具有一體化電流感測元件的磁性裝置及其組裝方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了具有一體化電流感測元件的磁性裝置及其組裝方法。具體而言，本發(fā)明提供了一種磁性裝置(102)。該磁性裝置(102)包括磁芯(116)和感應(yīng)地聯(lián)接到磁芯的導(dǎo)電繞組(118)。導(dǎo)電繞組包括第一端子區(qū)段(140)、第二端子區(qū)段(142)、以及串聯(lián)地聯(lián)接在第一端子區(qū)段(140)和第二端子區(qū)段(142)之間的感應(yīng)區(qū)段(144)。第一端子區(qū)段包括電流感測元件(112;500)。
【專利說明】具有一體化電流感測元件的磁性裝置及其組裝方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本專利申請要求2013年3月27日提交的美國臨時專利申請N0.61/805，755的優(yōu)先權(quán)，該申請全文以引用的方式并入本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本公開的領(lǐng)域大體上涉及功率電子器件，并且更具體地，涉及具有一體化的電流感測元件的磁性裝置。

【背景技術(shù)】
[0003]功率電子系統(tǒng)大體上包括印刷電路板和多個電氣部件，所述多個電氣部件安裝到印刷電路板以在電氣部件之間建立電連接。測量和監(jiān)測流過功率電子系統(tǒng)中的電氣部件的電流對于防止過載和可能損壞電氣部件是重要的。此外，隨著對更高功率密度的電子系統(tǒng)的需求的增加，高效地利用板空間變得越來越重要。
[0004]用于測量功率電子系統(tǒng)中的電流的至少一些已知裝置需要相對大量的板空間和/或需要復(fù)雜的、往往昂貴的電路來獲得準(zhǔn)確的電流測量。例如，一些已知的電流感測裝置包括與其它電氣部件分開的、安裝到印刷電路板的分立的電流感測電阻器。
[0005]其它已知的電流感測裝置利用在電氣部件的繞組上的四點(diǎn)端子測量來測量流過該電氣部件的電流。然而，這樣的電流感測裝置通常需要具有低電阻溫度系數(shù)(thermalcoefficient of resisivity)和因此相對高電阻率的繞組。這樣的電氣部件的繞組具有相對大的橫截面積以補(bǔ)償繞組中增加的電阻，并且因此，這樣的電氣部件通常大于常規(guī)的電氣部件。
[0006]另一些其它已知的電流感測裝置利用分立或?qū)Ｓ玫碾娏鞲袦y電路來測量流過一個或多個電氣部件的電流。這樣的電流感測電路通常需要額外的板空間和/或需要額外的成本以實(shí)施到電子系統(tǒng)中。此外，這樣的電流感測電路的準(zhǔn)確度易受電氣部件中溫度變化的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一方面，提供了一種磁性裝置，該磁性裝置包括磁芯和感應(yīng)地聯(lián)接(couple，亦稱“耦合”)到磁芯的導(dǎo)電繞組。導(dǎo)電繞組包括第一端子區(qū)段、第二端子區(qū)段、以及串聯(lián)地電聯(lián)接在第一和第二端子區(qū)段之間的感應(yīng)區(qū)段。第一端子區(qū)段包括電流感測元件。
[0008]在另一方面，提供了一種印刷電路板組件，該印刷電路板組件包括印刷電路板和聯(lián)接到該印刷電路板的磁性裝置。磁性裝置包括磁芯和感應(yīng)地聯(lián)接到磁芯的導(dǎo)電繞組。導(dǎo)電繞組包括第一端子區(qū)段、第二端子區(qū)段、串聯(lián)地電聯(lián)接在第一和第二端子區(qū)段之間的感應(yīng)區(qū)段、以及電流感測元件。第一和第二端子區(qū)段被配置成將磁芯與印刷電路板間隔開距離。
[0009]在又一方面，提供了一種組裝磁性裝置的方法。該方法包括:提供磁芯；提供導(dǎo)電繞組，該導(dǎo)電繞組包括第一端子區(qū)段、第二端子區(qū)段、以及串聯(lián)地電聯(lián)接在第一和第二端子區(qū)段之間的感應(yīng)區(qū)段；在第一端子區(qū)段內(nèi)提供電流感測元件；以及將導(dǎo)電繞組感應(yīng)地聯(lián)接到磁芯。
