平面型芯型均匀外部场均衡器及其制造
【专利说明】平面型芯型均匀外部场均衡器及其制造
[0001] 其它申请的交叉引用 本申请要求2013年4月9日提交的名称为"PLANAR CORE-TYPE UNIFORM EXTERNAL FIELD EQUALIZER AND A PLANAR CORE FOR MAX頂UM MAGNETIC VOLUME UTILIZATION"的美 国临时专利申请第61/810, 091号的优先权，该临时专利申请的全部内容以参考的方式并 入本文中用于所有目的。
【背景技术】
[0002] 在许多涉及到磁学的电路设计(例如，变压器）中，存在着在耦合磁介质（磁芯）外 部所产生的磁通场。通常，这些不合需要的外部场一般被称为"泄漏"，并且有时通过布置 成感应抵消效应的遮蔽带（shading band)或磁通屏蔽件而对该外部场加以限制或抑制。 然而，由于所谓的"边缘效应"，有间隙的磁介质产生第二和不同形式的外部场。此类型的 外部场通常不受到抑制，但会被重新分布或者改变方向。具有独立的、共用的、和有间隙 的磁路的耦合磁介质通常将在耦合的所施加的/感应的磁介质路径之间显示"边缘效应" 不平衡，并且对运行参数造成伴随的不利影响。例如，在单端初级电感变换器（SEPIC)馈 入降压（FED BUCK)变换器中，当利用其边缘效应未被补偿的磁性元件制造变换器时，如 和Lsfb (寄生电感）的参数的值较大。
【附图说明】
[0003] 在以下的详细说明和附图中公开了本发明的各种实施例。
[0004] 图1是图解说明典型的磁芯式变压器的图示。
[0005] 图2是图解说明附带外部场均衡器的变压器电路的实施例的图示。
[0006] 图3A是附带平面型均衡器的平面型磁芯式变压器的实施例的分解视图。
[0007] 图3B是如图3A中所示的PWB的俯视图。
[0008] 图3C是包括均匀场均衡器的平面型变压器的实施例的实例的剖视图。
[0009] 图3D是包括均匀场均衡器的平面型变压器的实施例的另一个实例的剖视图。
[0010] 图3E是如图3A的304a或304b的半芯结构的实施例的俯视图。
[0011] 图3F是如图3A的304a或304b的半芯结构的实施例的三维视图。
[0012] 图3G是如304a或304b的半芯结构的实施例的侧视图。
[0013] 图3H是图解说明均匀场均衡器的功能的实施例的图。
[0014] 图4是图解说明均匀场均衡器的实施例的结构图。
[0015] 图5是图解说明均匀场均衡器的实施例的示意图。
[0016] 图6是图解说明制造包括均衡器的平面结构的工艺的实施例的流程图。
[0017] 图7是形成于单独的层上的图案的示例性俯视图。
[0018] 图8是图解说明对应于图3C中所示区域330的放大剖视图的图示。
[0019] 图9A至图9B是SEPIC馈入压降变换器的实施例。
【具体实施方式】
[0020] 本发明可以以许多方式而实施，包括工艺、装置、系统、和/或主题的组成。在本说 明书中，可将这些实施例或者本发明可采用的任何其它形态称为技术。一般来说，可在本发 明的范围内改变所公开工艺的步骤顺序。除非另有说明，被描述成构造成执行任务的如处 理器或存储器的部件可具体化为构造成在给定的时间暂时地执行任务的通用部件、或者被 制造用于执行任务的特定部件。
[0021] 下面提供对本发明的一个或多个实施例的详细说明、以及图解说明本发明原理的 附图。结合上述的实施例来描述本发明，但本发明并不局限于任何实施例。本发明的范围 只是由权利要求所限定，并且本发明包括许多替代、修改和等同物。在下面的描述中陈述了 许多具体细节，以便提供对本发明的详尽理解。所提供的这些细节是为了举例的目的，本发 明可在没有部分或全部的这些具体细节的情况下根据权利要求而实施。为了清楚的目的， 在与本发明有关的技术领域中为已知的技术资料被进行详细描述，因此不会不必要地使本 发明难以理解。
