CN1692456A - 使用扼流圈的电路及扼流圈 - Google Patents

Abstract

扼流圈31的绕组36按单层被紧密地卷绕在螺线管32的圆柱形主体33的外周缘上。绕组37按单层被紧密地卷绕在绕组36上。绕组46按单层被紧密地卷绕在螺线管42的圆柱形主体43的外周缘上。绕组47按单层被紧密地卷绕在绕组46上。绕组36、37、46和47被卷绕成使得在同相噪声电流流过时磁通量互相加强。绕组36和37与一对信号线相连，经所述信号线实现差动传输通信，并发出电源电流。绕组46和47与一对信号线相连，经所述信号线实现差动传输通信，并在其上回流电源电流。因而，给出包含使用具有大电感和优良高频特性的小型扼流圈的电路以及这样的扼流圈。

Description

使用扼流圈的电路及扼流圈

技术领域

本发明涉及使用扼流圈的电路，具体地说，涉及一种具有被插入信号线中之扼流圈的电路，所述信号线有通信和供电功能；以及一种扼流圈。

背景技术

在相关技术中，差动传输电路被用于通信联系。在差动传输过程中，扭绞线对承载相位相反的信号，并确定高/低电平，据此，信号线具有较高的电位。譬如，当前最通用的个人计算机所用LAN标准是以太网(注册商标)，并设置脉冲变压器作为它的接口。如果电缆产生高噪声发射，则在脉冲变压器的前后，使用共模扼流圈。

使用共模扼流圈的优点之一在于，限制效应关于共模噪声起作用，而不会影响所述扭绞线对上面所承载的相位相反的信号。因此，在差动传输过程中，具有相同大小的电流以相反相位在扭绞线对中流动，并且差动信号电流所产生的磁通量在磁芯中被抵销。另一方面，同相流动的噪声电流所产生的磁通量在磁芯中被互相加强。

在差动传输通信中，采用频率为100MHz或更高的信号，并且信号频带和噪声频带互相重叠。比如正常模扼流圈类的低通滤波器同时控制噪声和信号，因此，难以使用。

专利文献1(日本未审实用新型登记申请公开No.4-4712)公开了一种公知的相关技术的共模扼流圈，用于防止噪声进入电话线。如图9所示，共模扼流圈1包括由两个U形磁芯部件10和11、两个螺线管2和3，以及四个绕组4、5、6和7形成的磁芯。

螺线管2和3具有彼此平行设置的圆柱形主体部分2a和3a。磁芯部件10和11的两脚部分10b和11b方便插入所述圆柱形主体部分2a和3a中的通孔2b和3b中。磁芯部件10和11形成一条封闭的磁路，其中，所述两脚部分10b和11b的导引端在通孔2b和3b中互相支撑。

绕组4和5按一层双股绕在螺线管2的圆柱形主体部分2a上。绕组6和7也按一层双股绕在螺线管3的圆柱形主体部分3a上。使绕组4-7被卷绕成在有同相电流流过时能够互相增强磁芯中的磁通量。

在这种结构的共模扼流圈1中，绕阻部分的数目在图9的水平方向上仅为2，其中绕组4和5或者6和7靠近，而相邻的卷绕部分处所引起的寄生电容多次串联连接，与匝数相应。因而，可使寄生电容减小，使防止进入高频段的噪声的能力增强。

然而，专利文献1所描述的共模扼流圈1具有所谓双股卷绕的结构，其中绕组4和5或者6和7按一层交替地卷绕在螺线管2或3的圆柱形主体部分2a或3a上。于是，就有一个问题，即绕组4-7每单位长度的匝数很少，结果，与螺线管2和3的尺寸相比，所得的电感就较小。需要一种高精度的卷绕机构来制作这样的双股卷绕结构。但由于无序卷绕，仍然发生产品的不合格。无序卷绕通常会影响产品的高频特性。

