CN205692646U - 一种高频功率扼流圈 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高频功率扼流圈，包括非晶微晶材料卷绕的中柱，中柱的外部套接有线圈，线圈的外部套接有非晶微晶材料卷绕的侧柱，中柱、线圈、侧柱的上方有非晶微晶材料卷绕的上盖，中柱、线圈、侧柱的下方有非晶微晶材料卷绕的底板，上盖、侧柱、线圈、中柱、底板之间灌封。本实用新型一种高频功率扼流圈采用非晶微晶材料制造，通过改变传统磁路走向的习惯思维，搭建一个闭合磁路，避免了材料的机加工切口操作，既能发挥该类材料Bs高的优势，又能利用该类材料损耗低的优势。本实用新型一种高频功率扼流圈功率损耗小、频率适应性好、体积小、重量轻、EMC特性好、可靠性高、成本低廉。

Description

一种高频功率扼流圈

技术领域

本实用新型属于磁性器件技术领域，具体涉及一种高频功率扼流圈。

背景技术

高频功率扼流圈的设计通常采用电磁学两个基本定律，即电磁感应定律和安培定律，尽管产品结构千变万化，无外乎线圈缠绕在一个闭合磁路中，形成一个电感，这个电感通过选择适宜的磁性材料，在磁路中通过增加磁阻，确保在额定工作电流引起的偏磁情况下不会引起磁性材料饱和，从而保持在额定工作电流状态下具有设计要求的电感量。

单就磁路结构、线圈结构而言，由于基于通用的电磁学原理，制造工艺条件所限，结构类型并不太多。

目前市场上高频功率扼流圈的磁路线圈结构大多集中于以下三类：一类是环状结构，磁芯采用金属磁粉芯或开有气隙非晶微晶环形磁芯，用漆包线或多股线等绕成线圈；第二类是组合结构，磁芯采用金属磁粉芯、非晶微晶或铁氧体方块磁芯搭拼，形成磁路，线圈可以用各类线绕制而成或铜带缠绕而成；第三类是罐型结构，磁芯采用一次成型的金属磁粉芯或铁氧体材料，线圈采用各类线绕制而成。

高频功率扼流圈的主要指标无外乎两个，一是功率密度，即单位体积可以转换的能量，代表产品转换能量的能力，产品具体指标表现为等同条件下(即等同产品体积、等同额定工作电流)电感量的大小，这个电感量是产品 通过额定工作电流时表现出来的电感量；另一个是功率损耗，即扼流圈额定工作条件下的自身损耗大小，产品具体表现为等同条件下(即等同额定工作电流、等同电感量)的功耗，损耗影响电源的转换效率(通常正常额定工作条件下逆变电源的功率损耗30％左右来自磁性元件)和本身的温度升高(温升)，功耗可以分为铁损和铜损两部分，铁损指磁性材料产生的损耗，铜损指线圈产生的损耗。

高频功率扼流圈的应用频率不同，电感量通常变化不大，但功耗会有所变化，因此以下分析在未提及应用频率的情况下默认为同一频率条件。

磁性材料的饱和磁通密度(以下称Bs)严重影响高频功率扼流圈的功率密度。理论分析，当材料1的Bs是材料2的一半情况下，达到同等电感量材料1制造的扼流圈体积比材料2制造的扼流圈大2倍以上，同时在等同结构、等同圈数条件下线圈的长度是后者的2¹/₂(1.414)倍，铜损自然也大(直流电阻与线圈长度成正比)。这正是目前行业中制造高频功率扼流圈多采用硅钢和铁硅材料的主要原因，尽管这两种材料带来了较大的铁损(见上表中的损耗因子比较)，但综合成本优势较大，铁氧体材料尽管铁损很小，但应用量并不大。

非晶微晶材料是一种具有一定宽度、厚度很小的带状磁性材料，硬度很大但韧性极低，通常卷绕成一定形状应用，实际应用中只能通过卷绕的方式形成一定结构。非晶微晶材料同时具备Bs较高、功耗很低的特征，自然应该大量应用，但由于以下原因，应用量并不比铁氧体材料大。

采用非晶微晶材料制造高频功率扼流圈，目前行业内将磁芯制成三种形状形成闭合磁路：卷绕成环状磁芯开切口(须直接在磁芯上线绕)、卷绕成CD型切割成两部分(可以线绕或铜带绕制好线圈后垫气隙组装)、卷绕后切 割成方块型通过搭拼形成磁路(可以线绕或铜带绕制好线圈后垫气隙拼装)。以上三种方式都需要对非晶微晶材料进行机加工切口，但事实上经过机加工切口后的非晶微晶材料的功率损耗会增加1个数量级左右，即接近甚至超过金属磁粉芯的损耗水平，其原因究竟源于切口部分引起的涡流损耗增加还是应力增加所致，业内尚无明确机理定论，但截至目前尚未发现十分有效的解决办法。于是业内大多放弃了非晶微晶材料而采用金属磁粉芯材料，甚至在业内形成了宁可采用Bs很低的铁氧体材料也不愿意采用非晶微晶材料制造高频功率扼流圈的共识。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高频功率扼流圈，解决了现有扼流圈的损耗大的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种高频功率扼流圈，包括非晶微晶材料卷绕的中柱，中柱的外部套接有线圈，线圈的外部套接有非晶微晶材料卷绕的侧柱，中柱、线圈、侧柱的上方有非晶微晶材料卷绕的上盖，中柱、线圈、侧柱的下方有非晶微晶材料卷绕的底板，上盖、侧柱、线圈、中柱、底板之间灌封。

