双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域内的磁元件集成技术，尤其涉及家电的电网整流电路中的共模差模集成电感，具体来说就是一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感。

背景技术：

磁集成技术是将变换器中的两个或多个分立器件(Discrete Magnetics，DM)，如电感、变压器等，绕制在一副磁芯上，从结构上集中在一起，能够减小磁性器件的体积、重量，有时还能减小电流纹波、降低磁件损耗、改善电源动态性能，对提高电源的性能及功率密度有重要意义。

现有技术中为了减小电力电子电路中磁元件的成本、体积和重量，磁集成方案大致分为以下几类：一、共模和差模电磁干扰(EMI)电感集成；二、功率变压器和电感的集成，比如逻辑链路控制(LLC)谐振变换器的变压器和谐振电感的集成；三、多支路交错并联变换器的功率电感集成。

然而，上述第一类磁集成方案局限于EMI电路中的共模电感和差模电感，且可集成的差模感值受限，通常仅为几十微亨利(简称亨)。而第二、三类磁集成方案局限于功率电路中的磁元件集成。以上方案的磁集成大多为平面型结构，需要占用较大的空间，产品的空间利用率较低。

因此，本领域技术人员亟需一种磁集成方法，突破传统上只能在EMI电路内部进行共模差模集成的限制，实现EMI电路中共模电感和功率电路中的差模电感的集成，降低整个系统的磁元件的体积、重量和成本。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感，解决现有技术中只能在EMI电路内部进行共模差模集成的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的一个具体实施方式提供一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感，包括：圈形共模磁芯；圈形差模磁芯，所述圈形共模磁芯与所述圈形差模磁芯共心；第一共模绕组，缠绕在所述圈形共模磁芯一侧；第二共模绕组，与所述共模绕组对称，缠绕在所述圈形共模磁芯另一侧；第一差模绕组，缠绕在所述差模圈形磁芯的一侧。

基于本发明的上述具体实施方式可知，双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感至少具有以下有益效果：将共模电感和功率电路的差模电感进行集成，减小了磁元件的总体积，增加了电路的功率密度；实现共模电感和差模电感的磁芯和绕组相互共用，降低了成本；克服了传统共模差模集成电感的差模感值较小的缺点，使其可适用的应用场合更加宽泛；突破传统上只能在EMI电路内部进行共模差模集成的限制，实现EMI电路中共模电感和功率电路中的差模电感的集成，降低整个系统的磁元件的体积、重量和成本，产品空间利用率高，促进电力电子应用技术领域的发展。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。

图1为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例一的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例二的结构示意图；

图3为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例三的结构示意图；

图4为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例四的结构示意图；

图5为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例五的结构示意图；

图6为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成 电感的实施例六的结构示意图；

图7为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例七的结构示意图；

图8为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例八的结构示意图；

图9为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例九的结构示意图；

图10为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例十的结构示意图；

图11为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的具体应用电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。

本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变 化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

图1为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例一的结构示意图，如图1所示，将共模电感磁芯的中心和差模电感磁芯的中心相重合，必然决定共模电感磁芯在差模电感磁芯的内侧，或者差模电感磁芯在共模电感磁芯的内侧，从而形成共模差模集成电感。

在该附图具体实施方式中，该共模差模集成电感包括圈形共模磁芯100、圈形差模磁芯200、第一共模绕组300、第二共模绕组400、第一差模绕组500，其中，所述圈形共模磁芯100与所述圈形差模磁芯200共心；第一共模绕组300缠绕在所述圈形共模磁芯100一侧；第二共模绕组400与所述共模绕组300对称，即在具体电路应用中，第二共模绕组400与所述共模绕组300的匝数相同，第二共模绕组400产生的磁通量与所述共模绕组300产生的磁通量大小相等，方向相反，第二共模绕组400缠绕在所述圈形共模磁芯100另一侧；第一差模绕组500缠绕在所述差模圈形磁芯200的一侧。

