跑道形磁芯共差模电感、电源电路及计算机的制作方法

本发明涉及电子电力
技术领域：
，特别涉及一种跑道形磁芯共差模电感、电源电路及计算机。
背景技术：
：在开关电源电路中，例如计算机的开关电源中，需要使用共模电感来抑制共模的电磁干扰信号，同时需要考虑对差模的电磁干扰信号，因此一级滤波效果不足，为了获得良好的干扰抑制效果，也即滤波效果；需要设置两级滤波电路，这必然带来开关电源电路体积的增加，影响滤波电路的小型化发展。技术实现要素：本发明的主要目的是提供一种跑道形磁芯共差模电感，旨在提升共模电感的共模性能和差模性能。为实现上述目的，本发明提出的一种跑道形磁芯共差模电感，该跑道形磁芯共差模电感包括：跑道形纳米晶磁芯，所述跑道形纳米晶磁芯具有相对设置的两个直线形磁柱和两个弧形磁柱；第一电感线圈和第二电感线圈，所述第一电感线圈和所述第二电感线圈分别绕制于两个所述直线形磁柱，且第一电感线圈和第二电感线圈的绕制方向相反；其中，两个所述弧形磁柱裸露设置，以增加跑道形磁芯共差模电感的漏感量。可选地，所述直线形磁柱的截面积与所述弧形磁柱的截面积相等。可选地，所述直线形磁柱的截面为矩形。可选地，两个所述弧形磁柱为半圆形。可选地，所述跑道形纳米晶磁芯的材料为铁基纳米晶磁材。可选地，所述跑道形纳米晶磁芯由带材绕制成层叠状，所述跑道形纳米晶磁芯的填充系数为0.76-0.83。可选地，所述第一电感线圈和第二电感线圈单层排布。可选地，所述第一电感线圈和第二电感线圈为扁平线，分别立绕于两个所述直线形磁柱。本发明还提出一种电源电路，包括上述的跑道形磁芯共差模电感。本发明还提出一种计算机，包括上述的电源电路。本发明技术方案，通过将磁芯设置为纳米晶磁芯，利用纳米晶的高磁导率，获得良好的共模性能；本实施例还将磁芯形状设置为跑道形，将第一电感线圈和第二电感线圈分别绕制于两个所述直线形磁柱，且第一电感线圈和第二电感线圈的绕制方向相反，如此设置，相比较传统的圆环纳米晶磁芯，绕制于两个直线形磁柱的第一电感线圈和第二电感线圈中，第一电感线圈和第二电感线圈的任意两匝是相互平行的，从而可以有效降低共差模的寄生电容，有利于提升跑道形磁芯共差模电感的高频共模性能。此外，跑道形纳米晶磁芯的两弧形磁柱裸露设置，也即不绕制线圈，从而增加磁通在弧形磁柱处的泄露，可以有效的提升跑道形磁芯共差模电感的漏感值，需要说明的是，跑道形磁芯共差模电感的漏感值的提升也即提升了跑道形磁芯共差模电感的差模分量，从而有利于提升跑道形磁芯共差模电感的差模滤波性能。因此，本发明的跑道形磁芯共差模电感既具有良好的共模性能，也具有良好的差模性能，从而在需要同时考虑共模滤波和差模滤波的计算机电源电路中，本发明的跑道形磁芯共差模电感可以达到代替两个传统滤波电感的效果。此外，相比较传统的圆环纳米晶磁芯需要将线圈绕制于弧线侧(无法实现自动绕线，需要手动绕线，一致性差，效率低)，本发明绕制于直线侧，有利于实现全自动化绕线，排线整齐，无交叉重叠，生产效率高，人工成本极低，产品性能稳定可靠。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本发明跑道形磁芯共差模电感一实施例的结构示意图；图2为本发明跑道形磁芯共差模电感一实施例的等效电路图；图3为本发明跑道形磁芯共差模电感一实施例的主视图；图4为本发明跑道形磁芯共差模电感一实施例的左视图；图5为本发明跑道形磁芯共差模电感一实施例的跑道形纳米晶磁芯10结构示意图；图6为本发明跑道形磁芯共差模电感一实施例的共模感量测试图；图7为本发明跑道形磁芯共差模电感一实施例的差模感量测试图；图8为本发明跑道形磁芯共差模电感一实施例的传导测试图；图9为本发明跑道形磁芯共差模电感一实施例的辐射测试图。