熱增強(qiáng)的磁變壓器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的實(shí)施方式涉及熱增強(qiáng)的磁變壓器。一種平面變壓器包括：層壓襯底，所述襯底具有金屬跡線纏繞于其周圍形成初級和次級繞組的開口；芯，配置成適配于開口內(nèi)部以包圍層壓襯底。至少一個(gè)散熱鰭與芯的頂部、底部或者兩側(cè)一體地形成。一種形成平面變壓器的方法包括：層壓襯底，所述襯底具有金屬跡線纏繞于其周圍形成初級和次級繞組的開口；在開口內(nèi)部適配芯；以及包圍層壓襯底。芯的頂部、底部或者兩側(cè)其中之一包括一個(gè)或者多個(gè)散熱鰭。
【專利說明】熱增強(qiáng)的磁變壓器
[0001]本發(fā)明是國際申請日為2008年9月25日(進(jìn)入中國國家階段日為2010年3月19日)、申請?zhí)枮?00880107848.7、發(fā)明名稱為“熱增強(qiáng)的磁變壓器”的專利申請的分案申請。
[0002]相關(guān)申請
[0003]本專利申請按照35 V’ 5丄第119(6)款要求對通過引用也整體結(jié)合于此、申請?zhí)枮?0/995,328、于2007年9月25日提交并且標(biāo)題為“I冊圓2顯艦?:20 ？1^嫩尺的共同未決美國臨時(shí)專利申請的優(yōu)先權(quán)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本發(fā)明主要地涉及平面變壓器領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明涉及用于平面變壓器的熱管理

【背景技術(shù)】
[0005]電源具有這樣的電子系統(tǒng)可以獲得的有限最小尺寸，因?yàn)殡娫创_實(shí)依賴于具有相對大的鐵氧體芯和磁接線繞組的相對大的變壓器。平面變壓器放松這一限制，并且允許設(shè)計(jì)者實(shí)現(xiàn)電路板裝配在空間受約束的應(yīng)用中所需的小型輪廓。通過標(biāo)準(zhǔn)電路板管腳來實(shí)現(xiàn)與外部電路如功率半導(dǎo)體的連接。
[0006]圖1示出了標(biāo)準(zhǔn)變壓器100。變壓器100包括繞組線軸110。繞組線軸110被配置成允許接線或者線纜(未示出)纏繞于繞組110周圍。一般而言，有纏繞于線軸110周圍的至少兩個(gè)獨(dú)立接線或者線纜以實(shí)現(xiàn)由初級電壓形成次級電壓。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員一般已知向初級繞組施加交流電壓將在次級繞組上生成交流電壓。初級繞組的匝數(shù)與次級繞組的匝數(shù)之比確定向初級施加的信號與從次級測量的信號之間的幅度比。另外，一般運(yùn)用多個(gè)初級和次級繞組以求更高效率。繞組裝配于具有延伸段130的磁芯120周圍。在一些實(shí)施例中，冠部140用來覆蓋變壓器100。輸入和輸出150電耦合到初級和次級繞組以將來自變壓器100的輸入和輸出信號稱合至外界。
[0007]圖2示出了平面變壓器的襯底層201-205。雖然平面變壓器按照與標(biāo)準(zhǔn)變壓器相同的基本原理來操作，但是它的構(gòu)造不同。不同于用于標(biāo)準(zhǔn)變壓器的如上文所述在芯周圍的接線，這些襯底層具有在開口 210周圍以圓形方式設(shè)置于襯底層上的銅跡線206。這些跡線執(zhí)行與標(biāo)準(zhǔn)變壓器中的接線實(shí)質(zhì)上相同的功能。當(dāng)向電耦合到一組銅跡線206的一組輸入211施加初級電壓信號時(shí)，次級電壓信號形成于輸出215處。按照銅纏繞于開口周圍的次數(shù)來設(shè)置輸入與輸出之間的幅度比。襯底201-205可以是便于將銅裝配于其上的任何材料。在一些實(shí)施例中，襯底是比如制作電路板時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)材料)這樣的材料。不同于將銅裝配于其上，預(yù)先鍍制的銅能夠通過標(biāo)準(zhǔn)蝕刻技術(shù)來被蝕刻掉。
