CN110168676A - 电感器及包括该电感器的emi滤波器 - Google Patents

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Abstract

根据实施例的电感器包括：第一磁体，其具有环形形状并且包括铁氧体；以及第二磁体，其是与第一磁体不同的种类并且包括金属带，其中，第二磁体包括布置在第一磁体的外周面上的外磁体和布置在第一磁体的内周面上的内磁体，外磁体和内磁体分别在第一磁体的周向上缠绕多层。

Description

电感器及包括该电感器的EMI滤波器
技术领域
实施例涉及一种电感器及包括该电感器的EMI滤波器。
背景技术
电感器是在印刷电路板中使用的电子元件之一，并且由于其电磁特性，可以应用于谐振电路、滤波电路、电源电路等。
近来，诸如通信装置或显示装置的各种电子装置已经发展为变得更小和更薄，并且，根据这种趋势，要求在这些电子装置中使用的电感器更小、更薄和高效。
电源板中使用的电磁干扰(EMI)滤波器用于传输电路的工作所需的信号并消除噪声。
图1是示出配备有EMI滤波器的普通电源板连接到电源和负载的结构的框图。
从图1中所示的EMI滤波器的电源板传输的噪声可以大致分为从电源板辐射的30MHz至1GHz的辐射噪声以及经由电力线传导的150kHz至30MHz的传导噪声。
传导噪声传输模式可以包括差模(differential mode)和共模(common mode)。在这些模式中，共模噪声沿着大的回路传播和返回。因此，共模噪声即使其量很小，也可能影响位于很远位置的电子装置。这种共模噪声由布线系统的阻抗不平衡产生并且在高频下变得显著。
为了消除共模噪声，应用于图1中所示的EMI滤波器的电感器通常使用包括Mn-Zn基铁氧体材料的环形磁芯。由于Mn-Zn基铁氧体具有100kHz至1MHz范围内的高磁导率，因此其能够有效地消除共模噪声。
EMI滤波器被应用于的电源板的电力越高，需要具有越高电感的磁芯。为此，需要具有高磁导率μ的磁芯，例如，具有10000H/m至15000H/m或更高的相对磁导率μ的磁芯。然而，具有这种高磁导率的Mn-Zn基铁氧体是昂贵的。此外，由于Mn-Zn基铁氧体由于其材料特性而具有低的芯损耗率，因此在6MHz至30MHz的频带内的噪声消除效率低。
发明内容
技术问题
实施例提供一种电感器及包括该电感器的EMI滤波器，所述电感器能够收纳(receive)高电力并且紧凑且具有优异的噪声消除性能和恒定的电感。
技术方案
根据一个实施例的电感器包括：具有环形形状的第一磁体，所述第一磁体包括铁氧体；以及第二磁体，所述第二磁体被配置为与所述第一磁体不同，所述第二磁体包括金属带，其中，第二磁体包括设置在第一磁体的外周面上的外磁体以及设置在第一磁体的内周面上的内磁体，并且外磁体和内磁体中的每一个在第一磁体的周向上缠绕多层。
例如，外磁体和内磁体中包括的金属带可以是Fe基纳米晶金属带。
例如，在第一磁体的直径方向上第一磁体的厚度可以大于外磁体和内磁体中的每一个的厚度。
例如，内磁体和第一磁体之间在所述直径方向上的厚度比可以在1:80至1:16的范围，并且外磁体与第一磁体之间在所述直径方向上的厚度比可以在1:80至1:16的范围。
例如，外磁体和内磁体中的每一个的磁导率可以与第一磁体的磁导率不同，在第一磁体的直径方向上外磁体和内磁体中的每一个的厚度可以小于第一磁体的厚度，并且外磁体和内磁体中的每一个的饱和磁通密度可以大于第一磁体的饱和磁通密度。
例如，外磁体的厚度和内磁体的厚度可以在所述直径方向上彼此相同。
根据另一实施例的EMI滤波器包括电感器和电容器，其中，电感器包括：具有环形形状的第一磁体，所述第一磁体包括铁氧体；第二磁体，所述第二磁体被配置为与所述第一磁体不同，所述第二磁体包括金属带，所述第二磁体包括设置在所述第一磁体的外周面上的外磁体以及设置在所述第一磁体的内周面上的内磁体；以及围绕所述第一磁体、所述外磁体和所述内磁体缠绕的线圈，所述外磁体和所述内磁体中的每一个在所述第一磁体的周向上缠绕多层。
例如，内磁体和第一磁体之间在第一磁体的直径方向上的厚度比可以在1:80至1:16的范围，并且外磁体与第一磁体之间在所述直径方向上的厚度比可以在1:80至1:16的范围。
例如，内磁体和外磁体中的每一个在所述直径方向上的厚度可以在190μm至210μm的范围。
有益效果
根据实施例的电感器及包括该电感器的EMI滤波器具有在宽频带上的优异的噪声消除性能、减小的尺寸、大的电力收纳能力以及改善的消除包括共模噪声和差模噪声的传导噪声的性能，并且能够调整各频带的噪声消除性能。
附图说明
图1是示出配备有EMI滤波器的普通电源板连接到电源和负载的结构的框图。
图2是根据实施例的电感器的立体图。
图3是图2中所示的磁芯的实施例的分解立体图。
图4的(a)至图4的(d)是示出图3所示的磁芯的形成过程的立体图。
图5的(a)和图5的(b)分别是省略了线筒的图示的图3中所示的磁芯的耦接立体图和局部剖视图。
图6的(a)和图6的(b)分别是图2中所示的磁芯的另一实施例的耦接立体图和局部剖视图。
图7的(a)和图7的(b)分别是图2中所示的磁芯的又一实施例的耦接立体图和局部剖视图。
图8的(a)和图8的(b)是示出图7的(a)和图7的(b)中所示的磁芯的形成过程的立体图。
图9的(a)和图9的(b)分别是图2中所示的磁芯的又一实施例的耦接立体图和局部剖视图。
图10的(a)和图10的(b)分别是图2中所示的磁芯的又一实施例的耦接立体图和局部剖视图。
图11的(a)和图11的(b)分别是图2中所示的磁芯的又一实施例的耦接立体图和局部剖视图。
图12的(a)和图12的(b)分别是图2中所示的磁芯的又一实施例的耦接立体图和局部剖视图。
图13的(a)和图13的(b)分别是图2中所示的磁芯的又一实施例的耦接立体图和局部剖视图。
图14是示出趋肤效应理论(skin effect theroy)的曲线图。
图15是示出取决于铁氧体材料的表皮的深度(depth of the skin)的磁通量的曲线图。
图16是示出取决于铁氧体材料和金属带材料的表皮的深度的磁通量的曲线图。
图17的(a)和图17的(b)是示出铁氧体材料和金属带材料的磁导率和电感的曲线图。
图18示出了磁芯的比较例和实施例1至6的俯视图和剖视图。
图19是示出比较例和实施例1至6的噪声消除性能的曲线图。
图20的(a)和图20的(b)分别示出了实施例6中针对各θ的漏电感和电感。
图21示出了图18中所示的比较例和实施例3的差模中的噪声减小效果。
图22示出了图18中所示的比较例和实施例3的共模中的噪声减小效果。
图23是示出差模中的普通电感器的磁场特性的图。
图24示出了图23中所示的电感器的配置，其中，电感器分为三个部分。
图25的(a)、图25的(b)以及图25的(c)分别示出了根据比较例的电感器的差模中的在特定时间点的第一部分、第二部分和第三部分的磁导率。
图26是示出根据比较例的电感器的差模中的y-z平面上的平均磁导率的曲线图。
图27是示出根据比较例的电感器的差模中的平均磁导率的曲线图。
图28是示出共模中的普通电感器的磁场特性的图。
图29的(a)、图29的(b)和图29的(c)分别示出了根据比较例的电感器的共模中的在特定时间点的第一部分、第二部分和第三部分的磁导率。
图30是示出根据比较例的电感器的共模中的y-z平面上的平均磁导率的曲线图。
图31是示出根据比较例的电感器的共模中的平均磁导率的曲线图。
图32的(a)、图32的(b)和图32的(c)分别示出了电感器的实施例3的差模中的在特定时间点的第一部分、第二部分和第三部分的磁导率。
图33是示出电感器的实施例3的差模中的y-z平面上的平均磁导率的曲线图。
图34是示出电感器的实施例3的差模中的平均磁导率的曲线图。
图35的(a)、图35的(b)和图35的(c)分别示出了电感器的实施例3的共模中的在特定时间点的第一部分、第二部分和第三部分的磁导率(或相对磁导率)。
图36是示出电感器的实施例3的共模中的y-z平面上的平均磁导率的曲线图。
图37是示出电感器的实施例3的共模中的平均磁导率的曲线图。
图38是包括根据实施例的电感器的EMI滤波器的实施例。
具体实施方式
示例性实施例可以以各种形式进行各种改变并实施，其中示出了说明性实施例。然而，示例性实施例不应被解释为限于在此阐述的实施例，在实施例的精神和范围内的任何改变、等同物或替代物应当被理解为落入实施例的范围内。
