CN219393155U - 滤波电感器以及开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种滤波电感器以及开关电源。滤波电感器(300)具备：磁芯(310)，其由磁性体构成；第一绕组(320)，其包括缠绕在磁芯上的串联连接的多个第一单元绕组；以及第二绕组(330)，其包括缠绕在磁芯上的串联连接的多个第二单元绕组，第一单元绕组的匝数与第二单元绕组的匝数相同，滤波电感器具有紧耦合区域(360)和松耦合区域(370)，在紧耦合区域中第一单元绕组与第二单元绕组成对地交替配置，在松耦合区域中第一单元绕组或第二单元绕组相邻配置。据此，能够确保期望的漏电感并且防止磁芯饱和。

Description

滤波电感器以及开关电源

技术领域

本实用新型涉及一种滤波电感器以及开关电源，具体而言，涉及一种既有共模电感器的功能又有差模电感器的功能的滤波电感器、以及具备该滤波电感器的开关电源。

背景技术

在开关电源等不同应用中，为了过滤共模的电磁干扰信号，降低共模噪声，满足国际电磁干扰EMI法规的要求，广泛采用了共模电感器，共模电感器也称为共模扼流圈。

对于共模电感器，理论上由绕组的差动电流产生的净磁通量为零，但在实际实施中，由于绕组的物理结构，由绕组产生的磁通可能不会通过磁芯而与其他绕组完全耦合。图6是示意性表示用于单相应用的共模电感器的典型结构的图。如图6所示，共模电感器600包括两个绕组610、620，它们分别缠绕在磁芯630的两个不同部分上。在共模电感器中，输入端同相，输出端同相，当存在局部漏磁通时，会导致漏电感。漏电感有时是可取的，当共模电感器与跨电源线连接的具有适当电容的电容器一起工作时，漏电感可以充当差模电感，在这种情况下，滤波电感器既有共模电感器的功能又有差模电感器的功能。

另一方面，过大的漏电感会因未消除的漏磁通而导致磁芯饱和，尤其是在大电流应用中。因此，需要一种为降低差分噪声提供合适的漏电感值的同时避免磁芯饱和的技术。

实用新型内容

本实用新型鉴于现有技术中存在的上述问题而研发，目的在于提供一种滤波电感器，能够确保期望的漏电感并且防止磁芯饱和。本实用新型的另一目的在于提供一种具备这种滤波电感器的开关电源。

为了解决上述问题，本实用新型的一个方面所涉及的滤波电感器，其特征在于，具备：磁芯，其由磁性体构成；第一绕组，其包括缠绕在所述磁芯上的串联连接的多个第一单元绕组；以及第二绕组，其包括缠绕在所述磁芯上的串联连接的多个第二单元绕组，所述第一单元绕组的匝数与所述第二单元绕组的匝数相同，所述滤波电感器具有紧耦合区域和松耦合区域，在所述紧耦合区域中所述第一单元绕组与所述第二单元绕组成对地交替配置，在所述松耦合区域中所述第一单元绕组或所述第二单元绕组相邻配置。

此外，根据本实用新型的滤波电感器，优选所述松耦合区域隔着所述紧耦合区域均匀分布在所述磁芯上。

此外，根据本实用新型的滤波电感器，优选在所述磁芯上具有所述松耦合区域、所述紧耦合区域、所述松耦合区域、所述紧耦合区域这样的排列方式，或者具有所述紧耦合区域、所述松耦合区域、所述紧耦合区域、所述松耦合区域这样的排列方式。

此外，根据本实用新型的滤波电感器，优选所述第一单元绕组和所述第二单元绕组的匝数为2匝以上。

此外，根据本实用新型的滤波电感器，优选所述第一绕组的一个端部与所述第二绕组的一个端部相邻设置并且构成输入端子，所述第一绕组的所述一个端部的相反侧的另一个端部与所述第二绕组的所述一个端部的相反侧的另一个端部相邻设置并且构成输出端子。

此外，根据本实用新型的滤波电感器，优选所述磁芯为环型、长条型、U型、E型、RM型以及EP型中的任意一种，所述第一绕组和所述第二绕组由金属线、金属片或印刷布线构成。

为了解决上述问题，本实用新型的另一个方面所涉及的开关电源，其特征在于，具备本实用新型的滤波电感器。

实用新型的效果

根据本实用新型，通过滤波电感器具有紧耦合区域和松耦合区域，在紧耦合区域中匝数相同的第一单元绕组与第二单元绕组成对地交替配置，在松耦合区域中第一单元绕组或第二单元绕组相邻配置，从而能够控制漏电感，能够确保期望的漏电感并且防止磁芯饱和。

