功率校正電感器及其磁體的製作方法

2023-10-23 16:10:32 2

本實用新型涉及電子、電器領域，具體涉及一種功率校正電感器。

背景技術：

參見圖1，傳統的一種電源包括電容輸入型電路，該電路為具有由四個二極體組成的全橋整流電路，其電壓電流波形圖參見圖2，由於這種電路的電壓和電流之間的相位差會造成交換功率的損失，並同時產生大量的諧波電流，使電網產生諧波汙染，造成諧波壓降，正弦電壓波形畸變，從而產生電路故障，使變電設備損壞。此時需要應用功率校正技術，將輸入電流校正成與輸入電壓同相位的正弦波，將功率因數的PF值提高到接近1，同時讓總諧波失真率（簡稱THD）為0。

參見圖3，現有的功率校正電感器具有驅動模塊1，PWM比較器2，電流誤差放大器3，乘法器4以及電壓誤差放大器5，圖中虛線部分為功率校正電路（簡稱PFC電路），PFC電路中多採用PWM比較器，當開關S閉合時，流經電感器L的電流線性上升，此時電感器L儲存能量，同時電容C放電，為負載供電；當開關S斷開時，電感L中的電流和電壓突降，電感L釋放能量，為負載供電，同時為電容C充電，完成一個周期的工作。

功率校正電感器（簡稱PFC電感器）由氣隙磁芯和漆包線繞制的線圈組成，製作PFC電感器的磁芯有軟磁鐵氧體和POWDER CORES, POWDER CORES的磁芯材質主要有MPP, HIGH FLUX和鐵矽鋁，通常使用環形POWDER CORE, 再在環形POWDER CORE上繞漆包線。POWDER CORES 製作的PFC電感器的抗電磁幹擾（Electromagnetic Interference，EMI）效果好，但MPP和HIGH FLUX的磁芯價格昂貴，鐵矽鋁製作的出PFC電感器的損耗比軟磁鐵氧體要高，所以使用軟磁鐵氧體製作出的PFC電感器越來越受到業界的歡迎。

通常用於製作PFC電感器的軟磁鐵氧體磁芯有PQ系列，RM系列，和QP系列,因為這類磁芯有更大的中柱截面積，在同樣的伏秒積的情況，得到更少的線圈圈數，有效的降低了銅損，從而提高了電源的效率。

EMI是電子電器產品經常會遇到的問題，通俗來講，EMI就是一個電子元件產生的電磁波對另一個電子元件作用後而產生的幹擾現象，它是一種幹擾電磁信號並降低信號完好性的電子噪音。PFC電感器通常採用開氣隙的軟磁鐵氧體，在使用通電的過程中，由於氣隙的存在，會在氣隙的邊緣產生一個發散的磁場，同時也會產生一個電場。在高頻狀態下，很容易產生電磁幹擾，影響其它電子元器件。對於RM和PQ系列的PFC電感器，由於磁芯結構不是全封閉結構，通常在電感器的外圍加屏蔽銅箔的方式處理EMI問題，這樣使電感器的成本增加。

技術實現要素：

本實用新型的主要目的提供一種低損耗、高電源效率以及很好EMI效果的功率校正電感器。

本實用新型的另一目的是提供一種上述功率校正電感器使用的磁體。

為了實現上述的主要目的，本實用新型的功率校正電感器包括多個磁芯圍成一個磁體，磁體內形成一個內部空腔，線圈的主體部設置在磁體內，且磁體上設有至少一個開口；線圈的主體部的外側設有引腳座，至少一根引腳設置在引腳座上，引腳座設置在開口處，且引腳座的側壁與開口的側壁貼合，主體部位於磁體與引腳座圍成的空間內。

可見，將線圈設置在多個磁芯圍成的磁體的內部空腔中，線圈的引腳座堵住磁體的開口，磁芯的磁路結構是封閉式的，空間磁散少，磁屏蔽效果好，電感器的損耗低，電源效率高，EMI效果好。

一個優選的方案是多個磁芯包括兩塊對接的EP型磁芯和一塊I型磁芯，兩塊對接的EP型磁芯和I型磁芯合圍形成內部空腔，線圈的主體部設置在內部空腔內，兩塊對接的EP型磁芯上設有開口。兩塊對接的EP型磁芯結構相同，且兩塊EP型磁芯對稱布置。EP型磁芯包括一個第一底面和多個第一側面，第一底面和多個第一側面形成一個第一側面開口和一個第一頂面開口。

