CN114628121A - 一种三端口共模电感 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三端口共模电感，一种三端口共模电感，包括非晶磁芯，非晶磁芯卧式设置于底座板上，非晶磁芯上设有第一绕组和第二绕组，第一绕组和第二绕组分别绕在非晶磁芯的两侧，第一绕组包括有第一绕线和第二绕线，第一绕线和第二绕线均从非晶磁芯一侧的下端进线，第二绕组包括有第三绕线和第四绕线，第三绕线和第四绕线均从非晶磁芯另一侧的上端进线。本发明通过将两个共模电感中的线圈绕在同一个磁芯上且采用特定的绕制方式，提高了充电机总成内部OBC输出端到DCDC输入端部分电路的滤波效果，并且能减少成本，减少共模电感本身对周围空间的电磁辐射。

Description

一种三端口共模电感

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其是一种三端口共模电感。

背景技术

当前，绝大部分电动汽车由电驱动总成、高压电池包总成、车载充电机总成等高压系统组成，车辆充电时高压交流电经过充电机整流成高压直流电后输送给高压电池包和DCDC模块，车辆行驶时高压电池包输送高压直流电给DCDC模块，经过DCDC模块降压后输送给车端用电器和12V蓄电池。在上述两个过程中，充电机内部会通过线束和空间对外产生电磁干扰，影响其他用电器正常工作以及电网质量。为了解决此方面问题，在研发车载充电机时会在高压输入输出端增加滤波装置，以滤除干扰。但目前绝大部分整车厂仍面临着车辆充电时传导发射、辐射发射超标的问题，骚扰的源头多为车载充电机总成中DCDC模块，因此如何降低充电机内部对外部的电磁干扰强度成为EMC工程师亟待解决的难题。另外，随着电动汽车高压系统集成度越来越高，各子系统的空间利用率问题也逐渐受到关注，小空间、低成本、高集成度将是未来的发展趋势。

现车载充电机总成生产厂家多采用一种两级滤波电路设计方式，在充电机输出端A与高压电池输出端C之间和高压电池输入端C与DCDC模块B之间分别放置一个共模电感，以滤除电磁干扰，如图1所示。共模电感结构如图2所示，由磁芯、一组绕线和底座板组成，磁芯多采用铁氧体材质，立式布置与底座板上，第一绕线从磁芯的下方进入逆时针缠绕，之后返回进线处。第一绕线的同名端从相同位置进入，顺时针缠绕，之后返回进线处。最后两个绕线的四个引脚通过底座板固定并焊接于电路板上。

在中国专利文献上公开的“开关电源用立式共模电感”，其公开号为CN104592909A，一种开关电源用立式共模电感，包括环形的导磁体，在所述导磁体上环绕有第一绕组和第二绕组，所述第一绕组和第一绕组之间通过绝缘隔板隔开，沿绝缘隔板对称，在所述导磁体下部设有底座，所述第一绕组和第二绕组的引线端穿过底座，所述绝缘隔板及底座均通过绝缘粘胶连接到导磁体。本发明通过使用上述结构，最大限度的提高了产品的阻抗和电感量，并保证了频率特性。但是单个共模电感无法同时滤除两个回路的电磁干扰。

发明内容

本发明解决了现有技术中的单个共模电感无法同时滤除两个回路的电磁干扰的问题，提出一种三端口共模电感，本发明将两个共模电感中的线圈绕在同一个磁芯上且采用特定的绕制方式，提高了充电机总成内部OBC输出端到DCDC输入端部分电路的滤波效果，并且能减少成本，减少共模电感本身对周围空间的电磁辐射。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种三端口共模电感，包括非晶磁芯，所述非晶磁芯卧式设置于底座板上，所述非晶磁芯上设有第一绕组和第二绕组，所述第一绕组和第二绕组分别绕在非晶磁芯的两侧，所述第一绕组包括有第一绕线和第二绕线，所述第一绕线和第二绕线均从非晶磁芯一侧的下端进线，所述第二绕组包括有第三绕线和第四绕线，所述第三绕线和第四绕线均从非晶磁芯另一侧的上端进线。

本发明中，非晶磁芯采用卧式的放置方式，降低电感辐射发射量，能使电感降低干扰，在具体的绕组绕制方式上，第一绕组的第一绕线和第二绕线均覆盖四分之一非晶磁芯面积，同样，第二绕组的第三绕线和第四绕线也覆盖同样的面积，由于两绕组的出线端互连，第一绕组和第二绕组与非晶磁芯相当于两个共模电感，本发明的三端口共模电感能滤除从OBC输出端到DCDC模块输入端的电磁干扰，且滤波效果良好。