[0010]本發(fā)明提供一種磁性裝置，其包括:磁芯；以及導(dǎo)電繞組，其感應(yīng)地聯(lián)接到磁芯，導(dǎo)電繞組包括第一端子區(qū)段、第二端子區(qū)段、以及串聯(lián)地電聯(lián)接在第一端子區(qū)段和第二端子區(qū)段之間的感應(yīng)區(qū)段，其中第一端子區(qū)段包括電流感測元件。
[0011]優(yōu)選地，第一端子區(qū)段還包括第一感測端子和第二感測端子，電流感測元件聯(lián)接在第一和第二感測端子之間，并且被配置成使得響應(yīng)于流過導(dǎo)電繞組的電流，在第一和第二感測端子之間的電壓差與電流成比例。
[0012]優(yōu)選地，第一感測端子與第二感測端子間隔開，導(dǎo)電繞組還包括凹口，凹口被限定在導(dǎo)電繞組中且設(shè)置在第一和第二感測端子之間。
[0013]優(yōu)選地，電流感測元件將第一端子區(qū)段分成第一部分和第二部分，第一感測端子聯(lián)接到第一部分，并且第二感測端子聯(lián)接到第二部分。
[0014]優(yōu)選地，第一端子區(qū)段還包括輸入/輸出端子，輸入/輸出端子具有比第一和第二感測端子中的每一個的橫截面積更大的橫截面積。
[0015]優(yōu)選地，輸入/輸出端子與第一和第二感測端子中的至少一個間隔開，導(dǎo)電繞組還包括凹口，凹口被限定在導(dǎo)電繞組中且設(shè)置在輸入/輸出端子與第一和第二感測端子中的至少一個之間。
[0016]優(yōu)選地，磁芯具有限定在其中的開口，并且感應(yīng)區(qū)段設(shè)置在開口內(nèi)。
[0017]優(yōu)選地，電流感測元件設(shè)置在開口的外部。
[0018]優(yōu)選地，電流感測元件具有比導(dǎo)電繞組的電阻率更大的電阻率。
[0019]本發(fā)明還提供一種印刷電路板組件，其包括:印刷電路板；以及磁性裝置，其聯(lián)接到印刷電路板。該磁性裝置包括:磁芯；以及導(dǎo)電繞組，其感應(yīng)地聯(lián)接到磁芯，導(dǎo)電繞組包括第一端子區(qū)段、第二端子區(qū)段、串聯(lián)地聯(lián)接在第一和第二端子區(qū)段之間的感應(yīng)區(qū)段、以及電流感測元件，其中第一和第二端子區(qū)段被配置成將磁芯與印刷電路板間隔開距離。
[0020]優(yōu)選地，距離大于導(dǎo)電繞組的厚度。
[0021]優(yōu)選地，第一端子區(qū)段包括電流感測元件。
[0022]優(yōu)選地，第一端子區(qū)段包括第一感測端子和第二感測端子，電流感測元件聯(lián)接在第一和第二感測端子之間，并且被配置成使得響應(yīng)于流過導(dǎo)電繞組的電流，在第一和第二感測端子之間的電壓差與電流成比例。
[0023]優(yōu)選地，電流感測元件將第一端子區(qū)段分成第一部分和第二部分，第一感測端子聯(lián)接到第一部分，并且第二感測端子聯(lián)接到第二部分。
[0024]優(yōu)選地，第一端子區(qū)段還包括輸入/輸出端子，輸入/輸出端子具有比第一和第二感測端子中的每一個的橫截面積更大的橫截面積。
[0025]優(yōu)選地，電流感測元件具有比導(dǎo)電繞組的電阻率更大的電阻率。
[0026]本發(fā)明還提供一種組裝磁性裝置的方法，該方法包括:提供磁芯；提供導(dǎo)電繞組，導(dǎo)電繞組包括第一端子區(qū)段、第二端子區(qū)段、以及串聯(lián)地電聯(lián)接在第一和第二端子區(qū)段之間的感應(yīng)區(qū)段；在第一端子區(qū)段內(nèi)提供電流感測元件；以及將導(dǎo)電繞組感應(yīng)地聯(lián)接到磁
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[0027]優(yōu)選地，磁芯具有限定在其中的開口，其中感應(yīng)地聯(lián)接導(dǎo)電繞組包括將感應(yīng)區(qū)段定位在開口內(nèi)。