可見，通過設置兩塊結構相同的EP型磁芯和一塊I型磁芯，磁芯的製造方便，只需要一套EP型磁芯的模具和一套I型磁芯的模具，且磁路的封閉效果好。

進一步的方案是EP型磁芯的第一底面中心位置設有第一凸柱，線圈套在第一凸柱上，EP型磁芯的第一底面在側面開口的位置向外形成第一凸起。

由此可見，線圈套在凸柱上防止線圈隨意移動，線圈的位置固定。

另一優選的方案是多個磁芯包括兩塊對接的回型磁芯，兩塊回型磁芯對接形成內部空腔，線圈的主體部設置在內部空腔內，回型磁芯上設有開口。

可見，通過設置兩個回型磁芯，不需要設置I型磁芯，同樣能實現磁芯的封閉磁路結構，結構更加簡單。

進一步的方案是兩塊對接的回型磁芯結構相同，且兩塊回型磁芯對稱布置。回型磁芯包括一個第二底面和多個第二側面，第二底面和第二側面形成一個第二頂面開口。回型磁芯的底面中心位置設有第二凸柱，線圈套在第二凸柱上。

由此可見，回型磁芯結構相同，只需一套模具。將線圈套在凸柱上防止線圈隨意移動，線圈的位置固定。

更進一步的方案是磁芯由軟磁材料製成，磁芯通過組裝、粘接或焊接連接在一起。

為實現上述的另一目的，本實用新型提供的磁體包括多個磁芯，多個磁芯圍成該磁體，磁體內形成一個內部空腔，且磁體上設有至少一個開口，一線圈的主體部位於磁體的內部空腔內；每一磁芯均包括一個底壁以及多個側壁，磁體的四周均包括一個壁。

由上述方案可見，磁體的四周均包括一個壁，線圈的主體部設置在磁體內時，通過線圈的引腳座堵住磁體的開口，磁芯的磁路結構是封閉式的，空間磁散少，磁屏蔽效果好，電感器的損耗低，電源效率高，EMI效果好。

附圖說明

圖1是一種現有的電容輸入型電源的原理圖。

圖2是現有的電容輸入型電源的電壓、電流波形圖。

圖3是PFC電路的原理圖。

圖4是本實用新型第一實施例的PFC電感器結構圖。

圖5是本實用新型第一實施例的PFC電感器的結構分解圖。

圖6是本實用新型第一實施例的PFC電感器的EP型磁芯的結構圖。

圖7是本實用新型第一實施例的PFC電感器的EP型磁芯和I型磁芯的結構分解圖。

圖8是本實用新型第一實施例的PFC電感器的線圈的結構圖。

圖9是本實用新型第二實施例的PFC電感器結構圖。

圖10是本實用新型第二實施例的PFC電感器的結構分解圖。

圖11是本實用新型第二實施例的PFC電感器的回型磁芯的結構圖。

圖12是本實用新型第二實施例的PFC電感器的回型磁芯的另一視角結構圖。

圖13是本實用新型第二實施例的PFC電感器的兩個回型磁芯對稱設置的分解圖。

圖14是本實用新型第二實施例的PFC電感器的兩個回型磁芯對稱設置的結構圖。

以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。

具體實施方式

第一實施例

參見圖4、圖5，本實施例的PFC電感器包括兩個結構相同的第一EP型磁芯10和第二EP型磁芯20，還包括一個I型磁芯40和線圈30。第一EP型磁芯10和第二EP型磁芯20結構相同，且對稱設置，線圈30的主體部設置在第一EP型磁芯10和第二EP型磁芯20形成的內部空腔中，I型磁芯40設置在第一EP型磁芯10和第二EP型磁芯20的一側。第一EP型磁芯10、第二EP型磁芯20和I型磁芯40均由軟磁材料製成，通過組裝、粘結或焊接的方式連接在一起。

參見圖6，本實施例的第二EP型磁芯20包括底壁22和側壁24、側壁25、側壁26，底壁22和側壁24、側壁25、側壁26形成一個側面的開口和一個頂面的開口，底壁22在側面開口的位置向外形成一梯形的凸起23，底壁22的中心位置還設有方形的凸柱21，凸柱21的高度不大於側壁24、側壁25和側壁26的高度，線圈30套在凸柱21上。第一EP型磁芯10的結構與第二EP型磁芯20的結構相同，不再贅述。