当前，电气与电子工程师协会已经提出被称为IEEE 802.3af的标准。这种标准定义了传统差动传输电路中具有供电回路的电路，还规定了经比如用于发送和接收信号之LAN电缆类的信号线供电。这个标准被用于各种设备，如各种连到LAN电缆的IP电话和各种无线LAN接入点。在将共模扼流圈用于由这一标准规定的信号线上的噪声防治时，在下述方向上会产生由电源电流产生的磁通量，沿着所述的方向会使它们在共模扼流圈的磁芯中得到加强。由于电源电流所产生的磁通量之故，使磁芯的磁通量密度变得接近饱和磁通量密度，并使共模扼流圈的电感减小。使防噪声的效果降低。一条不增大磁通量密度的途径是增大磁芯的截面面积。然而，随着磁芯尺寸的增大，产品的尺寸也就增大。另外，磁芯的成本占去制品材料成本的大半。因而，磁芯尺寸的增大通常会影响产品的价格。如果各绕组的匝数较少，则可在磁芯中产生小的磁通量，并且减少磁芯的饱和。但电感也就减小，因此也会使防止噪声的效果降低。

因此，本发明的目的在于提供一种使用小型扼流圈的电路，这种扼流圈具有大电感；还提供一种扼流圈。具体地说，本发明的目的在于提供一种具有大电感和优良高频特性的小型扼流圈，可将它插入采用IEEE802.3af的信号线电路中。

发明内容

为了实现上述目的，本发明的一种使用小型扼流圈的电路，它包括：

(a)第一和第二信号线，通过它们实现差动传输通信，并发出电源电流；

(b)第三和第四信号线，通过它们实现差动传输通信，并在它们上面回流电源电流；

(c)扼流圈，具有第一、第二、第三和第四绕组，以及构成闭合磁路的磁芯，所述第一、第二、第三和第四绕组卷绕在磁路中；其中

(d)第一、第二、第三和第四绕组分别与第一、第二、第三和第四信号线电连接；并且

(e)第一绕组和第二绕组沿同一方向卷绕，使得在同相噪声电流流过时，在磁芯中产生的磁通量互相加强；第三绕组和第四绕组沿同一方向卷绕，使得在同相噪声电流流过时，在磁芯中产生的磁通量互相加强；以及使第一和第二绕组以及第三和第四绕组卷绕成使得在同相噪声电流流过时，在磁芯中产生的磁通量互相加强。

采用这种结构，可以实现具有通信和供电功能的信号线电路，具体地说，实现使用扼流圈的电路，所述扼流圈适合于遵守IEEE 802.3af的信号线电路。

本发明一种的扼流圈是被插入具有通信和供电功能之信号线的扼流圈，它包括：

(f)第一和第二螺线管，每个螺线管具有一个圆柱形的主体部分；

(g)第一绕组，它是单层密绕在所述第一螺线管的圆柱形主体上的，以及第二绕组，它是单层密绕在所述第一绕组上面的；

(h)第三绕组，它是单层密绕在所述第二螺线管的圆柱形主体上的，以及第四绕组，它是单层密绕在所述第三绕组上面的；

(i)具有两脚部分的磁芯，这些脚被插入到所述第一和第二螺线管的圆柱形主体部分的通孔中，构成闭合磁路；其中

(j)所述第一绕组和第二绕组沿同一方向卷绕，使得在同相噪声电流流过时，磁芯中产生的磁通量互相加强；第三绕组和第四绕组沿同一方向卷绕，使得在同相噪声电流流过时，磁芯中产生的磁通量互相加强；并且使第一和第二绕组以及第三和第四绕组卷绕成使得在同相噪声电流流过时，磁芯中产生的磁通量互相加强。可将绝缘树脂件、含有磁粉的绝缘树脂件、表面涂敷绝缘树脂的铁氧体部件、表面涂敷绝缘树脂的金属部件，或者金属部件设置在所述第一螺线管与第二螺线管之间。

采用这种结构，按单层密绕第一到第四绕组，并且每单位长度的匝数增多。因此，即使所述螺线管的圆柱形主体部分较短，也能得到大电感。卷绕部分的数目在图2所示的竖直方向上仅为1，其中，在所述卷绕部分中，第一和第二绕组或者第三和第四绕组相邻。虽然可使相邻卷绕部分处所发生的寄生电容只并联连接在该卷绕部分处，但寄生电容是小的。