[0008]圖3示出了標(biāo)準(zhǔn)平面變壓器300的分解圖。在這一示例實(shí)施例中，芯包括頂部芯310、一體地形成于其上的中央芯315和底部芯360。取而代之，中央芯315能夠焊接或者通過另一常規(guī)手段來附著。中央芯315被配置和恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定尺寸以適配穿過銅跡線(未示出)設(shè)置于其上的層壓體330中的開口 320。向一組初級輸入340施加電壓。如上文提到的那樣，電壓信號造成基于初級與次級繞組之間的匝數(shù)比來形成各種輸出信號。平面變壓器300能夠具有至少一個(gè)初級輸入340和至少一個(gè)次級輸出350。頂部芯310磁耦合到底部芯360。在這一示例中，輸入340和輸出350是以通孔管腳的形式。取而代之，表面裝配焊盤能夠取代通孔管腳。
[0009]然而，假設(shè)有緊湊尺寸和平面配置，平面變壓器常常緊密包裝到區(qū)域中并且與其它電路等熱接觸。在這樣的高溫環(huán)境中重要的是平面變壓器具有熱管理系統(tǒng)以防止過熱并且實(shí)現(xiàn)冷卻。向平面變壓器簡單地裝配散熱器元件可能并不令人滿意。裝配的散熱器的熱性能可能并不充分。另外，散熱器的添加將增加制造具有平面變壓器的系統(tǒng)的步驟數(shù)并且將增加制造這樣的設(shè)備的成本。
[0010]需要一種傳熱效率增強(qiáng)的平面變壓器。也需要一種易于制造的平面變壓器。還需要一種傳熱效率增強(qiáng)并且不增添附加制造步驟的平面變壓器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011〕 在本發(fā)明的一個(gè)方面中，一種平面變壓器包括具有開口的層壓襯底。金屬跡線纏繞于開口周圍以形成初級和次級繞組。芯被配置成適配于開口內(nèi)部和繞組周圍。至少一個(gè)散熱鰭與芯一體地形成。由于一體地形成芯和散熱器，所以沒有裝配散熱器的附加步驟。另夕卜，這消除了對芯與散熱器之間的熱界面的使用，從而使組裝比具有裝配到芯的散熱器的系統(tǒng)有更高熱效率。在一些實(shí)施例中，芯包括鐵氧體陶瓷。取而代之，芯為鐵或者鐵合金。
[0012]中央芯被配置成穿過在初級繞組和次級繞組內(nèi)部形成于層壓襯底中心位置的孔。在一些實(shí)施例中，中央芯與頂部芯一體地形成并且至少部分地圍繞初級繞組和次級繞組。取而代之，底部芯被配置成裝配到中央芯和頂部芯，從而使包括中央芯、頂部芯和底部芯的芯以通常方式基本上圍繞初級繞組和次級繞組。在一些實(shí)施例中，底部芯與頂部芯和中央芯耦合以形成氣隙以便增強(qiáng)磁性質(zhì)。當(dāng)至少部分地暴露于環(huán)境空氣時(shí)，散熱鰭通過對流從平面變壓器向環(huán)境空氣傳熱。
[0013]在一些實(shí)施例中，頂部芯包括一體地形成于其上的散熱鰭。取而代之或者除此之外，散熱鰭可以與底部芯一體地形成。
[0014]可以通過加工來形成芯和散熱器。在一些實(shí)施例中，通過擠壓來形成包括散熱鰭的芯。通過擠壓和擠壓后加工的組合來形成某些實(shí)施例。
[0015]按照材料的磁性質(zhì)來選擇用于形成芯的材料。傳熱效率可以根據(jù)芯和散熱器的材料而變化。某些材料如銅或者鋁提供高效傳熱特性。磁性質(zhì)明顯更佳的一些材料可能具有比銅或者鋁較差的傳熱效率。另外在一些實(shí)施例中，芯包括高導(dǎo)熱率材料的涂層或者鍍層，以提供良好磁性質(zhì)和熱性質(zhì)。
[0016]在本發(fā)明的另一方面中，一種變壓器包括具有開口的線架(化他化)、纏繞于線架周圍的初級和次級繞組以及配置成適配于線架內(nèi)部的芯。在一些實(shí)施例中，芯為鐵氧體陶瓷。取而代之，芯為鐵或者鐵合金。在一些實(shí)施例中，芯包括一體地形成于其上的散熱鰭。在一些實(shí)施例中，芯還包括高導(dǎo)熱率材料的涂層或者鍍層。在一些實(shí)施例中，通過擠壓來形成芯。取而代之，可以通過擠壓和擠壓后加工的組合來形成芯。
