电感和包含其的开关电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种电感和包含该电感的开关电路。该电感至少包括一个绕组，一个磁芯，所述磁芯包括至少一个心柱，还包括用于形成闭合磁路的至少一轭部，所述绕组绕在所述心柱上，至少一个所述心柱的至少一端部与至少一轭部之间设有一间隙，所述间隙中设有一平面磁芯单元，所述平面磁芯单元为高磁导率低饱和磁感应强度材料，所述心柱和轭部为高磁导率高饱和磁感应强度材料，且所述平面磁芯单元的材料的饱和磁感应强度低于所述心柱和轭部的材料的饱和磁感应强度。本发明提供的电感能够提供非线性电感量，并且可以通过调节高磁导率低饱和材料的厚度和截面积改善非线性感量曲线，同时降低成本，减少线圈中的涡流损耗。
【专利说明】电感和包含其的开关电路
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电感和包含其的开关电路。
【背景技术】
[0002] 目前，各种电感在各种电路中有着广泛的应用，如在整流输入电路和直流逆变电 路的直流侧和交流侧所用的电感，在直流变换电路Buck电路、Boost电路等开关变换电路 中使用的电感等。通常电感使用都要求在额定范围内尽量保持感量稳定，至少不低于最低 感量需求。在使用中发现感量增大可以更好的抑制电流尖峰，减小电流纹波，减少线路的损 耗。但是如果从轻载电流到额定电流下都保持大感量会使制作电感的成本增加，体积增大， 所以在体积保持不变的情况下，增大轻载电流时的感量并保持额定电流时感量不变成为目 前制作电感的一个趋势。
[0003] 现有技术中电感由多种制作方法制成。图1示出了现有技术中的一种普通电感的 结构示意图。该电感包括轭部1和心柱3,所述轭部1和心柱3形成闭合的回路，构成电感 的磁芯，该磁芯为EI型结构。该电感还包括绕在所述心柱3上的线圈绕组2,在轭部1和心 柱3之间存在气隙4。该种电感的磁芯也就是心柱和轭部的材料为高磁导率材料，在磁芯中 含有气隙，在额定电流使用范围内电感量为线性，但磁场饱和后电感量会极快下降。
[0004] 为解决该问题，现有技术中提出了另一种电感，如图2所示。在该电感心柱3的中 部包括台阶5,由于台阶的存在使轭部1和心柱3之间的气隙具有两个宽度。这种电感会产 生非线性电感。但缺点是台阶部分的磁芯一旦饱和会使电感量极快下降，甚至低于普通电 感在某个电流下的电感量，反而使电流波形变差，并且该电感的制作复杂。
[0005] 图3中示出了现有技术中提出的另一种电感的结构示意图，该电感使用高磁导率 和低磁导率磁芯混合制作。如图3所示，采用低磁导率材料制成的第二磁芯6填充轭部1 和心柱3之间的气隙。心柱3和轭部1构成的磁芯的磁导率为第二磁芯6的磁导率10倍 以上，并且第二磁芯6的磁饱和度较高，要高于450mT。这种电感的缺点是制作中使用的低 磁导率磁芯材料的量较多，增加额外的成本。图3示出的磁芯为EI结构，第二磁芯6在中 间部分磁芯的中间部分填充心柱3和轭部1的之间的气隙。同样的设计也可以应用在磁芯 为Π结构的情况，如图4所示，第二磁芯6在心柱3的两端部填充心柱3和轭部1的之间 的气隙。
[0006] 因此，目前需要一种新型的电感产品的设计，能够降低线圈损耗，提供非线性电感 量并且工艺制造简单，成本低。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提出一种电感，能够提供非线性电感量，并且可以通过调节高 磁导率低饱和磁感应强度材料的厚度和横截面积改善非线性电感量曲线，同时降低成本， 减少线圈中的涡流损耗。
[0008] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0009] -种电感，至少包括一个绕组，一个磁芯，所述磁芯包括至少一个心柱，还包括用 于形成闭合磁路的至少一轭部，所述绕组绕在所述心柱上，至少一个所述心柱的至少一端 部与至少一轭部之间设有一间隙，所述间隙中设有一平面磁芯单元，所述平面磁芯单元为 高磁导率低饱和磁感应强度材料，所述心柱和轭部为高磁导率高饱和磁感应强度材料，且 所述平面磁芯单元的材料的饱和磁感应强度低于所述心柱和轭部的材料的饱和磁感应强 度。