应当理解的是，尽管在此可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不背离实施例的教导的情况下，第一元件可以被称为第二元件，第二元件可以被称为第一元件。术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意和所有组合。
应当理解的是，当一个元件被描述为“连接到”或“耦接到”另一个元件时，其可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被描述为“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件或层时，不存在中间元件。
在实施例的描述中，应当理解的是，当一个元件(例如，层(膜)、区域、图案或结构)被描述为在另一元件(例如，基板、层(膜)、区域、焊盘或图案)“上”或“下”时，术语“在…上”或“在…下”意味着该元件“直接”在另一元件之上或之下或者“间接地”形成使得还存在中间元件。还应理解的是，“在…上”或“在…下”的标准基于图。为了说明的便利和清楚性，图中所示的层(膜)、区域、图案或结构的厚度或尺寸可能被放大、省略或示意性绘制，并且可能不完全反映实际尺寸。
本说明书中使用的术语用于解释特定示例性实施例，而不是限制本发明构思。因此，除非在上下文中另外明确说明，否则本说明书中的单数表述包括复数表述。在说明书中，术语“包括”或“包含”应被理解为表示特定特征、数量、步骤、操作、元件、部分或其组合的存在，但不排除一个或多个其他的特征、数量、步骤、操作、元件、部分或其组合的存在或添加。
除非另外定义，否则本文中使用的包括技术术语和科学术语的所有术语具有与本发明构思所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解的是，诸如在常用词典中定义的术语应该被解释为具有与其在相关领域的背景中的含义一致的含义，并且将不被理解为理想化或过于正式的含义，除非如此定义。
在下文中，将参考附图详细描述实施例。在附图中，相同的部件由相同的附图标记表示，并且将不对其进行重复说明。将使用笛卡尔坐标系描述实施例。然而，可以使用其他不同的坐标系。在图中，笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴彼此垂直。然而，本公开不限于此。x轴、y轴和z轴可以彼此相交。
图2是根据实施例的电感器100的立体图。
参照图2，电感器100可以包括磁芯110以及围绕磁芯110缠绕的线圈120。
磁芯110可以具有环形形状，并且线圈120可以包括围绕磁芯110缠绕的第一线圈122以及缠绕成与第一线圈122相对的第二线圈124。第一线圈122和第二线圈124中的每一个可以围绕环形磁芯110的顶表面TS、底表面BS和侧表面OS缠绕。
可以在磁芯110与线圈120之间进一步设置用于使磁芯110和线圈120绝缘的线筒(未示出)。
线圈120可以被配置为在其表面上涂覆有绝缘材料的导线。在其表面上涂覆有绝缘材料的导线可以包括铜、银、铝、金、镍、锡等，并且可以具有圆形或多边形的横截面。然而，本公开不限于导线的任何特定材料或导线的横截面的任何特定形状。
在该实施例中，磁芯110可包括第一磁体和第二磁体。第一磁体和第二磁体互不相同，第二磁体可以设置在第一磁体的表面的至少一部分上。磁芯110可以根据第二磁体设置在第一磁体的表面上的配置而以各种形式实施。也就是说，第二磁体可以设置在第一磁体的顶表面、底表面或侧表面的至少一部分上。
在下文中，下面将参照附图描述图2中所示的磁芯110的各种实施例400A、400B、800A至800E和1400。
图3是图2中所示的磁芯110的实施例400A的分解立体图。图4的(a)至图4的(d)是示出图3中所示的磁芯400A的形成过程的立体图，并且图5的(a)和图5的(b)分别是省略了线筒430的图示的图3中所示的磁芯400A的耦接立体图和局部剖视图。
参照图3至图5，磁芯的实施例400A可以包括第一磁体410和第二磁体420。
第一磁体410和第二磁体420的磁导率可以不同。第二磁体420可以具有比第一磁体410更高的饱和磁通密度。这里，磁导率可以由以下式1表示。
[式1]
μ＝μ0μs
这里，μ表示磁导率，μ0表示真空(或空气)中的磁导率，其为4π×10-7，μs表示相对磁导率，μ、μ0和μs中的每一者的单位为[Henry/meter](亨利/米)(以下称为H/m)。
参照式1，第一磁体410和第二磁体420之间的磁导率之差可意味着第一磁体410和第二磁体420具有不同的相对磁导率值。
例如，第一磁体410可以包括铁氧体，第二磁体420可以包括金属带。这里，铁氧体的相对磁导率μs可以在2000H/m至15000H/m的范围，并且金属带的相对磁导率μs可以在100000H/m至150000H/m的范围。例如，铁氧体可以是Mn-Zn基铁氧体，金属带可以是Fe基纳米晶金属带。Fe基纳米晶金属带可以是包含Fe和Si的纳米晶金属带。
这里，纳米晶材料是微晶尺寸为10nm至100nm的材料。
第一磁体410可以通过用陶瓷或聚合物粘合剂涂覆铁氧体粉末，使涂覆有陶瓷或聚合物粘合剂的铁氧体粉末绝缘，并且在高压下模制涂覆有陶瓷或聚合物粘合剂的绝缘铁氧体粉末来制造。或者，第一磁体410可以通过将多个铁氧体片彼此堆叠来制造，通过用陶瓷或聚合物粘合剂涂覆铁氧体粉末并使涂覆有陶瓷或聚合物粘合剂的铁氧体粉末绝缘来形成每个片。然而，本公开不限于形成第一磁体410的任何特定方法。
第一磁体410和第二磁体420中的每一个可以具有环形形状。第二磁体420可以包括上磁体422或下磁体424中的至少一个。第二磁体420被示出为包括图3至图5中的上磁体422和下磁体424。然而，本公开不限于此。在另一实施例中，第二磁体420可仅包括上磁体422和下磁体424中的一个。
上磁体422可以设置在第一磁体410的顶表面S1上，下磁体424可以设置在第一磁体410的底表面S3上。
第二磁体420在x轴方向上的厚度可以小于第一磁体410在x轴方向上的厚度。也就是说，上磁体422和下磁体424中的每一者在x轴方向上的厚度可以小于第一磁体410在x轴方向上的厚度。可以通过调节上磁体422的厚度与第一磁体410的厚度之比或下磁体424的厚度与第一磁体410的厚度之比中的至少一个来调节磁芯400A的磁导率。为此，上磁体422和下磁体424中的每一个可以包括堆叠为多层的金属带。
磁芯400A还可包括线筒430。线筒430可以还包括上线筒432和下线筒434。
下面将参照图4的(a)至图4的(d)描述图3中所示的磁芯400A的形成方法。然而，本公开不限于此。也就是说，图3中所示的磁芯400A可以以与图4的(a)至图4的(d)中所示的方式不同的方式制造。
首先，参照图4的(a)，制备上线筒432、上磁体422、第一磁体410、下磁体424和下线筒434。
随后，参照图4的(b)，将下磁体424粘附到下线筒434的底部，将粘合剂涂布到第一磁体410的顶表面S1和第一磁体410的底表面S3中的每一者，将上磁体422粘附到第一磁体410的顶表面S1，将下磁体424粘附到第一磁体410的底表面S3。这里，粘合剂可以是包括环氧基树脂、丙烯酸树脂、硅基树脂或清漆中的至少一种的粘合剂。使用粘合剂将第二磁体422和424粘结到与第二磁体422和424不同的第一磁体410可以防止由于物理振动引起的性能劣化。
随后，参照图4的(c)，与下磁体424粘附的下线筒434以及第一磁体410彼此组装在一起。
随后，参照图4的(d)，上线筒432组装至图4的(c)所示的产品。
如图5中所示，磁芯的实施例400A被配置成使得上磁体422设置在第一磁体410的顶表面S1上，并且使得下磁体424设置在第一磁体410的底表面S3上。
图6的(a)和图6的(b)分别是图2中所示的磁芯110的另一实施例400B的耦接立体图和局部剖视图。
参照图6的(a)和图6的(b)，磁芯400B可以被配置成使得上磁体422设置在第一磁体410的侧表面S2和S4的一部分上以及第一磁体410的顶表面S1上，并且使得下磁体424设置在第一磁体410的侧表面S2和S4的相对部分上以及第一磁体410的底表面S3上。除了上磁体422设置成从第一磁体410的顶表面S1延伸到第一磁体410的侧表面S2和S4并且下磁体424设置成从第一磁体410的底表面S3延伸到第一磁体410的侧表面S2和S4，图6中所示的磁芯400B与图5中所示的磁芯400A相同，因此将省略其重复说明。
