一种大功率小体积升压电感及升压电路的制作方法
本实用新型涉及电感技术领域，尤其涉及一种大功率小体积升压电感及升压电路。
背景技术：
现有背光升压电感采用环形电感，环形电感体积较大，成本较高，不易实现机器自动化生产，且升压能量存储在磁芯内，易饱和，而使温度较高；而采用工型电感，虽然体积较小，成本较低，但升压能量储存在磁芯内，没有闭环磁路，磁芯可达到的功率较小，温升较高。
技术实现要素：
本实用新型提供一种大功率小体积升压电感及升压电路，体积较小，成本较低，实现的功率较大，EMC性能良好。
本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提供一种大功率小体积升压电感，包括磁芯，所述磁芯包括第一E型磁芯和第二E型磁芯，所述第一E型磁芯和第二E型磁芯均包括两个外侧柱和一中柱，所述第一E型磁芯和第二E型磁芯相对设置，所述第一E型磁芯的两个外侧柱和第二E型磁芯的两个外侧柱相接触，所述第一E型磁芯的中柱和第二E型磁芯的中柱之间形成有空隙。
进一步地，还包括骨架，所述骨架包括用于绕制线圈的横梁，贯穿所述横梁设有一通孔，所述第一E型磁芯和第二E型磁芯的中柱从所述横梁的两端相对插入所述通孔中。
优选地，在所述空隙内注入胶。
具体地，所述横梁的两端分别设有用于防止绕线脱出所述横梁的侧壁。
具体地，所述横梁的两端下侧对称设有用于支撑所述第一E型磁芯和第二E型磁芯的支架。
具体地，所述支架的下端分别设有引脚。
优选地，所述骨架、第一E型磁芯和第二E型磁芯外部设有EMC屏蔽层。
具体地，所述线圈为多股线绕制。
第二方面，本实用新型提供一种升压电路，包括上述所述的大功率小体积升压电感、PWM控制器、MOS开关电路、第一电容、第二电容和二极管；所述第一电容的正极与电源连接，其负极接地；所述大功率小体积升压电感的输入引脚与所述电源连接，其输出引脚与MOS开关电路的漏极连接，其接地引脚接地；所述MOS开关电路的源极接地，其栅极与所述PWM控制器连接；所述二极管的正极与所述MOS开关电路的漏极连接，其负极与第二电容的正极连接，所述第二电容的负极接地。
具体地，所述MOS开关电路为NMOS开关管。
本实用新型提供的技术方案带来以下有益效果：
第一E型磁芯和第二E型磁芯的两个外侧柱相互接触，形成电感工作的闭环磁路，充分利用线圈的电磁感应，在中柱处留有空隙，当线圈匝数增加时，通过增加此空隙距离，使得感量维持恒定，当电流增大时能有效避免磁饱和，有利于提高使用该磁芯的电感的使用功率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型中的技术方案，下面将对本实用新型描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型提供的大功率小体积升压电感的磁芯的结构示意图。
图2是本实用新型提供的大功率小体积升压电感的磁芯的正面示图。
图3是本实用新型提供的大功率小体积升压电感的骨架的结构示意图。
图4是本实用新型提供的升压电路的电路原理图。
图5是本实用新型提供的沿图3中X-X’进行剖面的向上看的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1是本实用新型提供的大功率小体积升压电感的磁芯的结构示意图。图2是本实用新型提供的大功率小体积升压电感的磁芯的正面示图。如图1、图2所示，该大功率小体积升压电感包括磁芯1，所述磁芯1包括第一E型磁芯10和第二E型磁芯11，所述第一E型磁芯10和第二E型磁芯11均包括两个外侧柱12和一中柱13，所述第一E型磁芯10和第二E型磁芯11相对设置，所述第一E型磁芯10的两个外侧柱12和第二E型磁芯11的两个外侧柱12相接触，所述第一E型磁芯10的中柱13和第二E型磁芯11的中柱13之间形成有空隙14。
本实用新型提供的大功率小体积升压电感的磁芯1为E型磁芯，第一E型磁芯10和第二E型磁芯11的两个外侧柱12相互接触，形成电感工作的闭环磁路，充分利用线圈的电磁感应，在中柱13处留有空隙14，当线圈匝数增加时，通过增加此空隙14距离，使得感量维持恒定，当电流增大时能有效避免磁饱和，有利于提高使用该磁芯的电感的使用功率。
本实施例中，磁芯的规格为EF16，材质为NH2CA或PC47等级的材质，提高了磁芯效率，这里仅是例举说明磁芯的具体规格，材料等，并不作为对本实用新型的限制。
图3是本实用新型提供的大功率小体积升压电感的骨架的结构示意图。结合图3所示，该大功率小体积升压电感还包括上述所述的骨架2，所述骨架2包括用于绕制线圈的横梁20，贯穿所述横梁20设有一通孔200，所述第一E型磁芯10和第二E型磁芯11的中柱13从所述横梁20的两端相对插入所述通孔200中。
本实用新型提供的骨架2，可以在骨架2的通孔200中插入能自动驱动的绕线棒子上，自动进行绕线，绕完线后，将第一E型磁芯10和第二E型磁芯11的中柱13从所述横梁20的两端相对插入所述通孔200中，实现线圈的机器绕制，降低了大功率小体积升压电感制作的人工成本，提高了生产效率，而且，采用E型磁芯的设计使得大功率小体积升压电感有效避免了磁通过大而造成磁饱和的问题，有利于提高大功率小体积升压电感的使用功率。
