專利名稱：一種復(fù)合電感器/電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合電感器/電容器。所述部件可用于高頻(高于20kHz)功率轉(zhuǎn)換器(例如，串聯(lián)諧振功率轉(zhuǎn)換器，相移零電壓轉(zhuǎn)換全橋轉(zhuǎn)換器，不對(duì)稱半橋ZVT轉(zhuǎn)換器或并聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器)，高頻感應(yīng)加熱器電路，高頻焊接器電路等等。
背景技術(shù)：
在例如轉(zhuǎn)換器的電力應(yīng)用范圍中使用集總(lumped)LC部件，以便通過(guò)切換頻率進(jìn)行控制(電壓或電流)以及提供啟動(dòng)和過(guò)電流保護(hù)。傳統(tǒng)電容器由一對(duì)螺旋卷繞的平行板組成，平行板被介電部件間隔開(kāi)來(lái)，其中，端子被連接到位于螺旋繞卷物同一端的各個(gè)板上。這帶來(lái)具有最小電感的、本質(zhì)上為電容性的部件。在使導(dǎo)線的末端形成端子的情況下通過(guò)在鐵氧體芯上卷繞導(dǎo)線，形成傳統(tǒng)的高頻電感器。這樣的電感器實(shí)質(zhì)上是電感性的，具有最小電容。對(duì)高功率高頻應(yīng)用，昂貴的Litz 導(dǎo)線可用來(lái)降低高頻下的損耗。在 Liang 的題為“Integrated LC Series Resonator for a High Voltage Application"的文章里公開(kāi)了一種集成平板LC部件。該配置復(fù)雜且構(gòu)建昂貴，并且只提供一階LC諧振網(wǎng)絡(luò)。使用較高階諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振轉(zhuǎn)換器提供轉(zhuǎn)換器的改進(jìn)的可控制性和效率(例如， 二階LCLC諧振網(wǎng)絡(luò)優(yōu)于一階LC諧振網(wǎng)絡(luò))。使用一階LC諧振網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器，傳遞函數(shù)是固有非線性的，從而使控制輸出電壓(或者電流)將要求不同的控制“增益”(頻率變化 (variance)量)，取決于運(yùn)行條件(輸入電壓，輸出電壓，輸出負(fù)載)。無(wú)限階LCLC...諧振網(wǎng)絡(luò)具有線性傳遞函數(shù)，其提供了控制的容易性。還希望通過(guò)減少所需部件的數(shù)量來(lái)降低成本、損耗和部件封裝尺寸(footprint)。本發(fā)明的目的在于提供一種部件，其滿足這些目標(biāo)中的至少一些目標(biāo)，或者至少為公眾提供有用的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一示范性實(shí)施例，提供了一種復(fù)合電感器/電容器，包含間隔開(kāi)的導(dǎo)電材料薄片，在薄片被介電材料間隔開(kāi)的情況下，其形成螺旋物，其中，一薄片具有位于螺旋物外端的端子，另一薄片具有位于螺旋物內(nèi)端的端子。根據(jù)另一示范性實(shí)施例，提供了一種高頻率功率轉(zhuǎn)換器，其包含這樣的復(fù)合電感器/電容器°


附圖并入說(shuō)明書并構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，其與上面給出的對(duì)本發(fā)明的一般介紹以及下面給出的對(duì)實(shí)施例的詳細(xì)介紹共同以舉例的方式示出本發(fā)明的實(shí)施例，用于闡釋本發(fā)
3明的原理。圖1示出了組裝前的導(dǎo)電薄片的平面圖；圖2示出了部分組裝的部件的透視圖；圖3示出了鐵氧體芯的半體(half)的透視圖；圖4示出了使用4片導(dǎo)電薄片的一實(shí)施例；圖5示出了圖2所示部件的等效電路。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1-3，將介紹根據(jù)一實(shí)施例的復(fù)合電感器/電容器的構(gòu)造。導(dǎo)電薄片1和2 被設(shè)置在介電絕緣層3和4上。第一端子5被設(shè)置在導(dǎo)電薄片1的一端，第二端子6被提供在導(dǎo)電薄片2的相反端。優(yōu)選為，導(dǎo)電薄片1和2由例如銅或鋁的導(dǎo)電金屬形成。