[0028]優(yōu)選地，該方法還包括將電流感測元件定位在開口的外部。
[0029]優(yōu)選地，該方法還包括:提供印刷電路板；以及將第一端子區(qū)段和第二端子區(qū)段聯(lián)接到印刷電路板，使得磁芯與印刷電路板間隔開距離，該距離大于導(dǎo)電繞組的厚度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是包括磁性裝置的示例性電子系統(tǒng)的示意圖。
[0031]圖2是圖1中所示磁性裝置的透視圖，其包括與導(dǎo)電繞組一體地形成的電流感測元件。
[0032]圖3是圖2中所示磁性裝置的分解圖。
[0033]圖4是圖2和圖3中所示的導(dǎo)電繞組和電流感測元件的透視圖。
[0034]圖5是與圖4的導(dǎo)電繞組一體地形成的備選電流感測元件的透視圖。
[0035]圖6是圖2和圖3中所示的印刷電路板(PCB)組件和磁性裝置的局部側(cè)視圖。
[0036]圖7是備選的磁性裝置的透視圖。
[0037]圖8是組裝磁性裝置的示例性方法的流程圖。
[0038]圖9是用于組裝印刷電路板組件的示例性方法的流程圖。
[0039]雖然各種實(shí)施例的具體特征可能在某些附圖中示出而未在其它附圖中示出，但這僅僅是為了方便起見。任何附圖的任何特征可以結(jié)合任何其它附圖的任何特征被引用和/
或要求保護(hù)。
[0040]附圖標(biāo)記 100電子電路
102一體化磁性裝置
104第一切換裝置
106第二切換裝置
108感應(yīng)器
110感應(yīng)器的直流電阻
112電流感測元件
114處理裝置
116磁芯
118導(dǎo)電繞組
120第一側(cè)面
122第二側(cè)面
124第一端部
126第二端部
128頂部
130底部
132磁芯的第一件
134磁芯的第二件 136開口 138通道 140第一端子區(qū)段 142第二端子區(qū)段 144感應(yīng)區(qū)段 146第一感測端子 148第二感測端子 150第一 I/O端子 152第二 I/O端子 154第一凹口 156第二凹口 158第一部分 160第二部分 500備選的電流感測元件 600印刷電路板組件 602印刷電路板
604磁芯與印刷電路板之間的距離 700備選的一體化磁性裝置 702磁芯 704導(dǎo)電繞組 706電流感測元件。

【具體實(shí)施方式】
[0041]本文描述了磁性裝置的示例性實(shí)施例。磁性裝置包括磁芯和感應(yīng)地聯(lián)接到磁芯的導(dǎo)電繞組。導(dǎo)電繞組包括第一端子區(qū)段、第二端子區(qū)段、以及串聯(lián)地電聯(lián)接在第一和第二端子區(qū)段之間的感應(yīng)區(qū)段。第一端子區(qū)段包括電流感測元件。
[0042]本文所述實(shí)施例提供了具有一體化到導(dǎo)電繞組內(nèi)的電流感測元件的磁性裝置。相比一些已知的電流測量裝置，本文所述磁性裝置有利于減少組裝具有電流測量裝置的功率電子系統(tǒng)所需的分立電氣部件的數(shù)目。此外，相比一些已知的電流測量裝置，本文所述磁性裝置有利于高效使用電路板空間，同時還提供熱穩(wěn)定的、準(zhǔn)確的電流測量。
[0043]圖1是示例性電子電路100的示意圖，該電子電路包括本公開的示例性磁性裝置102。在示例性實(shí)施例中，電子電路100為降壓開關(guān)模式(buck switch-mode)功率變換器，其被配置成將輸入電壓Vin變換為輸出電壓V-。電子電路100包括第一切換裝置104、第二切換裝置106和磁性裝置102。在示例性實(shí)施例中，磁性裝置102是感應(yīng)器組件，其包括具有直流電阻110的感應(yīng)器108、以及一體化到磁性裝置102內(nèi)的電流感測元件112。第一切換裝置104和第二切換裝置106在相反相位的打開位置和閉合位置之間切換以產(chǎn)生輸出電壓Vwt。在示例性實(shí)施例中，第一切換裝置104和第二切換裝置106為晶體管開關(guān)(具體而言，M0SFET)，并且聯(lián)接到一個或多個控制器(未示出)，所述控制器被配置成向每個切換裝置104和106的柵極側(cè)輸出脈寬調(diào)制的控制信號。