参见图1，圈形共模磁芯100的形状可以为圆形、方形、菱形等形状；圈形差模磁芯200的形状可以为圆形、方形、菱形等形状，即圈形共模磁芯100的形状为圆形时，圈形差模磁芯200的形状可以为圆形、方形等圈形形状；圈形差模磁芯200的形状为圆形时，圈形共模磁芯100的形状可以为圆形、方形等圈形形状。圈形差模磁芯200上缠绕有差模绕组，可以增加圈形差模磁芯200内的差模感值，对差模干扰起到很好的抑制作用，本发明的共模差模集成电感可以应用于大电流电路。圈形共模磁芯100与圈形差模磁芯200之间留有气隙700，即圈形共模磁芯100与圈形差模磁芯200之间距离最近的两端有两个气隙700，使圈形共模磁芯100与圈形差模磁芯200接近但不接触，圈形共模磁芯100的磁漏通通过气隙700进入圈形差模磁芯200，然后通过另一端气隙700返回到圈形共模磁芯100，形成一个磁路闭环，减少圈形共模磁芯100漏磁通对其它电子元件的影响。本发明将共模电感和差模电感进行集成，减小了磁元件的总体积，差模磁芯上也有绕组，增加了电路的功率密度，克服了传统共模差 模集成电感的差模感值较小的缺点，使其可适用的应用场合更加宽泛；突破传统上只能在EMI电路内部进行共模差模集成的限制，实现EMI电路中共模电感和功率电路中的差模电感的集成，降低整个系统的磁元件的体积、重量和成本，产品空间利用率高，促进电力电子应用技术领域的发展。

图2为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例二的结构示意图，如图2所示，圈形差模磁芯的另一侧还缠绕有差模绕组，进一步增加圈形差模磁芯200内的差模感值，更好地抑制差模干扰。

在该附图具体实施方式中，该共模差模集成电感还包括第二差模绕组600，其中，第二差模绕组600与所述第一差模绕组500的绕线方向相反，第二差模绕组600缠绕在所述差模圈形磁芯200另一侧。

参见图2，第二差模绕组600与第一差模绕组500的绕线方向相反，可以保证在具体应用过程中，第二差模绕组600产生的磁通方向与第一差模绕组500产生的磁通方向相同，即在差模圈形磁芯200内部产生强大的磁通量，从而可以对差模干扰起到很好的抑制作用。

参见图2，本发明的一具体实施例中，共模磁芯在外，差模磁芯在内时，共模磁芯两侧有共模绕组，且两侧绕组绕线对称，即共模磁芯两侧的共模绕组绕线方向相反和绕线匝数相同；差模磁芯两侧有差模绕组，且两差模绕组的绕线方向相反；一侧共模绕组与一侧差模绕组连接，剩余一侧的共模绕组与剩余侧的差模绕组连接，在差模绕组或共模绕组之间连接负载。

在该附图具体实施方式中，所述圈形共模磁芯100在所述圈形差模磁芯200的外侧，所述第一共模绕组300与所述第一差模绕组500连接，所述第一差模绕组500与所述第二差模绕组600连接。在具体电路应用中，第二差模绕组600与第二共模绕组400之间可以接负载，第一共模绕组300和第二共模绕组400接电源，第一共模绕组300和第二共模绕组400可以抑制电路中的共模干扰，第一差模绕组500与第二差模绕组600可以抑制电路中的差模干扰。

参见图2，在该附图具体实施方式中，共模磁芯和差模磁芯均为圆形，两圆的圆心重合，共模磁芯上远离差模磁芯平面的两侧绕有绕组，两绕组的绕线方向相反、匝数相同，两绕组所形成的磁通方向相反，从而可以抑制电路中的共模干扰，差模磁芯上远离共模磁芯所在平面的两侧绕有差模绕组，因此，共模磁芯的漏磁通经过差模磁 芯返回到共模磁芯中，而且差模磁芯两侧绕有差模绕组，从而增大了差模感值，并减少共模磁芯的漏磁通对其它电路元件的干扰，使本发明的共模差模集成电感可以适用于更加广泛的场合。

图3为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例三的结构示意图，如图3所示，共模磁芯在外，差模磁芯在内时，共模磁芯两侧有共模绕组，且两侧绕组绕线对称，即共模磁芯两侧的共模绕组绕线方向相反和绕线匝数相同；差模磁芯两侧有差模绕组，且两差模绕组的绕线方向相反；一侧共模绕组与一侧差模绕组连接，两侧的差模磁芯连接，在剩余共模绕组与差模绕组之间连接负载。

