CN210743711U - 共模电感结构 - Google Patents

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郭帅
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Abstract

本实用新型公开了一种能兼容单相和三相的EMC滤波器的共模电感结构包括:磁芯、第一绕阻、第二绕阻、第三绕阻和第四绕阻;磁芯,其用于缠绕绕阻,将该磁芯划分为两侧;第一绕阻至第三绕阻,其彼此间隔的缠绕在所述磁芯一侧;第四绕阻,其缠绕在第一绕阻至第三绕阻对侧的磁芯上;其中,NA=NB=NC=ND,NA表示第一绕阻匝数,NB表示第二绕阻匝数,NC表示第三绕阻匝数,ND表示第四绕阻匝数,第四绕阻电流是第一绕阻至第三绕阻电流的三倍。本实用新型提供的共模电感结构能兼容单和三相的EMC滤波器,不需要再分别针对单和三相分别设计EMC滤波器,因此能减少线路板器件生产成本以及研发成本。

Description

共模电感结构
技术领域
本实用新型涉及电子电气领域,特别是涉及一种用于开关电源能兼容单相和三相EMC滤波器的共模电感结构。
背景技术
在开关电源随着电力电子技术的高速发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化,率先完成计算机的电源换代,进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源,更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和开关器件(MOSFET、BJT等)构成。
开关电源高频化是其发展的方向,高频化使开关电源小型化,并使开关电源进入更广泛的应用领域,特别是在高新技术领域的应用,推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器,工控自动化,LED显示屏,电子冰箱,液晶显示器,LED灯具,通讯设备,视听产品,安防监控,电脑机箱,数码产品和仪器类等领域。
PFC的英文全称为“Power Factor Correction”,意思是“功率因数校正”,功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系,也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度,当功率因数值越大,代表其电力利用率越高。功率因数是用来衡量用电设备用电效率的参数,低功率因数代表低电力效能。为了提高用电设备功率因数的技术就称为功率因数校正。由于要保证负载功率的要求,在极窄的导通角期间会产生极大的导通电流,使供电电路中的供电电流呈脉冲状态,它不仅降低了供电的效率,更为严重的是它在供电线路容量不足,或电路负载较大时会产生严重的交流电压的波形畸变),并产生多次谐波,从而,干扰了其它用电器具的正常工作,产生了电磁干扰-EMI和电磁兼容-EMC问题)。
自从用电器具从过去的感性负载(早期的电视机、收音机等的电源均采用电源变压器的感性器件)变成带整流及滤波电容器的容性负载后,其功率因素补偿的含义不仅是供电的电压和电流不同相位的问题,更为严重的是要解决因供电电流呈强脉冲状态而引起的电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题。目前,越来越多的可以兼容单/三相的PFC被提出,但是其对应的EMC滤波器很难实现兼容。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于PFC能兼容单和三相的EMC滤波器的共模电感结构。
为解决上述技术问题,本实用新型提供的共模电感结构,该种共模电感结构能兼容单相和三相的EMC滤波器,该电感结构包括:该共模电感结构能兼容单相和三相的EMC滤波器,该电感结构包括:磁芯、第一绕阻、第二绕阻、第三绕阻和第四绕阻;
磁芯,其用于缠绕绕阻,将该磁芯划分为两侧;
第一绕阻至第三绕阻,其彼此间隔的缠绕在所述磁芯一侧;
第四绕阻,其缠绕在第一绕阻至第三绕阻对侧的磁芯上;
其中,NA=NB=NC=ND,NA表示第一绕阻匝数,NB表示第二绕阻匝数,NC表示第三绕阻匝数,ND表示第四绕阻匝数,第四绕阻电流是第一绕阻至第三绕阻电流的三倍。
可选择的,进一步改进所述的共模电感结构,以磁芯一几何中心线将该磁芯划分为两侧。
可选择的,进一步改进所述的共模电感结构,第四绕阻与第一绕阻、第二绕阻和第三绕阻之间的距离相等,第一绕阻至第三绕阻彼此之间间隔距离相等。
可选择的,进一步改进所述的共模电感结构,第一绕阻至第三绕阻线径相同,第四绕阻线径是第一绕阻线径的三倍。
可选择的,进一步改进所述的共模电感结构,第一绕阻至第三绕阻是单线缠绕形成的四匝绕阻,第四绕阻由所述三根单线并绕形成的四匝绕阻。