在本发明的扼流圈中，所述第一螺线管和第二螺线管中的每一个，在圆柱形主体的两端处都包含一个凸缘部分，并使所述第一螺线管各凸缘部分的外周缘与所述第二螺线管凸缘部分的外周缘接触，或者耦接。因此，可使加给一个螺线管的机械应力分散到另一个螺线管上，并且提高整个产品的刚性。也使因机械应力所引起的电感变化受到抑制。

附图说明

图1是本发明一种实施例扼流圈的外部透视图；

图2是图1所示扼流圈的水平剖面图；

图3是图1所示扼流圈的等效电路图；

图4的电路图中，将图1所示的扼流圈连接到遵守IEEE 802.3af的信号线；

图5是描述图4所示扼流圈的效果及优点的示意图；

图6(A)-6(D)是表示螺线管凸缘部分外周缘的耦接；

图7是本发明另一实施例扼流圈的水平剖面图；

图8是置于螺线管之间的金属部件的透视图；

图9是相关技术扼流圈的水平剖面图。

具体实施方式

以下将参照附图描述本发明实施例使用扼流圈的电路及扼流圈。

图1是一个共模扼流圈的外部透视图；图2是该扼流圈的水平剖面图；而图3是所述扼流圈的等效电路图。共模扼流圈31包括由两个U形的磁芯部件50a和50b、两个螺线管32和42、四个绕组36、37、46和47，以及装配板60形成的磁芯50，。

螺线管32和42分别包括圆柱形主体部分33和43，以及圆柱形主体部分33和43两端处的凸缘部分34、35和44、45。所述凸缘部分34、35和44、45具有导引接线端对53a、54a；53b、54b；55a、56a和55b、56b，也就是八个接线端。将螺线管32和42布置成使所述圆柱形主体部分33和43互相平行。用树脂等材料制成所述螺线管32和42。

将绕组36按单层密绕在所述螺线管32的圆柱形主体部分33的外周缘上。将绕组37按单层密绕在所述绕组36的上面。以同样的匝数沿相同方向卷绕绕组36和37，以便在同相噪声电流流过时，互相加强磁通量。将绕组46也按单层密绕在所述螺线管42的圆柱形主体部分43的外周缘上。将绕组47按单层密绕在所述绕组46的上面。以同样的匝数沿相同方向卷绕绕组46和47，以便在同相噪声电流流过时，互相加强磁通量。以相同的匝数卷绕绕组36、37和绕组46、47，以便在同相噪声电流两个时，互相加强磁通量。

绕组36的两端与螺线管32的导引接线端53a和53b电连接，绕组37的两端与导引接线端54a和54b电连接。绕组46的两端与螺线管42的导引接线端55a和55b电连接，绕组47的两端与导引接线端56a和56b电连接。

磁芯50的磁芯部件50a和50b分别包括臂部分51a、51b，以及实际上与所述臂部分51a、51b垂直延伸的两脚部分52a和52b。所述磁芯部件50a和50b的两脚部分52a和52b被插入螺线管32和42的圆柱形主体部分33和43中的孔33a和43a内。磁芯部件50a和50b形成一条闭合的磁路，所述两脚部分52a和52b的导引端在孔33a和43a内彼此互相紧靠。

用Mn-Zn铁氧体或Ni-Zn铁氧体，或者同时用该二者制成所述磁芯部件50a和50b，Mn-Zn铁氧体具有高磁导率，并因此而具有比Ni-Zn铁氧体大的电感(几十毫亨到几百毫亨)。为了抑制低频带(几千赫兹)的噪声电压，是需要几十毫亨到几百毫亨电感的。Ni-Zn铁氧体具有比Mn-Zn铁氧体优良的磁导率的频率特性，因此，在较高频率(几十兆赫兹到几百兆赫兹)下能够表现出更大的电感特性。Mn-Zn铁氧体和Ni-Zn铁氧体可被用于在宽频带下具有大电感。