通过磁芯400A和400B包括相互不同的第一磁体410和第二磁体420的上述配置，可以消除宽频带上的噪声。
在图2所示的磁芯110中包括的第一磁体和第二磁体中的每一个具有环形形状的情况下，在第一磁体的设置有第二磁体的表面中第一磁体的侧表面可以是第一磁体的外周面或内周面中的至少一个。在这种情况下，磁芯110中包括的第二磁体可以设置在第一磁体的顶表面、底表面、内周面或外周面的至少一部分上。下面将参照附图描述磁芯110的又一个实施例。
图7的(a)和图7的(b)分别是图2中所示的磁芯110的又一实施例800A的耦接立体图和局部剖视图，图8的(a)和图8的(b)是示出图7的(a)和图7的(b)中所示的磁芯800A的形成过程的立体图。
参照图7的(a)至图8的(b)，磁芯800A可以包括第一磁体810和第二磁体820。
第一磁体810和第二磁体820的磁导率(或相对磁导率)可以不同，并且第二磁体820可以具有比第一磁体810更高的饱和磁通密度。
第一磁体810可以包括铁氧体，第二磁体820可以包括金属带。这里，金属带可以是由金属材料形成的薄金属条(thin metal strip)，即长且薄的条状金属片。然而，本公开不限于此。
这里，铁氧体的相对磁导率μs可以在2000H/m至15000H/m的范围，示例性的可以为10000H/m，并且金属带的相对磁导率μs可以在2500H/m至150000H/m的范围，示例性的为100000H/m至150000H/m。例如，铁氧体可以是Mn-Zn基铁氧体，金属带可以是Fe基纳米晶金属带。Fe基纳米晶金属带可以是包含Fe和Si的纳米晶金属带。
如图7的(a)和图7的(b)所示，第一磁体810和第二磁体820中的每一个可以具有环形形状。在这种情况下，第二磁体820可以包括外磁体822和内磁体824。外磁体822可以设置在第一磁体810的外周面S2上，内磁体824可以设置在第一磁体810的内周面S4上。
第一磁体810在其直径方向(例如，y轴方向或z轴方向)上的厚度TO可以大于第二磁体820的厚度。也就是说，第一磁体810在y轴方向(或z轴方向)上的厚度TO可以大于外磁体822和内磁体824中的每一个在y轴方向(或z轴方向)上的厚度T1O和T1I。可以通过调节外磁体822的厚度T1O与第一磁体810的厚度TO之比或内磁体824的厚度T1I与第一磁体810的厚度TO之比中的至少一个来调节磁芯800A的磁导率。
下面将参照图8的(a)和图8的(b)描述图7的(a)和图7的(b)中所示的磁芯800A的形成方法。然而，本公开不限于此。也就是说，图7的(a)和图7的(b)中所示的磁芯800A可以以与图8的(a)和图8的(b)所示的方式不同的方式制造。
首先，参照图8的(a)，执行将为金属带的外磁体822围绕环形的第一磁体810的外周面S2缠绕的工艺。这里，缠绕工艺可以不仅包括围绕任何物体的表面缠绕线(即具有直径的环形导线)的工艺，而且还包括围绕任何物体的表面缠绕长且薄的条状金属片(例如金属带)的工艺。
随后，参照图8的(b)，将为已预先缠绕成环形形状的金属带的内磁体824插入第一磁体810中的中空区域中。已预先缠绕的内磁体824可以扩展以匹配第一磁体810的内周面S4的尺寸。
可以使用粘合剂将第一磁体810的外周面S2和外磁体822彼此粘接，并且可以使用粘合剂将第一磁体810的内周面S4和内磁体824彼此粘接。这里，粘合剂可以是包括环氧基树脂、丙烯酸树脂、硅基树脂或清漆中的至少一种的粘合剂。使用粘合剂将相互不同的磁体彼此粘结可以防止由于物理振动导致的性能劣化。
此时，为了获得期望的磁导率，可以调节绕组的数量、外磁体822的厚度T1O或内磁体824的厚度T1I中的至少一个。
如图7的(a)所示，外磁体822和内磁体824中的每一个可以包括缠绕多匝并且堆叠成多层的金属带。外磁体822和内磁体824中的每一个的厚度T1O和T1I以及磁导率可根据金属带被堆叠的层数而变化。应用磁芯800A的EMI滤波器的噪声消除性能可根据磁芯800A的磁导率而变化。也就是说，外磁体822和内磁体824的厚度T1O和T1I越大，噪声消除性能越高。基于该原理，金属带被堆叠的层数可以调整成，使得设置在缠绕有线圈120的区域上的外磁体822和内磁体824的厚度T1O和T1I大于设置在未缠绕线圈120的区域上的外磁体822和内磁体824的厚度T1O和T1I。
金属带的层数可以通过绕组的数量、绕组的起始点以及绕组的终点来调节。如图8的(a)所示，当为金属带的外磁体822从绕组的起始点围绕第一磁体810的外周面S2缠绕一匝时，外磁体822可包括一层的金属带。
或者，当外磁体822从绕组的起始点缠绕两匝时，外磁体822可包括两层的金属带。当绕组的起始点和绕组的终点彼此不一致时，例如，当外磁体822从绕组的起始点缠绕一匝半时，外磁体822包括金属带堆叠成单层的区域以及金属带堆叠成两层的区域。
或者，当外磁体822从绕组的起始点缠绕两匝半时，外磁体822包括金属带堆叠成两层的区域以及金属带堆叠成三层的区域。在这种情况下，如果线圈120设置在金属带被堆叠的层数较大的区域上，则可以进一步提高应用根据本实施例的磁芯800A的EMI滤波器的噪声消除性能。
例如，在磁芯800A具有环形形状并且第一线圈122和第二线圈124围绕磁芯800A彼此相对地缠绕的情况下，第一线圈122可以设置在第一磁体810的外周面S2上设置的外磁体822的堆叠层的数量相对较大的区域上，并且第二线圈124可以设置在第一磁体810的内周面S4上设置的内磁体824的堆叠层的数量相对较大的区域上。因此，第一线圈122和第二线圈124中的每一个可以设置在外磁体822和内磁体824中的相应一个的堆叠层的数量相对较大的区域上，但是可以不设置在外磁体822和内磁体824中的相应一个的堆叠层的数量相对较小的区域，从而实现改善的噪声消除性能。
外磁体822和内磁体824可以由彼此相同的材料形成，或者可以由彼此不同的材料形成。外磁体822和内磁体824的厚度T1O和T1I可以彼此相同或者可以彼此不同。然而，本公开不限于此。外磁体822和内磁体824可以具有不同的材料、不同的磁导率值和/或不同的厚度T1O和T1I。因此，磁芯800A的磁导率可以具有宽范围的值。
例如，在图7的(a)和图7的(b)中，外磁体822和内磁体824可以在5匝至25匝的范围内缠绕，优选地在10匝到20匝的范围内缠绕。
此外，外磁体822和第一磁体810之间在第一磁体810的直径方向(例如，y轴方向或z轴方向)上的厚度比(T1O:TO)可以在1:80至1:16的范围，优选地在1:40至1:20的范围。然而，本公开不限于此。在这种情况下，外磁体822可以在5匝到25匝的范围内缠绕，优选地在10匝到20匝的范围内缠绕。
此外，内磁体824和第一磁体810之间在第一磁体810的直径方向(例如，y轴方向或z轴方向)上的厚度比(T1I:TO)可以在1:80至1:16的范围，例如，在1:40至1:20的范围。然而，本公开不限于此。在这种情况下，内磁体824可以在5匝到25匝的范围内缠绕，优选地在10匝到20匝的范围内缠绕。
图9的(a)和图9的(b)分别是图2中所示的磁芯110的又一实施例800B的耦接立体图和局部剖视图。
参照图9的(a)和图9的(b)，第一磁体810在x轴方向上的宽度(或高度h1)可以大于外磁体和/或内磁体822和824在x轴方向上的宽度(或高度h2)。为此，在图8的(a)和图8的(b)所示的工艺中，可以缠绕具有小于第一磁体810的宽度h1的宽度h2的金属带以形成第二磁体820。
参照图9的(a)和图9的(b)，外磁体822可以不设置在第一磁体810的顶表面S1与外周面S2之间的边界以及第一磁体810的底表面S3与外周面S2之间的边界上。内磁体824可以不设置在第一磁体810的顶表面S1与内周面S4之间的边界以及第一磁体810的底表面S3与内周面S4之间的边界上。然而，本公开不限于此。第二磁体820可以不设置在第一磁体810的顶表面S1与外周面S2之间的边界、第一磁体810的顶表面S1与内周面S4之间的边界、第一磁体810的底表面S3与外周面S2之间的边界或者第一磁体810的底表面S3与内周面S4之间的边界中的至少一者上。
