CN110993254B - 多种频率段磁性材料集成差共模滤波器 - Google Patents

多种频率段磁性材料集成差共模滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多种频率段磁性材料集成差共模滤波器，包括：场外磁芯，用于形成共模电感的磁芯，场外磁芯为由一种软磁材料制成的磁芯；PCB基板隔板，设置于场外磁芯内，将场外磁芯分隔形成多个区域；多个场内磁芯，设置于PCB基板隔板上，并对应位于多个区域内，多个场外磁芯为由另一种软磁材料制成的磁芯，且一种软磁材料与另一种软磁材料不同；以及多个线圈绕组，间隔绕制于场外磁芯上，并对应位于多个区域内，多个线圈绕组的一端穿过PCB基板隔板及多个场内磁芯。本发明采用多频率段磁芯材料集成共模电感及一个场外磁芯与多个场内磁芯集成差模电感相结合的方式，使其可以在更宽的频率段达到对电磁干扰的抑制。

Description

多种频率段磁性材料集成差共模滤波器
技术领域
本发明涉及一种差共模滤波器，特别是涉及一种多种频率段磁性材料集成差共模滤波器。
背景技术
电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力，电磁干扰(Electromagnetic Interference简称EMI)是指电磁波与电子元件作用后而产生的干扰现象，有传导干扰和辐射干扰两种。
在针对150K-30M Hz频率段的传导干扰设计时，发明人发现在XY滤波电路中使用的关键器件为共模滤波电感，该电感使用的是软磁材料，包括但不限于高导锰锌铁氧体、镍锌铁氧体和纳米晶等。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有技术的软磁磁性材料没有一款材料能够在150K-30M频率段实现完全兼容，且由于功率磁性元器件经过这么多年的发展，已经到了一个瓶颈，因此在做开关电源设计的时候，为了减小磁件体积并提高效率，通常是采用不断的提高开关频率，但是频率越高的情况下，EMC越难解决。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明实施例提供了一种多种频率段磁性材料集成差共模滤波器。具体的技术方案如下：
第一方面，提供一种多种频率段磁性材料集成差共模滤波器，其中包括：
场外磁芯，用于形成共模电感的磁芯，场外磁芯为由一种软磁材料制成的磁芯；
PCB基板隔板，设置于场外磁芯内，将场外磁芯分隔形成多个区域；
多个场内磁芯，设置于PCB基板隔板上，并对应位于多个区域内，多个场内磁芯为由另一种软磁材料制成的磁芯，且一种软磁材料与另一种软磁材料不同；以及
多个线圈绕组，间隔绕制于场外磁芯上，并对应位于多个区域内，多个线圈绕组的一端穿过PCB基板隔板及多个场内磁芯；
其中，场外磁芯及多个场内磁芯中的任一场内磁芯与多个线圈绕组中穿过任一场内磁芯的线圈绕组之间形成共模电感，多个场内磁芯在场外磁芯内与多个线圈绕组中的任一线圈绕组之间形成差模电感。
在第一方面的第一种可能实现方式中，还包括底板，场外磁芯设置于底板上。
在第一方面的第二种可能实现方式中，一种软磁材料制成的磁芯为锰锌磁芯或非晶纳米晶磁芯，另一种软磁材料制成的磁芯为镍锌磁芯或锰锌磁芯。
结合第一方面的第二种可能实现方式，在第一方面的第三种可能实现方式中，当一种软磁材料制成的磁芯为锰锌磁芯且另一种软磁材料制成的磁芯为镍锌磁芯时，多种频率段磁性材料集成差共模滤波器的作用频段为100K-30M。
结合第一方面的第二种可能实现方式，在第一方面的第四种可能实现方式中，当一种软磁材料制成的磁芯为非晶纳米晶磁芯且另一种软磁材料制成的磁芯为锰锌磁芯时，多种频率段磁性材料集成差共模滤波器的作用频段为10K-1M。
结合第一方面的第二种可能实现方式，在第一方面的第五种可能实现方式中，当一种软磁材料制成的磁芯为非晶纳米晶磁芯且另一种软磁材料制成的磁芯为镍锌磁芯时，多种频率段磁性材料集成差共模滤波器的作用频段为10K-30M。
