向部2223向外凸出于磁芯21的侧面2102。
119.在其他一些实施方式中，绕组的纵向部分可以与磁芯21的侧面2102平齐。
120.该实施例三中，一体成型电感的引脚仍然可以形成于磁芯的顶面和底面，仍然具有绕组路径短的优点，有利于效率提升。
121.该实施例三的一体成型电感的其他结构与实施例二基本相同，这里不再赘述。
122.实施例四
123.参见图6a至图6e，图6a是本发明一体成型电感实施例四的立体图；图6b是图6a所示的一体成型电感的透视立体图；图6c是图6a的透视俯视图；图6d是图6a所示的一体成型电感中的第一绕组和第二绕组的组合立体图；图6e是图6a所示的一体成型电感中的第一绕组和第二绕组的分解立体图。
124.该实施例四的一体成型电感相比于实施例一的差异在于绕组的横向部分的形状不同。
125.详细来说，第一绕组221的第一连接部2212呈带有缺口的矩形形状，矩形形状的第一连接部所围成的空间定义为第一空间2210，第一绕组221的第一纵向部2211和第二纵向部2213分别连接于矩形的缺口两侧。
126.第二绕组222的第二连接部2222呈带有缺口的矩形形状，矩形形状的第二连接部所围成的空间定义为第二空间2220。第二绕组222的第三纵向部2221和第四纵向部2223分别连接于矩形的缺口两侧。
127.第一连接部2212至少有一部分例如矩形的两个边位于第二空间2220内，第二连接部2222至少有部分例如矩形的两个边位于第一空间2210。
128.也就是说，第一绕组221和第二绕组222内外重叠接触在一起，所谓接触是指两绕组之间直接接触，或者两绕组之间仅存在用于加强绝缘或固定的非磁性材料例如绝缘垫片或胶水等。两个绕组中的电流在重叠部分形成的磁通相互耦合，使电感成为耦合电感，当电流从第一引脚和第三引脚流入，从第二引脚和第四引脚流出时，绕组的横向部分的电流方向相反，此时电感工作在反耦合状态；第一绕组的第一连接部2212与第二绕组的第二连接部2222重叠的部分越长，耦合效果越好。
129.如图6c和图6d所示，该实施例四的一体成型电感的第一引脚2214、第三引脚2224的位置可以在x方向上灵活设置；电感的第二引脚2215、第四引脚2225的位置可以在y方向上灵活设置。绕组的四个引脚在x、y方向上不同位置的灵活设置，可以使得第一绕组221和第二绕组222的横向连接部分2212和2222在窗口的四周得到不同程度的重叠，从而可以灵
活的调整漏感感量和两绕组的耦合效果。
130.两个绕组的横向部分在xy平面上围绕的窗口具有y方向的宽度w和x方向的长度l，通过长度l和宽度w的调整，也可以进一步调整两绕组的横向部分重叠的长度，以调整电感的漏感和耦合效果。
131.该实施例四具有更灵活的漏感感量及耦合效果的调节方式，而且这种调节方式不会牺牲绕组的宽度尺寸和磁芯窗口的等效截面积，有助于效率的提升和饱和电流的提升。
132.实施例一中的两绕组横向连接部是上下堆叠在一起的，两绕组横向部分相互接触，并且在高度方向上投影重叠的只有围绕窗口沿y方向的边，投影重叠的边中的电流产生的磁通相互耦合；而两绕组围绕窗口沿x方向的两条边相互分离，即不重叠，则这两条边中的电流产生的磁通是漏磁通。
133.本实施例四的电感中，绕组的横向部分是内外重叠接触在一起，第一引脚2214和第三引脚2224在x方向上可以灵活移动；第二引脚2215和第四引脚2225在y方向上可以灵活移动；两绕组横向连接部2212和2222围绕窗口的四周都有不同程度的重叠接触，绕组连接部有贡献于耦合效果的重叠长度远大于实施例一中两条边的长度。
134.本实施例四可以进一步提升耦合效果，相同漏感感量的情况下，更好的耦合效果可以得到更大的稳态感量，有利于效率的提升。
135.本实施例四的电感中，第一引脚2214和第三引脚2224在x方向上可以灵活移动，因此可以设置在磁芯21中部，即集成功率模块1中的开关单元101的焊盘的正下方，因此电感的引脚和开关单元的焊盘之间可以不存在横向间距，横向电路板线路(pcb trace)的连接阻抗就不存在；而且引脚和开关单元的焊盘之间的焊接面积大，连接阻抗小；同时，绕组的第二引脚2215和第四引脚2225在y方向上可以灵活移动，可以设置在距离负载更近的地方，减小电感输出引脚与负载之间的距离，以减小这段pcb trace的连接阻抗。