具有矩形的U形装配板60保证坚固地与紧靠磁芯部件50a和50b的表面紧密接触。用粘合剂代替所述装配板60可实现磁芯部件50a和50b的紧密接触。借助固定工具(未示出)，或者通过在螺线管32、42与磁芯部件50a、50b之间加给少量粘合剂或清漆(未示出)，使元件32、42、50a、50b和60固定。

具有这种结构的共模扼流圈31每单位长度的匝数很多，因为每个绕组36、37、46和47被紧密地卷绕成单层。因而，即使螺线管32和42的实质上为圆柱形主体部分33和34较短，也能得到大电感。绕组36、37或绕组46、47相邻的卷绕部分沿图2所示方向上的数目仅为1。因此，在相邻的卷绕部分处的寄生电容很小。所以，可以实现较好地消除高频带噪声的四端共模扼流圈。

按照IEEE 802.3af，必须消除从低频区到高频区的噪声，并且形成通信信号波形的分量覆盖要求噪声防治的频带。因此，对于共模扼流圈31而言，需要大电感、低漏电感和高频特性。如果将低频区(30MHz或更低)的噪声端电压限制加到通信线上，则共模扼流圈31适于从低频区到高频区消除噪声，并具有既除去低频区(30MHz或更低)的噪声端电压同时又除去高频区(30MHz或更高)的辐射噪声的效果。因此，共模扼流圈31适合于所述IEEE 802.3af标准。

一种具有如下结构的共模扼流圈给出较大的磁通量泄漏，其中用设在螺线管的圆柱形主体部分上的分隔板将所述卷绕区域分开，并将各绕组卷绕在不同卷绕区域，这被称作分隔型共模扼流圈。因此，这种共模扼流圈不适合于IEEE 802.3af标准，这种标准需要较小的漏电感。

图4表示的电路中把共模扼流圈31连到采用IEEE 802.3af标准的信号线71-74，为的是通信和供电功能的目的。比如由LAN电缆实现所述信号线71-74，用来发送和接收信号，它传送电源电流。图4中的参考标号61A和61B表示LAN-切换-侧脉冲变压器，参考标号61表示供给电源，参考标号65和66表示连接器(RJ-45连接器)，参考标号68表示负载，而参考标号69A和69B表示数据端侧脉冲变压器。

以下将参照图5所示的示意图描述共模扼流圈31的效果和优点。在差动通信中，相位相反的等值差动信号电流流入两对绕组36、37和46、47中。由于在绕组36、37对的绕组36中流过信号电流而在磁芯50中产生的磁通量Φ1和由于在另一绕组37中流过信号电流而在磁芯50中产生的磁通量Φ1是以等值按相反方向产生的。因此，所述磁通量Φ1和Φ1被抵销。同样情况也用在绕组对46和47中。

这种磁通量抵销的现象单独地发生在绕组对36和37和绕组对46和47中。因此，如果两对绕组36、37和46、47同时传送两个不同的差动信号电流，则磁芯50中不会发生因磁耦合所致的干涉。

绕组36和37的组合(并联连接)被用作电源电流的送出线，而绕组46和47的组合(并联连接)被用作电源电流的回流线。在这种情况下，加给绕组36和37的电源电流总和与加给绕组46和47的电源电流总和是大小相同而相位相反的。于是，借由绕组36和37在磁芯50中产生的磁通量Φ2和借由绕组46和47在磁芯50中产生的磁通量Φ2被抵销。因此，不会使磁芯50被磁饱和。在较小的磁芯50中，随着绕组36、37、46和47匝数的增多，可使电感增大。

相应地，可以充分发挥共模扼流圈的功能。绕组36和37的组合以及绕组46和47的组合允许大的耐受电流在这些线中流过。

在共模扼流圈31中，当绕组36、37、46和47中流过共模(同相)噪声电流Ic时，通过绕组36、37、46和47沿同一方向在磁芯50中产生磁通量Φc。这些磁通量Φc拐入磁芯50，同时，它们互相加强。关于所述共模噪声电流Ic，电感变大，而使共模噪声电流Ic受到抑制。假定峰值处的所述共模噪声电流Ic为大约几毫安，并且电源电流是大约几百毫安。