[0017]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，其中芯具有一體地形成的散熱鰭這樣的變壓器的其它實(shí)施例是可行的。這樣的實(shí)施例將隨著具體應(yīng)用需要而為其本身容易呈現(xiàn)具體外型因素、繞組數(shù)目、輸入數(shù)目和輸出數(shù)目。雖然實(shí)現(xiàn)這樣的實(shí)施例可能需要實(shí)驗(yàn)，但是這樣的實(shí)驗(yàn)將在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的理解和能力內(nèi)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1示出了標(biāo)準(zhǔn)變壓器。
[0019]圖2示出了平面變壓器的層壓襯底的層。
[0020]圖3示出了分解的平面變壓器。
[0021]圖4八示出了具有一體地形成于頂部芯上的散熱鰭的平面變壓器。
[0022]圖48示出了具有一體地形成于底部芯上的散熱鰭的平面變壓器。
[0023]圖扣示出了具有散熱鰭的平面變壓器的鐵氧體芯的示例。

【具體實(shí)施方式】
[0024]示出了一種涉及熱性能增強(qiáng)的平面變壓器的改進(jìn)裝置和改進(jìn)技術(shù)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，本發(fā)明的下文具體描述僅為示例而不是為了限制要求保護(hù)的發(fā)明。受益于這一公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易想到本發(fā)明的其它實(shí)施例。將理解，在開發(fā)任何這樣的實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式時(shí)，可以做出實(shí)現(xiàn)方式所特有的許多決策以實(shí)現(xiàn)具體目的?，F(xiàn)在將具體參照如附圖中圖示的本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式。相同標(biāo)號將在附圖和下文具體描述中通篇用來指代相同或者相似部分。
[0025]雖然變壓器一般為高效設(shè)備，但是它們?nèi)匀划a(chǎn)生一些熱。本發(fā)明涉及一種去除該熱的更高效手段。圖4八示出了具有設(shè)置于其上的散熱鰭410的平面變壓器400。在這一示例實(shí)施例中，散熱鰭410 —體地形成于芯420的頂部上。有利地，形成用于向環(huán)境中散熱的從芯420到散熱鰭410的不間斷熱路徑。在這一示例中，通過擠壓工藝來并行形成芯420和散熱鰭410。芯420容納平面變壓器400的層壓襯底層430。取而代之，散熱鰭410能夠通過焊接而形成于芯420上。受益于這一公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠考慮諸如氣流、空間、環(huán)境溫度和所需目標(biāo)溫度等參數(shù)來設(shè)定鰭410的尺寸。在一些實(shí)施例中，芯420包括陶瓷。取而代之，可以利用具有高熱分布特性的金屬合金，比如錳和鋅鐵氧體。一般而言，鋅鐵氧體包括鋅、氧化鐵和針對具體應(yīng)用而優(yōu)化的其它元素。
[0026]平面變壓器400還包括輸入和輸出管腳435。在這一示例中，管腳435是以裝配于？08 450上的通孔這一形式。取而代之，能夠利用表面裝配管腳。
[0027]圖48示出了圖4八中所示配置的替代配置。在一些實(shí)施例中，希望具有指向？⑶450的與芯420’一體地形成的散熱鰭410’。在一些應(yīng)用中，用于促進(jìn)熱對流的設(shè)備如風(fēng)扇或者另一冷卻元件在變壓器400裝配于其上的相反側(cè)上耦合到？⑶450。也希望保持由變壓器400產(chǎn)生的熱遠(yuǎn)離其中包括變壓器400的系統(tǒng)內(nèi)的其它熱敏部件。在變壓器400’與