在第一方面的第六种可能实现方式中，多个线圈绕组的绕制方式为三相四线制、三相三线制或单相制，多个场内磁芯的数量与多个线圈绕组的绕制方式相对应。
结合第一方面的第六种可能实现方式，在第一方面的第七种可能实现方式中，当多个线圈绕组的绕制方式为三相四线制时，多个场内磁芯的数量为四个。
结合第一方面的第六种可能实现方式，在第一方面的第八种可能实现方式中，当多个线圈绕组的绕制方式为三相三线制时，多个场内磁芯的数量为三个。
结合第一方面的第六种可能实现方式，在第一方面的第九种可能实现方式中，当多个线圈绕组的绕制方式为单相制时，多个场内磁芯的数量为二个。
本发明与现有技术相比具有的优点有：
本发明的多种频率段磁性材料集成差共模滤波器，采用多频率段磁芯材料集成共模电感及一个场外磁芯与多个场内磁芯集成差模电感相结合的方式，使其可以在更宽的频率段达到对电磁干扰的抑制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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获得其他的附图。
图1是本发明一实施例的多种频率段磁性材料集成差共模滤波器的一种结构示意图。
图2是本发明一实施例的多个线圈绕组的电路连接示意图。
图3是现有技术的多种软磁磁性材料对应的磁抗频率段示意图。
图4是本发明一实施例的多种频率段磁性材料集成差共模滤波器的另一种结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
目前，对于滤波器而言，由于每一种磁性材料对应一段作用频段，但是，现有技术的软磁磁性材料没有一款材料能够在150K-30M频率段实现完全兼容，因此，需要不断的提高开关频率，但是频率越高的情况下，EMC越难解决。
本申请提供的多种频率段磁性材料集成差共模滤波器，采用多频率段磁芯材料集成共模电感及一个场外磁芯与多个场内磁芯集成差模电感相结合的方式，能够在不提高开关频率下，使其可以达到150K-30M频率段达到对电磁干扰的抑制。
图1是本发明一实施例的多种频率段磁性材料集成差共模滤波器1的一种结构示意图。如图1所示，该多种频率段磁性材料集成差共模滤波器1包括：
场外磁芯2，该场外磁芯2用于形成共模电感的磁芯。图2是现有技术的多种软磁磁性材料对应的磁抗频率段示意图。场外磁芯2为由一种软磁材料制成的磁芯，其所制成的磁芯具体可以是锰锌磁芯，也可以是非晶纳米晶磁芯，但并不以此为限，本领域技术人员也可以根据实际所需的磁抗频率段选择为由其他合适的软磁材料制成的磁芯。
PCB基板隔板3，该PCB基板隔板3设置于场外磁芯2内，将场外磁芯分隔形成多个区域21，该多个区域21优选的为闭合区域，但并不以此为限。
多个场内磁芯4，该多个场内磁芯4设置于PCB基板隔板3上，并对应位于多个区域21内，本实施例公开的多个场内磁芯4是分别设置在各个区域21的分隔线上的，也即一个场内磁芯4同时位于相邻二个区域21内，但并不以此为限。至于对于多个场内磁芯4数量的选择可以根据线圈绕组5的绕制方式进行选择。
多个场内磁芯2为由另一种软磁材料制成的磁芯，且另一种软磁材料与一种软磁材料不同，其所制成的磁芯具体可以是镍锌磁芯，也可以是锰锌磁芯，但并不以此为限，本领域技术人员也可以根据实际所需的磁抗频率段选择为由其他合适的软磁材料制成的磁芯。
多个线圈绕组5，图2是本发明一实施例的多个线圈绕组5的电路连接示意图。如图2所示，该多个线圈绕组5间隔绕制于场外磁芯2上，并对应位于多个区域21内，多个线圈绕组5的一端穿过PCB基板隔板3及多个场内磁芯4与外部接线或电路板连接。优选的，该多个线圈绕组5中的每个线圈绕组5的线圈匝数相同，并且该多个线圈绕组5中的每个线圈绕组5的绕线方向相同，但并不以此为限。
该场外磁芯2及多个场内磁芯4中的任一场内磁芯4与多个线圈绕组5中穿过该任一场内磁芯4的线圈绕组5之间形成共模电感。多个场内磁芯4在场外磁芯2内与多个线圈绕组5中的任一线圈绕组5之间形成差模电感。
