基于永磁预偏磁技术的差共模集成电感的制作方法

本实用新型涉及一种电感，尤其涉及一种基于永磁预偏磁技术的差共模集成电感。

背景技术：

在开关电源中，传统的滤波电路中，通常分别设置共模电感和差模电感，以抑制共模干扰和差模干扰，这种电感分立结构体积大，占用空间较多；目前，在该技术领域中，发展出了将差共模滤波电感集成在同一磁芯的技术。例如图1A为MOTOROLA公司开发的集成滤波电感的结构图。其磁芯包括一个E形磁芯101和I形磁芯102，两线圈103和104绕在I形磁芯上。图中箭头所指的磁通Φ_DM和Φ_CM分别为差模信号磁通和共模信号磁通。调节E形磁芯101三个磁主上的气隙便可调整差模和共模电感值。但这种磁芯结构是利用差模漏感来对差模干扰信号进行滤波，差模电感值较小，另外，由于共模信号磁通路径上的气隙实际上不可能完全为零，同时差模磁通Φ_DM和共模磁通Φ_CM的路径在磁心的整个外围部分重合，差模磁通会使得磁芯的有效磁导率下降，势必影响到共模电感值，电感的直流偏置特性较差。

图1B所示的电感，包括线圈105、线圈中的气隙106、线圈中至少有一个气隙的磁芯106、共同构成气隙107的局部旁路软磁体108、软磁垫片109和永磁体110，可见，图1B所示的电感具有永磁体，可以提高单个电感的直流偏置特性，但是其为单个线圈的单电感，无法同时对差模信号和共模信号进行滤波。

技术实现要素：

为了克服现有技术中滤波电感体积大、成本高以及直流偏置特性差等问题，本实用新型提供了一种基于永磁预偏磁技术的差共模集成电感。

本实用新型实现上述目的的差共模集成电感包括至少一个第一磁芯，至少一个第二磁芯和两个线圈，所述两个线圈绕在至少一个第一磁芯或至少一个第二磁芯的相应位置，所述至少一个第一磁芯与所述至少一个第二磁芯配置构成共模磁路和差模磁路，所述至少一个第一磁芯与所述至少一个第二磁芯之间形成至少一个气隙，其特征在于，还包括至少一个第三磁芯，所述第三磁芯包含永磁体，所述永磁体磁路与所述至少一个气隙磁路并联。

进一步地，所述至少一个第一磁芯为E形磁芯，所述至少一个第二磁芯为I形磁芯，所述至少一个第三磁芯为U形磁芯。

进一步地，所述U形磁芯具有一底柱及从底柱延伸出两侧的边柱，所述永磁体位于所述底柱上或所述边柱上，相应地，所述U形磁芯的其余部分为软磁体。

进一步地，所述差共模集成电感，包括两个所述E形磁芯、一个所述I形磁芯及所述两线圈；所述每个E形磁芯包括一底柱，从底柱上延伸出两侧的边柱以及中间的中柱；所述每个E形磁芯的中柱长度大于两侧边柱的长度；所述两个E形磁芯开口相对设置，I形磁芯置于两个所述E形磁芯之间且与两中柱垂直相接，形成所述I形磁芯与所述每个E形磁芯两侧的边柱之间的气隙；所述两线圈分别绕置于所述两个E形磁芯中柱上，或分别绕置于I形磁芯两端，并分别位于两个E形磁芯相对的边柱和中柱之间；还包括两个所述U形磁芯，所述每个U形磁芯的两个边柱分别与所述两个E形磁芯相对置的边柱垂直相接，使得所述每个永磁体磁路与附近所述气隙磁路并联。