附图标号说明：标号名称标号名称10跑道形纳米晶磁芯50隔板20第一电感线圈11跑道形治具30第二电感线圈12纳米晶层40底座13油漆层本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。本发明提出一种跑道形磁芯共差模电感，该跑道形磁芯共差模电感具有良好的共模性能和差模性能，本发明的跑道形磁芯共差模电感在计算机电源电路中，可以达到两级传统共模电感的效果。参照图1，在一实施例中，该跑道形磁芯共差模电感包括：跑道形纳米晶磁芯10，所述跑道形纳米晶磁芯10具有相对设置的两个直线形磁柱和两个弧形磁柱；第一电感线圈20和第二电感线圈30，所述第一电感线圈20和所述第二电感线圈30分别绕制于两个所述直线形磁柱，且第一电感线圈20和第二电感线圈30的绕制方向相反；其中，两个所述弧形磁柱裸露设置，也即在两个所述弧形磁柱处，不绕制电感线圈，以增加跑道形磁芯共差模电感的漏感量。本实施例中，跑道形磁芯共差模电感的等效电路参照图2，lcm为等效共模分量，ldm为等效差模分量。跑道形纳米晶磁芯10的具体可以是扁平形磁芯，两个直线形磁柱和两个弧形磁柱组成闭合的磁路；其中两个两个弧形磁柱可以是半圆形，也可以是其他形状，本实施例可选为半圆形。具体地，在实际应用中，跑道形纳米晶磁芯10的制作方法可以是先将带材绕制成圆环，在通过特制耐高温工装夹具将圆环挤压成跑道形纳米晶磁芯10，具体可以在两直线侧之间设制耐高温不变形45#钢铁质支架固定，以防带材拱起变形。参照图5，也可以是采用特制合金磁材，例如坡莫合金、特种超薄铁片等磁材的跑道形治具11，在跑道形治具11的基础上绕制带材，也即绕制出纳米晶层12，从而获得跑道形纳米晶磁芯10。需要注意的是，弧线边的直径与外形宽度(也即，两直磁柱侧之间的距离)保持一致，从而可以达到跑道形纳米晶磁芯10任意两处截面积相等的效果。所述线圈可以是扁平线圈，也可以是其他类型的线圈，线圈的绕制可以是平绕，也可以是立绕，此处均不做限定，本实施例可选为扁平线圈，采用立绕方式进行绕线。本发明技术方案，通过将磁芯设置为纳米晶磁芯，利用纳米晶的高磁导率，使跑道形磁芯共差模电感具备良好的共模性能；本实施例还将磁芯形状设置为包括两个直线形磁柱和弧形磁柱的跑道形磁芯，将第一电感线圈20和第二电感线圈30分别绕制于两个所述直线形磁柱，且第一电感线圈20和第二电感线圈30的绕制方向相反，如此设置，相比较传统的圆环形纳米晶磁芯(需要手动绕线，且因为在弧形磁柱上绕线，导致任意两匝线圈之间存在夹角)，绕制于两个直线形磁柱的第一电感线圈20和第二电感线圈30中，任意两匝是相互平行的，从而可以有效降低跑道形磁芯共差模电感的寄生电容，有利于提升跑道形磁芯共差模电感的高频共模性能，此外，跑道形磁芯的两弧形磁柱裸露设置，也即不绕制线圈，从而增加磁通在弧形磁柱处的磁泄露，可以有效的提升跑道形磁芯共差模电感的漏感值，需要说明的是，跑道形磁芯共差模电感的漏感值的提升也即提升了跑道形磁芯共差模电感的差模分量，从而有利于提升跑道形磁芯共差模电感的差模滤波性能。