具体而言，在该场外磁芯2上绕制有多个线圈绕组5，并对应位于多个区域21内，且其一端穿过穿过PCB基板隔板3及多个场内磁芯4，如图1所示，该多个线圈绕组5可以为三个线圈绕组5，多个场内磁芯4可以为三个场内磁芯4，且三个场内磁芯4及场外磁芯2均为环形封闭磁芯结构，PCB基板隔板3将场外磁芯分隔形成三个区域21。
可以看出，该三个场内磁芯4设置于三个区域21的分隔线上的，也即一个场内磁芯4同时位于相邻二个区域21内，该三个线圈绕组5分别绕制在场外磁芯2的不同位置(即，该三个线圈绕组5中的任意两个相邻线圈绕组5之间存在间隔)，并分别位于三个区域21，且三个线圈绕组5的一端对应穿过三个场内磁芯4及PCB基板隔板3。
通过使该三个线圈绕组5在场外磁芯2上的绕制位置之间存在间隔，并对于穿过三个场内磁芯4，使得场外磁芯2及三个场内磁芯4任一场内磁芯4与该三个线圈绕组5中的穿过该任一场内磁芯4之间形成共模电感，并且通过使该场外磁芯2及三个场内磁芯4均为环形封闭磁芯结构，进而使得该场外磁芯2及三个场内磁芯4为该三个绕组120所产生的磁力线提供共模磁路。并且由于场外磁芯2及三个场内磁芯4为不同的软磁材料制成的磁芯，因此可以形成多频率段磁芯材料集成共模电感，从而使其可以在更宽的频率段达到对电磁干扰的抑制。
同时，在该场外磁芯2、三个场内磁芯4及三个线圈绕组5之间形成共模电感的基础上，三个场内磁芯4在场外磁芯2内与三个线圈绕组5中的任一线圈绕组5之间还形成差模电感。该三个场内磁芯4与场外磁芯2上绕制的三个线圈绕组5的区域之间形成闭合的磁芯，进而使得三个场内磁芯4与场外磁芯2上绕制的三个线圈绕组5之间形成闭合的差模磁路。
需要说明的是，该三个场内磁芯4中的任意两个相邻场内磁芯4之间可以相互接触，或者也可以相互之间不接触，本申请对此不作特别限定。
应理解，上述仅以该三个场内磁芯4为例对该多个场内磁芯4进行说明，但本申请并不限于此。该多个场内磁芯4还可以为其他数量，例如，该多个场内磁芯4可以为二个、四个或四个以上。
可选地，图3是现有技术的多种软磁磁性材料对应的磁抗频率段示意图。如图3所示，一种软磁材料制成的磁芯为锰锌磁芯或非晶纳米晶磁芯，另一种软磁材料制成的磁芯为镍锌磁芯或锰锌磁芯，具体的选择那种磁芯可以根据实际所需的作用频段进行选择。
例如，当选择一种软磁材料制成的磁芯为锰锌磁芯且另一种软磁材料制成的磁芯为镍锌磁芯时，多种频率段磁性材料集成差共模滤波器1的作用频段为100K-30M。
又例如，当选择一种软磁材料制成的磁芯为非晶纳米晶磁芯且另一种软磁材料制成的磁芯为锰锌磁芯时，多种频率段磁性材料集成差共模滤波器1的作用频段为10K-1M。
再例如，当选择一种软磁材料制成的磁芯为非晶纳米晶磁芯且另一种软磁材料制成的磁芯为镍锌磁芯时，多种频率段磁性材料集成差共模滤波器1的作用频段为10K-30M。
可选地，多个线圈绕组5的绕制方式可以为三相四线制，还可以为三相三线制，也可以为单相制，具体的绕制方式可以根据实际绕制需求进行选择，同时需要注意的是，还要根据不同的绕制方式选择对应数量的场内磁芯4。
例如，当选择多个线圈绕组5的绕制方式为三相四线制时，多个场内磁芯4的数量为四个，此时的场外磁芯2可以选择为锰锌磁芯，四个场内磁芯4可以选择为镍锌磁芯；或者，场外磁芯2可以选择为非晶纳米晶磁芯，四个场内磁芯4可以选择为锰锌磁芯；又或者，场外磁芯2可以选择为非晶纳米晶磁芯，四个场内磁芯4可以选择为镍锌磁芯。
又例如，当多个线圈绕组5的绕制方式为三相三线制时，多个场内磁芯4的数量为三个，此时的场外磁芯2可以选择为锰锌磁芯，三个场内磁芯4可以选择为镍锌磁芯；或者，场外磁芯2可以选择为非晶纳米晶磁芯，三个场内磁芯4可以选择为锰锌磁芯；又或者，场外磁芯2可以选择为非晶纳米晶磁芯，三个场内磁芯4可以选择为镍锌磁芯。
再例如，当多个线圈绕组5的绕制方式为单相制时，多个场内磁芯4的数量为二个，此时的场外磁芯2可以选择为锰锌磁芯，二个场内磁芯4可以选择为镍锌磁芯；或者，场外磁芯2可以选择为非晶纳米晶磁芯，二个场内磁芯4可以选择为锰锌磁芯；又或者，场外磁芯2可以选择为非晶纳米晶磁芯，二个场内磁芯4可以选择为镍锌磁芯。