136.本实施例四中，电感的引脚至开关单元的焊盘之间的阻抗小，电感的引脚与集成功率模块之间的连接阻抗也小，均有助于效率的提升。
137.该实施例四的一体成型电感的其他结构与实施例一基本相同，这里不再赘述。
138.实施例五
139.参见图7a至图7i，其示出本发明一体成型电感实施例五的结构。
140.如图7a至图7c所示，图7a是本发明一体成型电感实施例五的立体图；图7b是图7a所示的一体成型电感的透视立体图；图7c是图7a所示的一体成型电感中的第一绕组和第二绕组的组合立体图。
141.该实施例五的一体成型电感相比于实施例一的差异在于绕组的横向部分的形状不同。
142.详细来说，第一绕组221的第一连接部2212以及第二绕组222的第二连接部2222均呈直线形状。
143.第一绕组221的第一纵向部2211和第二纵向部2213分别连接于直线形状的第一连接部2212的两端部。
144.第二绕组222的第三纵向部2221和第四纵向部2223分别连接于直线形状的第二连接部2222的两端部。
145.本实施例五的电感中，绕组的横向部分与纵向部分在一个平面内，即第一绕组221
的第一纵向部2211、横向的第一连接部2212、纵向的第二纵向部2213在同一个平面内，形成“z”形绕组；第二绕组222的第三纵向部2221、横向的第二连接部2222、纵向的第四纵向部2223在同一个平面内，也形成“z”形绕组。由于绕组的横向部分与纵向部分在一个平面内，所以相比于实施例一中的绕组，本实施例中的绕组具有更小的阻抗，更小的绕组损耗，有利于效率的提升。另外，“z”形的绕组更容易加工制作，模具也更简单。
146.如图7h和图7i所示，图7h是于图7b的a-a剖面图中示出的本发明一体成型电感中的第一绕组和第二绕组横向连接部分中的电流产生的互磁通分布图；图7i是于图7b的透视俯视图中示出的本发明一体成型电感中的第一绕组和第二绕组纵向部分中的电流产生的互磁通分布图。
147.由于绕组的纵向部分与绕组的横向部分呈正交或近似正交的关系，因此绕组纵向部分中的电流产生的磁通φ1和φ2不会匝链至绕组的横向部分；同理绕组横向部分中的电流产生的磁通φ3和φ4也不会匝链至绕组的纵向部分，因此为了简化讨论，可以将绕组的纵向部分与横向部分分别等效为两个耦合电感的串联来分析。
148.如图7i所示，当电流从第一引脚2214和第三引脚2224流入时，两绕组的纵向部分的电流方向相同，第一绕组纵向部分产生的磁通φ1和第二绕组纵向部分产生的磁通φ2相互加强，两绕组的纵向部分呈正耦合关系；如图7h所示，两绕组横向部分的电流方向相反，第一绕组横向部分中的电流产生的磁通φ3和第二绕组横向部分中的电流产生的磁通φ4相互抵消，两绕组的横向部分呈反耦合关系。因此，绕组的纵向部分可以等效成为一个正耦合的电感，横向部分可以等效成一个反耦合的电感，等效电路图如图7j所示,其中ls1、m1、k1是绕组纵向部分正耦合的参数，ls2、m2、k2是绕组横向部分反耦合的参数；若要使图7j所示电路总体呈现为图7k所示的反耦合电感，则图7j中的反耦合需强于正耦合。其中l0、m0、k0是等效后的耦合电感参数。
149.图7d是图7b的透视俯视图；图7e是图7b的a-a剖视图,图7f是图7b的透视主视图。
150.如图7d、图7e和图7f所示，图7d中的l1为第一绕组的纵向部和第二绕组的纵向部中的电流产生的互磁通的有效磁路长度；图7e中的l2为第一绕组221的第一连接部2212和第二绕组222的第二连接部2222中的电流产生的互磁通的等效磁路长度。如图7f所示，绕组的纵向部分的互磁通等效截面积为s1；绕组的横向部分的互磁通等效截面积为s2。两绕组的纵向部分中的电流产生的互磁通路径，即为第一磁路，因此第一磁路的磁路长度为l1，第一磁路的磁路等效截面积为s1；两绕组横向连接部分中的电流产生的互磁通路径，即为第二磁路，因此第二磁路的磁路长度为l2，第二磁路的等效截面积为s2。
