一种变压器和电感器的集成结构及其实现方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及一种新型的电子元件，既能作为变压器使用，又能作为电感器使用，还能同时作为变压器和电感器使用。
【背景技术】
[0002]变压器(transformer)是一种用来升高或降低交流电压的电子元件。请参阅图1,这是一个简单的双绕组变压器。在一个闭合磁芯(也称铁心)10上缠绕有初级线圈(也称原边绕组)11和次级线圈(也称副边绕组)12。当初级线圈11通过交流电流时，磁芯10中产生磁通量15，该磁通量15使得次级线圈12产生感应电流。
[0003]电感器(inductor)是一种当通过闭合回路的电流发生改变时，会产生感应电动势来抵抗电流改变的电子元件。请参阅图2，这是一个简单的电感器，在一个闭合磁芯20上缠绕有一组线圈21。当线圈21通过交流电流时，磁芯20中产生磁通量25。
[0004]变压器和电感器分别利用了互感(mutual inductance)和自感(self-1nductance)原理。它们作为基本电子元件的应用极为广泛，有些电路会同时用到变压器和电感器，可是两者都具有一定体积，因而需要占据一定空间，也需要各自的购置成本。
【发明内容】
[0005]本申请所要解决的技术问题是提供一种新型的电子元件，采用共用磁路的方法将变压器和电感器集成在一起。为此，本申请还要提供该电子元件的实现方法。
[0006]为解决上述技术问题，本申请变压器和电感器的集成结构包括:
[0007]—“日”字形磁芯，由一个环形导磁体和一根中心柱所组成；所述中心柱也是导磁体，且两端均与所述环形导磁体相连接；所述环形导磁体有两根侧柱以中心柱呈对称分布，这两根侧柱分别称为第一侧柱和第二侧柱；
[0008]—变压器初级线圈，缠绕在磁芯的中心柱上；
[0009]—变压器次级线圈，也缠绕在磁芯的中心柱上；
[0010]—电感器线圈，缠绕在磁芯的第一侧柱和第二侧柱上，分别称为电感器线圈的第一部分和第二部分；这两部分的缠绕匝数相同，缠绕方向相反。
[0011]本申请变压器和电感器的集成结构的实现方法是:所述集成结构作为变压器使用时，初级线圈的两端之间施加交流电压，在次级线圈的两端之间生成感应电压；电感器线圈的一个或两个引出端悬空；变压器初级线圈中通过的交流电流产生磁通量；该磁通量在电感器线圈的第一部分互感应出第一电动势，在电感器线圈的第二部分互感应出第二电动势；由于电感器线圈的第一部分与第二部分匝数相同、缠绕方向相反，因而第一电动势与第二电动势的大小相等，方向相反，最终相互抵消；初级线圈所产生的磁通量在电感器线圈上不会感应出电动势；
[0012]所述集成结构作为电感器使用时，电感器线圈通过电流；初级线圈的两端和次级线圈的两端均悬空；电感器线圈中通过的电流产生磁通量；电感器线圈的第一部分在中心柱上形成第一磁通量，电感器线圈的第二部分在中心柱上形成第二磁通量；由于电感器线圈的第一部分与第二部分匝数相同，缠绕方向相反，因而第一磁通量与第二磁通量的大小相等，方向相反，最终相互抵消；电感器线圈所产生的磁通量在初级线圈和次级线圈上不会感应出电动势。
[0013]本申请在一个集成结构中使得变压器和电感器共用磁芯而不相互干扰，实现了两者的解耦。该集成结构既可以作为变压器，也可以作为电感器使用，也可以同时工作，从而减小体积，降低成本，还能降低重量，减少材料的消耗。
【附图说明】
[0014]图1是一种现有的变压器的结构示意图；
[0015]图2是一种现有的电感器的结构示意图；
[0016]图3a和图3b是本申请所采用的磁芯的两种结构示意图；