可选择的,进一步改进所述的共模电感结构,所述磁芯为环形。本实用新型所述的磁芯是指由各种氧化铁混合物组成的一种烧结磁性金属氧化物。例如,锰-锌铁氧体和镍-锌铁氧体是典型的磁芯体材料。锰-锌铁氧体具有高磁导率和高磁通密度的特点,且具有较低损耗的特性。镍-锌铁氧体具有极高的阻抗率、不到几百的低磁导率等特性。铁氧体磁芯用于各种电子设备的线圈和变压器中
可选择的,进一步改进所述的共模电感结构,该共模电感结构作为三相共模电感时,三根火线分别连接第一绕阻至第三绕阻,零线连接第四绕阻。
可选择的,进一步改进所述的共模电感结构,该共模电感结构作为单相共模电感时,火线同时连接第一绕阻至第三绕阻,零线连接第四绕阻。
参考图1所示,本实用新型的工作原理如下:
本实用新型电感采用磁环设计,共有A、B、C、D四个绕组。其中匝数3NA=3NB=3NC=ND。在接入三相系统时,A、B、C绕组分别接三相输入A、B和C线,D接N线。
在接入单相系统时,绕组A、B、C接L线,绕组D接N线。
三相系统磁动势分析,绕组A、B、C、D的电流分别为;
IA=Im*sin(ωt)
IB=Im*sin(ωt -120°)
IC=Im*sin(ωt -240°)
IN=0
其中Im为三相电流的幅值,ω为电网频率。
NA* IA + NB* IB + NC* IC + ND* IN =0
即整个电感环的磁动势为0,可以起到三相共模感的作用。
单相系统磁动势分析,绕组A、B、C、D的电流分别为;
IA=Im*sin(ωt)/3
IB=Im* sin(ωt)/3
IC=Im* sin(ωt)/3
IN= Im* sin(ωt-180°)
其中Im为单相电流的幅值。
NA* IA + NB* IB + NC* IC + ND* IN =0
即整个电感环的磁动势为0,可以起到单相共模感的作用。
对于单相输入A、B、C绕组电流和等于D绕组的电流。所以对于D绕组线的选取需要3倍A、B、C的通流。绕组A、B、C、D可以采用相同的线径,但是D绕组三相并绕。
综上所述,本实用新型提供的共模电感结构能兼容单和三相的EMC滤波器,不需要再分别针对单和三相分别设计EMC滤波器,因此能减少线路板器件生产成本以及研发成本。
附图说明
本实用新型附图旨在示出根据本实用新型的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性,对说明书中的描述进行补充。然而,本实用新型附图是未按比例绘制的示意图,因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点,本实用新型附图不应当被解释为限定或限制由根据本实用新型的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明:
图1是本实用新型的等效电路示意图。
图2是本实用新型第二实施例的结构示意图。
附图标记说明
磁芯M
第一绕阻A
第二绕阻B
第三绕阻C
第四绕阻D。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本实用新型的其他优点与技术效果。本实用新型还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用,在没有背离实用新型总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本实用新型提供能兼容单相和三相的EMC滤波器的共模电感结构第一实施例,该电感结构包括:磁芯M、第一绕阻A、第二绕阻B、第三绕阻C和第四绕阻D;
磁芯M,其用于缠绕绕阻,将该磁芯划分为两侧;
第一绕阻至第三绕阻A-C,其彼此间隔的缠绕在所述磁芯一侧;假设该磁芯是磁环,则沿某直径划分为左右两侧,第一绕阻至第三绕阻位于该直径左侧。
第四绕阻D,其缠绕在第一绕阻至第三绕阻对侧的磁芯上;
其中,NA=NB=NC=ND,NA表示第一绕阻匝数,NB表示第二绕阻匝数,NC表示第三绕阻匝数,ND表示第四绕阻匝数,第四绕阻电流是第一绕阻至第三绕阻电流的三倍。
该共模电感结构作为三相共模电感时,三根火线分别连接第一绕阻至第三绕阻,零线连接第四绕阻。
该共模电感结构作为单相共模电感时,火线同时连接第一绕阻至第三绕阻,零线连接第四绕阻。
应当理解的是,尽管在这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述不同的元件、组件、区域、层和/或部分,但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分区分开来。因此,在不脱离根据本实用新型的示例性实施例的教导的情况下,以下所讨论的第一元件、组件、区域、层或部分也可以被称作第二元件、组件、区域、层或部分。在符合本实用新型主要设计思路的前提下,可以通过调整线径或并绕单线数量实现调整互感。
如图2所示,本实用新型提供能兼容单相和三相的EMC滤波器的共模电感结构第二实施例,该电感结构包括:磁芯M、第一绕阻A、第二绕阻B、第三绕阻C和第四绕阻D;