作为优选，所述第一绕线和第四绕线进线后逆时针绕在非晶磁芯外壁，所述第二绕线和第三绕线进线后顺时针绕在非晶磁芯外壁。

本发明中，在第一绕组中，进线后的绕线方式均为从下端开始，并且第一绕线和第二绕线分别朝两端开始缠绕，而在第二绕组中，绕线方式为从上端开始，亦是朝两端分别缠绕；缠绕方式层次分明，便于区分。

作为优选，所述第三绕线的出线方向与第二绕线的出线方向相反，所述第四绕线的出线方向与第一绕线的出线方向相反。

本发明中，不同绕组之间的相邻绕线由于入线位置的不同出现方向也呈现为不同，有利于后续的绕线之间的互连。

作为优选，所述第一绕线与第四绕线出线端相连并出线，所述第二绕线与第三绕线出线端相连并出线。

本发明中，两个绕组出线端互连后，即形成本发明的电感结构，滤除共模干扰效果佳。

作为优选，所述第一绕组的进线端为OBC输出端正负极，所述第二绕组的进线端为DCDC模块输入端正负极。

本发明中，本发明的三端口共模电感与充电机和DCDC模块连接完成后，又与电压电池输入端连接，完成三端口连接后，本发明的三端口共模电感能实现原始两个共模电感的效果。

作为优选，所述第一绕线和第四绕线出线端与高压电池输入端负极连接，所述第二绕线和第三绕线出线端与高端电池输入端正极连接。

本发明中，高压电池输入端的正负极区分方便。

本发明的有益效果是：

1、本发明的三端口共模电感提高了充电机总成内部OBC输出端到DCDC输入端部分电路的滤波效果；

2、本发明的三端口共模电感取代了两个原始共模电感，缩小了充电机输出端到DCDC输入端部分电路的空间，减少成本；

3、本发明的三端口共模电感卧式放置，降低充电机内部辐射发射强度；

4、调节两部分电路的滤波参数，从而实现阻抗的最优分配。

附图说明

图1是现有技术中一种两级滤波电路设计方式的结构示意图；

图2是现有技术中共模电感的结构示意图；

图3是本发明一种三端口共模电感的俯视图；

图4是本发明一种三端口共模电感的前视图；

图5是本发明三端口共模电感和原始共模电感的阻抗—频率曲线图；

图6是本发明第一绕组组成的共模电感、第二绕组组成的共模电感以及原始共模电感的阻抗—频率曲线图；

其中，1、非晶磁环 2、第一绕组 21、第一绕线 22、第二绕线 3、第二绕组31、第三绕线 32、第四绕线 4、底座板 a、OBC输出端负极 b、OBC输出端正极 c、DCDC模块输入端负极 d、DCDC模块输入端正极 e、高压电池输入端负极 f、高压电池输入端正极。

具体实施方式

实施例：

本实施例提出一种三端口共模电感，参考图3和图4，本发明中三端口共模电感由非晶磁芯1、第一绕组2、第二绕组3以及底座板4组成，非晶磁芯1卧式放置，亦即水平放置，具体绕制方式如下：

第一绕组2的第一绕线21进线位置为非晶磁芯1的下端，以逆时针环绕于非晶磁芯外沿，缠绕面积为非晶磁芯1的四分之一；第二绕线和第一绕线进线位置相同，以顺时针绕于非晶磁芯外沿，同样缠绕面积为非晶磁芯1的四分之一；第二绕组3的第三绕线31进线位置为非晶磁芯1的另一端上方，以顺时针环绕于非晶磁芯1外壁，缠绕面积为非晶磁芯1的四分之一，出线方向与第一绕组2的第二绕线22相反；第四绕线32与第一绕线21进线位置相同，以逆时针环绕于非晶磁芯1外沿，缠绕面积为非晶磁芯1的四分之一，出线方向与第一绕组2的第一绕线21相反。

第一绕组2的第一绕线21和第二绕组3的第四绕线32出线端相互连接并构成出线端，第一绕组2的第二绕线22和第二绕组3的第三绕线31出线端相互连接并构成出线端。

本发明的共模电感从左右两端及上端出线，第一绕组2的进线端连接OBC输出端正负极，第二绕组3的进线端连接DCDC模块输入端正负极，两绕组出线端互连后分别连接于高压电池的输入端正负极。

参考图1和图2，为现有技术中一种两级滤波电路设计方式的结构示意图以及现有技术共模电感的结构示意图，现有技术中两个共模电感的设计目的是滤除充电机输出端对高压电池端、DCDC模块输入端的电磁干扰和高压电池端对DCDC模块输入端的电池干扰，但两个立式布置的共模电感不但会对周围产生电磁辐射，还浪费了一部分空间；而现有技术中的单个共模电感无法同时滤除两个回路的电磁干扰。