[0044]雖然磁性裝置102結(jié)合降壓開關(guān)模式功率變換器進(jìn)行描述，但本公開的磁性裝置可以在使該磁性裝置能夠如本文所述起作用的任何合適的電氣架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。此外，雖然磁性裝置102被描述為感應(yīng)器組件，但本公開的磁性裝置及其具體特征可以具體化在使該磁性裝置能夠如本文所述起作用的任何電氣部件中，包括例如一體化的磁性變壓器組件和多個感應(yīng)器組件。
[0045]電流感測元件112以四端子感測配置(也稱為四端子Kelvin型連接、四線感測連接和四點(diǎn)探針連接)聯(lián)接到電子電路100，使得流過感應(yīng)器108的電流k可通過測量跨電流感測元件112的電壓差來確定。更具體而言，電流感測元件112與感應(yīng)器108串聯(lián)地電聯(lián)接并且與處理裝置114并聯(lián)地電聯(lián)接，處理裝置114被配置成使用電流、電阻和電壓之間的已知關(guān)系基于跨電流感測元件112的電壓差來計算和/或監(jiān)測流過感應(yīng)器108的電流込。處理裝置114還可被配置成在檢測到的電流L滿足某些條件(例如，超出閾值電流)時終止供應(yīng)至電子電路100的功率。
[0046]圖2是磁性裝置102的透視圖，并且圖3是磁性裝置102的分解圖。在示例性實(shí)施例中，磁性裝置102包括磁芯116、感應(yīng)地聯(lián)接到磁芯116以形成感應(yīng)器108的導(dǎo)電繞組118 (圖1)、以及與導(dǎo)電繞組118 —體地形成的電流感測元件112。
[0047]在示例性實(shí)施例中，磁芯116具有包括六個側(cè)面的大體上矩形的形狀。磁芯116的六個側(cè)面包括:第一側(cè)面120 ;相對的第二側(cè)面122 ;相對的第一端部124和第二端部126，其在第一側(cè)面120和第二側(cè)面122之間延伸；以及頂部128和相對的底部130，其在第一側(cè)面120和第二側(cè)面122之間且在第一端部124和第二端部126之間延伸。術(shù)語“頂部”和“底部”在本文中結(jié)合安裝到諸如印刷電路板的安裝表面時的磁芯116的取向而使用。因此，當(dāng)磁性裝置102安裝到安裝表面時，底部130面朝安裝表面，并且頂部128背對安裝表面。在備選實(shí)施例中，磁芯116可具有使磁性裝置102能夠如本文所述起作用的任何合適的形狀和任何合適數(shù)目的側(cè)面。
[0048]在示例性實(shí)施例中，磁芯116包括第一件132、第二件134、以及限定在磁芯116內(nèi)的開口 136。在示例性實(shí)施例中，第一件132和第二件134均制造為一體的磁性塊。第一件132和第二件134由包括例如鐵素體的任何合適的磁性材料102制成，該材料使得磁性裝置102能夠如本文所述起作用。在示例性實(shí)施例中，第一件132限定磁芯116的底部130，并且第二件134限定磁芯116的頂部128。此外，第一件132和第二件134共同地限定第一側(cè)面120、第二側(cè)面122、第一端部124和第二端部126。
[0049]在示例性實(shí)施例中，開口 136從第一側(cè)面120到第二側(cè)面122延伸穿過磁芯116。開口 136被配置成接納導(dǎo)電繞組118的一部分，如本文更詳細(xì)所述。此外，在示例性實(shí)施例中，開口 136由形成于磁芯116的第一件132和第二件134中的對應(yīng)通道138限定。在備選實(shí)施例中，開口 136可由形成于第一件132和第二件134中的僅僅一個中的單個通道形成。在另外的備選實(shí)施例中，開口 136可從任何側(cè)面延伸穿過磁芯116到任何側(cè)面，包括相同的側(cè)面。