如图9的(a)和图9的(b)所示，在第二磁体820设置在第一磁体810的表面上的情况下，可以防止第二磁体822和824沿着第一磁体810的顶表面S1与外周面S2之间的边界、第一磁体810的底表面S3与外周面S2之间的边界、第一磁体810的顶表面S1与内周面S4之间的边界或者第一磁体810的底表面S3与内周面S4之间的边界中的至少一者破裂(crack)。
例如，在图9的(a)和图9的(b)中，外磁体822和内磁体824可以在5匝到25匝的范围内缠绕，优选地在10匝到20匝的范围内缠绕。
此外，外磁体822和第一磁体810之间在第一磁体810的直径方向(例如，y轴方向或z轴方向)上的厚度比(T1O:TO)可以在1:80到1:16的范围，例如，1:40到1:20的范围。然而，本公开不限于此。在这种情况下，外磁体822可以在5匝到25匝的范围内缠绕，优选地在10匝到20匝的范围内缠绕。
此外，内磁体824和第一磁体810之间在第一磁体810的直径方向(例如，y轴方向或z轴方向)上的厚度比(T1I:TO)可以在1:80至1:16的范围，例如，在1:40至1:20的范围。然而，本公开不限于此。在这种情况下，内磁体824可以在5匝到25匝的范围内缠绕，优选地在10匝到20匝的范围内缠绕。
图10的(a)和图10的(b)分别是图2中所示的磁芯110的又一实施例800C的耦接立体图和局部剖视图。
在图7至图9中所示的磁芯800A和800B的情况下，第二磁体820包括分别设置在第一磁体810的外周面S2和内周面S4上的外磁体822和内磁体824。与此不同，根据又一个实施例，如图10的(a)和图10的(b)所示，磁芯800C可以包括外磁体822，但可以不包括内磁体824。除了不包括内磁体824之外，图10的(a)和图10的(b)中所示的磁芯800C与图7的(a)和图7的(b)中所示的磁芯800A相同，因此将省略其重复说明。
例如，在图10的(a)和图10的(b)中，外磁体822可以在5匝至25匝的范围内缠绕，优选地在10匝至20匝的范围内缠绕。
此外，外磁体822和第一磁体810之间在第一磁体810的直径方向(例如，y轴方向或z轴方向)上的厚度比(T1O:TO)可以在1:80至1:16的范围，例如，在1:40至1:20的范围。然而，本公开不限于此。在这种情况下，外磁体822可以在5匝到25匝的范围内缠绕，优选地在10匝到20匝的范围内缠绕。
图11的(a)和图11的(b)分别是图2中所示的磁芯110的又一个实施例800D的耦接立体图和局部剖视图。
在图7至图9中所示的磁芯800A和800B的情况下，第二磁体820包括分别设置在第一磁体810的外周面S2和内周面S4上的外磁体822和内磁体824。与此不同，根据又一个实施例，如图11的(a)和图11的(b)所示，磁芯800D可以包括内磁体824，但是可以不包括外磁体822。除了不包括外磁体822之外，图11的(a)和图11的(b)中所示的磁芯800D与图7的(a)和图7的(b)中所示的磁芯800A相同，因此将省略其重复说明。
例如，在图11的(a)和图11的(b)中，内磁体824可以在5匝到25匝的范围内缠绕，优选地在10匝到20匝的范围内缠绕。
此外，内磁体824和第一磁体810之间在第一磁体810的直径方向(例如，y轴方向或z轴方向)上的厚度比(T1I:TO)可以在1:80到1:16的范围，例如，在1:40到1:20的范围。然而，本公开不限于此。在这种情况下，内磁体824可以在5匝到25匝的范围内缠绕，优选地在10匝到20匝的范围内缠绕。
图12的(a)和图12的(b)分别是图2中所示的磁芯110的又一实施例800E的耦接立体图和局部剖视图。
在图7至图9中所示的磁芯800A和800B的情况下，第二磁体820设置在第一磁体810的外周面S2和内周表面S4上，但不设置在第一磁体810的顶表面S1或底表面S3上。与此不同，根据又一个实施例，如图12的(a)和图12的(b)中所示，磁芯800E可以被配置成使得第二磁体820不仅设置在第一磁体810的外周面S2和内周面S4上，而且还设置在第一磁体810的顶表面S1和底表面S3上。除了该差异之外，图12的(a)和图12的(b)中所示的磁芯800E与图7的(a)和图7的(b)中所示的磁芯800A相同，因此将省略其重复说明。
例如，在图12的(a)和图12的(b)中，设置在外周面S2和内周面S4上的第二磁体820可以在5匝到25匝的范围内缠绕，优选地在10匝到20匝的范围内缠绕。
此外，设置在外周面S2上的第二磁体820与第一磁体810之间在第一磁体810的直径方向(例如，y轴方向或z轴方向)上的厚度比(T1O:TO)可以在1:80至1:16的范围，例如，在1:40至1:20的范围。然而，本公开不限于此。在这种情况下，设置在外周面S2上的第二磁体820可以在5匝至25匝的范围内缠绕，优选地在10匝至20匝的范围内缠绕。
此外，设置在内周面S4上的第二磁体820与第一磁体810之间在第一磁体810的直径方向(例如，y轴方向或z轴方向)上的厚度比(T1I:TO)可以在1:80至1:16的范围，例如在1:40至1:20的范围。然而，本公开不限于此。在这种情况下，设置在内周面S4上的第二磁体820可以在5匝至25匝的范围内缠绕，优选地在10匝至20匝的范围内缠绕。
此外，第二磁体可以以堆叠5层至25层(优选10层至20层)的范围内的数量的方式设置在第一磁体的顶表面S1和底表面S3中的每一个上，以具有与设置在第一磁体的外周面S2或内周面S4上的第二磁体相同的厚度。
通过磁芯800A至800E包括具有不同磁导率值的相互不同的第一磁体810和第二磁体820的上述配置，可以消除宽频带上的噪声。
特别地，与仅由Mn-Zn基铁氧体形成的环形磁芯相比，根据实施例的磁芯400A、400B和800A至800E能够通过防止磁通量在其表面上集中来有效地消除高频噪声，并且由于内部饱和度低从而能够应用于大功率产品。
此外，可以通过调节第一磁体410和810或第二磁体420和820中的至少一者的磁导率或体积比中的至少一个，来调节磁芯400A、400B和800A至800E的性能。
图13的(a)和图13的(b)分别是图2中所示的磁芯110的又一实施例1400的耦接立体图和局部剖视图。
参照图13的(a)和图13的(b)，磁芯1400可以包括第一磁体1410和第二磁体1420。
第一磁体1410和第二磁体1420的磁导率可以不同。第二磁体1420可以具有比第一磁体1410更高的饱和磁通密度。
例如，第一磁体1410可以包括铁氧体，第二磁体1420可以包括金属带。这里，铁氧体的相对磁导率μs可以在2000H/m至15000H/m的范围，并且金属带的相对磁导率μs可以在100000H/m至150000H/m的范围。例如，铁氧体可以是Mn-Zn基铁氧体，金属带可以是Fe基纳米晶金属带。Fe基纳米晶金属带可以是包含Fe和Si的纳米晶金属带。
第一磁体1410可以具有环形形状，第二磁体1420可以设置在第一磁体1410的表面中的缠绕有线圈120的区域上。例如，在线圈120包括围绕磁芯1400缠绕的第一线圈122以及缠绕成与第一线圈122相对的第二线圈124的情况下，第二磁体1420可以设置成在缠绕有第一线圈122和第二线圈124的区域的每一个中覆盖第一磁体1410的顶表面S1、外周面S2、底表面S3和内周面S4。
在z轴方向或x轴方向中的至少一个方向上第二磁体1420的厚度可以小于第一磁体1410的厚度。可以通过调节第二磁体1420的厚度与第一磁体1410的厚度之比来调节磁芯1400的磁导率。为此，第二磁体1420可以包括堆叠成多层的金属带。
例如，在图13的(a)和图13的(b)中，设置在外周面S2和内周面S4上的第二磁体1420可以在5匝到25匝的范围内缠绕，优选地在10匝到20匝的范围内缠绕。或者，第二磁体1420可以设置成堆叠5层至25层(优选10层至20层)的范围内的数量。
此外，设置在外周面S2上的第二磁体1420与第一磁体1410之间在第一磁体1410的直径方向(例如，y轴方向或z轴方向)上的厚度比(T1O:TO)可以在1:80至1:16的范围，例如在1:40至1:20的范围。然而，本公开不限于此。在这种情况下，设置在外周面S2上的第二磁体1420可以在5匝至25匝的范围内缠绕，优选地在10匝至20匝的范围内缠绕。或者，设置在外周面S2上的第二磁体1420可以堆叠5层至25层(优选10层至20层)的范围内的数量。