在本发明的具体的绕组绕制方式中，第一绕组的第一绕线和第二绕线均覆盖四分之一非晶磁芯面积，同样，第二绕组的第三绕线和第四绕线也覆盖同样的面积，由于两绕组的出线端互连，第一绕组和第二绕组与非晶磁芯相当于两个共模电感，本发明的三端口共模电感能滤除从OBC输出端到DCDC模块输入端的电磁干扰，且滤波效果良好。

本发明中，在第一绕组中，进线后的绕线方式均为从下端开始，并且第一绕线和第二绕线分别朝两端开始缠绕，而在第二绕组中，绕线方式为从上端开始，亦是朝两端分别缠绕；缠绕方式层次分明，便于区分。

本发明中，不同绕组之间的相邻绕线由于入线位置的不同出现方向也呈现为不同，有利于后续的绕线之间的互连。

本发明中，两个绕组出线端互连后，即形成本发明的电感结构，滤除共模干扰效果佳。

本发明中，本发明的三端口共模电感与充电机和DCDC模块连接完成后，又与电压电池输入端连接，完成三端口连接后，本发明的三端口共模电感能实现原始两个共模电感的效果。

此外，为验证本发明共模电感的效果，分别测试三端口共模电感以及单个原始共模电感的阻抗并进行对比；参考图5中，在低频段本发明的三端口共模电感能提供远大于原共模电感3倍的阻抗；又分别测试第一绕组与非晶磁芯组成的共模电感、第二绕组与非晶磁芯组成的共模电感以及原始共模电感的阻抗进行对比，参考图6，能看出两个绕组分别与非晶磁芯组成的共模电感与原始共模电感具有相近的阻抗；也就是说，第一绕组与非晶磁芯组成的共模电感和第二绕组与非晶磁芯组成的共模电感均能单独发挥原始共模电感的作用；且在固定的频段内，将两组绕组缠绕在同一个磁芯后能发挥3倍于原始共模电感的作用。

通过电磁场仿真得出，在磁芯材料、绕线方式、匝数都相同的情况下，卧式布置的电感辐射发射量最低，减少了电感本身对周围器件的干扰。

本发明的三端口共模电感能通过调节第一、第二绕组的线圈匝数调节两部分电感的感量，从而实现阻抗的最优分配：当高压电池端电磁干扰较大时，能通过增加充电机输出端与高压电池端部分的绕线匝数，提高滤波效果，降低充电机高压电池包输出端口的电磁干扰水平。

本发明中，DCDC表示将某一电压等级的直流电源变换其他电压等级直流电源的装置，广泛应用于电动汽车车载充电机总成中，OBC是车载充电机的英文缩写，特指车载充电机总成内部DCDC模块前的部分。

上述实施例是对本发明的进一步阐述和说明，以便于理解，并不是对本发明的任何限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种三端口共模电感，其特征在于，包括非晶磁芯（1），所述非晶磁芯（1）卧式设置于底座板（4）上，所述非晶磁芯（1）上设有第一绕组（2）和第二绕组（3），所述第一绕组（2）和第二绕组（3）分别绕在非晶磁芯（1）的两侧，所述第一绕组（2）包括有第一绕线（21）和第二绕线（22），所述第一绕线（21）和第二绕线（22）均从非晶磁芯（1）一侧的下端进线，所述第二绕组（3）包括有第三绕线（31）和第四绕线（32），所述第三绕线（31）和第四绕线（32）均从非晶磁芯（1）另一侧的上端进线。

2.根据权利要求1所述的一种三端口共模电感，其特征在于，所述第一绕线（21）和第四绕线（32）进线后逆时针绕在非晶磁芯（1）外壁，所述第二绕线（22）和第三绕线（31）进线后顺时针绕在非晶磁芯（1）外壁。

3.根据权利要求1所述的一种三端口共模电感，其特征在于，所述第三绕线（31）的出线方向与第二绕线（22）的出线方向相反，所述第四绕线（32）的出线方向与第一绕线（21）的出线方向相反。

4.根据权利要求1或3所述的一种三端口共模电感，其特征在于，所述第一绕线（21）与第四绕线（32）出线端相连并出线，所述第二绕线（22）与第三绕线（31）出线端相连并出线。

5.根据权利要求1所述的一种三端口共模电感，其特征在于，所述第一绕组（2）的进线端为OBC输出端正负极，所述第二绕组（3）的进线端为DCDC模块输入端正负极。

6.根据权利要求1所述的一种三端口共模电感，其特征在于，所述第一绕线（21）和第四绕线（32）出线端与高压电池输入端负极（e）连接，所述第二绕线（22）和第三绕线（31）出线端与高端电池输入端正极（f）连接。

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