本发明一具体实施例中，所述圈形差模磁芯200在所述圈形共模磁芯100的内侧，所述第一共模绕组300与所述第一差模绕组500连接，所述第二共模绕组400与所述第二差模绕组600连接。

参见图3，在该附图具体实施方式中，共模磁芯和差模磁芯均为圆形，两圆的圆心重合，共模磁芯上远离差模磁芯平面的两侧绕有共模绕组，两共模绕组对称，即两共共模绕线方向相反、匝数相同，两绕组所形成的磁通方向相反，从而可以抑制电路中的共模干扰，差模磁芯上远离共模磁芯所在平面的两侧绕有差模绕组，从而增大了差模感值，因此，共模磁芯的漏磁通经过差模磁芯返回到共模磁芯中，减少共模磁芯的漏磁通对其它电路元件的干扰，使本发明的共模差模集成电感可以适用于更加广泛的场合。

图4为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例四的结构示意图，如图4所示，差模磁芯在外侧，共模磁芯在内侧的共模差模集成电感立体结构，共模磁芯两侧有共模绕组，且两侧共模绕组的绕线对称，即共模磁芯两侧的共模绕组绕线方向相反和绕线匝数相同；差模磁芯两侧有差模绕组，且两差模绕组的绕线方向相反；一侧共模绕组与一侧差模绕组连接，剩余一侧的共模绕组与剩余一侧的差模绕组连接，在两共模绕组或两差模绕组之间连接负载。

在该附图具体实施方式中，所述圈形差模磁芯200在所述圈形共模磁芯100的内侧，所述第一共模绕组300与所述第一差模绕组500连接，所述第二共模绕组400与所述第二差模绕组600连接。

参见图4，共模磁芯和差模磁芯均为圆形，两圆的圆心重合，共模磁芯上远离差 模磁芯平面的两侧绕有共模绕组，两共模绕组对称，即两共共模绕线方向相反、匝数相同，两绕组所形成的磁通方向相反，从而可以抑制电路中的共模干扰，差模磁芯上远离共模磁芯所在平面的两侧绕有差模绕组，从而增大了差模感值，因此，共模磁芯的漏磁通经过差模磁芯返回到共模磁芯中，减少共模磁芯的漏磁通对其它电路元件的干扰，使本发明的共模差模集成电感可以适用于更加广泛的场合。

图5为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例五的结构示意图，如图5所示，差模磁芯仅一侧缠绕有差模绕组，差模绕组与任意一侧的共模绕组连接，增大差模磁芯中差模感值的同时，在满足差模感值的前提下，降低了生产成本。

本发明的一具体实施例中，所述圈形共模磁芯100在所述圈形差模磁芯200的内侧，所述第一共模绕组300与所述第一差模绕组500连接；或者，所述第二共模绕组400与所述第一差模绕组500连接。

参见图1、图5，共模磁芯在外侧，差模磁芯在内侧时的示意图，差模磁芯仅有一侧缠绕有差模绕组，共模磁芯上远离差模磁芯平面的两侧绕有共模绕组，两共模绕组对称，即两共共模绕线方向相反、匝数相同，两绕组所形成的磁通方向相反，从而可以抑制电路中的共模干扰，差模磁芯上远离共模磁芯所在平面的其中一侧绕有差模绕组，差模绕组与任意一侧共模绕组连接，从而增大了差模感值，因此，共模磁芯的漏磁通经过差模磁芯返回到共模磁芯中，减少共模磁芯的漏磁通对其它电路元件的干扰，使本发明的共模差模集成电感可以适用于大电流电路中。