进一步地，所述差共模集成电感，包括两个所述E形磁芯、两个所述I形磁芯及所述两线圈；所述每个E形磁芯包括一底柱，从底柱上延伸出两侧的边柱以及中间的中柱，所述两线圈分别绕置于所述两个E形磁芯的中柱上；所述两个E形磁芯开口相对设置，E形磁芯两侧的边柱对接成一体，所述每个E形磁芯的中柱长度小于两侧边柱的长度，边柱对接后形成中柱之间的气隙；所述两个I形磁芯置于两个E形磁芯之间且一端分别与所述两个E形磁芯两侧边柱对接处垂直相接，所述两个I形磁芯另一端与所述两个E形磁性的中柱之间形成十字形气隙；还包括两个所述U形磁芯，所述每个U形磁芯的两个边柱分别与所述两个E形磁芯中柱垂直相接，使得所述永磁体磁路与所述中柱之间的气隙磁路并联。

进一步地，所述的差共模集成电感，包括一个所述E形磁芯、两个所述I形磁芯及所述两线圈；所述E形磁芯包括一底柱，从底柱上延伸出两侧的边柱以及中间的中柱，所述两线圈分别绕置于所述两个E形磁芯的边柱上；所述E形磁芯的中柱大于两侧边柱的长度；所述两个I形磁芯一端分别与所述E形磁芯的两侧边柱垂直相接，另一端分别和所述E形磁芯的中柱顶端形成气隙；还包括一个所述U形磁芯，所述U形磁芯的两个边柱分别与所述两个I形磁芯的另一端垂直相接，使得所述永磁体磁路与所述气隙磁路并联。

进一步地，所述永磁体的长度大于所述气隙长度。

进一步地，所述永磁体为烧结型钕铁硼。

进一步地，所述永磁体的形状为矩形。

进一步地，所述两线圈为铜线、铜箔、铝线或铝箔中的任一种。

本实用新型的有益效果为，所述永磁体产生的磁通与通过所述两线圈的直流电流产生的磁通方向相反，即所述永磁体产生共模磁通与电流通过所述两线圈时在磁芯中产生的共模磁通方向相反构成反向预偏磁，所述永磁体产生的差模磁通与电流流过所述两线圈时在磁芯中产生的差模磁通方向相反构成反向预偏磁，从而提升所述差共模集成电感的直流偏置特性。

综上，本实用新型所涉及的差共模集成电感不仅实现了差模和共模滤波电感的集成，同时引入了永磁体，利用了永磁体预偏磁特性，使得电感具有体积小，成本低，直流偏置特性好等优势。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1A是现有技术中一种集成滤波电感结构示意图。

图1B是现有技术中一种含有永磁体的单电感图。

图2A是本实用新型的一种差共模集成电感的第一实施例的结构示意图。

图2B为电感元件施加偏磁前的包含磁通密度增量ΔB的磁通密度B-磁场强度H特性图。

图2C为电感元件加偏磁后包含磁通密度增量ΔB的磁通密度B-磁场H特性图。

图2D为以电感与电流的关系表示的由偏磁引起的直流叠加电感特性(变化)图。

图2E是本实用新型的一种差共模集成电感的第二实施例的结构示意图。

图2F是本实用新型的一种差共模集成电感的第三实施例的结构示意图。

图3A、3B是本实用新型的一种差共模集成电感的第四实施例的斜视图、侧视图。

图4是本实用新型的一种差共模集成电感的第五实施例的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

如图2A所示的实施例，本实用新型的差共模集成电感，包括两个E形磁芯201和202、一个I形磁芯203、两个U形磁芯204和205，以及两线圈206和207。所述E形磁芯201和202大小相同。所述E形磁芯201包括一底柱221，从底柱上延伸出两侧的边柱222以及中间的中柱223，所述E形磁芯201的中柱223的长度大于两侧边柱222的长度；所述E形磁芯202包括一底柱231，从底柱上延伸出两侧的边柱232以及中间的中柱233，所述E形磁芯202的中柱233的长度大于两侧边柱232的长度；所述两线圈206和207分别绕置于所述两个E形磁芯201和202的中柱223和233上；所述E形磁芯201和202开口相对设置，所述I形磁芯203置于所述两个E形磁芯201和202之间且与所述两中柱223和233垂直相接，所述I形磁芯203与所述边柱222和232分别形成气隙210、211、212和213；所述两个U形磁芯204和205大小相同，分别包括一底柱241、251，以及从底柱延伸出两侧的边柱242、252,所述U形磁芯204、205的的底柱241、251含有永磁体208、209，除永磁体外，U形磁芯204、205的其它部分为软磁体，所述U形磁芯204、205的边柱242、252分别与所述两个E形磁芯201和202相对置的边柱222和232垂直相接；所述永磁体208磁路与所述气隙212和213所在磁路并联，所述永磁体209磁路与所述气隙210和211磁路并联。