因此，本发明的跑道形磁芯共差模电感既具有良好的共模性能，也具有良好的差模性能，具体地，在实际测试中，在需要同时考虑共模滤波和差模滤波的电源电路，例如就计算机电源电路中，本发明的跑道形磁芯共差模电感凭借良好的共模性能和差模性能，可以达到代替两个传统滤波电感的效果。此外，相比较传统的圆环纳米晶磁芯需要将线圈绕制于弧线侧(无法实现自动绕线，需要手动绕线，一致性差，效率低)，本发明绕制于直线侧，有利于实现全自动化绕线(线圈绕制在直线磁柱上，很容易实现自动化)，排线整齐，无交叉重叠，有利于提升产品的生产效率，降低产品的人工成本以及使得产品性能稳定可靠。需要注意的是，为例提升跑道形纳米晶磁芯10的性能，本发明的跑道形纳米晶磁芯10在热处理工艺过程中，采用特制的成型治具(可以是上述的坡莫合金、特种超薄铁片等磁材的跑道形治具(可以不拆除，直接将线圈绕制在跑道形纳米晶磁芯10和跑道形治具组成的组合体上)，也可以单独设计用户热处理的用于固定的治具(此时圆环形已经被压制成跑道形，将跑道形纳米晶磁芯10套接于单独设计的用于固定的治具，并在处理完毕时，将单独设计的成形治具取出。)，并施加轻微压力作用于跑道形纳米晶磁芯10，以消除跑道形纳米晶磁芯10卷绕过程中的机械应力，有利于恢复或者提升跑道形纳米晶磁芯10的磁特性。具体地，所述轻微压力的施加方式有多种，此处不做限定，例如，利用磁场给跑道形纳米晶磁芯10的磁力，或者直接给跑道形纳米晶磁芯10施加机械压力等。进一步地，为了提升跑道形纳米晶磁芯10的温度特性，在跑道形纳米晶磁芯10进行热处理时，根据跑道形纳米晶磁芯10材料特性设置温度曲线，以1k107铁基纳米晶合金为例，可以在300℃-420℃做为其第一段温度的保温点，恒温保温30-40分钟，420℃-480℃做为其第二段温度的保温点恒温保温60-70分钟，480℃-570℃做为其第三段工艺的保温点恒温保温110-120分钟。此外，热处理出炉时，也即跑道形纳米晶磁芯10在第三段保温结束后，降低跑道形纳米晶磁芯10的冷却速度(而不是立即降温)，以提升跑道形纳米晶磁芯10的温度特性。同时，为了防止纳米晶磁芯散带变形需进一步对跑道形纳米晶磁芯10进行浸胶固化，固化后还需经过两小时的120℃烘烤工艺。进一步地，为了对本发明的跑道形磁芯共差模电感性能进行测试验证，给出一实施例中，跑道形磁芯共差模电感的实际生产制造数据，并对生产出来的跑道形磁芯共差模电感进行测试并记录测试结果。首先，用辊剪好的铁基纳米晶带材(1k107铁基纳米晶带材，带宽6.5mm)通过前述方法绕制成跑道形纳米晶磁芯10，跑道形纳米晶规格参数参照图5，跑道形纳米晶磁芯10的参数可以是：内长30.9mm，内宽8.4mm，外长41.7mm，外宽19.5mm，跑道形纳米晶磁芯10成型好放入卧式炉进行三段热处理处理，保温结束后跑道形纳米晶磁芯10冷却一段时间，将跑道形纳米晶磁芯10放入横磁炉内进行加横磁处理，横向磁场设置为1200-1500gs。再做轻微固化，120℃烘烤2h后测试跑道形纳米晶磁芯10性能，接下来再做喷凃处理，以增加油漆层13，从而保护和绝缘跑道形磁芯共差模电感，最终获得10组跑道形纳米晶磁芯10，分别标记为表中的1#～10#。10组跑道形纳米晶磁芯10测试数据参照表1和表2:表1中的两个l1t分别为10khz和100khz的测试频率下测试所得的电感量。