[0050]導(dǎo)電繞組118感應(yīng)地聯(lián)接到磁芯116。在示例性實(shí)施例中，導(dǎo)電繞組118感應(yīng)地聯(lián)接到磁芯116以形成如上所述的感應(yīng)器108。導(dǎo)電繞組118由合適地導(dǎo)電的材料形成，包括例如銅、鋁、銀、金、磷青銅、以及它們的組合。在示例性實(shí)施例中，導(dǎo)電繞組118具有比電流感測元件112的電阻率更小的電阻率。更具體而言，導(dǎo)電繞組118的電阻率在約10微歐姆-厘米(μ Ω -cm)和約0.1 μ Ω -cm的范圍內(nèi)、更合適地在約5 μ Ω -cm和約0.5 μ Ω -cm的范圍內(nèi)、并且甚至更合適地在約3 μ Ω-cm和約I μ Ω-cm的范圍內(nèi)。導(dǎo)電繞組118可以例如通過從銅片材沖壓所需形狀并且將導(dǎo)電繞組118彎曲成所需配置而形成。
[0051]圖4是導(dǎo)電繞組118和電流感測元件112的透視圖。在示例性實(shí)施例中，導(dǎo)電繞組118包括第一端子區(qū)段140、第二端子區(qū)段142、以及串聯(lián)地電聯(lián)接在它們之間的感應(yīng)區(qū)段144。此外，在示例性實(shí)施例中，電流感測元件112與導(dǎo)電繞組118 —體地形成且設(shè)置在第一端子區(qū)段140內(nèi)。因此，在圖示實(shí)施例中，第一端子區(qū)段140包括電流感測元件112。此外，在圖示實(shí)施例中，電流感測元件140設(shè)置在磁芯116中的開口 136外部。
[0052]感應(yīng)區(qū)段144被配置成在磁芯116內(nèi)感應(yīng)出磁場。在示例性實(shí)施例中，感應(yīng)區(qū)段144設(shè)置在磁芯116的開口 136內(nèi)。第一端子區(qū)段140和第二端子區(qū)段142被配置成電聯(lián)接到磁性裝置102外部的電連接件。在示例性實(shí)施例中，第一端子區(qū)段140和第二端子區(qū)段142被配置成例如通過軟釬焊電聯(lián)接到印刷電路板的導(dǎo)電引線。此外，在示例性實(shí)施例中，第一端子區(qū)段140和第二端子區(qū)段142定向成基本上平行于彼此，并且基本上垂直于感應(yīng)區(qū)段144。此外，當(dāng)磁性裝置102被組裝時，第一端子區(qū)段140和第二端子區(qū)段142從磁芯116向外伸出，并且延伸超出磁芯116的底部130。
[0053]此外，在示例性實(shí)施例中，第一端子區(qū)段140包括第一感測端子146、第二感測端子148、以及第一輸入/輸出(I/O)端子150。第二端子區(qū)段142包括第二 I/O端子152。如在本文中更詳細(xì)所述，第一感測端子146和第二感測端子148被配置成測量跨電流感測元件112的電壓差，該電壓差與流過導(dǎo)電繞組118的電流L成比例(圖1)。第一 I/O端子150和第二 I/O端子152被配置成接收來自聯(lián)接到磁性裝置102的電氣部件的輸入信號、和/或?qū)⑿盘栞敵鲋谅?lián)接到磁性裝置102的電氣部件。此外，在示例性實(shí)施例中，第一 I/O端子150和第二 I/O端子152的橫截面積大于第一感測端子146和第二感測端子148兩者的橫截面積，以便為流過導(dǎo)電繞組118的電流提供較低電阻路徑。
[0054]在示例性實(shí)施例中，第一感測端子146與第二感測端子148間隔開，并且導(dǎo)電繞組118包括第一凹口 154，該第一凹口 154被限定在導(dǎo)電繞組118中且設(shè)置在第一感測端子146和第二感測端子148之間。此外，第一 I/O端子150與第一感測端子146和第二感測端子148間隔開，并且導(dǎo)電繞組118包括第二凹口 156，該第二凹口 156被限定在導(dǎo)電繞組118中且設(shè)置在第一 I/O端子150和第一感測端子146之間。
[0055]電流感測元件112聯(lián)接在第一感測端子146和第二感測端子148之間，并且被配置成使得響應(yīng)于流過導(dǎo)電繞組118的電流Iy在第一感測端子146和第二感測端子148之間的電壓差與跨電流感測元件112的電壓降和流過導(dǎo)電繞組118的電流L成比例。此外，電流感測元件112具有比導(dǎo)電繞組118的電阻率更大的電阻率、以及比導(dǎo)電繞組118的電阻溫度系數(shù)更小的電阻溫度系數(shù)。因此，電流感測元件112具有相比導(dǎo)電繞組118相對較高的熱穩(wěn)定的電阻，并且因此有利于使用四端子感測測量技術(shù)的準(zhǔn)確的電流測量。
