電感和包含其的開關電路的製作方法

2023-05-20 04:30:31 3

電感和包含其的開關電路的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種電感和包含該電感的開關電路。該電感至少包括一個繞組，一個磁芯，所述磁芯包括至少一個心柱，還包括用於形成閉合磁路的至少一軛部，所述繞組繞在所述心柱上，至少一個所述心柱的至少一端部與至少一軛部之間設有一間隙，所述間隙中設有一平面磁芯單元，所述平面磁芯單元為高磁導率低飽和磁感應強度材料，所述心柱和軛部為高磁導率高飽和磁感應強度材料，且所述平面磁芯單元的材料的飽和磁感應強度低於所述心柱和軛部的材料的飽和磁感應強度。本發明提供的電感能夠提供非線性電感量，並且可以通過調節高磁導率低飽和材料的厚度和截面積改善非線性感量曲線，同時降低成本，減少線圈中的渦流損耗。
【專利說明】電感和包含其的開關電路

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電感和包含其的開關電路。

【背景技術】
[0002] 目前，各種電感在各種電路中有著廣泛的應用，如在整流輸入電路和直流逆變電 路的直流側和交流側所用的電感，在直流變換電路Buck電路、Boost電路等開關變換電路 中使用的電感等。通常電感使用都要求在額定範圍內儘量保持感量穩定，至少不低於最低 感量需求。在使用中發現感量增大可以更好的抑制電流尖峰，減小電流紋波，減少線路的損 耗。但是如果從輕載電流到額定電流下都保持大感量會使製作電感的成本增加，體積增大， 所以在體積保持不變的情況下，增大輕載電流時的感量並保持額定電流時感量不變成為目 前製作電感的一個趨勢。
[0003] 現有技術中電感由多種製作方法製成。圖1示出了現有技術中的一種普通電感的 結構示意圖。該電感包括軛部1和心柱3,所述軛部1和心柱3形成閉合的迴路，構成電感 的磁芯，該磁芯為EI型結構。該電感還包括繞在所述心柱3上的線圈繞組2,在軛部1和心 柱3之間存在氣隙4。該種電感的磁芯也就是心柱和軛部的材料為高磁導率材料，在磁芯中 含有氣隙，在額定電流使用範圍內電感量為線性，但磁場飽和後電感量會極快下降。
[0004] 為解決該問題，現有技術中提出了另一種電感，如圖2所示。在該電感心柱3的中 部包括臺階5,由於臺階的存在使軛部1和心柱3之間的氣隙具有兩個寬度。這種電感會產 生非線性電感。但缺點是臺階部分的磁芯一旦飽和會使電感量極快下降，甚至低於普通電 感在某個電流下的電感量，反而使電流波形變差，並且該電感的製作複雜。
[0005] 圖3中示出了現有技術中提出的另一種電感的結構示意圖，該電感使用高磁導率 和低磁導率磁芯混合製作。如圖3所示，採用低磁導率材料製成的第二磁芯6填充軛部1 和心柱3之間的氣隙。心柱3和軛部1構成的磁芯的磁導率為第二磁芯6的磁導率10倍 以上，並且第二磁芯6的磁飽和度較高，要高於450mT。這種電感的缺點是製作中使用的低 磁導率磁芯材料的量較多，增加額外的成本。圖3示出的磁芯為EI結構，第二磁芯6在中 間部分磁芯的中間部分填充心柱3和軛部1的之間的氣隙。同樣的設計也可以應用在磁芯 為Π結構的情況，如圖4所示，第二磁芯6在心柱3的兩端部填充心柱3和軛部1的之間 的氣隙。
[0006] 因此，目前需要一種新型的電感產品的設計，能夠降低線圈損耗，提供非線性電感 量並且工藝製造簡單，成本低。