表1：表2：表2为测试得的10组跑道形纳米晶磁芯10的外形尺寸参数，其中lin为跑道形纳米晶磁芯10的内长，win为跑道形纳米晶磁芯10的内宽，lout跑道形纳米晶磁芯10的外长，wout为跑道形纳米晶磁芯10的外宽，具体参照图5，其中，ht为跑道形纳米晶磁芯10的高(与铁基纳米晶带材的带宽相关，图5中未示出)。进一步地，任意选取4跑道形纳米晶磁芯10，采用0.40x2.0规格的扁平漆包线在跑道形纳米晶磁芯10的两条直形磁柱上绕制方向相反的绕组各50ts(具体绕线规格参照表3)，再进行成型并安装底板40与隔板50，最后进行点胶固定。固定后的包括底座的跑道形磁芯共差模电感参考规格参数参照图3和图4，图中的单位为mm，也就是说，包含电感线圈后，跑道形磁芯共差模电感外宽可以为29mm，外长可以为45mm，图中的max指的是不大于。表3中的n1为第一电感线圈20、n2为第二电感线圈30，min表示不小于，max表示不大于。表3：进一步地，将制成的4个跑道形磁芯共差模电感分别编号(表4中的1、2、3以及4)进行电感参数测试并记录于表4中。表4：从上表可以看出，本实发明的跑道形磁芯共差模电感测差模电感值稳定在140+，相比较同等规格的共模电感(一般差模电感值为50)，本实施例中的跑道形磁芯共差模电感的差模性能优越；同时，本实施例中的跑道形磁芯共差模电感的共模电感量在10khz的测试频率下，稳定在50以上，在100khz的测试频率下，稳定在27以上。共模性能优越。进一步地，绘制本实施例中的跑道形磁芯共差模电感的共模电感-测试频率，以及阻抗值-测试频率的特性曲线图，参照图6。图6中纵坐标的ls指的是电感量，z指的是阻抗，frequaency指的是跑道形磁芯共差模电感的测试频率。进一步地，绘制本实施例中的跑道形磁芯共差模电感的差模电感-测试频率，以及阻抗值-测试频率的特性曲线图，参照图7。图7中纵坐标的ls指的是电感量，z指的是阻抗，frequaency指的是跑道形磁芯共差模电感的测试频率。为了进一步证明本实施例中的跑道形磁芯共差模电感性能，利用本发明的一个跑道形磁芯共差模电感代替计算机电源中的两级铁氧体共模电感后，进行传导测试和辐射测试，测试结果参照图8和图9，图8为传导测试效果图，图9为辐射测试效果图，由图8可以看出，在图8所示的频率范围内，峰值频谱波形的任意读取值均小于准峰值限值，平均值频谱波形的任意读取值，均小于平均值限值，也即本发明的一个跑道形磁芯共差模电感代替计算机电源中的两级铁氧体共模电感后，能完美的通过传导测试。由图9可以看出，在图9所示的频率范围内，辐射的峰值波形任意读取值低于准峰值限值，也即本发明的一个跑道形磁芯共差模电感代替计算机电源中的两级铁氧体共模电感后，能完美的通过辐射测试。综上所述，本实施例的跑道形磁芯共差模电感性能优越，能代替计算机电源电路中的两级铁氧体共模电感，有利于降低成本、节省空间、简化emi滤波电路、降低损耗、提高能效、提升功率密度。参照图1和图5，在一实施例中，所述直线形磁柱的截面积与所述弧形磁柱的截面积相等。也即直线形磁柱的截面和弧形磁柱的截面形状相同、面积相等。也就是说，跑道形纳米晶磁芯10的任意两处截面积相等，无论磁通流至跑道形纳米晶磁芯10的任意一个位置，截面积都相等，相比较传统的磁芯(例如，弧形磁柱为椭圆形，必然导致某一处的磁芯截面积偏小，又例如矩形磁芯，矩形直角处，截面积变化不等。)，本实施例中的跑道形纳米晶磁芯10可以在跑道形磁芯共差模电感的磁路流通时，避免因为某一处的磁芯截面积偏小，导致磁路损耗的问题。