[0056]電流感測元件112可具有使磁性裝置102能夠如本文所述起作用的任何合適的電阻率，例如比導(dǎo)電繞組118的電阻率大至少約一個數(shù)量級的電阻率。在一個合適的實(shí)施例中，例如，電流感測元件112的電阻率在約10μ Ω-cm和約200μ Ω-cm的范圍內(nèi)、更合適地在約20 μ Ω-cm和約100 μ Ω-cm的范圍內(nèi)、并且甚至更合適地在約30 μ Ω-cm和約60 μ Ω-cm的范圍內(nèi)。此外，在另一合適的實(shí)施例中，電流感測元件112的電阻溫度系數(shù)小于約每攝氏度百萬分之(ppm)500(ppm/°c )、更合適地小于約300ppm/°C、并且甚至更合適地小于約100ppm/°C?？捎脕碇圃祀娏鞲袦y元件112的合適材料包括例如銅錳鎳合金、鎳鉻合金、錳銅合金、鐵鉻鋁合金、銅鎳合金、以及它們的組合。
[0057]電流感測元件112將第一端子區(qū)段140分成第一部分158和第二部分160。當(dāng)電流流過導(dǎo)電繞組118時，跨電流感測元件112的電壓降在第一端子區(qū)段140的第一部分158和第一端子區(qū)段140的第二部分160之間形成電壓差。根據(jù)磁性裝置102如何結(jié)合到電子電路中，第一部分158可具有比第二部分160更高的電壓，或者第一部分158可具有比第二部分160更低的電壓。第一感測端子146聯(lián)接到第一端子區(qū)段140的第一部分158，并且第二感測端子148聯(lián)接到第一端子區(qū)段140的第二部分160，以便檢測跨電流感測元件112的電壓降。第一感測端子146和第二感測端子148可以電聯(lián)接到處理裝置114 (圖1)，以便基于跨電流感測元件112的檢測電壓降來計算和/或監(jiān)測流過導(dǎo)電繞組118的電流込。
[0058]在一個合適的實(shí)施例中，通過將用來形成電流感測元件112的電阻性材料片材焊接到兩個導(dǎo)電材料片材，使得該電阻性材料片材設(shè)置在這兩個導(dǎo)電材料片材之間且與其互連，從而將電流感測元件112與導(dǎo)電繞組118 —體地形成。焊接的材料片材接著被沖壓以形成導(dǎo)電繞組118，該導(dǎo)電繞組118具有一體地形成于其中的電流感測元件112。沖壓的導(dǎo)電繞組接著被彎曲以獲得繞組的所需取向。在圖示實(shí)施例中，電流感測元件112與導(dǎo)電繞組118 —體地形成，使得電流感測元件112僅延伸橫跨第一 I/O端子150和第一感測端子146。
[0059]圖5是備選的電流感測元件500和導(dǎo)電繞組118的透視圖。在圖5所示的實(shí)施例中，電流感測元件500與導(dǎo)電繞組118—體地形成，使得電流感測元件500延伸橫跨第一 I/O端子150、第一感測端子146和第二感測端子148。
[0060]圖6是包括印刷電路板602和磁性裝置102的印刷電路板(PCB)組件600的局部側(cè)視圖。PCB組件600可包括其它電氣部件(未示出)，該電氣部件經(jīng)由印刷電路板602上的導(dǎo)電互連件聯(lián)接到印刷電路板602和磁性裝置102。
[0061]磁性裝置102經(jīng)由導(dǎo)電繞組118安裝到印刷電路板602。在示例性實(shí)施例中，第一感測端子146、第二感測端子148、第一 I/O端子150和第二 I/O端子聯(lián)接到印刷電路板602上的電引線或觸點(diǎn)(未示出)，以便在磁性裝置102和聯(lián)接到印刷電路板602的其它電氣部件之間建立電連接。第一感測端子146、第二感測端子148、第一 I/O端子150和第二I/O端子152電聯(lián)接到印刷電路板602，使得跨電流感測元件112的電壓差可被測量以確定流過導(dǎo)電繞組118的電流。