151.为了使本实施例中的电感整体呈现反耦合关系，需要确保第一磁路中的磁通φ1和φ2小于第二磁路中的磁通φ3和φ4；即第一磁路的磁阻rm1和rm2要大于第二磁路中的磁阻rm3和rm4。
152.磁芯21的磁阻公式为：rm＝le/(μe*ae)，其中，rm为磁阻，le为等效磁路长度，μe为等效磁导率，ae为磁路等效截面积。从磁阻的公式可以得到磁芯21的磁阻rm与磁路的等效磁路长度le成正比，与磁芯21的等效磁导率μe成反比，与磁芯21的等效磁路截面积ae成反比。本实施例五中，第一磁路的磁阻为rm1＝rm2＝l1/(μe*s1)，第二磁路的磁阻为rm3＝rm4＝l2/(μe*s2)。
153.当本实施例五中的磁芯21材料为同一磁导率的磁性材料时，第一磁路和第二磁路
中的μe相同。因此，为了实现磁阻rm1和rm2大于rm3和rm4，需要满足l1/s1》l2/s2。即l1/s1与l2/s1相比，l1/s1大的越多，反耦合程度越高。
154.根据上述对磁路磁阻的分析，为了整体实现反耦合，本实施例五可以使用的第一种方法是调整绕组横向连接部与纵向连接部之间的长度关系，详细如下：绕组横向部分的长度d1越长，第一磁路的磁路长度l1越长，第一磁路的等效截面积越小，因此第一磁路的磁阻越大；而此时第二磁路的磁路长度不变，第二磁路的等效截面积越大，因此第二磁路的磁阻越小；绕组纵向部分的长度d2和d3越短，第一磁路的磁路长度不变，第一磁路的等效磁路面积越小，因此第一磁路的磁阻越大。因此，本实施例可以通过设置绕组的横向部分的长度d1大于绕组的第一纵向部2211的长度d2与第二纵向部2213的长度d3之和来实现反耦合。
155.根据上述对磁路磁阻的分析，为了整体实现反耦合，本实施例五可以使用的第二种方法是调整两绕组横向连接部之间的距离与纵向连接部之间的距离的关系，详细如下：如图7d所示，两绕组横向部分的距离为r1，两绕组纵向部分的距离为r2。r1越小，第二磁路的磁路长度l2越小，第二磁路的磁阻越小，绕组横向部分的反耦合越强；r2越大，其效果如同前面所述的尺寸d1越大的效果一样。因此，在本实施例中，为了实现反耦合，要求r2的尺寸大于r1的尺寸。
156.综上，两绕组横向连接部的长度越长，两绕组之间的距离越近，两绕组纵向部分的长度越短，反耦合就越好；反之，两绕组横向部分的长度越短，两绕组之间的距离越远，两绕组纵向部分的长度越长，反耦合越差。
157.根据上述对磁路磁阻的分析，为了整体实现反耦合，本实施例五可以使用的第三种方法是使用不同磁导率的磁芯材料来设置第一磁路和第二磁路的磁阻，详细如下：根据上述磁阻的公式，也可以通过在第一磁路和第二磁路中设置不同磁导率的磁性材料来实现反耦合。如在第二磁路中设置高磁导率的磁性材料使rm3、rm4较小，在第一磁路中设置至少部分低磁导率的磁性材料或气隙使rm1、rm2较大。如图7g所示，区域25和区域26可以设置为低磁导率的磁性材料或者是气隙。当rm3、rm4小于rm1、rm2时，磁通φ3、φ4大于磁通φ1、φ2，此时电感实现反耦合。
158.根据上述对磁路磁阻的分析，为了整体实现反耦合，本实施例五可以使用的第四种方法是只调整磁路的长度，如通过设置绕组纵向部分的截面积大于绕组连接部分的截面积，使得第一磁路的磁路长度比第二磁路的磁路长度长，在第一磁路和第二磁路截面积相等的情况下，第一磁路的磁阻rm1、rm2大于第二磁路的磁阻rm3、rm4，磁通φ3、φ4大于磁通φ1、φ2，此时电感实现反耦合。
159.当然，本实施例也可以设置第一磁路的磁阻小于第二磁路的磁阻，使电感整体呈现正耦合的关系；或者设置第一磁路的磁阻等于第二磁路的磁阻，使电感整体呈现不耦合的关系。因此，本实施例也可以灵活调整以实现反耦合、正耦合或不耦合。
160.该实施例五的一体成型电感的其他结构与实施例一基本相同，这里不再赘述。
161.实施例六
162.参见图8a至图8f，其示出本发明一体成型电感实施例六的结构。
163.图8a是本发明一体成型电感实施例六的透视立体图；图8b是图8a所示的一体成型电感的透视俯视图；图8c是图8a所示的一体成型电感的透视主视图；图8d是图8a所示的一体成型电感中的第一绕组和第二绕组的组合立体图；图8e是图8d所示的第一绕组和第二绕