可选地，图4是本发明一实施例的多种频率段磁性材料集成差共模滤波器1的另一种结构示意图。如图4所示，多种频率段磁性材料集成差共模滤波器1还包括底板6，场外磁芯2设置于底板6上，底板6主要是用于支撑场外磁芯2，在本实施例中对于底板6的结构的选择可以没有特殊要求，参照本领域技术人员的常规选择即可。
具体而言，该磁芯2设置于底板6上，如图4所示，该底板6可以为平板状结构，该磁芯2设置于底板6上，该多个线圈绕组5可以为三个线圈绕组5。可以看出，该三个线圈绕组5的绕制在场外磁芯2上，且该三个线圈绕组5的一端穿过底板6，并焊接固定在底板6上且位于场外磁芯2的一侧，该三个线圈绕组5的另一端依次穿过PCB基板隔板3、三个场内磁芯4及底板6，并焊接固定在底板6上且位于场外磁芯2的另一侧。
需要说明的是，该三个线圈绕组5的两端还可以设置于场外磁芯2的同侧，本申请对此不作特别限定。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多种频率段磁性材料集成差共模滤波器，其特征在于，包括：
场外磁芯，用于形成共模电感的磁芯，所述场外磁芯为由一种软磁材料制成的磁芯；
PCB基板隔板，设置于所述场外磁芯内，将所述场外磁芯分隔形成多个区域；
多个场内磁芯，设置于所述PCB基板隔板上，并对应位于所述多个区域内，所述多个场内磁芯为由另一种软磁材料制成的磁芯，且所述一种软磁材料与所述另一种软磁材料不同；以及
多个线圈绕组，间隔绕制于所述场外磁芯上，并对应位于所述多个区域内，所述多个线圈绕组的一端穿过所述PCB基板隔板及所述多个场内磁芯；
其中，所述场外磁芯及所述多个场内磁芯中的任一所述场内磁芯与所述多个线圈绕组中穿过所述任一所述场内磁芯的所述线圈绕组之间形成共模电感，所述多个场内磁芯在所述场外磁芯内与所述多个线圈绕组中的任一所述线圈绕组之间形成差模电感。
2.根据权利要求1所述的多种频率段磁性材料集成差共模滤波器，其特征在于，还包括底板，所述场外磁芯设置于所述底板上。
3.根据权利要求1所述的多种频率段磁性材料集成差共模滤波器，其特征在于，所述一种软磁材料制成的磁芯为锰锌磁芯或非晶纳米晶磁芯，所述另一种软磁材料制成的磁芯为镍锌磁芯或锰锌磁芯。
4.根据权利要求3所述的多种频率段磁性材料集成差共模滤波器，其特征在于，当所述一种软磁材料制成的磁芯为所述锰锌磁芯且所述另一种软磁材料制成的磁芯为所述镍锌磁芯时，所述多种频率段磁性材料集成差共模滤波器的作用频段为100K-30M。
5.根据权利要求3所述的多种频率段磁性材料集成差共模滤波器，其特征在于，当所述一种软磁材料制成的磁芯为所述非晶纳米晶磁芯且所述另一种软磁材料制成的磁芯为所述锰锌磁芯时，所述多种频率段磁性材料集成差共模滤波器的作用频段为10K-1M。
6.根据权利要求3所述的多种频率段磁性材料集成差共模滤波器，其特征在于，当所述一种软磁材料制成的磁芯为所述非晶纳米晶磁芯且所述另一种软磁材料制成的磁芯为所述镍锌磁芯时，所述多种频率段磁性材料集成差共模滤波器的作用频段为10K-30M。
7.根据权利要求1所述的多种频率段磁性材料集成差共模滤波器，其特征在于，所述多个线圈绕组的绕制方式为三相四线制、三相三线制或单相制，所述多个场内磁芯的数量与所述多个线圈绕组的所述绕制方式相对应。
8.根据权利要求7所述的多种频率段磁性材料集成差共模滤波器，其特征在于，当所述多个线圈绕组的所述绕制方式为三相四线制时，所述多个场内磁芯的数量为四个。
9.根据权利要求7所述的多种频率段磁性材料集成差共模滤波器，其特征在于，当所述多个线圈绕组的所述绕制方式为三相三线制时，所述多个场内磁芯的数量为三个。
10.根据权利要求7所述的多种频率段磁性材料集成差共模滤波器，其特征在于，当所述多个线圈绕组的所述绕制方式为单相制时，所述多个场内磁芯的数量为二个。
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