有如图2中的圆形部分S所指的那样，在本实施例中，螺线管32的凸缘部分34和35的外缘保持与螺线管42的凸缘部分44和45的外缘接触。于是，加给一个螺线管的机械应力被分散给另一个，并使整个共模扼流圈31的刚性增大。所述机械应力并不是局部地加给磁芯50，而且不用担心磁芯部件50a和50b的紧靠表面不在位置上，或者存在缝隙。因此，不存在磁芯50的有效磁导率变化的倾向，能够获得稳定的电感特性。通过改变凸缘部分34、35、44和45的尺寸，可以调整绕组36、37与绕组46、47之间的距离，还可使电磁干涉和绝缘特性得到调节。

在这种情况下，不仅凸缘部分34和35的外缘与凸缘部分44和45的外缘接触，而且像图6(A)-6(D)所表示的那样，还使凸缘部分34和35和凸缘部分44和45互相耦接，这是更有效的。

一般地说，共模扼流圈具有轻微的正常模漏电感分量，并且还有消除正常模噪声的优点。然而，如果信号(电源)线中引起共模噪声和较强的正常模噪声流过，则须将共模扼流圈部分和正常模扼流圈部分用于进行噪声测量。在具有相对较大正常模漏电感分量的共模扼流圈中，泄漏磁通量能够影响周围的电路。在这种情况下，在该共模扼流圈的整个外部周围需要磁屏蔽。

因此，如图7所示，含有磁粉的绝缘树脂件80的相对磁导率为1或更高(比如2至几十)，将它置于共模扼流圈31的两个相邻螺线管32和42之间。含有磁粉的绝缘树脂件80保持与螺线管32和42的凸缘部分34、35、44和45的外缘接触或者与之耦接。通过捏合比如80重量％至90重量％的Ni-Zn铁氧体和尼龙或聚苯撑硫树脂，制成所述含有磁粉的绝缘树脂件80。

含有磁粉的绝缘树脂件80易于加工，并具有绝缘性质。因此，在磁芯部件50a和50b之间不再需要绝缘间隔物。

含有磁粉的绝缘树脂件80增大正常模磁路的有效磁导率，磁通量Φ被集中在具有较高有效磁导率(含有磁粉的绝缘树脂件80和磁芯部件50a和50b)的磁路中。因此，可以实现共模扼流圈31具有较大的正常模电感分量，并且还能消除强正常模噪声，而且可使任何不利的关于周围电路的泄漏磁通量的影响最小。

正常模电感分量的值与磁芯部件50a和50b与含有磁粉的绝缘树脂件80的接触面积、其间的缝隙、含有磁粉的绝缘树脂件80的相对磁导率等有关。在共模扼流圈31中，随着正常模电感分量的增加，磁芯部件50a和50b容易饱和。正常模电感分量增加的范围与所用磁芯部件50a和50b的特性(饱和特性、相对磁导率等)和共模扼流圈31中流过的电流有关。也就是说，在使用含有磁粉的绝缘树脂件80的共模扼流圈31所述工作范围内，必须增大正常模电感分量，以使磁芯部件50a和50b不饱和。

两个螺线管32和42之间的含有磁粉的绝缘树脂件80可以加长绕组37和47之间的绝缘间隔，并能有效地利用共模扼流圈31的空间，以减小尺寸。

代替所述含有磁粉的绝缘树脂件80，可以使用表面涂敷有绝缘树脂的铁氧体件。这种铁氧体件(由Mn-Zn或Ni-Zn铁氧体制成)也实现与含有磁粉的绝缘树脂件80同样的效果和优点。

作为选择，可以使用绝缘树脂件代替含有磁粉的绝缘树脂件80。根据所述绝缘树脂件的厚度，可以调节绕组36、37和绕组46、47之间的间隔，而且也能有效地改善电磁干涉和绝缘特性。