[0062]如圖6所示，導(dǎo)電繞組118的第一端子區(qū)段140和第二端子區(qū)段142被配置成當(dāng)磁性裝置102聯(lián)接到印刷電路板602時將磁芯116與印刷電路板602間隔開距離604。在示例性實(shí)施例中，第一端子區(qū)段140和第二端子區(qū)段142延伸超過磁芯116的底部130足夠的距離，以便在磁性裝置102聯(lián)接到印刷電路板602時提供所需的間距。此外，在示例性實(shí)施例中，在磁芯116和印刷電路板602之間的距離604是足夠的，使得其它電氣部件可在磁芯116和印刷電路板602之間安裝到印刷電路板602。磁性裝置102的配置由此有利于印刷電路板602的更高效使用。
[0063]圖7是備選的磁性裝置700的透視圖。如上所述，本公開的磁性裝置及其具體特征可具體化在使磁性裝置能夠如本文所述起作用的任何合適的電氣部件中。磁性裝置700為雙感應(yīng)器組件，其包括磁芯702、感應(yīng)地聯(lián)接到磁芯702的兩個導(dǎo)電繞組704、以及兩個電流感測元件706，每個電流感測元件706 —體地形成在導(dǎo)電繞組704中相應(yīng)的一個內(nèi)。導(dǎo)電繞組704與本文參照圖2-4所述的導(dǎo)電繞組118基本上相同，并且電流感測元件706與本文參照圖2-4所述的電流感測元件112基本上相同。
[0064]圖8是組裝磁性裝置(諸如圖2和圖3中所示的磁性裝置102)的示例性方法800的流程圖。提供802磁芯，例如磁芯116。提供804導(dǎo)電繞組，例如導(dǎo)電繞組118。導(dǎo)電繞組包括:第一端子區(qū)段，例如第一端子區(qū)段140 ;第二端子區(qū)段，例如第二端子區(qū)段142 ;以及感應(yīng)區(qū)段，例如感應(yīng)區(qū)段144，其串聯(lián)地電聯(lián)接在第一端子區(qū)段和第二端子區(qū)段之間。在第一端子區(qū)段內(nèi)提供806電流感測元件，例如電流感測元件112。導(dǎo)電繞組感應(yīng)地聯(lián)接808到磁芯。
[0065]圖9是組裝印刷電路板組件(諸如圖6所示的PCB組件600)的示例性方法900的流程圖。提供902印刷電路板，例如印刷電路板602。根據(jù)方法800組裝904具有一體化電流感測元件的磁性裝置。將磁性裝置聯(lián)接906到印刷電路板(例如，通過將導(dǎo)電繞組的第一和第二端子區(qū)段聯(lián)接到印刷電路板)，使得磁芯與印刷電路板間隔開大于導(dǎo)電繞組的厚度的距離。
[0066]本文描述了磁性裝置的示例性實(shí)施例。磁性裝置包括磁芯和感應(yīng)地聯(lián)接到磁芯的導(dǎo)電繞組。導(dǎo)電繞組包括第一端子區(qū)段、第二端子區(qū)段、以及串聯(lián)地電聯(lián)接在它們之間的感應(yīng)區(qū)段。第一端子區(qū)段包括電流感測元件。
[0067]相比一些已知的電流測量裝置，本文所述磁性裝置有利于減少組裝具有電流測量裝置的功率電子電路所需的分立電氣部件的數(shù)目。此外，相比一些已知的電流測量裝置，本文所述磁性裝置有利于高效使用電路板空間，同時還提供熱穩(wěn)定的、準(zhǔn)確的電流測量。
[0068]在本文所示和所述的本發(fā)明的實(shí)施例中的操作的執(zhí)行或?qū)嵭写涡虿⒎侵陵P(guān)重要的，除非另外指明。也就是說，除非另外指明，可以任何次序來執(zhí)行操作，并且本發(fā)明的實(shí)施例可包括另外的操作或比本文所公開的那些操作更少的操作。例如，可以設(shè)想，在另一操作之前、同時或之后執(zhí)行或?qū)嵭刑囟ú僮鞫荚诒景l(fā)明的各方面的范圍內(nèi)。
[0069]雖然本發(fā)明的各種實(shí)施例的具體特征可能在某些附圖中示出而未在其它附圖中示出，但這僅僅是為了方便起見。根據(jù)本發(fā)明的原理，附圖的任何特征可以結(jié)合任何其它附圖的任何特征被引用和/或要求保護(hù)。