450之間的散熱鰭410’也占用其中已經(jīng)為空的體積而未增添它在系統(tǒng)中占用的總體積。
[0028]圖扣示出了各種芯460和470。芯460和470能夠被設(shè)計(jì)成適應(yīng)給定應(yīng)用所需要的任何外型因素。將清楚可以使用替代技術(shù)來制造元件。頂部芯元件462包括外部壁463、頂部板464、中央芯465和散熱鰭466?？梢栽趩蝹€(gè)擠壓操作中形成這一芯元件?？梢詮囊欢ㄩL度的擠壓成型材料切割個(gè)別芯元件462?？梢詳D壓、加工或者模制底部芯467。在使用中，裝配芯元件462從而使中央芯465在壁463圍繞繞組的一部分的同時(shí)穿過變壓器的繞組。底部芯467裝配到壁463和中央芯465的暴露表面。使用這樣的頂部芯元件462和底部芯467在變壓器中生成的大部分熱將向通過對流來散熱的散熱鰭466傳導(dǎo)。
[0029]在一個(gè)替代實(shí)施例中，先通過擠壓來形成頂部芯構(gòu)件460。比如通過加工操作來修改中央芯461以獲得所需形狀。當(dāng)?shù)撞啃?70裝配到頂部芯元件460時(shí)，繞組可以駐留于頂部板459與底部芯470之間。
[0030]在又一替代實(shí)施例中，頂部芯元件471和底部芯472具有散熱鰭473。在更多其它替代實(shí)施例475和476中，可以通過擠壓、加工或者通過模制來形成頂部芯和底部芯構(gòu)件。在另一實(shí)施例中，頂部芯元件477沒有散熱鰭，但是底部芯478具有一體地形成的散熱鰭479。
[0031]已經(jīng)按照并入細(xì)節(jié)的具體實(shí)施例來描述本申請，以便于理解平面磁變壓器的構(gòu)造和操作原理。各圖中所示和所述許多部件可以互換以實(shí)現(xiàn)所需結(jié)構(gòu)，并且本說明書應(yīng)當(dāng)解讀為也涵蓋這樣的互換。這樣，這里對具體實(shí)施例及其細(xì)節(jié)的引用不是意在限制所附權(quán)利要求書的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚，可以對為了示例而選擇的實(shí)施例進(jìn)行修改而不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種平面變壓器，包括: a.層壓襯底，具有金屬跡線纏繞于其周圍以形成初級繞組和次級繞組的開口，其中所述初級繞組引起所述次級繞組上的電壓信號的生成； b.芯，具有配置成適配于所述開口內(nèi)部并且圍繞所述開口的頂部芯和裝配到所述頂部芯的底部芯； c.散熱鰭,其中所述散熱鰭一體地形成于所述頂部芯上； d.跨所述頂部芯的表面設(shè)置的連續(xù)散熱槽，其中所述連續(xù)散熱槽形成在所述散熱鰭之間，以及 e.不間斷熱路徑，其中所述熱路徑從所述頂部芯延伸到所述散熱鰭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面變壓器，其中所述芯包括鐵氧體陶瓷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面變壓器，其中所述芯包括鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面變壓器，其中所述芯包括高導(dǎo)熱率材料的表面涂層。