參見圖7，對稱設置的第一EP型磁芯10和第二EP型磁芯20的側面形成開口12，I型磁芯40設置在開口12的前端。第一EP型磁芯10、第二EP型磁芯20和I型磁芯40合圍成一個磁體，磁體的相鄰兩個角部位置形成開口15和開口16。

參見圖8，線圈30包括主體部38和引腳座，主體部38為方形結構，主體部38的中心設有方形通孔31，主體部38的相鄰兩個角上設有第一引腳座33和第二引腳座34，第一引腳座33上設有第一引腳32，第二引腳座34上設有第二引腳35。第一引腳座33的下方設有與第一引腳座結構相同的第三引腳座36，第二引腳座34的下方設有與第二引腳座結構相同的第四引腳座37。回看圖4和圖7，第一引腳座33的側壁和第三引腳座36的側壁與開口15的側壁貼合，第二引腳座34的側壁和第四引腳座37的側壁與開口16的側壁貼合，這樣一來使得線圈30與第一EP型磁芯10和第二EP型磁芯20緊密配合，進一步減少了線圈30的空間散磁現象，本實施例的PFC電感器的損耗低，電源效率高，EMI效果好。

第二實施例

參見圖9和圖10，本實施例的PFC電感器包括兩個結構相同的第一回型磁芯50、第二回型磁芯60以及線圈70，線圈70設置在第一回型磁芯50和第二回型磁芯60形成的內部空腔內。線圈70與第一實施例中的線圈30的結構相同，不再贅述。第一回型磁芯50和第二回型磁芯60均由軟磁材料製成，通過組裝、粘結或焊接的方式連接在一起。

參見圖11和圖12，第二回型磁芯60包括底壁62和四個垂直於底壁62的側壁63、64、65、66，其中側壁64與側壁66平行，側壁65連接側壁64和側壁66。側壁63與側壁65相對設置在底壁62向前延伸的位置，側壁63與側壁65相比具有較小的長度尺寸。底壁62在側壁63和側壁64之間形成第一斜面67，底壁62在側壁63和側壁66之間形成第二斜面68。在底壁62的中心位置設有方形的凸柱61，凸柱61相對於底壁62的高度不大於四個側壁的高度，在本實施例中四個側壁相對於底壁的高度相同。

參見圖13和圖14，為了便於觀察圖中省略了線圈70。第一回型磁芯50和第二回型磁芯60對稱設置，第一回型磁芯50的側壁53和第二磁芯60的側壁63對接，側壁53和側壁63對接後形成了與第一實施例中的I型磁芯相同的形狀，第一回型磁芯50和第二回型磁芯60合圍成一個磁體，磁體的相鄰兩個角部位置形成兩個開口，回看圖7，線圈70的引線座的側壁與磁體上兩個開口的側壁貼合，從而減少了線圈70的空間散磁現象，本實施例的PFC電感器的損耗低，電源效率高，EMI效果好。

回看圖4和圖9，本實用新型的第一實施例和第二實施例的PFC電感器具有相似的結構，磁芯均在線圈的四周形成合圍，大大地提高了磁芯的利用率，使得在同樣的磁芯尺寸下，得到更大的磁芯Ae值，同時大大提高了電路使用的EMI效果。在磁芯工作Bm值不變的情況下，Ae值增加一個整數倍，線圈的圈數可以減少相同的倍數。採用本實用新型的磁芯設計的電感器，可以減少線圈的繞制圈數，減少電感器的功率損耗。

當然，上述實施例僅是本實用新型較佳的實施方案，實際應用時還可以有更多的變化，例如，磁芯的結構不一定是方形的，也可以是圓形的；或者磁芯底面的凸柱也可以是圓形或橢圓形，具體應根據線圈的結構進行設置；再或者第一磁芯和第二磁芯的結構不相同，第一磁芯只有底壁和凸柱，第二磁芯為回型磁芯，第二磁芯與本實用新型第二實施例的磁芯相比具有更高的側壁。這些改變同樣可以實現本實用新型的目的，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型權利要求的保護範圍內。