此外，设置在内周面S4上的第二磁体1420与第一磁体1410之间在第一磁体1410的直径方向(例如，y轴方向或z轴方向)上的厚度比(T1I:TO)可以在1:80至1:16的范围，例如在1:40至1:20的范围。然而，本公开不限于此。在这种情况下，设置在内周面S4上的第二磁体1420可以在5匝至25匝的范围内缠绕，优选地在10匝至20匝的范围内缠绕。或者，设置在外周面S2上的第二磁体1420可以堆叠5层至25层(优选10层至20层)的范围内的数量。
通过与第一磁体410、810和1410不同的第二磁体420、820和1420设置在第一磁体410、810和1410的表面的至少一部分上的上述配置，可以改善磁芯400A、400B、800A至800E和1400的噪声消除性能。
图14是示出趋肤效应理论的曲线图，其中，横轴表示频率f，纵轴表示表皮的深度δ。
图15是示出取决于铁氧体材料的表皮的深度δ的磁通量的曲线图。图16是示出取决于铁氧体材料和金属带材料的表皮的深度δ的磁通量的曲线图。在每个曲线图中，横轴表示表皮的深度δ，纵轴表示磁通量Bm。
图17的(a)和图17的(b)是示出铁氧体材料和金属带材料的磁导率μ和电感L的曲线图。在每个曲线图中，横轴表示频率f。图17的(a)中所示的曲线图中的纵轴表示磁导率μ，图17的(b)中所示的曲线图中的纵轴表示电感L。
参照图14和以下式2，材料的相对磁导率μs越高并且频率f越高，表皮的深度δ的值越减小，因此磁通量Bm集中于材料的表面。
[式2]
参照图15，表皮的深度δ越小，施加越高的磁通量Bm。因为铁氧体材料的饱和磁通密度是0.47T，所以，在磁芯仅包括作为铁氧体芯的第一磁体410、810和1410的情况下，如果磁通量Bm大于0.47T，则磁芯饱和，这可能会使噪声消除性能降低。
参照图16，在具有比铁氧体材料更高的饱和磁通密度的材料(例如金属带材料)用作第二磁体420、820和1420并且被设置在作为铁氧体材料的第一磁体410、810和1410的表面上的情况下，磁芯能够在较小的表皮深度δ处承受高磁通量Bm，从而保持噪声消除性能。通过具有比第一磁体410、810和1410更高的饱和磁通密度的第二磁体420、820和1420被设置在第一磁体410、810和1410的表面的至少一部分上的配置，可以在高频下增加磁芯400A、400B、800A至800E和1400的有效横截面积。
参照图17的(a)和图17的(b)，包括对于各频率f具有不同磁导率值的由铁氧体材料形成的第一磁体410、810和1410以及由金属带材料形成的第二磁体420、820和1420的磁芯400A、400B、800A至800E和1400在预定频率范围内表现出高电感，并因此实现高噪声消除性能。
在下文中，下面将参照附图比较和描述根据比较例和实施例的磁芯。
图18示出了磁芯的比较例和实施例1至6的俯视图和剖视图。
在图18中，比较例具有磁芯包括第一磁体410但不包括第二磁体420、820和1420的配置。例如，如图10所示，实施例1具有第二磁体822仅包括设置在第一磁体810的外周面上的外磁体822的配置。例如，如图11所示，实施例2具有第二磁体824仅包括设置在第一磁体810的内周面上的内磁体824的配置。例如，如图7所示，实施例3具有第二磁体820包括分别设置在第一磁体810的外周面和内周面上的外磁体822和内磁体824的配置。例如，如图5所示，实施例4具有第二磁体包括分别设置在第一磁体410的顶表面和底表面上的上磁体422和下磁体424的配置。例如，如图12所示，实施例5具有第二磁体820设置成覆盖第一磁体810的外周面、内周面、顶表面和底表面的配置。例如，如图13所示，实施例6具有第二磁体1420设置在第一磁体1410的缠绕有线圈120的区域上的配置。
图19是示出比较例和实施例1至5的噪声消除性能的曲线图，其中，横轴表示不同材料的厚度，所述厚度是不同于第一磁体410、810和1410的第二磁体420、820和1420的厚度，即在y轴方向或z轴方向上距磁芯中心的厚度，纵轴表示附加衰减。
图20的(a)和图20的(b)分别示出了实施例6中针对各θ的漏电感Lk和电感L，图21示出了图18中所示的比较例和实施例3的差模中的噪声减小效果，图22示出了图18中所示的比较例和实施例3的共模中的噪声减小效果。
参照图18，在比较例和实施例1至6中，第一磁体410、810和1410的内径ID为16mm、外径OD为24mm、高度HI为15mm，并且环形形状的Mn-Zn基铁氧体芯用作第一磁体。此外，在实施例1至6中，以缠绕或堆叠厚度为20μm±1μm的金属带的方式，将Fe-Si基金属带用作第二磁体422、820和1420。金属带可以在5匝至25匝的范围内缠绕，优选在10匝至20匝的范围内缠绕，或者可以堆叠5层至25层(优选地10层至20层)的范围内的数量。
比较例和实施例1至5的噪声消除性能是在围绕磁芯缠绕线圈21绕以及施加1A(安培)的电流和220W的功率的条件下模拟的。参照图19，可以确认，第二磁体820设置在第一磁体810的整个表面上的实施例5实现了最高的噪声消除性能，并且第二磁体占据的面积越大，噪声消除性能越高。
比较实施例1至3，实施例1被配置为使得第二磁芯822仅设置在第一磁芯810的外部，实施例2被配置为使得第二磁芯824仅设置在第一磁芯810的内部，实施例3被配置为使得第二磁芯820(822和824)设置在第一磁芯810的内部和外部。可以确认的是，实施例3的衰减程度与实施例1和2相比提高了约30％。此外，实施例1和3能够以在直径方向(例如，y轴方向或z轴方向)上相同的厚度实现改善的噪声消除性能。也就是说，可以以相同的尺寸实现改善的噪声消除性能。
此外，参照示出实施例6的图18，以及图20，随着θ的值减小，第一磁体的露出面积增加，由此漏电感Lk增加并且电感减小。另一方面，随着θ的值增加，第一磁体的露出面积减小，由此漏电感Lk减小并且电感L增加，使得噪声消除性能改善。
图21和图22是分别示出通过将磁芯的比较例和实施例3连接到电源板并测量磁场而获得的差模中的噪声消除性能和共模中的噪声消除性能的图。
参照图21，与比较例相比，实施例3的磁芯的内部饱和度降低。因此，可以确认的是，根据本公开实施例的磁芯适于大功率产品。
参照图22，随着频率变高，比较例的面积效率由于磁芯表面的饱和而降低，而磁芯的实施例3由于因设置在第一磁体810的表面上的第二磁体820(822和824)使得磁芯的表面不饱和而具有改善的面积效率，并因此在高频下具有改善的噪声消除效果。
在下文中，下面将参照附图比较和描述图18中所示的包括磁芯的比较例和实施例3的电感器的特性。图18中所示的磁芯的实施例3可以具有图7的(a)和图7的(b)中所示的磁芯800A的配置。然而，本公开不限于此。将在下面描述的电感器能够应用于包括具有外磁体和内磁体的磁芯的任何电感器。
首先，下面将描述差模中根据比较例的电感器的特性。
图23是示出差模中的普通电感器的磁场特性的图，其中附图标记B11至B16表示第一线圈1122的磁场，附图标记B21至B26表示第二线圈1124的磁场。
图23中所示的电感器可以包括磁芯1110以及第一线圈1122和第二线圈1124。在图23中所示的电感器是根据比较例的电感器的情况下，磁芯1110仅包括第一磁体。根据比较例的电感器中包括的磁芯1110的第一磁体可以与图3至图13中所示的第一磁体410、810和1410相对应。图23中所示的第一线圈1122和第二线圈1124与图2中所示的第一线圈122和第二线圈124相同，因此将省略对其的重复说明。
参照图23，在根据比较例的电感器中通过从外部施加到电感器的第一线圈1122和第二线圈1124的电流(下文中称为“施加电流”)而感应的磁场的大部分需要被消除。第一线圈1122的磁场B13和第二线圈1124的磁场B23可以在电感器的上侧具有相同的大小，并因此可以相互抵消。此外，第一线圈1122的磁场B14和第二线圈1124的磁场B24可以在电感器的下侧具有相同的大小，并因此可以相互抵消。然而，第一线圈1122的磁场B11可以在缠绕有第一线圈1122的电感器左侧具有比第二线圈1124的磁场B21更大的大小，并且第二线圈1124的磁场B22可以在缠绕有第二线圈1124的电感器右侧具有比第一线圈1122的磁场B12更大的大小。这样，在根据比较例的电感器的情况下，磁场并未实际抵消。此外，当施加高电流时，由于磁场引起的磁体的饱和区域增加，这可能使性能劣化。然而，与稍后将描述的共模中的磁场特性相比，由于更高的磁场消除程度，根据比较例的电感器可以存储相对较高的能量。
图24示出了图23中所示的电感器的配置，在图24中，电感器被分成三个部分SE1、SE2和SE3。