【發明內容】

[0007] 本發明的目的在於提出一種電感，能夠提供非線性電感量，並且可以通過調節高 磁導率低飽和磁感應強度材料的厚度和橫截面積改善非線性電感量曲線，同時降低成本， 減少線圈中的渦流損耗。
[0008] 為達此目的，本發明採用以下技術方案：
[0009] -種電感，至少包括一個繞組，一個磁芯，所述磁芯包括至少一個心柱，還包括用 於形成閉合磁路的至少一軛部，所述繞組繞在所述心柱上，至少一個所述心柱的至少一端 部與至少一軛部之間設有一間隙，所述間隙中設有一平面磁芯單元，所述平面磁芯單元為 高磁導率低飽和磁感應強度材料，所述心柱和軛部為高磁導率高飽和磁感應強度材料，且 所述平面磁芯單元的材料的飽和磁感應強度低於所述心柱和軛部的材料的飽和磁感應強 度。
[0010] 其中，所述心柱的兩端與軛部之間皆設有間隙，所述間隙中設有高磁導率低飽和 磁感應強度材料的平面磁芯單元。
[0011] 其中，所述平面磁芯單元的橫截面投影包含所述心柱的端部的橫截面投影。
[0012] 其中，所述平面磁芯單元的橫截面投影包含所述心柱和繞組的端部的橫截面投 影。
[0013] 其中，所述平面磁芯單元設置在所述氣隙中靠近所述心柱的一端。
[0014] 其中，所述平面磁芯單元為錳鋅鐵氧體或鎳鋅鐵氧體。
[0015] 其中，所述間隙中除平面磁芯單元以外的部分由絕緣材料填充。
[0016] 其中，所述心柱、軛部和平面磁芯材料的相對磁導率大於等於500。
[0017] 其中，所述心柱和軛部材料的飽和磁感應強度為所述平面磁芯單元的材料的飽和 磁感應強度的兩倍或兩倍以上
[0018] 其中，所述心柱和軛部材料的飽和磁感應強度大於或等於I. 2T，所述平面磁芯單 元材料的飽和磁感應強度小於或等於0. 6T;
[0019] 其中，所述磁芯的結構為EI型或Π型；
[0020] 其中，所述磁芯的結構為三相三柱結構或三相五柱結構；
[0021] 本發明還提供一種包含如前任一所述的電感的開關電路，其中所述電感連接到該 開關電路的輸入端或輸出端；
[0022] 其中，所述開關電路包括整流電路、逆變電路或直流變換電路；
[0023] 其中，所述開關電路包括單相電路或三相電路。
[0024] 與現有技術相比，本發明提出的電感及開關電路，能夠提供非線性電感量，同時降 低成本，減少線圈中的渦流損耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1為現有技術中一種電感結構的側視示意圖。
[0026] 圖2為現有技術另一種電感結構的側視示意圖。
[0027] 圖3為現有技術另一種電感結構的側視示意圖。
[0028] 圖4為現有技術另一種電感結構的側視示意圖。
[0029] 圖5為實施例一中的電感結構的側視示意圖。
[0030] 圖6為實施例一中的電感結構與普通電感結構的電感量隨電流變化的曲線圖。
[0031] 圖7為實施例一中的不同平面磁芯單元厚度的電感結構的電感量隨電流變化的 曲線圖。
[0032] 圖8為圖4中電感結構的磁力線示意圖。
[0033] 圖9為圖5中電感結構的磁力線示意圖。
[0034] 圖10為實施例二中的電感結構的側視示意圖。
[0035] 圖11為圖10中電感結構的磁力線示意圖。
[0036] 圖12為實施例二中的另一種電感結構的側視示意圖。
[0037] 圖13為實施例三中的另一種電感結構的側視示意圖。
[0038] 其中，附圖標記說明如下：
[0039] 1、101、201、軛部；2、102、202、302、線圈繞組 ；3、103、203、303、心柱；4、氣隙；104、 204、304、絕緣板；5、臺階；6、第二磁芯；105、205、305、平面磁芯單元；7、107、磁力線；301、 上軛部；301-1、下軛部；301-2、旁軛部；L1、為實施例一中的電感隨電流變化的曲線；L2、普 通電感隨電流變化的曲線；L3、實施例一種平面磁芯單元的厚度為0.6mm時電感結構的電 感量隨電流變化的曲線；L4、實施例一種平面磁芯單元的厚度為0. 4_時電感結構的電感 量隨電流變化的曲線。