代替所述含有磁粉的绝缘树脂件80，可以使用图8所示的金属部件90。金属部件90具有接地导引接线端91，而接地导引接线端91被焊接到印刷电路板的接地图样上。因此，所述金属部件90用作电磁屏蔽，用以抑制绕组36、37和绕组46、47之间的电磁干涉。可使金属部件90的表面涂敷有绝缘树脂，以提高绝缘性能。

本发明并不限于所示的各实施例，可以作出各种改型，而不致偏离本发明的范围。譬如，可将口字形的一体磁芯或日字形的一体磁芯用作磁芯，并可使用具有被分为两片或多片齿轮的绕线筒作为螺线管。

因此，按照本发明，可以实现一种使用具有大电感的小型扼流圈的电路。本发明的扼流圈每单位长度的匝数很大，因为第一到第四绕组被紧密地卷绕成一个单层。因此，即使螺线管具有较短圆柱形的主体部分，也能获得大电感。另外，在卷绕部分处造成的寄生电容也很小，在所述卷绕部分中，第一和第二绕组，或者第三和第四绕组是相邻的。因此，可以给出一种具有大电感和优良高频特性的小型扼流圈，可将其插入采用IEEE 802.3af标准的信号线电路中。

Claims (4)

1.一种使用扼流圈的电路，其特征在于：

包括：第一和第二信号线，通过它们实现差动传输通信，并在它们上面发出电源电流；

第三和第四信号线，通过它们实现差动传输通信，并在它们上面回流电源电流；以及，

扼流圈，具有第一、第二、第三和第四绕组，以及构成闭合磁路的磁芯，所述第一、第二、第三和第四绕组卷绕在磁路中，

其中，所述第一、第二、第三和第四绕组分别与所述第一、第二、第三和第四信号线电连接，

所述第一绕组和所述第二绕组沿同一方向卷绕，使得在同相噪声电流流过时，在所述磁芯中产生的磁通量互相加强；所述第三绕组和所述第四绕组沿同一方向卷绕，使得在同相噪声电流流过时，在所述磁芯中产生的磁通量互相加强，

并且，使所述第一绕组和所述第二绕组以及所述第三绕组和所述第四绕组卷绕成使得在同相噪声电流流过时，在所述磁芯中产生的磁通量互相加强。

2.一种扼流圈，被插入到具有通信和供电功能的信号线中，其特征在于：

包括：第一和第二螺线管，每个螺线管具有圆柱形主体部分；

第一绕组，它是单层密绕在所述第一螺线管的筒状的主体部分上的，以及第二绕组，它是单层密绕在所述第一绕组上面的；

第三绕组，它是单层密绕在所述第二螺线管的圆柱形主体部分上的，以及第四绕组，它是按单层密绕在所述第三绕组上面的；以及，

磁芯，它的脚部被插入到所述第一和第二螺线管的筒状的主体部分的通孔中，构成闭合磁路，

其中，所述第一绕组和所述第二绕组沿同一方向卷绕，使得在同相噪声电流流过时，所述磁芯中产生的磁通量互相加强；

所述第三绕组和所述第四绕组沿同一方向卷绕，使得在同相噪声电流流过时，所述磁芯中产生的磁通量互相加强；并且

并且，使所述第一绕组和所述第二绕组以及所述第三绕组和所述第四绕组卷绕成使得在同相噪声电流流过时，磁芯中产生的磁通量互相加强。

3.如权利要求2所述的扼流圈，其特征在于：

所述第一螺线管和所述第二螺线管中的每一个在其圆柱形主体部分的两端处都包括凸缘部分，

所述第一螺线管凸缘部分的外缘与所述第二螺线管凸缘部分的外缘面接触或耦接。

4.如权利要求3所述的扼流圈，其特征在于：

将绝缘树脂件、含有磁粉的绝缘树脂件、表面涂敷绝缘树脂的铁氧体部件、表面涂敷绝缘树脂的金属部件和金属部件之一设置在所述第一螺线管与第二螺线管之间。

Images