图25的(a)、图25的(b)和图25的(c)分别示出了根据比较例的电感器的差模中的在特定时间点的第一部分SE1、第二部分SE2和第三部分SE3的磁导率(或相对磁导率)。这里，磁导率可以由以上式1表示，并且具有在相对磁导率μs为10000H/m的条件下获得的值。
在图25的(a)至图25的(c)中，附图标记910、920和930表示在低电力施加于电感器的模式(下文中称为“低电力模式”)中的磁导率，并且附图标记912、922和932表示在高电力施加于电感器的模式(下文中称为“高电力模式”)中的磁导率。在图25的(a)至图25的(c)中，横轴表示电感器的径向(r)方向上的位置。在图23和图24中，“r＝0”表示环形电感器的中心。
参照图25的(a)至图25的(c)，在任一部分中，磁芯1110的第一磁体的磁导率在磁芯1110的内边缘r1和外边缘r2处具有最小值，并且在磁芯1110的中心rc处具有最大值。这种现象在高电力模式912、922和932以及低电力模式910、920和930中都同样地发生。
图26是示出根据比较示例的电感器的差模中的y-z平面上的平均磁导率的曲线图，其中，横轴表示电感器的径向(r)方向上的位置，纵轴表示y-z平面上的平均磁导率。在图26中，附图标记940表示低电力模式中的平均磁导率，附图标记942表示高电力模式中的平均磁导率。
图27是示出根据比较例的电感器的差模中的平均磁导率的曲线图，其中，横轴表示电流，纵轴表示平均磁导率。
图26示出了通过在电感器的周向上的如图25的(a)至图25的(c)所示在每个时间点获得的磁导率的线积分以及当施加电流的频率(下文中称为“施加频率”)在40Hz到70Hz的范围内时线积分值的结构平均和时间平均而获得的结果。图27示出了通过图26中所示的结果值的体积积分以及体积积分值的时间平均而获得的结果。
参照图27，随着在差模中电流增加，根据比较例的电感器的平均磁导率降低。当施加电流为IC1时，根据比较例的电感器达到电感器失去其功能的50％的部分饱和的PS状态，随着电流连续增加，电感器达到电感器失去其功能的100％的完全饱和的CS状态。
接下来，下面将描述在共模中根据比较例的电感器的特性。
图28是示出共模中的普通电感器的磁场特性的图，其中，附图标记B11至B16表示第一线圈1122的磁场，附图标记B21至B26表示第二线圈1124的磁场。
图28中所示的电感器可以包括磁芯1110以及第一线圈1122和第二线圈1124。在图28中所示的根据比较例的电感器中，磁芯1110仅包括第一磁体。根据比较例的电感器中包括的磁芯1110的第一磁体可以与图3至图13中所示的第一磁体410、810和1410相对应。图28中所示的第一线圈1122和第二线圈1124与图2中所示的第一线圈122和第二线圈124相同，将省略对其的重复说明。
参照图28，第一线圈1122的磁场B13和第二线圈1124的磁场B23在电感器的上侧彼此叠加，第一线圈1122的磁场B14和第二线圈1124的磁场B24在电感器的下侧彼此叠加，第一线圈1122的磁场B11在缠绕有第一线圈1122的电感器的左侧叠加到第二线圈1124的磁场B21，并且第二线圈1124的磁场B22在缠绕有第二线圈1124的电感器右侧叠加到第一线圈1122的磁场B12。这样，通过从外部施加于根据比较例的电感器的第一线圈1122和第二线圈1124的施加电流在电感器中感应的磁场未被消除，但是磁场大多彼此叠加，因此，当噪声被引入(introduced)时(即，当反向电流被引入时)，磁导率可能容易饱和。当反射电流等于或小于功耗的1/1000时，该功能可被保持。
与图24中所示的电感器类似，图28中所示的电感器可以分为三个部分SE1、SE2和SE3。
图29的(a)、图29的(b)和图29的(c)分别示出了根据比较例的电感器的共模中的在特定时间点的第一部分SE1、第二部分SE2和第三部分SE3的磁导率(或相对磁导率)。这里，磁导率可以由以上式1表示，并且具有在相对磁导率μs为10000H/m的条件下获得的值。
在图29的(a)至图29的(c)中，附图标记950、960和970表示低电力模式中的磁导率，附图标记952、962和972表示高电力模式中的磁导率。在图29的(a)至图29的(c)中，横轴表示电感器的径向(r)方向上的位置。在图28中，“r＝0”表示环形形状的电感器的中心。
参照图29的(a)至图29的(c)，在低电力模式950、960和970以及高电力模式952、962和972中的每一个中，在任一部分中磁芯1110的磁导率从磁芯1110的内边缘r1向其外边缘r2逐渐增加。
图30是示出根据比较例的电感器的共模中的y-z平面上的平均磁导率的曲线图，其中，横轴表示电感器的径向(r)方向上的位置，纵轴表示y-z平面上的平均磁导率。在图30中，附图标记980表示低电力模式中的平均磁导率，附图标记982表示高电力模式中的平均磁导率。
图31是示出根据比较例的电感器的共模中的平均磁导率的曲线图，其中，横轴表示电流，纵轴表示平均磁导率。
图30示出了通过在电感器的周向上的如图29的(a)至图29的(c)所示在每个时间点获得的磁导率的线积分以及线积分值的结构平均和时间平均而获得的结果。图31示出了通过图30中所示的结果值的体积积分以及体积积分值的时间平均而获得的结果。
参照图31，随着在共模中电流增加，根据比较例的电感器的平均磁导率降低。当施加电流为IC2时，根据比较例的电感器达到电感器失去其功能的50％的部分饱和的PS状态，并且，随着施加电流连续增加，电感器达到电感器失去其功能的100％的完全饱和的CS状态。参照图31，可以确认的是，在较低的电流下在共模CM中比在差模DM中更早地实现部分饱和。
在根据比较例的电感器中要使用的施加电流在差模中被施加的状态下(即，在磁体的功能降低的状态下)，当功率因数校正电路的反向电流噪声以及由于用于驱动变压器的开关产生的反向电流噪声以高频(例如1kHz至1MHz)共模的方式被引入时，并且当由于其他通信电路产生的高频噪声(例如1MHz至30MHz)被引入时，噪声减小功能可能降低。当由于稍后将描述的EMI滤波器和功率因数校正电路之间的阻抗不匹配而引入反向电流时，根据比较例的电感器的功能可能极大地降低。
接下来，下面将描述差模中的电感器的实施例3的特性。
如图23至图28中所示，电感器的实施例3包括第一线圈1122和第二线圈1124以及磁芯1110。如图7中所示，磁芯1110可以包括第一磁体810和第二磁体820，第二磁体820可以包括外磁体822和内磁体824。
与根据比较例的电感器类似，如图24所示，电感器的实施例3可以分为三个部分。
图32的(a)、图32的(b)和图32的(c)分别示出了电感器的实施例3的差模中的在特定时间点的第一部分SE1、第二部分SE2和第三部分SE3的磁导率(或相对磁导率)。这里，磁导率可以由以上式1表示。
在图32的(a)至图32的(c)中，附图标记600、610和620表示低电力模式下的磁导率，附图标记602、612和622表示高电力模式下的磁导率。在图32的(a)至图32的(c)中，横轴表示电感器的径向(r)方向上的位置。
参照图32的(a)至图32的(c)，当施加到第一线圈1122和第二线圈1124的电流的施加频率小于临界频率时，在低电力模式中，在任一部分中，位于磁片的中心rc处的第一磁体810的相对磁导率(以下称为“第一相对磁导率”)小于位于磁片的外部r2处的外磁体822的相对磁导率(以下称为“第二相对磁导率”)，并且小于位于磁片的内部r1处的内磁体824的相对磁导率(以下称为“第三相对磁导率”)。或者，位于磁片的内部r1、外部r2和中心rc处的磁体的相对磁导率可以是恒定的。
另一方面，与图32的(a)至图32的(c)所示的现象不同，当施加到第一线圈1122和第二线圈1124的电流的频率等于或大于临界频率时，在低电力模式中，在任一部分中，第二相对磁导率和第三相对磁导率中的每一个变得小于第一相对磁导率。在电感器的实施例3中，高电力模式下的磁导率602、612和622可以与低电力模式下的磁导率600、610和620相反。
这里，临界频率是在高频下由于实施为纳米带的第二磁体820的第二相对磁导率和第三相对磁导率的减小(即，由于涡流损失导致的感应量减小)而导致磁导率相反的频率。
随着外磁体822和内磁体824中的每一者的厚度T1O和T1I减小，上述临界频率可以增加。这是因为随着实施为纳米带的第二磁体820的厚度T1O和T1I减小，涡流损失减小，导致感应量减小。
