CN102360863A - 磁集成双电感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁集成双电感器，包括两组线圈和磁芯。磁芯包括一体形成的两个线圈用臂和至少一个共用臂，每一线圈用臂上分别缠绕一组所述线圈，共用臂分别与每一线圈用臂形成磁通环。在每一线圈用臂上分别具有气隙，其中构成气隙的磁性材料的截面积沿着线圈用臂线性变化。

Description

磁集成双电感器
技术领域
本发明涉及电感器，尤其是涉及一种磁集成双电感器。
背景技术
电感是电路中经常使用的电路元件。在某些场合的电路中，需要使用两个特性完全相同的电感器。以图1所示的交错PFC(Power Factor Correct，功率因数校正)方式的电压变换电路100而言，两个电感器101、102以并联方式接入电路中。这一电路要求电感器101、102的特性完全相同。在以往的电路中，使用两个分立的电感元件来分别构成电感器101、102，这存在电路变得大型的问题。
为解决这一问题，已经提出了一种电感器，具有多组线圈，磁芯由分别被多个线圈缠绕的多个线圈用臂、和与各线圈用臂的各个形成磁通的环的至少一个共用臂一体地形成。将这样的电感器用于交错PFC方式的电压变换电路时，与使用多个电感器的现有结构相比，能够将电感器的体积和接地面积抑制为较小。
进一步，在这种电感器中被线圈缠绕的臂上形成有空气间隙(后文简称气隙)。由于这一构造中气隙的存在，双电感器的电感值将随电流呈现如图2所示的变化，即在电流变化的一个较长时间段保持不变，直到达到饱和而显著下降。
然而，在交错PFC方式的变换电路中，期望双电感器的电感值不是呈现一个稳定的水平而是灵活的变化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种每一电感器的电感值均可连续变化的磁集成双电感器。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种磁集成双电感器，包括两组线圈和磁芯。磁芯包括一体形成的两个线圈用臂和至少一个共用臂，每一线圈用臂上分别缠绕一组所述线圈，共用臂分别与每一线圈用臂形成磁通环。在每一线圈用臂上分别具有气隙，其中构成气隙的磁性材料的截面积沿着线圈用臂线性变化。
在本发明的一实施例中，所述共用臂设置在所述磁芯的中央，所述线圈用臂设在所述共用臂两侧。
在本发明的另一实施例中，所述共用臂设置在所述磁芯的周围，所述线圈用臂设在所述共用臂内部。
在本发明的一实施例中，在构成所述气隙的磁性材料中，气隙一侧的磁性材料呈柱体，气隙另一侧的磁性材料呈棱锥或圆锥形。
在本发明的一实施例中，在构成所述气隙的磁性材料中，气隙一侧的磁性材料呈柱体，气隙另一侧的磁性材料具有棱锥或圆锥形槽。
在本发明的一实施例中，构成所述气隙的磁性材料包括多个层叠的磁性片，相邻两个磁性片之间的局部区域置入非磁性垫片以构成V型子气隙，由多个所述V型子气隙构成所述气隙。
在本发明的一实施例中，所述非磁性垫片交错布置在每一线圈用臂的不同侧。
在本发明的一实施例中，所述磁芯的材料为软磁性铁氧体材料。
本发明由于采用以上技术方案，通过将磁集成双电感器的气隙设置成线性变化，使得双电感器的电感值分别具有随电流大致呈线性变化的特性。这一磁集成双电感器的好处之一是应用在交错PFC方式的电压变换电路时，可以抑制高次谐波的产生。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1示出一种交错PFC方式的电压变换电路图。
图2示出现有集成双电感器中电感值随电流的变化曲线。
图3示出本发明一实施例的磁集成双电感器截面图。
图4A、4B示出本发明实施例的磁集成双电感器的示例性构造。
图5示出根据本发明实施例的具有磁集成双电感器的交错PFC方式的电压变换电路。
图6示出本发明实施例的磁集成双电感器中电感值随电流的变化曲线。
具体实施方式
电感器的电感值通常由如下公式描述：
L＝μ0μrN2A/l
其中，L为电感，单位亨利(H)；μ0为自由空间的磁导率＝4π*10-7H/m；μr为磁芯材料的相对磁导率；N为匝数；A为环绕的横断面积，单位平方米(m2)；l为线圈盘绕长度，单位米(m)。
由于电感器构造中气隙的存在，因此决定电感量大小的磁芯材料的相对磁导率的等效值被大大减小，从而使得电感值为之变小。根据这一原理，如果空气部分的气隙空间的部分采用截面积较小的磁芯材料时，在电感线圈内部磁路上，由于相同的磁通量不得不通过狭小的磁芯空间，从而使这部分小面积的磁芯的磁场强度被增强。当磁场强度达到和超过磁芯的饱和磁场强度后，磁性的特性呈现出部分饱和的特性，此时整体的磁路中，相当于叠加了这部分的(饱和)气隙，从而达到减小电感量，随电流调节电感值的目的。
