CN110187655A - 一种大通流磁环的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大通流磁环的设计方法，首先，实际应用中的电流I1，产生一个磁通量B1，随着电流的增大，B1会增大直到饱和；然后通过反馈电流控制模块产生一个反向电流I2，产生一个反向磁通量B2，反向电流I2的大小由MCU控制模块动态调节或通过固定设置得到；使得I2产生的磁通量B2与I1产生的磁通量B1能够大部分抵消，从而实现磁导率不会随着I1的增大而衰减过大。本发明通过一个反馈系统设计降低大通流对磁环感量的影响，从而减小磁环的体积，降低成本，特别适合用于大通流且要求磁环感量高的场景。

Description

一种大通流磁环的设计方法
技术领域
本发明涉及的是磁环技术领域，具体涉及一种大通流磁环的设计方法。
背景技术
磁导率是表征磁介质磁性的物理量，表示在空间或在磁芯空间中的线圈流过电流后，产生磁通的阻力或是其在磁场中导通磁力线的能力。其公式μ＝B/H、其中H＝磁场强度、B＝磁感应强度，常用符号μ表示，μ为介质的磁导率，或称绝对磁导率。当通过电流较小时，B也随着电流的曾大而变大。H与电流成正比。当电流大到一定程度时，B达到最大值Bm(不能再曾大)，而H依然曾大，所以会导致u减小。如图1所示，μ随着电流增大逐渐减小。
以圆形磁环为例，磁环的感量L与磁导率μ、磁环截面积F、磁环长度l、绕线匝数N都有关系。在大通流且要求磁环感量高的场景，磁环的材料要求比较高，要求磁导率在一定电流下不能衰减太大，目前基本都使用非晶磁芯。现有方案总结：通过选取高初始磁导率，或者随着电流增大磁导率衰减比较慢的材料，来制作大通流且感量要求高的磁环。
在大通流且要求磁环感量高的场景，比如电源的低频滤波、磁耦合取电、低频电力线载波耦合等都要求低频阻抗大。而磁环的感量跟磁导率的关系很大，随着流过磁环的电流越来越大，磁导率的衰减会越来越大，从而导致磁环达到饱和。所以在大通流且要求磁环感量高的场景，磁环的材料要求比较高，在大电流下磁导率的衰减要小，这就造成大通流且要求感量高的磁环体积非常大，对产品的设计带来结构空间和成本的压力。
综上所述，现有方案的缺点：通过选取高初始磁导率，或者随着电流增大磁导率衰减比较慢的材料，来制作大通流且感量要求高的磁环，主要缺点如下：
1、完全由磁芯材料来抗电流饱和，会导致磁环成本较高。
2、要获取较大的感量，要增大磁环截面积，从而磁环的体积会比较大。
基于此，本发明设计了一种大通流磁环的设计方法，主要用于大通流且要求磁环感量高的场景，降低大通流对磁环感量的影响，减小磁环的体积，降低成本。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种大通流磁环的设计方法，通过一个反馈系统设计降低大通流对磁环感量的影响，从而减小磁环的体积，降低成本，特别适合用于大通流且要求磁环感量高的场景。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种大通流磁环，包括磁耦合取电模块、MCU控制模块、反馈电流控制模块和磁环本体，磁耦合取电模块给MCU控制模块、反馈电流控制模块供电，磁环本体通过电路连接有反馈电流控制模块；MCU控制模块分别与电流测量接口、通信接口和反馈电流控制模块相连，所述的反馈电流控制模块还与固定电流设置装置相连。
所述的一种大通流磁环的设计方法：首先，实际应用中的电流I1，产生一个磁通量B1，随着电流的增大，B1会增大直到饱和；然后通过反馈电流控制模块产生一个反向电流I2，产生一个反向磁通量B2，反向电流I2的大小由MCU控制模块动态调节或通过固定设置得到；使得I2产生的磁通量B2与I1产生的磁通量B1能够大部分抵消，从而实现磁导率不会随着I1的增大而衰减过大。
作为优选，所述的MCU控制模块动态调节的方式可以由MCU控制模块通过电流传感器测量I1大小，或者通过其他通信方式获取I1大小，然后根据I1的大小控制反馈电流控制模块产生相应的反向电流I2。
所述的磁耦合取电模块可替换为外部供电模块。
本发明的磁环本体材料可以是非晶、纳米晶等材料。本体的结构可以是圆形、方形等。磁环本体与电路之间的连接只有绕线。电路部分可以和磁环通过结构件安装，也可以和磁环本体分离。磁耦合取电模块的线路上的电流方向是与I1方向相同。反馈电流控制电路有很多种，比如有三端电压源电路、运放加三极管电路等等，这里不做限定。电流I2由电流控制电路产生，可以通过在磁环本体绕线增大磁通量。比如，如果I1是100A，I2最大只能输出200mA，那么在磁环本体绕线500匝产生的磁通量，基本可以与I1100A产生的磁通量相同。