例如，外磁体822和内磁体824中的每一者的厚度T1O和T1I在200μm±10μm(20μm±1μm并且10匝)至400μm±10μm(40μm±1μm并且10匝)的范围内，临界频率可以在150kHz至250kHz的范围内。例如，当外磁体822和内磁体824中的每一者的厚度T1O和T1I是400μm±10μm并且当第一线圈1122和第二线圈1124中的每一者的匝数n是10时，临界频率为150kHz。当外磁体822和内磁体824中的每一者的厚度T1O和T1I是200μm±10μm并且当第一线圈1122和第二线圈1124中的每一者的匝数n是10时，临界频率可以增加到200kHz至250kHz，例如200kHz。
差模中的电感器的实施例3的电感LDM可以由以下式3表示。
[式3]
这里，LCM表示共模中的电感器的实施例3的电感并且由以下式4表示，并且M表示互感系数。
图33是示出电感器的实施例3的差模中的y-z平面上的平均磁导率的曲线图，其中，横轴表示电感器的径向(r)方向上的位置，纵轴表示y-z平面上的平均磁导率。在图33中，附图标记630表示低电力模式下的平均磁导率，附图标记632表示高电力模式下的平均磁导率。
图34是示出电感器的实施例3的差模中的平均磁导率的曲线图，其中，横轴表示电流，纵轴表示平均磁导率。
图33示出了通过在电感器的周向上的如图32的(a)至图32的(c)所示在每个时间点获得的磁导率的线积分以及当施加到电感器的电流的频率在40Hz到70Hz的范围内时线积分值的结构平均和时间平均而获得的结果。图34示出了通过图33中所示的结果值的体积积分以及体积积分值的时间平均而获得的结果。
参照图34，随着施加电流在差模中增加，电感器的实施例3的平均磁导率降低。当施加电流为IC3时，电感器的实施例3达到电感器失去其功能的50％的部分饱和PS状态，随着电流持续增加，电感器达到电感器失去其功能的100％的完全饱和CS状态。参照图34，在差模中，根据比较例DM的电感器部分饱和的电流(下文中称为“部分饱和电流”)是IC1，电感器的实施例3E3D的部分饱和电流是IC3，IC3大于IC1。这样，在差模中，实施例3在与比较例相比更高的电流值IC3下达到部分饱和状态。参照图34，在第一线圈1122和第二线圈1124中的每一者的匝数n在10到50的范围内的情况下，当在差模中平均磁导率达到与部分饱和相对应的值时，施加电流IC3可以在0.4A到10A的范围。
也就是说，在差模中，由于施加电流的增加(即，磁场的大小的增加)引起的实施例3中的磁导率的降低低于比较例中的磁导率的降低。基于磁能主要集中在具有较高磁导率的材料上的事实，这是因为电感器的实施例3包括可以实施为铁氧体的第一磁体810和可以实施为具有比第一磁体810更高的磁导率和更高的饱和磁通密度的纳米带的第二磁体820(822和824)，并且因为第一磁体810的厚度TO大于内磁体824的厚度T1I和外磁体822的厚度T1O中的每一个。例如，当围绕外磁体822和内磁体824中的每一者的缠绕匝数在5到25的范围内时，外磁体822与第一磁体810之间在第一磁体810的直径方向上的厚度比(T1O:TO)以及内磁体824与第一磁体810之间在第一磁体810的直径方向上的厚度比(T1I:TO)中的每一个可以在1:80至1:16的范围，优选在1:40至1:20的范围。然而，本公开不限于此。
因此，与比较例相比，可以进一步防止由于电流的增加或绕组数量的增加引起的实施例3中的磁导率的降低。
接下来，下面将描述共模中的电感器的实施例3的特性。
图35的(a)、图35的(b)和图35的(c)分别示出了电感器的实施例3的共模中的在特定时间点的第一部分SE1、第二部分SE2和第三部分SE3的磁导率(或者相对磁导率)。
在图35的(a)至图35的(c)中，附图标记700、710和720表示低电力模式下的磁导率，附图标记702、712和722表示高电力模式下的磁导率。在图35的(a)至图35的(c)中，横轴表示电感器的径向(r)方向上的位置。
与差模类似，参照图35的(a)至图35的(c)，在共模的低电力模式中，当施加到第一线圈1122和第二线圈1124的施加电流的施加频率小于临界频率时，在低电力模式中，在任一个部分中，位于磁芯的中心rc处的第一磁体810的第一相对磁导率小于位于磁芯的外部r2处的外磁体822的第二相对磁导率，并且小于位于磁芯的内部r1处的内磁体824的第三相对磁导率。另一方面，不同于图35的(a)至35的(c)中所示的现象，当施加到第一线圈1122和第二线圈1124的电流的频率等于或大于临界频率时，在低电力模式中，在任一部分中，第二相对磁导率和第三相对磁导率中的每一个变得小于第一相对磁导率。
在电感器的实施例3中，高电力模式下的磁导率702、712和722从内磁体824所在的点(point)r1到外磁体822所在的点r2逐渐增加。
与差模类似，随着外磁体822和内磁体824中的每一者的厚度T1O和T1I减小，上述临界频率可能增加。例如，当外磁体822和内磁体824中的每一者的厚度T1O和T1I在200μm±10μm(20μm±1μm并且10匝)至400μm±10μm(40μm±1μm并且10匝)的范围内时，临界频率可以在150kHz至250kHz的范围内。例如，当外磁体822和内磁体824中的每一者的厚度T1O和T1I为200μm±10μm时，临界频率可以为200kHz。
共模中的电感器的实施例3的电感LCM可以由以下式4表示。
[式4]
这里，α表示系数，μ1表示第一磁体810的第一相对磁导率，μ21表示外磁体822的第二相对磁导率，μ22表示内磁体824的第三相对磁导率，S1表示第一磁体810的横截面积，S21表示外磁体822的横截面积，S22表示内磁体824的横截面积。参照图7的(b)，S1、S21和S22中的每一个可以与z-x平面上的横截面积相对应。参照图18，LE1是第一磁体810绕其中心的圆周长度，LE21是外磁体822绕其中心的圆周长度，LE22是内磁体824绕其中心的圆周长度，n是第一线圈1122和第二线圈1124中的每一者的匝数。
此外，第一相对磁导率μ1、第二相对磁导率μ21和第三相对磁导率μ22中的每一个可以根据施加到电感器的电流的施加频率而变化。当第一线圈1122和第二线圈1124中的每一者的绕组的数量n是5并且当外磁体822和内磁体824中的每一者的厚度T1O和T1I是200μm±10μm(20μm±1μm并且10匝)时，第一相对磁导率μ1可以是10000H/m，并且第二相对磁导率μ21和第三相对磁导率μ22中的每一个可以在2500H/m至200000H/m的范围。例如，当上述临界频率是200kHz时，针对各施加频率的第一相对磁导率μ1、第二相对磁导率μ21和第三相对磁导率μ22可以如下。
当施加频率是10kHz时，第一相对磁导率μ1可以是10000H/m，且第二相对磁导率μ21和第三相对磁导率μ22中的每一个可以在100000H/m到200000H/m的范围。
或者，当施加频率是100kHz时，第一相对磁导率μ1可以是10000H/m，并且第二相对磁导率μ21和第三相对磁导率μ22中的每一个可以在12000H/m至15000H/m的范围。
或者，当施加频率是200kHz时，第一相对磁导率μ1可以是10000H/m，并且第二相对磁导率μ21和第三相对磁导率μ22中的每一个可以在5000H/m至15000H/m的范围。
或者，当施加频率是300kHz时，第一相对磁导率μ1可以是10000H/m，并且第二相对磁导率μ21和第三相对磁导率μ22中的每一个可以在2500H/m到7500H/m的范围。
图36是示出电感器的实施例3的共模中的y-z平面上的平均磁导率的曲线图，其中横轴表示电感器的径向(r)方向上的位置，纵轴表示y-z平面上的平均磁导率。在图36中，附图标记730表示低电力模式下的平均磁导率，附图标记732表示高电力模式下的平均磁导率。
图37是示出电感器的实施例3的共模中的平均磁导率的曲线图，其中，横轴表示电流，纵轴表示平均磁导率。
图36示出了通过在电感器的周向上的如图35的(a)至图35的(c)所示在每个时间点获得的磁导率的线积分以及线积分值的结构平均和时间平均而获得的结果。图37示出了通过图36中所示的结果值的体积积分以及体积积分值的时间平均而获得的结果。