图2A同时示出了差模磁通Φ_DM的路径和共模磁通Φ_CM的路径，其将共模电感和差模电感集成在一起，提高了元器件的功率密度。

在本实施例中，优选地，所述永磁体的长度大于所述气隙总长度。

在本实施例中，优选地，所述永磁体为烧结型钕铁硼。

在本实施例中，优选地，所述永磁体的形状为矩形。

在本实施例中，优选地，所述线圈为铜线、铜箔、铝线或铝箔中的任一种。

图2B至图2D示出了永磁体预偏磁对B-H曲线的影响以至于对电感直流偏置特性的影响。

据图2B和2C，使用永磁体对磁芯预偏磁前后，磁通密度增量ΔB从B-H特性图第一象限扩展到第三象限形成新的磁通密度增量ΔB'，可见磁通密度增量大大增加,由于工作功率与磁通密度增量的平方成正比，当磁通密度增大时，工作功率可以大大增加，从而大幅提高电感的直流偏置能力，如图2D，虚线为预偏磁前电感的直流偏置特性，实线为预偏磁后电感的直流偏置特性，可见通过预偏磁，电感的直流偏置能力大大提升。而磁通密度增量与电感线圈匝数成反比，如果维持电感直流偏置特性不变，磁通密度增量的增加，使得电感线圈匝数减少，从而降低电感损耗，实现电感小型化及减小电感重量。

如图2A所示的实施例，不仅将共模电感和差模电感集成在一起，同时由于引入了永磁体，应用永磁材料的预偏磁抵消电感的直流电流偏磁，从而提高电感的直流偏置能力，如果保持引入永磁偏磁前后电感的直流偏置特性不变，则引入永磁偏磁后，电感体积得以减小，成本得以降低。

实施例二

如图2E所示的实施例，本实用新型的差共模集成电感，与图2A所示的差共模集成电感相比，两个U形磁芯的构成不同。如图2E所示，两个U形磁芯204和205，每个U形磁芯的两个边柱242、252为永磁体，底柱241、251为软磁体。

实施例三

如图2F所示的实施例，本实用新型的差共模集成电感，与图2E所示的差共模集成电感相比，区别在于线圈206和207位置不同，图2B中，线圈206和207分别绕于两个E形磁芯的中柱上，而图2F中，线圈206和207分别绕于I形磁芯的两端，并分别位于两个E形磁芯相对的边柱和中柱之间。