优选地，在所述空隙14内注入胶。在中柱13之间的空隙14处注入胶，有利于降低电感工作噪音。
本实施例中，所述横梁20的两端分别设有用于防止绕线脱出所述横梁20的侧壁21。横梁20两端的侧壁21加上第一E型磁芯10和第二E型磁芯11的外侧柱将线圈包裹在横梁20上，将线圈封闭起来，提高了电感的使用寿命。
具体地，所述横梁20的两端下侧对称设有用于支撑所述第一E型磁芯10和第二E型磁芯11的支架22。支架22的结构和第一E型磁芯10和第二E型磁芯11的结构相匹配，使得第一E型磁芯10和第二E型磁芯11在插入横梁20的通孔200中时，可以卡在支架22上，使得电感结构更加坚固稳定。
具体地，所述支架22的下端分别设有引脚23。在支架22的下端设置引脚方便使用。优选地，因电感两排引脚对称，为避免电感插件时造成插错，两排的引脚设成不对称形式，即引脚防呆设计，使用更加方便。
优选地，所述骨架2、第一E型磁芯10和第二E型磁芯11外部设有EMC屏蔽层。具体地，将该EMC屏蔽层接地，采用铜箔将磁芯和线圈全部包裹，改善了大功率小体积升压电感的EMC性能。
优选地，本实施例中，所述线圈为多股线绕制。根据功率大小，使用多股线圈，使电感在高频交变电流通过时，减少了线的趋肤效应，进一步使得温升较低。
图4是本实用新型提供的升压电路的电路原理图。如图4所示，该升压电路包括上述所述的大功率小体积升压电感L0D2、PWM控制器30、MOS开关电路40、第一电容C0B8、第二电容C0B7和二极管D1，所述第一电容C0B8的正极与电源Vin连接，其负极接地；所述大功率小体积升压电感L0D2的输入引脚与所述电源Vin连接，其输出引脚与MOS开关电路40的漏极2连接，其接地引脚接地；所述MOS开关电路40的源极3接地，其栅极1与所述PWM控制器30连接；所述二极管D1的正极与所述MOS开关电路40的漏极2连接，其负极与第二电容C0B7的正极连接；所述第二电容C0B7的负极接地。
本实用新型提供的升压电路工作原理为：PWM控制器40控制MOS开关电路40导通后，电源Vin输入电压流过大功率小体积升压电感L0D2，对大功率小体积升压电感L0D2充电，二极管D1防止第二电容C0B7对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟大功率小体积升压电感L0D2大小有关，随着大功率小体积升压电感L0D2电流增加，大功率小体积升压电感L0D2里储存了能量；当PWM控制器40控制MOS开关电路40截止后，大功率小体积升压电感L0D2通过二极管D1开始给第二电容C0B7充电，第二电容C0B7两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了，升压完毕。
该升压电路感量维持恒定，当电流增大时能有效避免磁饱和，升压效果更好。
具体地，所述MOS开关电路40为NMOS开关管Q1B0。
本实用新型提供的大功率小体积升压电感可参考如下设计方式的实例进行设计。
图5是本实用新型提供的沿图3中X-X’进行剖面的向上看的示意图。结合图5所示，已知条件：输入电压Vinmin＝42V，工作频率f＝140kHz，磁芯有效截面积Ae＝20mm2，饱和磁通密度Bmax＝0.4T，线电流密度Im＝8A/mm2，输出最大电压Voutmax＝60V，电感L＝100uH，输出电流Iout＝1.2A，效率η＝0.9，窗口长a＝3.4mm，高h＝10mm。
首先，求得占空比：导通时间
根据导通时间Ton，得到CCM模式的电感最大电流为：
根据电感最大电流ILpeak得到线圈匝数：由磁感应强度知，线圈匝数N越大，磁感应强度B值越小，则磁芯越不易饱和，根据实际磁芯窗口可绕空间及温升测试，实际线圈匝数N’＝50圈；
选定骨架后，评估线径，如图5所示，窗口面积Aw＝a·h＝34mm2，再根据此窗口面积Aw的1.15倍，求线径最大截面积：为了满足温升要求，根据线电流密度，电气需求的线面积：由此可知，S线1<Smax，则在该窗口下可以绕下50圈。采用的线圈为多股线，这里用线径0.1mm的多股线，根据需求面积求得多股线的根数使得电感在高频交变电流通过时，减少了线的趋肤效应，进一步使得温升较低，另因线圈绕完需包胶带，故实际取25跟，实验测得温升良好。现有环形电感因绕制工艺限制，只能使用较粗的单股线，趋肤效应影响，线面积利用效率较低。
最后，验证是否磁饱和
磁感应强度：(100℃,，Bmax：PC44:0.4T，PC40：0.39T)，可以得出，本设计满足磁饱和0.6的余量。
以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
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