[0010] 其中，所述心柱的两端与轭部之间皆设有间隙，所述间隙中设有高磁导率低饱和 磁感应强度材料的平面磁芯单元。
[0011] 其中，所述平面磁芯单元的横截面投影包含所述心柱的端部的横截面投影。
[0012] 其中，所述平面磁芯单元的横截面投影包含所述心柱和绕组的端部的横截面投 影。
[0013] 其中，所述平面磁芯单元设置在所述气隙中靠近所述心柱的一端。
[0014] 其中，所述平面磁芯单元为锰锌铁氧体或镍锌铁氧体。
[0015] 其中，所述间隙中除平面磁芯单元以外的部分由绝缘材料填充。
[0016] 其中，所述心柱、轭部和平面磁芯材料的相对磁导率大于等于500。
[0017] 其中，所述心柱和轭部材料的饱和磁感应强度为所述平面磁芯单元的材料的饱和 磁感应强度的两倍或两倍以上
[0018] 其中，所述心柱和轭部材料的饱和磁感应强度大于或等于I. 2T，所述平面磁芯单 元材料的饱和磁感应强度小于或等于0. 6T;
[0019] 其中，所述磁芯的结构为EI型或Π型；
[0020] 其中，所述磁芯的结构为三相三柱结构或三相五柱结构；
[0021] 本发明还提供一种包含如前任一所述的电感的开关电路，其中所述电感连接到该 开关电路的输入端或输出端；
[0022] 其中，所述开关电路包括整流电路、逆变电路或直流变换电路；
[0023] 其中，所述开关电路包括单相电路或三相电路。
[0024] 与现有技术相比，本发明提出的电感及开关电路，能够提供非线性电感量，同时降 低成本，减少线圈中的涡流损耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为现有技术中一种电感结构的侧视示意图。
[0026] 图2为现有技术另一种电感结构的侧视示意图。
[0027] 图3为现有技术另一种电感结构的侧视示意图。
[0028] 图4为现有技术另一种电感结构的侧视示意图。
[0029] 图5为实施例一中的电感结构的侧视示意图。
[0030] 图6为实施例一中的电感结构与普通电感结构的电感量随电流变化的曲线图。
[0031] 图7为实施例一中的不同平面磁芯单元厚度的电感结构的电感量随电流变化的 曲线图。
[0032] 图8为图4中电感结构的磁力线示意图。
[0033] 图9为图5中电感结构的磁力线示意图。
[0034] 图10为实施例二中的电感结构的侧视示意图。
[0035] 图11为图10中电感结构的磁力线示意图。
[0036] 图12为实施例二中的另一种电感结构的侧视示意图。
[0037] 图13为实施例三中的另一种电感结构的侧视示意图。
[0038] 其中，附图标记说明如下：
[0039] 1、101、201、轭部；2、102、202、302、线圈绕组 ；3、103、203、303、心柱；4、气隙；104、 204、304、绝缘板；5、台阶；6、第二磁芯；105、205、305、平面磁芯单元；7、107、磁力线；301、 上轭部；301-1、下轭部；301-2、旁轭部；L1、为实施例一中的电感随电流变化的曲线；L2、普 通电感随电流变化的曲线；L3、实施例一种平面磁芯单元的厚度为0.6mm时电感结构的电 感量随电流变化的曲线；L4、实施例一种平面磁芯单元的厚度为0. 4_时电感结构的电感 量随电流变化的曲线。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描 述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于 描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0041] 实施例一
[0042] 本实施例提供一种电感，该电感结构的侧视示意图如图5所示。该电感为Π结构， 包括轭部101和心柱103构成的磁芯结构，该轭部101和心柱103形成闭合的磁路。所述 心柱为被绕组包裹的磁芯部分，所述的轭部为不被绕组包裹的磁芯部分，这在下述的实施 例中也是如此。
[0043] 线圈绕组102缠绕心柱103而设置，在心柱103和轭部101之间包括靠近轭部部 分的绝缘板104和靠近心柱103部分的平面磁芯单元105。