5.一種平面變壓器，包括: a.層壓襯底，具有金屬跡線纏繞于其周圍以形成初級繞組和次級繞組的開口，其中所述初級繞組引起所述次級繞組上的電壓信號的生成； b.芯，具有配置成適配于所述開口內(nèi)部并且圍繞所述開口的頂部芯和裝配到所述頂部芯的底部芯； c.散熱鰭，其中所述散熱鰭一體地形成于所述底部芯上； d.跨所述底部芯的表面設(shè)置的連續(xù)散熱槽，其中所述連續(xù)散熱槽形成在所述散熱鰭之間，從而形成風(fēng)道，以及 e.不間斷熱路徑，其中所述熱路徑從所述底部芯延伸到所述散熱鰭。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的平面變壓器，其中所述芯包括鐵氧體陶瓷。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的平面變壓器，其中所述芯包括鐵。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的平面變壓器，其中所述芯包括高導(dǎo)熱率材料的表面涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的平面變壓器，還包括至少一個(gè)散熱鰭，其中所述至少一個(gè)散熱鰭一體地形成于所述頂部芯上。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的平面變壓器，其中所述散熱鰭指向PCB。
11.一種形成平面變壓器的方法，包括: a.層壓襯底，所述襯底具有金屬跡線纏繞于其周圍以形成初級繞組和次級繞組的開口，其中所述初級繞組引起所述次級繞組上的電壓信號的生成； b.將芯裝配到所述變壓器，所述芯具有配置成適配于所述開口內(nèi)部并且圍繞所述開口的頂部芯和裝配到所述頂部芯的底部芯，其中所述頂部芯具有一體地形成的散熱鰭； c.形成跨所述頂部芯的表面設(shè)置的連續(xù)散熱槽，其中所述連續(xù)散熱槽形成在所述散熱鰭之間，以及 d.形成不間斷熱路徑，其中所述熱路徑從所述頂部芯延伸到一體形成的所述散熱鰭。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述芯包括鐵氧體陶瓷。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述芯包括鐵。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括用高導(dǎo)熱率材料涂覆所述芯的表面的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括形成所述頂部芯，所述頂部芯包括在擠壓工藝中一體形成的所述至少一個(gè)散熱鰭。
16.一種形成平面變壓器的方法，包括: a.層壓襯底，所述襯底具有金屬跡線纏繞于其周圍以形成初級繞組和次級繞組的開口，其中所述初級繞組引起所述次級繞組上的電壓信號的生成； b.將芯裝配到所述變壓器，所述芯具有配置成適配于所述開口內(nèi)部并且圍繞所述開口的頂部芯和裝配到所述頂部芯的底部芯，其中所述底部芯具有一體地形成的散熱鰭； c.形成跨所述底部芯的表面設(shè)置的連續(xù)散熱槽，其中所述連續(xù)散熱槽形成在所述散熱鰭之間，從而形成風(fēng)道，以及 d.形成不間斷熱路徑，其中所述熱路徑從所述底部芯延伸到一體形成的所述散熱鰭。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述芯包括鐵氧體陶瓷。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述芯包括鐵。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的平面變壓器，還包括用高導(dǎo)熱率材料涂覆所述芯的表面的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括至少一個(gè)散熱鰭，其中所述至少一個(gè)散熱鰭一體地形成于所述頂部芯上。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括形成所述底部芯，所述底部芯包括在擠壓工藝中一體形成的所述至少一個(gè)散熱鰭。
【文檔編號】H01F27/28GK104377019SQ201410635505
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2007年9月25日
【發(fā)明者】Y·沙巴尼, J·阿古阿優(yōu), S·拉奧 申請人:弗萊克斯電子有限責(zé)任公司