導(dǎo)電薄片1和2的寬度遠(yuǎn)大于其厚度，優(yōu)選為，寬度為厚度的至少10倍，以便提供合適的電容。介電絕緣層3和4 可由這樣的介電材料形成其具有適用于電容器的介電常數(shù)，例如為聚丙烯，聚苯乙烯或者聚酯。導(dǎo)電薄片1和介電絕緣體3可被轉(zhuǎn)移到右側(cè)并放置在導(dǎo)電薄片2和電介質(zhì)4頂部，以形成導(dǎo)電薄片1、2與絕緣層3、4的堆疊組件，其中，端子5被設(shè)置在組件的一端，端子 6被設(shè)置在另一端。然后，這個(gè)組件可被繞卷成如圖2所示形式的螺旋物并放入鐵氧體芯7 的半體。同樣的鐵氧體芯半體在圖3中示出，其可與鐵氧體芯7配合以形成經(jīng)過(guò)螺旋物中心并在螺旋卷繞組件周圍的磁環(huán)路。鐵氧體芯可是有缺口的或者無(wú)缺口的。對(duì)于極高頻率應(yīng)用，可不需要物理芯(“空氣芯"構(gòu)造)。在其他應(yīng)用中，可使用錳游合金(mu-metal)、鐵粉或者粉末狀鐵氧體。由于端子5和6被設(shè)置在螺旋物的相反端，該部件提供了可觀的電感以及電容性耦合。這允許用一個(gè)部件替換電容性和導(dǎo)電部件。圖4示出了替代性實(shí)施例，其中，4個(gè)導(dǎo)電薄片9-12被介電絕緣層13_16間隔開(kāi)。 導(dǎo)電薄片9和11在一端被連接到共同端子17，導(dǎo)電薄片10和12在另一端被連接到共同端子18。優(yōu)選為，導(dǎo)電薄片9、11和10、12被交錯(cuò)開(kāi)。使用4個(gè)導(dǎo)電薄片的部件將具有兩導(dǎo)電薄片結(jié)構(gòu)的四分之一的電感，并能承載兩導(dǎo)電薄片結(jié)構(gòu)的兩倍的電流。將會(huì)明了，在需要更高電容或者更低電感時(shí)，可使用進(jìn)一步的導(dǎo)電層。盡管為了平衡，成對(duì)的附加薄片是優(yōu)選的，但也可使用奇數(shù)個(gè)導(dǎo)電層。圖5示出了圖2所示部件的等效電路。將會(huì)看出，此部件等效于無(wú)限階LC網(wǎng)絡(luò)。 這允許在需要多個(gè)電容器和電感器時(shí)使用單個(gè)部件來(lái)實(shí)現(xiàn)等效的結(jié)果。本發(fā)明的復(fù)合電感器/電容器特別適宜于功率范圍在IOW-IOkW范圍內(nèi)和具有超過(guò)20kHz切換頻率高頻率電力應(yīng)用。盡管電容和電感的值可通過(guò)對(duì)于特定應(yīng)用的材料尺寸、特性和布局而改變，電容值可典型地在InF到IOOnF的范圍內(nèi)，電感值可典型地在IuH 到IOOuH的范圍內(nèi)。該部件可用于高頻(高于20kHz)功率轉(zhuǎn)換器，例如串聯(lián)諧振功率轉(zhuǎn)換器、相移零電壓轉(zhuǎn)換全橋轉(zhuǎn)換器、不對(duì)稱半橋ZVT轉(zhuǎn)換器或并聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器，或者高頻感應(yīng)加熱器電路或高頻焊接器電路等等。
因此提供了一種復(fù)合電感器/電容器，其允許單個(gè)部件代替兩個(gè)或更多電容或者電壓性部件來(lái)使用，從而降低成本、損耗和部件封裝尺寸。當(dāng)使用功率轉(zhuǎn)換器時(shí)，由于該部件由無(wú)限階LC電路建模，這提供了線性傳遞函數(shù)，大大簡(jiǎn)化了轉(zhuǎn)換器的控制。盡管通過(guò)對(duì)實(shí)施例的介紹對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了闡述，并且，盡管對(duì)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，申請(qǐng)人的目的并不是限制或者以任何方式將所附權(quán)利要求的范圍限定到這些細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)容易地想到其他的優(yōu)點(diǎn)和修改。因此，本發(fā)明在其更為寬廣的實(shí)施形態(tài)上不限于所示出和描述的特定細(xì)節(jié)、代表性設(shè)備和方法以及說(shuō)明性實(shí)例。因此，在不脫離申請(qǐng)人的一般發(fā)明構(gòu)思的精神或范圍內(nèi)的情況下，可作出對(duì)這些細(xì)節(jié)的改變。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合電感器/電容器，包含被間隔開(kāi)的導(dǎo)電材料薄片，在薄片被介電材料間隔開(kāi)的情況下，其形成螺旋物，其中，一薄片在螺旋物的外端具有端子，另一薄片在螺旋物的內(nèi)端具有端子。