参照图37，随着施加电流在共模中增加，电感器的实施例3的平均磁导率降低。当施加电流为IC4时，电感器的实施例3达到电感器失去其功能的50％的部分饱和的PS状态，并且随着施加电流连续增加，电感器达到电感器失去其功能的100％的完全饱和的CS状态。参照图37，在共模中，根据比较例CM的电感器的部分饱和电流是IC2，并且电感器的实施例3E3C的部分饱和电流是IC4，IC4大于IC2。这样，在共模中，实施例3在与比较例相比更高的电流值IC4下达到部分饱和状态。也就是说，在共模中，由于施加电流的增加(即，磁场的大小的增加)引起的实施例3中的磁导率的降低低于比较例中的磁导率的降低。
参照图37，在第一线圈1122和和第二线圈1124中的每一者的匝数n在10到50的范围内的情况下，在共模中部分饱和电流IC4可以在0.04A到1A的范围内。
在差模和共模中，随着匝数n增加，部分饱和电流IC3和IC4可以与匝数n的平方n2成反比地减小。例如，当匝数n为10时，差模中的部分饱和电流IC3可以是约10A，并且共模中的部分饱和电流IC4可以是约1A。然而，如果匝数n增加到50，即5倍，部分饱和电流IC3和IC4可以减少到1/25。也就是说，部分饱和电流IC3可以减小到0.4A，并且部分饱和电流IC4可以减小到0.04A。
由于电感器的实施例3包括与第一磁体810不同的第二磁体820，所以实施例3在差模中能够收纳高电力。此外，由于电感器的实施例3的磁芯中包括的第二磁体820具有高饱和磁通密度，并且由于饱和磁通密度被保持在高频下，因此，即使反向电流被引入时，一些能量也可以存储在第二磁体820中。因此，即使在共模被执行使得产生10mA或更低的反向电流时，也可以消除噪声，从而确保电路相对于反向电流的稳定性。
在电感器的实施例3中，其在共模中的特性类似于在差模中的特性。然而，当在共模中由于电路阻抗不匹配引起的反向电流(反射)被引入时，实施例3可以将引入的反向电流转换为磁能并且可以将磁能储存在外磁体822和内磁体824中。因此，当电感器的实施例3应用于稍后描述的EMI滤波器时，可以消除噪声并防止反向电流被引入电源中。
主要利用根据实施例的电感器的电路可以被配置为接收具有90V至240V的电平和40Hz至70Hz的频率的差分型家用AC电流作为主要能量，并且该电路可以包括以惠斯通电桥的形式连接到其后端的整流二极管。在这种情况下，主要能量具有低频并且噪声源具有低电力水平，由此可以获得本实施例的上述效果。
同时，根据上述实施例的电感器可以被包括在线路滤波器中。例如，线路滤波器可以是应用于AC到DC转换器的用于降噪的线路滤波器。
图38是包括根据实施例的电感器的EMI滤波器的实施例。
参照图38，EMI滤波器2000可以包括多个X电容器Cx、多个Y电容器Cy和电感器L。
X电容器Cx分别设置在带电线LIVE的第一端子P1和中性线NEUTRAL的第三端子P3之间以及带电线LIVE的第二端子P2和中性线NEUTRAL的第四端子P4之间。
多个Y电容器Cy可以串联设置在带电线LIVE的第二端子P2和中性线NEUTRAL的第四端子P4之间。
电感器L可以设置在带电线LIVE的第一端子P1和第二端子P2之间以及中性线NEUTRAL的第三端子P3和第四端子P4之间。这里，每个电感器L可以是根据上述实施例的电感器100。
当共模噪声被引入时，EMI滤波器2000消除由于初级电感和Y电容器Cy的组合阻抗特性引起的共模噪声。这里，可以通过在断开(opening)第三端子P3和第四端子P的状态下测量第一端子P1和第二端子P2之间的电感来获得带电线LIVE的初级电感，并且，可以通过在断开第一端子P1和第二端子P2的状态下测量第三端子P3和第四端子P4之间的电感来获得中性线NEUTRAL的初级电感。
当差模噪声被引入时，EMI滤波器2000消除由于漏电感和X电容器Cx的组合阻抗特性引起的差模噪声。这里，可以通过在第三端子P3和第四端子P4的短路状态下测量第一端子P1和第二端子P2之间的电感来获得带电线LIVE的漏电感，并且可以通过在第一端子P1和第二端子P2的短路状态下测量第三端子P3和第四端子P4之间的电感来获得中性线NEUTRAL的漏电感。
根据实施例的EMI滤波器2000的电感器可以是根据上述实施例3的电感器。当第二磁体820的外磁体822和内磁体824中的每一个的厚度T1O和T1I为200μm(20μm±1μm并且10匝)时，随着第一线圈1122和第二线圈1124中的每一者的匝数n增加，EMI性能可以进一步改善。例如，由于匝数n大于15时发生饱和，所以当匝数为15时可以获得最优异的EMI特性。
此外，为了消除共模噪声，由以上式4表示的、共模中的电感LCM需要很大，并且，为了消除差模噪声，由以上式3表示的、差模中的电感LDM需要很大。因此，根据实施例的电感器可以包括具有基于上述原理确定的S1、S21、S22、LE1、LE21和LE22的第一磁体810和第二磁体820。也就是说，由于即使匝数n变化时相对磁导率也不变，所以可以通过调节横截面积与圆周长度之比(S1/LE1，S21/LE21和S22/LE22)，将电感保持在恒定水平。
上述实施例的内容可以应用于其他实施例，只要它们不是彼此不相容即可。
虽然已经参照本公开的示例性实施例具体示出和描述了本公开，但是这些实施例仅用于说明性目的，而不限制本公开，并且对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不背离在此阐述的实施例的基本特征的情况下，可以在形式和细节上进行各种变更。例如，可以修改和应用实施例中阐述的各配置。此外，这些修改和应用的不同之处应该被解释为落入由所附权利要求限定的本公开的范围内。
发明方式
已经以用于实现本公开的最佳方式描述了各种实施例。
工业应用性
根据实施例的电感器可以用于各种电子电路，例如，谐振电路、滤波电路和电源电路，并且EMI滤波器可以应用于需要噪声消除的各种数字电路或模拟电路。

Claims (10)

1.一种电感器，包括：
第一磁体，所述第一磁体具有环形形状，所述第一磁体包括铁氧体；以及
第二磁体，所述第二磁体被配置为与所述第一磁体不同，所述第二磁体包括金属带，
其中，所述第二磁体包括：
外磁体，所述外磁体设置在所述第一磁体的外周面上；以及
内磁体，所述内磁体设置在所述第一磁体的内周面上，
其中，所述外磁体和所述内磁体中的每一个在所述第一磁体的周向上缠绕多层。
2.根据权利要求1所述的电感器，其中，所述外磁体和所述内磁体中包括的所述金属带是Fe基纳米晶金属带。
3.根据权利要求2所述的电感器，其中，在所述第一磁体的直径方向上，所述第一磁体的厚度大于所述外磁体和所述内磁体中的每一个的厚度。
4.根据权利要求3所述的电感器，其中，所述内磁体和所述第一磁体之间在所述直径方向上的厚度比在1:80至1:16的范围，并且，
其中，所述外磁体和所述第一磁体之间在所述直径方向上的厚度比在1:80至1:16的范围。
5.根据权利要求2所述的电感器，其中，所述外磁体和所述内磁体中的每一个的磁导率与所述第一磁体的磁导率不同，
其中，在所述第一磁体的直径方向上，所述外磁体和所述内磁体中的每一个的厚度小于所述第一磁体的厚度，并且
其中，所述外磁体和所述内磁体中的每一个的饱和磁通密度大于所述第一磁体的饱和磁通密度。
6.根据权利要求3所述的电感器，其中，所述外磁体的厚度和所述内磁体的厚度在所述直径方向上彼此相同。
7.根据权利要求6所述的电感器，其中，所述内磁体和所述外磁体中的每一个在所述直径方向上的厚度在190μm至210μm的范围。
8.一种EMI滤波器，包括：
电感器；以及
电容器，
其中，所述电感器包括：
第一磁体，所述第一磁体具有环形形状，所述第一磁体包括铁氧体；
第二磁体，所述第二磁体被配置为与所述第一磁体不同，所述第二磁体包括金属带，所述第二磁体包括设置在所述第一磁体的外周面上的外磁体以及设置在所述第一磁体的内周面上的内磁体；以及
线圈，所述线圈围绕所述第一磁体、所述外磁体和所述内磁体缠绕，
其中，所述外磁体和所述内磁体中的每一个在所述第一磁体的周向上缠绕多层。
9.根据权利要求8所述的EMI滤波器，其中，所述内磁体和所述第一磁体之间在所述第一磁体的直径方向上的厚度比在1:80至1:16的范围，并且
其中，所述外磁体和所述第一磁体之间在所述直径方向上的厚度比在1:80至1:16的范围。
10.根据权利要求9所述的EMI滤波器，其中，所述内磁体和所述外磁体中的每一个在所述直径方向上的厚度在190μm至210μm的范围。
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