[0022] 公开了一种平面型均匀外部场均衡器及其制造。本文中使用的平面结构是指利用 一个或多个印制线路板（PWB)(也称为印制电路板)所形成的结构。典型的PWB包括被绝缘 材料的层隔开且利用通孔加以连接的导电材料的层。在一些实施例中，在PWB中形成两组 的磁耦合绕组。当接收到所施加的电压时，第一组绕组产生第一均匀外部场并且感应第二 组绕组产生第二均匀外部场。为了使UEF中的边缘效应均衡化，将第一导体形成于PWB中 并且定位于在第一均匀外部场内部的第一位置，并且将第二导体形成于PWB中并且定位于 在第二均匀外部场内部的第二位置。
[0023] 图1是图解说明典型的磁芯式变压器的图示。变压器100包括耦合到两组绕组 104的电磁磁芯102。这些绕组(也称为导电线圈)是用磁耦合的导电导线而形成，因而经过 一组线圈的电流变化感应横跨其它组线圈的端部的电压。当把电压施加于绕组时，在如符 号106所表示的两个磁芯腿中在相反的方向上感应出磁通。另外，存在二次均匀外部磁场， 其在两个腿中在由箭头110所示出的相同方向上行进并且是在磁芯102的外部。为了说明 的目的，图中显示箭头指向一个方向；然而，当所施加的电压变化时，均匀外部磁场的方向 会发生变化。
[0024] 二次均匀外部场（UEF)存在于最接近绕组以及在绕组与磁芯之间的区域中。虽然 变压器处于稳定状态，但由均匀外部场所感应的感应电压在两个线圈中是相同的并且相互 抵消。然而，当变压器处于动态状态时(例如当把电压最初施加于绕组时或者当关闭电压 时）时可以存在边缘效应，该边缘效应产生外源性电感和寄生场效应。例如，当把所施加的 电压V app施加经过绕组的上半侧(也被称为一次侧）时，在绕组的下半侧(也称为二次侧）中 出现感应电压Vind。V app与V ind之间的差导致边缘效应；具体地，感应出寄生电感L (用虚线 表示)。该寄生电感导致损耗并且应当使其最小化。
[0025] 在一些实施例中，外部场均衡器是用于减小边缘效应。如下面更详细的描述，外部 场均衡器的一些实施例将两个或更多的导体对称地布置在具有独立的、共用的和有间隙的 磁路的耦合磁介质（如变压器的磁芯）的两个或更多的均匀外部场中。这些导体是电耦合 的，从而迫使所施加的/感应的UEF朝向平衡移动，因此恢复常规的"边缘效应"参数。
[0026] 图2是图解说明附带外部场均衡器的变压器电路的实施例的图示。在变压器电路 200中，导体201a和201b构成均衡器。导体201a和201b可以形成为导电板、导线、或者使 用导电材料(如铜、合金等)的任何合适形状。导体201a与201b是电耦合的。换句话说，这 些导体相互电性接触从而形成闭合的电流路径。在所示出的图示中，将导电板的端部与其 它导体(如导线202a和202b)物理连接从而形成闭合的电路路径。如图中所示，导体形成 于在绕组与磁芯之间空间中的绕组的内部。也可以将导体放置在其它位置(例如，在绕组的 外部)，只要导体是在它们的各自UEF的内部。导体201a是用于检测在磁芯顶部中的UEF， 导体201b是用于检测在磁芯底部中的UEF。因为所施加的电压V app是交变电源，所以UEF 的强度随时间推移而变化，并且在各导电板的两侧感应出电压。因为导电板是电耦合的，所 以经过这两个导电板的任何电压差将引起电流，这相应地感应出抵消UEF的场。当使UEF 与所产生的场相互平衡并且经过导体的电压差接近零时，所述过程达到平衡。
[0027] 在一些实施例中，均衡器形成于平面结构中。图3A是附带平面型均衡器的平面型 磁芯式变压器的