其中，跑道形纳米晶磁芯10的截面可以是矩形、多边形或者圆形，此处不做限定。进一步地，所述直线形磁柱的截面为矩形。所述第一电感线圈20和第二电感线圈30为圆形绕制于直线形磁柱上，从而电感线圈和直线形磁柱之间具有一定的空隙，有利于提升漏感值，提升跑道形磁芯共差模电感的差模性能。进一步地，两个所述弧形磁柱为半圆形。本实施例通过将跑道形纳米晶磁芯10的两个弧形磁柱为半圆形，从而可以于跑道形纳米晶磁芯10的直线侧对齐，相比较其他形状，例如椭圆形(椭圆形则无法达到任意两处截面积相等)，可以避免磁路流通时，导致磁路损耗的问题；由于半圆形的弧形磁柱能和直线形磁柱完美切合，实现闭合磁路设计，阻抗平衡特性好。进一步地，所述跑道形纳米晶磁芯10的材料为铁基纳米晶磁材。本实施例中，铁基纳米晶磁材不做限定，满足磁导率的要求即可，例如可以是1k107铁基纳米晶磁材。可以理解的是，相比较传统的铁氧体磁芯，铁基纳米晶磁材具备良好的磁导率，有利于有效提升跑道形磁芯共差模电感的共模性能。参照图5，在一实施例中，所述跑道形纳米晶磁芯10由带材绕制成层叠状，所述跑道形纳米晶磁芯10的填充系数为0.76-0.83。本实施例中的跑道形纳米晶磁芯10由磁性带材绕制成层叠状，填充系数为0.76-0.83，具体可以是直接绕制成圆环状，在通过特制耐高温工装夹具将圆环挤压成跑道形纳米晶磁芯10，也可以是采用特制合金磁材，例如坡莫合金、特种超薄铁片等磁材的跑道形治具11，在跑道形治具11的基础上绕制带材，也即绕制出纳米晶层12，从而获得跑道形纳米晶磁芯10。需要注意的是，弧线边的直径与外形宽度wout保持一致，从而可以达到跑道形纳米晶磁芯10任意两处截面积相等的效果。本实施例中，整个跑道形纳米晶磁芯10由一根带材绕制而成，从而在绕制过程中，可以控制绕制张力，使得跑道形纳米晶磁芯10每一处的填充系数一致，以获得良好一致性的跑道形纳米晶磁芯10。同时，层叠绕制可以在不降低跑道形纳米晶磁芯10的磁特性和绝缘特性的前提下，将跑道形纳米晶磁芯10做的更加薄，实现跑道形纳米晶磁芯10的薄型化，有利于在同等体积的情况下，获得更加良好性能的跑道形纳米晶磁芯10和共差模性能。在一实施例中，所述第一电感线圈20和第二电感线圈30单层排布。单层绕制有利于实现自动化生产，还有利于提升跑道形磁芯共差模电感的品质因素。进一步地，所述第一电感线圈20和第二电感线圈30为扁平线，分别立绕于两个所述直线形磁柱。本实施通过采用扁平漆包线立绕方式对跑道形纳米晶磁芯10进行绕线，从而不存在扁平漆包线立绕方式对跑道形纳米晶磁芯10的拉力应力因素影响，避免了绕线衰减问题，此外，扁平漆包线立绕于直线形磁柱上(传统共模电感将线圈的绕制于弧形磁柱上，需要手动绕线，一致性差)，可以实现全自动化绕线，排线整齐，无交叉重叠，生产效率高，人工成本极低，产品性能稳定可靠。本发明还提出一种电源电路，包括上述的跑道形磁芯共差模电感。该跑道形磁芯共差模电感的具体结构参照上述实施例，由于本电源电路采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。本发明还提出一种计算机，该计算机包括上述的电源电路。该电源电路的具体结构参照上述实施例，由于本计算机采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12