本实用新型的特点还在于：

侧柱为若干个磁环相叠而成，磁环之间有气隙，侧柱的外侧的形状与中间的孔形状相一致，均为圆形、椭圆形、四角均倒了圆角的环状正方体中的任意一种或带有过渡弧形的其它形状。

侧柱外紧靠侧柱设置有筒状外壳，底板设置在外壳的内部的底部，外壳、底板和上盖的形状与侧柱的外侧的形状相一致。

线圈的形状与侧柱的中间的孔的形状相一致。

中柱为若干个饼状物相叠而成，饼状物之间有气隙，中柱的形状与线圈中间的孔的形状相一致。

本实用新型的有益效果是：本实用新型一种高频功率扼流圈采用非晶微晶材料制造，通过改变传统磁路走向的习惯思维，搭建一个闭合磁路，避免了材料的机加工切口操作，既能发挥该类材料Bs高的优势，又能利用该类材料损耗低的优势。本实用新型一种高频功率扼流圈功率损耗小、频率适应性好、体积小、重量轻、EMC特性好、可靠性高、成本低廉。

附图说明

图1是本实用新型一种高频功率扼流圈的结构示意图；

图2是本实用新型一种高频功率扼流圈中的侧柱的结构示意图一；

图3是本实用新型一种高频功率扼流圈中的侧柱的结构示意图二；

图4是本实用新型一种高频功率扼流圈中的侧柱的结构示意图三。

图中，1.上盖，2.线圈，3.中柱，4.侧柱，5.底板，6.外壳。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种高频功率扼流圈，结构如图1所示，包括筒状铝质外壳6，外壳6内部的底部设置有圆饼状底板5，底板5由非晶微晶带材卷绕而成；外壳6内部紧靠外壳6设置有环状侧柱4，侧柱4由非晶微晶带材卷绕而成；侧柱4内设置有线圈2，线圈2内设置有中柱3，中柱3由非晶微晶带材卷绕而成。侧柱4、线圈2、中柱3均位于底板5的上方。侧柱4、线圈2、中柱3的上方还设置有环状的上盖1，上盖1由非晶微晶带材卷绕而成，上盖1上的内孔用于出线，上盖1、侧柱4、线圈2、中柱3、底板5、外壳6之间用灌封胶灌注。

中柱3、侧柱4受限于材料制造工艺条件，由若干个饼状、环状磁芯相叠而成。中柱3饼状磁芯之间及侧柱4的磁环之间均有气隙，可以由适当材料填充，分散气隙可以达到减小扼流圈局域损耗的目的。

侧柱4的形状可以为圆形(如图2所示)、椭圆形(如图3所示)、四角均倒了圆角的环状正方体(如图4所示)或带有过渡弧形的其它形状。上盖1、中柱3、底板5的形状与侧柱4的形状相一致。

线圈2为由铜带或导线绕制而成，线圈2的形状与侧柱4的中间的孔的形状相一致。

外壳6可以是铝质材料，外壳6的形状与侧柱4的外侧结构形状相一致。

本实用新型一种高频功率扼流圈的特点：

①功率损耗小

本产品与目前市场应用的金属磁粉芯为基体的同类产品比较，磁性材料本身的铁损大约为10-30％，同时扼流圈的局域损耗也会大幅下降。综合各因素，本实用新型产品整体损耗比金属磁粉芯为基体的同类产品下降30-40％。

②频率适应性好

本产品若采用铁基非晶材料，在10-100kHz范围内与其它同类产品相比具有更好的适应性，即随着频率提高，损耗优势益发明显。同时随着SiC和GaN等更先进的半导体器件带来逆变频率的进一步提升，只需采用微晶材料或非铁基材料(已经出现)即可轻松实现配套。

③体积小、重量轻，更适宜于配套于车载电源中。

④EMC特性好

基于产品封闭式磁路结构，产品电磁干扰和抗干扰能力优于传统产品。

⑤可靠性高

由于具有灌封结构，无论电气安全性能还是产品寿命都优于传统产品。

⑥成本低廉

本实用新型产品所用非晶微晶材料价格低廉，制造工艺简单易行。

Claims (5)

1.一种高频功率扼流圈，其特征在于，包括非晶微晶材料卷绕的中柱(3)，中柱(3)的外部套接有线圈(2)，线圈(2)的外部套接有非晶微晶材料卷绕的侧柱(4)，中柱(3)、线圈(2)、侧柱(4)的上方有非晶微晶材料卷绕的上盖(1)，中柱(3)、线圈(2)、侧柱(4)的下方有非晶微晶材料卷绕的底板(5)，上盖(1)、侧柱(4)、线圈(2)、中柱(3)、底板(5)之间灌封。

2.根据权利要求1所述一种高频功率扼流圈，其特征在于，所述侧柱(4)为若干个磁环相叠而成，磁环之间有气隙，所述侧柱(4)的外侧的形状与中间的孔形状相一致，均为圆形、椭圆形、四角均倒了圆角的环状正方体中的任意一种或带有过渡弧形的其它形状。

3.根据权利要求2所述一种高频功率扼流圈，其特征在于，所述侧柱(4)外紧靠侧柱(4)设置有筒状外壳(6)，所述底板(5)设置在外壳(6)的内部的底部，外壳(6)、底板(5)和上盖(1)的形状与侧柱(4)的外侧的形状相一致。

4.根据权利要求2所述的一种高频功率扼流圈，其特征在于，所述线圈(2)的形状与所述侧柱(4)的中间的孔的形状相一致。

5.根据权利要求4所述的一种高频功率扼流圈，其特征在于，所述中柱(3)为若干个饼状物相叠而成，饼状物之间有气隙，所述中柱(3)的形状与所述线圈(2)中间的孔的形状相一致。