【具體實施方式】
[0040] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描 述的具體實施例僅用於解釋本發明，而非對本發明的限定。另外還需要說明的是，為了便於 描述，附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部結構。
[0041] 實施例一
[0042] 本實施例提供一種電感，該電感結構的側視示意圖如圖5所示。該電感為Π結構， 包括軛部101和心柱103構成的磁芯結構，該軛部101和心柱103形成閉合的磁路。所述 心柱為被繞組包裹的磁芯部分，所述的軛部為不被繞組包裹的磁芯部分，這在下述的實施 例中也是如此。
[0043] 線圈繞組102纏繞心柱103而設置，在心柱103和軛部101之間包括靠近軛部部 分的絕緣板104和靠近心柱103部分的平面磁芯單元105。
[0044] 心柱103和軛部101的材料為高磁導率高飽和磁感應強度材料，可以為矽鋼片、非 晶、納米晶等，其相對磁導率大於或等於500。平面磁芯單元105的材料為高磁導率低飽和 磁感應強度材料，可以為錳鋅鐵氧體或鎳鋅鐵氧體等，其相對磁導率同樣大於或等於500， 但其飽和磁感應強度低於心柱103和軛部101的材料的飽和磁感應強度。在優選的方式中， 心柱103和軛部101的高磁導率高飽和磁感應強度材料的飽和磁感應強度為高磁導率低飽 和磁感應強度材料的平面磁芯單元105的飽和磁感應強度的兩倍或兩倍以上。在更加優選 的方式中，心柱和軛部材料的飽和磁感應強度大於等於I. 2T，平面磁芯單元材料的飽和磁 感應強度小於或等於0.6T。
[0045] 如圖5所示，平面磁芯單元105設置在心柱103的兩端部與軛部之間，圖5僅是一 種示例，平面磁芯單元105還可以只設置在心柱103的一端部與軛部之間。
[0046] 平面磁芯單元105與絕緣板104將心柱103的端部與軛部之間的氣隙填滿。在側 視方向上平面磁芯單元105的寬度與心柱103端部的寬度相同，並且平面磁芯單元105的 橫截面與心柱103端部的橫截面相等。這裡的絕緣板104由不導電不導磁的絕緣材料製成， 如玻璃、陶瓷、泡沫材料等，該絕緣材料的相對磁導率為1。絕緣板104起到支撐的作用。圖 5示出的心柱103和軛部101構成磁芯的結構為Π型，實際上磁芯結構還可以是EI型，該 磁芯的結構可以為三相三柱結構或三相五柱結構,採用高磁導率低飽和磁感應強度材料和 絕緣材料以本實施例提供的方式填充滿心柱和軛部之間的氣隙即可。
[0047] 首先，本實施例提供的電感結構能夠提供非線性電感量，其原理如下：
[0048] 電感磁路主要由高磁導率高飽和磁芯材料(心柱103和軛部104)，高磁導率低飽 和磁芯(平面磁芯單元105),絕緣板104組成，電感量公式近似為：

【權利要求】
1. 一種電感，至少包括一個繞組，一個磁芯，所述磁芯包括至少一個心柱，還包括用於 形成閉合磁路的至少一軛部，所述繞組繞在所述心柱上，其特徵在於，至少一個所述心柱的 至少一端部與至少一軛部之間設有一間隙，所述間隙中設有一平面磁芯單元，所述平面磁 芯單元為高磁導率低飽和磁感應強度材料，所述心柱和軛部為高磁導率高飽和磁感應強度 材料，且所述平面磁芯單元的材料的飽和磁感應強度低於所述心柱和軛部的材料的飽和磁 感應強度。
2. 如權利要求1所述電感，其特徵在於，所述心柱的兩端與軛部之間皆設有間隙，所述 間隙中設有高磁導率低飽和磁感應強度材料的平面磁芯單元。
3. 如權利要求1所述電感，其特徵在於，所述平面磁芯單元的橫截面投影包含所述心 柱的端部的橫截面投影。
4. 如權利要求1所述電感，其特徵在於，所述平面磁芯單元的橫截面投影包含所述心 柱和繞組的端部的橫截面投影。
5. 如權利要求1所述電感，其特徵在於，所述平面磁芯單元設置在所述間隙中靠近所 述心柱的一端。
6. 如權利要求1所述電感，其特徵在於，所述平面磁芯單元為錳鋅鐵氧體或鎳鋅鐵氧 體。
7. 如權利要求1所述電感，其特徵在於，所述間隙中除平面磁芯單元以外的部分由絕 緣材料填充。
8. 如權利要求1所述的電感，其特徵在於，所述心柱、軛部和平面磁芯材料的相對磁導 率大於等於500。
9. 如權利要求1所述的電感，其特徵在於，所述心柱和軛部材料的飽和磁感應強度為 所述平面磁芯單元的材料的飽和磁感應強度的兩倍或兩倍以上。
10. 如權利要求9所述的電感，其特徵在於，所述心柱和軛部材料的飽和磁感應強度大 於或等於1. 2T，所述平面磁芯單元材料的飽和磁感應強度小於或等於0. 6T。
11. 如權利要求1-10中任一所述的電感，其特徵在於所述磁芯的結構為EI型或n型。
12. 如權利要求1-10中任一所述的電感，其特徵在於所述磁芯的結構為三相三柱結構 或三相五柱結構。
13. -種包含如權利要求1所述的電感的開關電路，其特徵在於所述電感連接到該開 關電路的輸入端或輸出端。
14. 如權利要求13所述的開關電路，其特徵在於所述開關電路包括整流電路、逆變電 路或直流變換電路。
15. 如權利要求13所述的開關電路，其特徵在於所述開關電路包括單相電路或三相電 路。
【文檔編號】H01F3/14GK104425109SQ201310407672
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月9日 優先權日:2013年9月9日
【發明者】王昭暉, 褚江, 黃智 申請人:臺達電子企業管理（上海）有限公司