[0044] 心柱103和轭部101的材料为高磁导率高饱和磁感应强度材料，可以为硅钢片、非 晶、纳米晶等，其相对磁导率大于或等于500。平面磁芯单元105的材料为高磁导率低饱和 磁感应强度材料，可以为锰锌铁氧体或镍锌铁氧体等，其相对磁导率同样大于或等于500， 但其饱和磁感应强度低于心柱103和轭部101的材料的饱和磁感应强度。在优选的方式中， 心柱103和轭部101的高磁导率高饱和磁感应强度材料的饱和磁感应强度为高磁导率低饱 和磁感应强度材料的平面磁芯单元105的饱和磁感应强度的两倍或两倍以上。在更加优选 的方式中，心柱和轭部材料的饱和磁感应强度大于等于I. 2T，平面磁芯单元材料的饱和磁 感应强度小于或等于0.6T。
[0045] 如图5所示，平面磁芯单元105设置在心柱103的两端部与轭部之间，图5仅是一 种示例，平面磁芯单元105还可以只设置在心柱103的一端部与轭部之间。
[0046] 平面磁芯单元105与绝缘板104将心柱103的端部与轭部之间的气隙填满。在侧 视方向上平面磁芯单元105的宽度与心柱103端部的宽度相同，并且平面磁芯单元105的 横截面与心柱103端部的横截面相等。这里的绝缘板104由不导电不导磁的绝缘材料制成， 如玻璃、陶瓷、泡沫材料等，该绝缘材料的相对磁导率为1。绝缘板104起到支撑的作用。图 5示出的心柱103和轭部101构成磁芯的结构为Π型，实际上磁芯结构还可以是EI型，该 磁芯的结构可以为三相三柱结构或三相五柱结构,采用高磁导率低饱和磁感应强度材料和 绝缘材料以本实施例提供的方式填充满心柱和轭部之间的气隙即可。
[0047] 首先，本实施例提供的电感结构能够提供非线性电感量，其原理如下：
[0048] 电感磁路主要由高磁导率高饱和磁芯材料(心柱103和轭部104)，高磁导率低饱 和磁芯(平面磁芯单元105),绝缘板104组成，电感量公式近似为：
【权利要求】
1. 一种电感，至少包括一个绕组，一个磁芯，所述磁芯包括至少一个心柱，还包括用于 形成闭合磁路的至少一轭部，所述绕组绕在所述心柱上，其特征在于，至少一个所述心柱的 至少一端部与至少一轭部之间设有一间隙，所述间隙中设有一平面磁芯单元，所述平面磁 芯单元为高磁导率低饱和磁感应强度材料，所述心柱和轭部为高磁导率高饱和磁感应强度 材料，且所述平面磁芯单元的材料的饱和磁感应强度低于所述心柱和轭部的材料的饱和磁 感应强度。
2. 如权利要求1所述电感，其特征在于，所述心柱的两端与轭部之间皆设有间隙，所述 间隙中设有高磁导率低饱和磁感应强度材料的平面磁芯单元。
3. 如权利要求1所述电感，其特征在于，所述平面磁芯单元的横截面投影包含所述心 柱的端部的横截面投影。
4. 如权利要求1所述电感，其特征在于，所述平面磁芯单元的横截面投影包含所述心 柱和绕组的端部的横截面投影。
5. 如权利要求1所述电感，其特征在于，所述平面磁芯单元设置在所述间隙中靠近所 述心柱的一端。
6. 如权利要求1所述电感，其特征在于，所述平面磁芯单元为锰锌铁氧体或镍锌铁氧 体。
7. 如权利要求1所述电感，其特征在于，所述间隙中除平面磁芯单元以外的部分由绝 缘材料填充。
8. 如权利要求1所述的电感，其特征在于，所述心柱、轭部和平面磁芯材料的相对磁导 率大于等于500。
9. 如权利要求1所述的电感，其特征在于，所述心柱和轭部材料的饱和磁感应强度为 所述平面磁芯单元的材料的饱和磁感应强度的两倍或两倍以上。
10. 如权利要求9所述的电感，其特征在于，所述心柱和轭部材料的饱和磁感应强度大 于或等于1. 2T，所述平面磁芯单元材料的饱和磁感应强度小于或等于0. 6T。
11. 如权利要求1-10中任一所述的电感，其特征在于所述磁芯的结构为EI型或n型。
12. 如权利要求1-10中任一所述的电感，其特征在于所述磁芯的结构为三相三柱结构 或三相五柱结构。
13. -种包含如权利要求1所述的电感的开关电路，其特征在于所述电感连接到该开 关电路的输入端或输出端。
14. 如权利要求13所述的开关电路，其特征在于所述开关电路包括整流电路、逆变电 路或直流变换电路。
15. 如权利要求13所述的开关电路，其特征在于所述开关电路包括单相电路或三相电 路。
【文档编号】H01F3/14GK104425109SQ201310407672
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】王昭晖, 褚江, 黃智 申请人:台达电子企业管理（上海）有限公司