图6为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例六的结构示意图，图7为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例七的结构示意图，如图6、图7所示，共模磁芯在内侧，差模磁芯在外侧时的示意图，差模磁芯仅有一侧缠绕有差模绕组，共模磁芯上远离差模磁芯平面的两侧绕有共模绕组，两共模绕组对称，即两共共模绕线方向相反、匝数相同，两绕组所形成的磁通方向相反，从而可以抑制电路中的共模干扰，差模磁芯上远离共模磁芯所在平面的其中一侧绕有差模绕组，差模绕组与任意一侧共模绕组连接，从而增大了差模感值，因此，共模磁芯的漏磁通经过差模磁芯返回到共模磁芯中，减少共模磁芯的漏磁通对其它电路元件的干扰，使本发明的共模差模集成电感可以适用于大电流电路中。

本发明一具体实现例中，所述圈形共模磁芯100所在的平面与所述圈形差模磁芯200所在的平面相互垂直，这样设置使差模绕组与共模绕组相互影响小，实现共模绕组电感和差模绕组电感磁芯的相互共用，并提供额外的差模感量，增加了共模集成电感的差模感值。

图8为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例八的结构示意图，如图8所示，圈形共模磁芯100与圈形差模磁芯200之间留有气隙700，即圈形共模磁芯100与圈形差模磁芯200之间距离最近的两端有两个气隙700(上下各有一个)，使圈形共模磁芯100与圈形差模磁芯200接近但不接触，圈形共模磁芯100的磁漏通通过气隙700进入圈形差模磁芯200，然后通过另一端气隙700返回到圈形共模磁芯100，形成一个磁路闭环，减少圈形共模磁芯100漏磁通对其它电子元件的影响。

图9为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例九的结构示意图，图10为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的实施例十的结构示意图；如图9所示、图10所示，图9中共模磁芯与差模磁芯均为方形结构，且共模磁芯所在的平面与差模磁芯所在的平面相互垂直；图10中共模磁芯为方形结构，而差模磁芯为圆形结构，且共模磁芯所在的平面与差模磁芯所在的平面相互垂直。

图11为本发明具体实施方式提供的一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感的具体应用电路图，如图11所示，为本发明共模差模集成电感在家用空调上的应用实例，电磁干扰(EMI)电路中的共模电感和功率电路中的差模电感设置于电路中，二者集成一体后就是图1～图10所示的共模差模集成电感，共模电感相当于图1～图10中的共模磁芯及其绕组，差模电感相当于图1～图10中的差模磁芯及其绕组，本发明的共模差模集成电感克服了传统EMI电路的共模差模集成电感的差模感值较小的缺点，使得本发明的共模差模集成电感可以在越来越多的电力电子应用领域发挥作用，尤其在家电应用领域。

本发明至少还具有以下有益效果：

本发明将共模电感和功率电路的差模电感进行集成，减小了磁元件的总体积，增加了电路的功率密度；实现共模电感和差模电感的磁芯和绕组相互共用，降低了成本；克服了传统共模差模集成电感的差模感值较小的缺点，使其可适用的应用场合更加宽 泛；本发明的共模差模集成电感可以在越来越多的电力电子应用领域发挥作用，尤其在家电应用领域；本发明集成的差模感值比传统的共模差模EMI集成电感的差模感值增加较多，从而突破传统上只能在EMI电路内部进行共模差模集成的限制，实现EMI电路中共模电感和功率电路中的差模电感的集成，降低整个系统的磁元件的体积、重量和成本。

本发明提供一种双磁芯呈立体交错布置的共模差模集成电感，将共模铁芯所在的平面与差模铁芯所在的平面相互垂直交叉，但不完全接触，并分别在共模铁芯两侧缠绕共模绕组，在差模铁芯两侧缠绕差模绕组，共模绕组和差模绕组相互共用，两共模绕组匝数相同，两差模绕组的匝数相同，两共模绕组形成的磁通方向相反，两差模绕组形成的磁通方向相同，从而将共模电感和差模电感进行集成，减小了磁元件的总体积，增加了电路的功率密度；实现共模电感和差模电感的磁芯和绕组相互共用，降低了成本；克服了传统共模差模集成电感的差模感值较小的缺点，使其可适用的应用场合更加宽泛；突破传统上只能在EMI电路内部进行共模差模集成的限制，实现EMI电路中共模电感和功率电路中的差模电感的集成，降低整个系统的磁元件的体积、重量和成本，产品空间利用率高，促进电力电子应用技术领域的发展。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。