磁芯M,其用于缠绕绕阻;本实施例选择磁环作为示例性结构,以某直径d将该磁芯划分为两侧,并不表示该磁芯M必须为磁环结构。还可以将第一绕阻A、第二绕阻B、第三绕阻C设置在同一圆弧上,第四绕阻D设置在该圆弧的圆心上。即,保证第一绕阻A、第二绕阻B、第三绕阻C与第四绕阻D之间距离相等。进而实现,固定距离。
第一绕阻至第三绕阻A-C,其彼此间隔的缠绕在所述磁芯一侧;假设该磁环沿某直径划分为左右两侧,第一绕阻至第三绕阻位于该直径左侧。
第四绕阻D,其缠绕在第一绕阻至第三绕阻对称的磁芯上;
其中,NA=NB=NC=ND,NA表示第一绕阻匝数,NB表示第二绕阻匝数,NC表示第三绕阻匝数,ND表示第四绕阻匝数。
本实施例中,采用相同线径的线形成绕阻,第一绕阻至第三绕阻由单线缠绕形成四匝,第四绕阻匝采用三线并绕形成四匝。
该共模电感结构作为三相共模电感时,三根火线分别连接第一绕阻至第三绕阻,零线连接第四绕阻。
该共模电感结构作为单相共模电感时,火线同时连接第一绕阻至第三绕阻,零线连接第四绕阻。
本实用新型提供能兼容单相和三相的EMC滤波器的共模电感结构第三实施例,该电感结构包括:磁芯M、第一绕阻A、第二绕阻B、第三绕阻C和第四绕阻D;
磁芯M,其用于缠绕绕阻;本实施例选择磁环作为示例性结构,以某直径d将该磁芯划分为两侧,并不表示该磁芯M必须为磁环结构。还可以将第一绕阻A、第二绕阻B、第三绕阻C设置在同一圆弧上,第四绕阻D设置在该圆弧的圆心上。即,保证第一绕阻A、第二绕阻B、第三绕阻C与第四绕阻D之间距离相等。进而实现,固定距离。
第一绕阻至第三绕阻A-C,其彼此间隔的缠绕在所述磁芯一侧;假设该磁环沿某直径划分为左右两侧,第一绕阻至第三绕阻位于该直径左侧。
第四绕阻D,其缠绕在第一绕阻至第三绕阻对称的磁芯上;
其中,第一绕阻至第三绕阻线径相同,第四绕阻的线径是第一绕阻线径的三倍,NA=NB=NC=ND,NA表示第一绕阻匝数,NB表示第二绕阻匝数,NC表示第三绕阻匝数,ND表示第四绕阻匝数。
该共模电感结构作为三相共模电感时,三根火线分别连接第一绕阻至第三绕阻,零线连接第四绕阻。
该共模电感结构作为单相共模电感时,火线同时连接第一绕阻至第三绕阻,零线连接第四绕阻。
除非另有定义,否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本实用新型所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是,除非这里明确定义,否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思, 而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
以上通过具体实施方式和实施例对本实用新型进行了详细的说明,但这些并非构成对本实用新型的限制。在不脱离本实用新型原理的情况下,本领域的技术人员还可做出许多变形和改进,这些也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种共模电感结构,其特征在于:该共模电感结构能兼容单相和三相的EMC滤波器,该电感结构包括:磁芯、第一绕阻、第二绕阻、第三绕阻和第四绕阻;
磁芯,其用于缠绕绕阻,将该磁芯划分为两侧;
第一绕阻至第三绕阻,其彼此间隔的缠绕在所述磁芯一侧;
第四绕阻,其缠绕在第一绕阻至第三绕阻对侧的磁芯上;
其中,NA=NB=NC=ND,NA表示第一绕阻匝数,NB表示第二绕阻匝数,NC表示第三绕阻匝数,ND表示第四绕阻匝数,第四绕阻电流是第一绕阻至第三绕阻电流的三倍。
2.如权利要求1所述的共模电感结构,其特征在于:以磁芯一几何中心线将该磁芯划分为两侧。
3.如权利要求1所述的共模电感结构,其特征在于:第四绕阻与第一绕阻、第二绕阻和第三绕阻之间的距离相等,第一绕阻至第三绕阻彼此之间间隔距离相等。
4.如权利要求2所述的共模电感结构,其特征在于:第一绕阻至第三绕阻线径相同,第四绕阻线径是第一绕阻线径的三倍。
5.如权利要求2所述的共模电感结构,其特征在于:第一绕阻至第三绕阻是单线缠绕形成的四匝绕阻,第四绕阻由三根单线并绕形成的四匝绕阻。
6.如权利要求1所述的共模电感结构,其特征在于:所述磁芯为环形。
7.如权利要求1-6任意一项所述的共模电感结构,其特征在于:该共模电感结构作为三相共模电感时,三根火线分别连接第一绕阻至第三绕阻,零线连接第四绕阻。
8.如权利要求1-6任意一项所述的共模电感结构,其特征在于:该共模电感结构作为单相共模电感时,火线同时连接第一绕阻至第三绕阻,零线连接第四绕阻。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113380492A (zh) * 2021-06-11 2021-09-10 西安电子科技大学 用于直流逆变供电系统的交直流耦合式共模电感

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