[发明专利]电源模块及一体成型电感

说明书

本发明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。其中，一体成型电感包括磁芯和第一绕组。磁芯包括第一表面、第二表面以及侧面，第一表面和第二表面相对设置，侧面设于第一表面和第二表面之间；第一绕组包括第一纵向部和第二纵向部，第一纵向部和第二纵向部之间设有第一连接部。其中，第一纵向部向第一表面延伸，且在第一表面的投影位于磁芯的范围之内。第一纵向部在第一表面上形成第一引脚，第二纵向部向第二表面的所在平面延伸，且在第二表面的所在平面上形成第二引脚。第一绕组和磁芯通过模具一体压合形成电感。

技术领域

本发明涉及一种电源模块及一体成型电感。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

发明内容

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。