2.權(quán)利要求1所述的復(fù)合電感器/電容器，其具有鐵氧體芯，鐵氧體芯形成經(jīng)過(guò)所述螺旋物的中心并在薄片外部周圍的磁環(huán)路。
3.權(quán)利要求2所述的復(fù)合電感器/電容器，其中，鐵氧體芯具有缺口。
4.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合電感器/電容器，其包括一對(duì)導(dǎo)電薄片，其具有位于螺旋物的外端的互聯(lián)端子；一對(duì)導(dǎo)電薄片，其具有位于螺旋物的外端的互聯(lián)端子。
5.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合電感器/電容器，其包括三個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)電薄片，其具有位于螺旋物的外端的互聯(lián)端子，三個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)電薄片，其具有位于螺旋物的外端的互聯(lián)端子。
6.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合電感器/電容器，其中，導(dǎo)電薄片在沿螺旋物軸線的方向上比正交于螺旋物軸線的方向上寬得多。
7.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合電感器/電容器，其中，導(dǎo)電薄片在沿螺旋物軸線的方向上的寬度是正交于螺旋物軸線的方向上的寬度的10倍以上。
8.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合電感器/電容器，其被配置和布置為用于高于 20kHz的運(yùn)行。
9.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合電感器/電容器，其具有大約InF到IOOnF的電容。
10.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合電感器/電容器，其具有大約1μ H到100 μ H的電感。
11.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合電感器/電容器，其具有IOW到IOkW的額定功率。
12.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合電感器/電容器，其中，所述導(dǎo)電薄片由銅形成。
13.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合電感器/電容器，其中，所述導(dǎo)電薄片由鋁形成。
14.一種高頻功率轉(zhuǎn)換器，其包括前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合電感器/電容器。
15.權(quán)利要求14所述的高頻功率轉(zhuǎn)換器，其是串聯(lián)諧振的。
全文摘要
一種復(fù)合電感器/電容器，其包含間隔開(kāi)的導(dǎo)電材料薄片，在薄片被介電材料間隔開(kāi)的情況下，其形成螺旋物，端子在相反末端被設(shè)置在相反的薄片上。有缺口或無(wú)缺口的鐵氧體芯可形成該部件周圍的磁回路。多個(gè)導(dǎo)電層可用于改變電容、電感和負(fù)載處理。該部件可用于高頻(高于20kHz)功率轉(zhuǎn)換器(例如，串聯(lián)諧振功率轉(zhuǎn)換器，相移零電壓轉(zhuǎn)換全橋轉(zhuǎn)換器，不對(duì)稱半橋ZVT轉(zhuǎn)換器或并聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器)、高頻感應(yīng)加熱器電路、高頻焊接器電路等等。
文檔編號(hào)H01F27/00GK102341874SQ201080010464
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月3日
發(fā)明者M·J·哈里森 申請(qǐng)人:伊頓工業(yè)公司