组的从一角度观察的分解立体图；图8f是图8d所示的第一绕组和第二绕组的从另一角度观察的分解立体图。
164.该实施例六的一体成型电感相比于实施例一的差异在于绕组结构不同。
165.详细来说，该实施例六中，绕组包括第一绕组221和第二绕组222。
166.第一绕组221由纵向的第一纵向部2211、横向的“口”字形第一连接部2212、纵向的第二纵向部2213依次连接组成。第一绕组221的第一纵向部2211从磁芯21内部向磁芯21的顶面2100延伸，并在磁芯21的顶面2100形成电感的第一引脚2214；第一绕组221的第二纵向部2213从磁芯21内部向磁芯21的底面2101延伸，并在磁芯21的底面2101形成电感的第二引脚2215。
167.第二绕组222由纵向的第三纵向部2221、横向的“口”字形第二连接部2222、纵向的第四纵向部2223依次连接组成。第二绕组222的第三纵向部2221从磁芯21内部向磁芯21的顶面2100延伸，并在磁芯21的顶面2100形成电感的第一引脚2224；第二绕组222的第四纵向部2223从磁芯21内部向磁芯21的底面2101延伸，并在磁芯21的底面2101形成电感的第二引脚2225。
168.第一绕组221的第一连接部2212设有第一缺口2311，第二纵向部2213设置有第二缺口2312；第二绕组222的第二连接部2222设有第三缺口2321，第三纵向部2221设置有第四缺口2322。
169.第一绕组221的第一连接部2212与第二绕组222的第二连接部2222上下堆叠设置。为了实现两绕组的两个连接部上下堆叠设置，第二绕组222的第三纵向部2221在第一缺口2311、第四缺口2322位置与第一绕组221的第一连接部2212交叉设置；第一绕组221的第二纵向部2213在第二缺口2312、第三缺口2321位置与第二绕组222的第二连接部2222交叉设置。
170.该实施例六的一体成型电感中，两个绕组通过设置缺口可以使两绕组的横向部分重叠在一起，且纵向部分可以避开横向部分的干涉。本实施例通过绕组设置缺口的方式，使两绕组横向部分重叠的长度增加，因此耦合效果好。
171.该实施例六的一体成型电感的其他结构与实施例一基本相同，这里不再赘述。
172.实施例七
173.参见图9a至图9e，其示出本发明一体成型电感实施例七的结构。
174.图9a是本发明一体成型电感实施例七的透视立体图；图9b是图9a所示的一体成型电感的透视俯视图；图9c是图9a所示的一体成型电感的透视主视图；图9d是图9a所示的一体成型电感中的第一绕组和第二绕组的组合立体图；图9e是图9d所示的第一绕组和第二绕组的分解立体图。
175.该实施例七的一体成型电感相比于实施例一的差异在于绕组结构中的横向部分不同。
176.详细来说，该实施例七中，第一绕组221的横向部分即第一连接部2212呈“z”字形；第二绕组222的第二连接部2222呈“z”字形。
177.该实施例七的一体成型电感中，相比于实施例一中的绕组，增加了横向部分的面积，在某些应用中可以得到更大的漏感。
178.该实施例七的一体成型电感的其他结构与实施例五基本相同，这里不再赘述。
179.本发明的一体成型电感中的磁芯21可以由磁导率相同的同一种材料制成，也可以使用具有不同磁导率的多种粉芯材料制成。
180.在申请实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在申请实施例中的具体含义。
181.申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对申请实施例的限制。
182.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于申请实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
183.以上仅为申请实施例的优选实施例而已，并不用于限制申请实施例，对于本领域的技术人员来说，申请实施例可以有各种更改和变化。凡在申请实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在申请实施例的保护范围之内。