图2F所示的差共模集成电感，所述两个U形磁芯的构成可以是底柱含有永磁体，其余部分为软磁体。

实施例四

如图3A、3B所示的实施例，本实用新型的差共模集成电感，包括两个E形磁芯301和302、两个I形磁芯303和304、两个U形磁芯305和306，以及两线圈309和310。所述E形磁芯301和302大小相同。所述E形磁芯301包括一底柱321，从底柱上延伸出两侧的边柱322以及中间的中柱323，所述E形磁芯301的中柱323的长度小于两侧边柱322的长度；所述E形磁芯302包括一底柱331，从底柱上延伸出两侧的边柱332以及中间的中柱333，所述E形磁芯302的中柱333的长度小于两侧边柱332的长度；所述线圈309和310分别绕置于所述E形磁芯301和302的中柱323和333上；所述E形磁芯301和302开口相对设置，所述E形磁芯301和302两侧的边柱322和332对接成一体，所述边柱322和332对接后形成所述中柱323和333之间的气隙311；所述I形磁芯303和304置于所述E形磁芯301和302之间且一端分别与所述两侧边柱322和332对接处垂直相接；所述I形磁芯303、304的另一端与所述E形磁性301、302的中柱323、333之间形成十字形气隙；所述两个U形磁芯305和306大小相同，分别包括一底柱307、308，以及从底柱延伸出两侧的边柱341、342,所述U形磁芯305、306的的底柱307、308含有永磁体，除永磁体外，U形磁芯305、306的其它部分为软磁体，所述U形磁芯305和306的边柱341和342分别与所述E形磁芯301和302的中柱323和333垂直相接，使得所述永磁体磁路与所述气隙311磁路并联。

图3A、3B所示的差共模集成电感，所述两个U形磁芯的构成可以是两侧边柱为永磁体，底柱为软磁体。

在本实施例中，优选地，所述永磁体的长度大于所述两个中柱之间的气隙长度。

在本实施例中，优选地，所述永磁体为烧结型钕铁硼。

在本实施例中，优选地，所述永磁体的形状为矩形。

在本实施例中，优选地，所述线圈为铜线、铜箔、铝线或铝箔中的任一种。

如图3A、3B所示的实施例，不仅将共模电感和差模电感集成在一起，同时由于引入了永磁体，应用永磁材料的预偏磁抵消电感的直流电流偏磁，从而提高电感的直流偏置能力，如果保持引入永磁偏磁前后电感的直流偏置特性不变，则引入永磁偏磁后，电感体积得以减小，成本得以降低。

实施例五

如图4所示的实施，本实用新型的差共模集成电感，包括一个E形磁芯401、两个I形磁芯402和403、一个U形磁芯404及两线圈405和406。所述E形磁芯401包括一底柱410，从所述底柱410上延伸出两侧的边柱411以及中间的中柱412；所述两线圈405和406分别绕置于所述E形磁芯401的所述两侧边柱411上；所述E形磁芯401的中柱412大于两侧边柱411的长度；所述两个I形磁芯402和403一端分别与所述E形磁芯401的所述两侧边柱411垂直相接，另一端分别和所述E形磁芯401的所述中柱412顶端形成气隙408和409；所述U形磁芯404包括一底柱421以及从底柱延伸出两侧的边柱422,所述U形磁芯404的所述底柱421含有永磁体407，除永磁体外，U形磁芯404的其它部分为软磁体，所述U形磁芯404的两个边柱422分别与所述两个I形磁芯402和403的另一端垂直相接，使得所述永磁体407磁路与所述气隙408和409磁路并联。

图4所示的差共模集成电感，所述两个U形磁芯的构成可以是两侧边柱为永磁体，底柱为软磁体。

在本实施例中，优选地，所述永磁体的长度大于所述气隙总长度。

在本实施例中，优选地，所述永磁体为烧结型钕铁硼。

在本实施例中，优选地，所述永磁体的形状为矩形。

在本实施例中，优选地，所述线圈为铜线、铜箔、铝线或铝箔中的任一种。

如图4所示的实施例，不仅将共模电感和差模电感集成在一起，同时由于引入了永磁体，应用永磁材料的预偏磁抵消电感的直流电流偏磁，从而提高电感的直流偏置能力，如果保持引入永磁偏磁前后电感的直流偏置特性不变，则引入永磁偏磁后，电感体积得以减小，成本得以降低。

上面详细描述了本实用新型的具体实施例。但应当理解，本实用新型的实施方式并不仅限于这些实施例，这些实施例的描述仅用于帮助理解本实用新型的精神。在本实用新型所揭示的精神下，对本实用新型所作的各种变化，都应包含在本实用新型的范围内。本实用新型的专利保护范围应当由所附的权利要求书来限定。