[0070]該書面描述使用示例來公開包括最佳模式的本發(fā)明，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包括在內(nèi)的方法。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這種其它示例具有與權(quán)利要求的字面語言沒有差別的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這種其它示例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種磁性裝置，包括: 磁芯；以及 導(dǎo)電繞組，其感應(yīng)地聯(lián)接到所述磁芯，所述導(dǎo)電繞組包括第一端子區(qū)段、第二端子區(qū)段、以及串聯(lián)地電聯(lián)接在所述第一端子區(qū)段和所述第二端子區(qū)段之間的感應(yīng)區(qū)段，其中所述第一端子區(qū)段包括電流感測元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性裝置，其特征在于，所述第一端子區(qū)段還包括第一感測端子和第二感測端子，所述電流感測元件聯(lián)接在所述第一和第二感測端子之間，并且被配置成使得響應(yīng)于流過所述導(dǎo)電繞組的電流，在所述第一和第二感測端子之間的電壓差與所述電流成比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁性裝置，其特征在于，所述第一感測端子與所述第二感測端子間隔開，所述導(dǎo)電繞組還包括凹口，所述凹口被限定在所述導(dǎo)電繞組中且設(shè)置在所述第一和第二感測端子之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁性裝置，其特征在于，所述電流感測元件將所述第一端子區(qū)段分成第一部分和第二部分，所述第一感測端子聯(lián)接到所述第一部分，并且所述第二感測端子聯(lián)接到所述第二部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁性裝置，其特征在于，所述第一端子區(qū)段還包括輸入/輸出端子，所述輸入/輸出端子具有比所述第一和第二感測端子中的每一個的橫截面積更大的橫截面積。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁性裝置，其特征在于，所述輸入/輸出端子與所述第一和第二感測端子中的至少一個間隔開，所述導(dǎo)電繞組還包括凹口，所述凹口被限定在所述導(dǎo)電繞組中且設(shè)置在所述輸入/輸出端子與所述第一和第二感測端子中的所述至少一個之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性裝置，其特征在于，所述磁芯具有限定在其中的開口，并且所述感應(yīng)區(qū)段設(shè)置在所述開口內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁性裝置，其特征在于，所述電流感測元件設(shè)置在所述開口的外部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性裝置，其特征在于，所述電流感測元件具有比所述導(dǎo)電繞組的電阻率更大的電阻率。
10.一種印刷電路板組件，包括: 印刷電路板；以及 磁性裝置，其聯(lián)接到所述印刷電路板，所述磁性裝置包括: 磁芯；以及 導(dǎo)電繞組，其感應(yīng)地聯(lián)接到所述磁芯，所述導(dǎo)電繞組包括第一端子區(qū)段、第二端子區(qū)段、串聯(lián)地聯(lián)接在所述第一和第二端子區(qū)段之間的感應(yīng)區(qū)段、以及電流感測元件，其中所述第一和第二端子區(qū)段被配置成將所述磁芯與所述印刷電路板間隔開距離。
【文檔編號】H01F17/04GK104078194SQ201410118363
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月27日
【發(fā)明者】J.L.安德烈斯, J.F.斯蒂爾, R.J.卡塔拉諾, L.吳 申請人:通用電氣公司