本发明的有益效果：本发明可以降低大通流对磁环感量的影响，减小磁环体积和成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明背景技术中的磁导率和BH曲线图；
图2为本发明实施例1的系统构成图；
图3为本发明实施例2的系统构成图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1：如图1，本实施例采用以下技术方案：一种大通流磁环，包括磁耦合取电模块1、MCU控制模块2、反馈电流控制模块3和磁环本体4，磁耦合取电模块1给MCU控制模块2、反馈电流控制模块3供电，磁环本体4通过电路连接有反馈电流控制模块3；MCU控制模块2分别与电流测量接口5、通信接口6和反馈电流控制模块3相连，所述的反馈电流控制模块3还与固定电流设置装置相连。
所述的一种大通流磁环的设计方法：首先，实际应用中的电流I1，产生一个磁通量B1，随着电流的增大，B1会增大直到饱和；然后通过反馈电流控制模块产生一个反向电流I2，产生一个反向磁通量B2，反向电流I2的大小由MCU控制模块动态调节或通过固定设置得到；使得I2产生的磁通量B2与I1产生的磁通量B1能够大部分抵消，从而实现磁导率不会随着I1的增大而衰减过大。
所述的MCU控制模块动态调节的方式可以由MCU控制模块通过电流传感器测量I1大小，或者通过其他通信方式获取I1大小，然后根据I1的大小控制反馈电流控制模块产生相应的反向电流I2。
本实施例的工作原理：首先电流I1会产生一个磁通量B1，随着电流的增大，B1会增大直到饱和。通过本发明中反馈电流控制模块产生一个反向电流I2，产生一个反向磁通量B2。理论上，只要I2＝I1，那么B1和B2就会相互抵消。实际上I2的电流值会远小于I1，可以通过在磁环上绕线实现B1和B2的相互抵消。
反向电流I2的大小可以由MCU控制模块动态调节，也可以通过固定设置得到。使得I2产生的磁通量B2与I1产生的磁通量B1能够大部分抵消，从而实现磁导率不会随着I1的增大而衰减过大。
其中MCU控制模块动态调节的方式可以由MCU控制模块通过电流传感器测量I1大小，或者通过其他通信方式获取I1大小，然后根据I1的大小控制反馈电流控制模块产生相应的反向电流I2。
系统中MCU控制模块和反馈电流控制模块，可以由磁耦合取电模块来供电。优点在于不需要外部提供电源以及电源的接线，缺点是磁耦合取电电路较复杂，会增大磁环体积，另外如果磁耦合取电模块的功率较小，会影响反馈电流I2的输出能力。
本实施例中的电流I1是实际应用中的电流，不属于本发明的一部分。
实施例2：如图2，本实施例与实施例1的不同之处在于：系统中MCU控制模块和反馈电流控制模块，由外部供电模块来供电，反馈电流控制模块的电流输出能力受约束较小。此实施例可以减小磁环方案的体积。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种大通流磁环，其特征在于，包括磁耦合取电模块(1)、MCU控制模块(2)、反馈电流控制模块(3)和磁环本体(4)，磁耦合取电模块(1)给MCU控制模块(2)、反馈电流控制模块(3)供电，磁环本体(4)通过电路连接有反馈电流控制模块(3)；MCU控制模块(2)分别与电流测量接口(5)、通信接口(6)和反馈电流控制模块(3)相连，所述的反馈电流控制模块(3)还与固定电流设置装置相连。
2.根据权利要求1所述的一种大通流磁环的设计方法，其特征在于，所述的磁耦合取电模块(1)可替换为外部供电模块。
3.一种大通流磁环的设计方法，其特征在于，所述的一种大通流磁环的设计方法：首先，实际应用中的电流I1，产生一个磁通量B1，随着电流的增大，B1会增大直到饱和；然后通过反馈电流控制模块产生一个反向电流I2，产生一个反向磁通量B2，反向电流I2的大小由MCU控制模块动态调节或通过固定设置得到；使得I2产生的磁通量B2与I1产生的磁通量B1能够大部分抵消，从而实现磁导率不会随着I1的增大而衰减过大。
4.根据权利要求3所述的一种大通流磁环的设计方法，其特征在于，所述的MCU控制模块动态调节的方式可以由MCU控制模块通过电流传感器测量I1大小，或者通过其他通信方式获取I1大小，然后根据I1的大小控制反馈电流控制模块产生相应的反向电流I2。
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