图3示出本发明一实施例的磁集成双电感器截面图。参照图3所示，磁集成双电感器300具有磁芯310、第一线圈320和第二线圈330。磁芯310包括一体形成的两个线圈用臂311、312和至少一个共用臂，例如共用臂313。共用臂分别与每一线圈用臂形成磁通环。例如图3所示，共用臂313通过磁芯材料与两个线圈用臂311、312连接为一体，使得共用臂313与线圈用臂311，共用臂313与线圈用臂312均形成磁通环。作为示例，图3示出共用臂313是设置在磁芯310的中央，两个线圈用臂311、312设在共用臂313两侧。在替换实施例中，共用臂可以设置在磁芯的周围，线圈用臂设在共用臂内部。在这一实施例中，共用臂可以有多个。
在本发明的实施例中，构成磁芯310的材料可为软磁性铁氧体材料。
每一线圈用臂311或312上分别缠绕一组线圈320或330，在线圈320和330中可通电流以在电感器中产生磁场。根据本发明的实施例，通过线圈而在共用臂313上产生的磁通，以相互抵消的方式被设定。从而共用臂313的截面积可以显著小于线圈用臂311、312的截面积之和。
在每一线圈用臂311或312上分别具有气隙311a或312a，而在共用臂上没有气隙。在一实施例中，线圈用臂311或312上构成气隙的磁性材料的截面积沿着线圈用臂线性变化。以图3为例，在线圈用臂311或312上构成气隙的磁性材料中，气隙一侧(图中为上侧)的磁性材料呈柱体，气隙另一侧(图中为下侧)的磁性材料是在柱体中挖出棱锥或圆锥形槽。作为等效，在图未示的实施例中，这一棱锥或圆锥形槽可替换为棱锥或圆锥形凸起。
这样，随着流经线圈320和330中电流的增大变化，使磁性材料的部分的或全部的实现饱和，并通过这部分或全部的磁性材料的饱和，来改变PFC电路所需的特定的电感随电流的变化特性(L-I特性)。
为了便于实施本发明，在此提出一种如图4A、4B所示的磁集成双电感器的示例性构造，其中图4A示出磁集成双电感器形成气隙的局部磁芯材料，图4B示出图4A的平面视图。与前一实施例相同的是，本实施例的磁集成双电感器具有磁芯、第一线圈和第二线圈。磁芯包括一体形成的两个线圈用臂、和至少一个共用臂。共用臂分别与每一线圈用臂形成磁通环。共用臂通过磁芯材料与两个线圈用臂连接为一体，使得共用臂与线圈用臂，共用臂与线圈用臂均形成磁通环。
在每一线圈用臂或上分别具有气隙，例如气隙410，而在共用臂上没有气隙。为了将线圈用臂上构成气隙的磁性材料的截面积沿着线圈用臂线性变化，构成气隙410的磁性材料将包括多个层叠的磁性片411，相邻两个磁性片之间的局部区域置入非磁性垫片412以构成V型子气隙413。这样，多个磁性片之间将形成多个V型子气隙，由这些V型子气隙构成气隙410。随着饱和深度的变化，磁性片间的饱和部分等效间距将发生变化。
进一步，非磁性垫片411是交错布置在每一线圈用臂或的不同侧，以保持线圈用臂结构的平整。
图5示出根据本发明实施例的具有磁集成双电感器的交错PFC方式的电压变换电路500。在这一电路500中，磁集成双电感器300将用作电路中的两个电感器。图6示出本发明实施例的磁集成双电感器中电感值随电流的变化曲线。根据这一曲线，随着电流的增大，电感值将倾斜向下。这种特性有利于PFC电路中高次谐波的控制。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种磁集成双电感器，包括：
两组线圈；
磁芯，包括一体形成的两个线圈用臂和至少一个共用臂，每一所述线圈用臂上分别缠绕一组所述线圈，所述共用臂分别与每一线圈用臂形成磁通环；
并且在每一线圈用臂上分别具有气隙，其中构成所述气隙的磁性材料的截面积沿着所述线圈用臂线性变化。
2.如权利要求1所述的磁集成双电感器，其特征在于，所述共用臂设置在所述磁芯的中央，所述线圈用臂设在所述共用臂两侧。
3.如权利要求1所述的集成双电感器，其特征在于，所述共用臂设置在所述磁芯的周围，所述线圈用臂设在所述共用臂内部。
4.如权利要求1所述的磁集成双电感器，其特征在于，在构成所述气隙的磁性材料中，气隙一侧的磁性材料呈柱体，气隙另一侧的磁性材料呈棱锥或圆锥形。
5.如权利要求1所述的磁集成双电感器，其特征在于，在构成所述气隙的磁性材料中，气隙一侧的磁性材料呈柱体，气隙另一侧的磁性材料具有棱锥或圆锥形槽。
6.如权利要求1所述的磁集成双电感器，其特征在于，构成所述气隙的磁性材料包括多个层叠的磁性片，相邻两个磁性片之间的局部区域置入非磁性垫片以构成V型子气隙，由多个所述V型子气隙构成所述气隙。
7.如权利要求6所述的磁集成双电感器，其特征在于，所述非磁性垫片交错布置在每一线圈用臂的不同侧。
8.如权利要求1所述的磁集成双电感器，其特征在于，所述磁芯的材料为软磁性铁氧体材料。
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