[0017]图4是本申请变压器和电感器的集成结构的第一实施例的示意图；
[0018]图5是本申请变压器和电感器的集成结构的第二实施例的示意图。
[0019]图中附图标记说明:
[0020]10为磁芯；11为初级线圈；12为次级线圈；15为磁通量；20为磁芯；21为线圈；25为磁通量；30为磁芯；31为中心柱；35为第一侧柱；36为第二侧柱；39为气隙；41为变压器初级线圈；42为变压器次级线圈；43为电感器线圈；45为变压器线圈产生的磁通量；46为电感器线圈产生的磁通量。
【具体实施方式】
[0021]请参阅图3a，这是本申请所采用的磁芯30的一种结构，由一个矩形导磁体和一根中心柱31所组成。所述矩形导磁体由四根直线形侧柱依次连接而成。所述中心柱31也是导磁体，其两端均与所述矩形导磁体相连接。该矩形导磁体有两根直线形侧柱35、36相对于中心柱31成对称分布，这两根直线形侧柱分别称为第一侧柱35和第二侧柱36。
[0022]请参阅图3b，这是本申请所采用的磁芯30的另一种结构，由一个圆形导磁体和一根中心柱31所组成。所述圆形导磁体由一根圆形侧柱围成。所述中心柱31也是导磁体，其两端均与所述圆形导磁体相连接，并将该圆形导磁体的一根圆形侧柱分割为两根半圆形侧柱。该圆形导磁体的两根半圆形侧柱35、36相对于中心柱31成对称分布,这两根半圆形侧柱分别称为第一侧柱35和第二侧柱36。
[0023]实际上，只要符合以下条件的“日”字型磁芯均可用于本申请:该磁芯由一个环形导磁体和一根中心柱所组成。所述中心柱也是导磁体，且两端均与所述环形导磁体相连接。环形导磁体相当于“日”字型磁芯的“ 口 “字型边框，中心柱相当于“日”字型磁芯的中间一横。所述环形导磁体有两根侧柱以中心柱呈对称分布，这两根侧柱分别称为第一侧柱和第二侧柱。
[0024]所述环形导磁体可以是闭合形状，也可以是在闭合形状的导磁体上设置有一个或多个气隙而形成的非闭合形状，只要在该环形导磁体上能形成闭合磁路即可。
[0025]所述磁芯、环形导磁体、中心柱均可以是一整块结构，也可以是多块结构拼接而成。当由多块结构拼接而成时，不同结构的材料可以相同或不同。例如图3a所示的“日”字型磁芯可以由两块E字型磁芯拼接而成，也可以由一块E字型磁芯和一块I字型磁芯拼接??? 。
[0026]请参阅图4，这是本申请变压器和电感器的集成结构的第一实施例。在磁芯30的中心柱31上缠绕有初级线圈41和次级线圈42，磁芯30与初级线圈41与次级线圈42之间两两绝缘。初级线圈41的两端为A点、B点。次级线圈42的两端为C点、D点。次级线圈42还具有中心抽头，该中心抽头到C点、D点的绕组匝数相等。在磁芯30的第一侧柱35和第二侧柱36上缠绕有电感器线圈43，电感器线圈43的一端E点连接次级线圈42的中心抽头，另一端为F点对外引出。磁芯30与电感器线圈43与初级线圈41之间两两绝缘。电感器线圈43在第一侧柱35、第二侧柱36上所缠绕部分分别称为电感器线圈43的第一部分、第二部分。电感器线圈43的这两部分缠绕匝数相同，缠绕方向相反。
[0027]请参阅图4，电感器线圈43的第一部分、第二部分缠绕方向相反是指:假设E点为电感器线圈43的起点，F点为终点，那么从图4自左向右观察，电感器线圈43在第一侧柱35上是顺时针缠绕，在第二侧柱36上是逆时针缠绕。任意改变电感器线圈43的起点、终点，或者改变为自右向左的观察方向，均可发现电感器线圈43的两部分的缠绕方向相反。
[0028]可选地,在图3b中，磁芯30的第一侧柱35、第二侧柱36上各有一个气隙39,这是为了避免在交流大信号或直流偏置下的磁饱和现象，更好地控制电感量。实际上，气隙的数量、位置都可以改变，也可以不设置气