附图说明

通过参考以下附图对所采用的优选实施方式的详细描述，本实用新型的上述目的、优点和特征将变得更显而易见，其中：

图1是示意性表示本实用新型的滤波电感器的基本设计结构的图。

图2是示意性表示本实用新型的滤波电感器的基本设计结构的图。

图3是示意性表示本实用新型的一实施方式的滤波电感器的基本设计结构的图。

图4是示意性表示本实用新型的另一实施方式的滤波电感器的基本设计结构的图。

图5是示意性表示本实用新型的一实施例的滤波电感器的平面图。

图6是示意性表示用于单相应用的共模电感器的典型结构的图。

附图标记说明

100滤波电感器

110磁芯

120绕组

130绕组

210单元绕组

300滤波电感器

310磁芯

320第一绕组

330第二绕组

340第一单元绕组

350第二单元绕组

360紧耦合区域

370松耦合区域

400滤波电感器

410紧耦合区域

420紧耦合区域

430紧耦合区域

440紧耦合区域

450松耦合区域

460松耦合区域

470松耦合区域

480松耦合区域

500滤波电感器

600共模电感器

610绕组

620绕组

630磁芯。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式以及实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。另外，存在对相同要素标注相同符号并省略重复说明的情况。此外，存在对功能、结构相同或相对应的要素省略重复说明的情况。

图1是示意性表示本实用新型的滤波电感器的基本设计结构的图。以滤波电感器作为单相共模滤波器为例，如图1所示，滤波电感器100具有磁芯110和两个匝数相同的绕组120、130。通常用于向连接到输出端子的输出电路供电的差模电流会流过两个绕组120、130，并且通过耦合两个绕组120、130的磁芯110产生反向磁通。共模的基本设计是差动电流在绕组上产生的净磁通量为零。但是由于绕组之间的不完美耦合导致的漏电感是不可避免的，这取决于磁芯形状和配置两个绕组的物理位置。

图2是示意性表示本实用新型的滤波电感器的基本设计结构的图。如图2所示，两个绕组中的每一个绕组实际上都可以看做是串联连接的匝数较少的多个绕组。在本说明书中，将这样的匝数较少的绕组称为单元绕组。在图2中，标记210示出一个单元绕组。虽然在图2中示出的单元绕组210的匝数为2匝，但是在本实用新型中对于单元绕组的匝数没有特别限定，可以是1匝，也可以是2匝以上。

图3是示意性表示本实用新型的一实施方式的滤波电感器的基本设计结构的图。在本实施方式中，如图3所示，滤波电感器300具备磁芯310、第一绕组320和第二绕组330。磁芯310由磁性体构成。在本实用新型中，对于磁芯的材料没有特别限定，只要是磁性体即可，例如可以是铁粉、坡莫合金、铁氧体等。第一绕组320包括缠绕在磁芯310上的串联连接的多个第一单元绕组340。第二绕组330包括缠绕在磁芯310上的串联连接的多个第二单元绕组350。其中，第一单元绕组340的匝数与第二单元绕组350的匝数相同。

在本实用新型中，为了将漏电感降低到目标值，通过将产生反作用磁通的一些单元绕组配对在紧密的物理位置，形成紧耦合区域，以实现紧密耦合，从而降低总漏电感并且防止磁芯饱和。并且，将一些属于同一绕组的单元绕组配置在相邻的物理位置，形成松耦合区域，实现松耦合，以获得差模噪声降低所需的漏电感。也就是说，在本实用新型中，紧耦合区域是指分别属于两个绕组的单元绕组成对地交替配置的区域，松耦合区域是指属于一个绕组的单元绕组相邻配置的区域。

在本实施方式中，滤波电感器300具有紧耦合区域360和松耦合区域370。在紧耦合区域360中第一单元绕组340与第二单元绕组350成对地交替配置。在松耦合区域370中第一单元绕组340或第二单元绕组350相邻配置。据此，能够确保期望的漏电感并且防止磁芯饱和。在图3所示的实施方式中，示出了两个紧耦合区域和两个松耦合区域，但是在本实施方式中，紧耦合区域和松耦合区域的数量没有特别限定，也可以是其他数量。

在本实施方式中，每个大绕组可以分解成任意数量的小绕组即单元绕组，单元绕组的最小匝数为1匝。但是，优选第一单元绕组和第二单元绕组的匝数为2匝以上。据此，能够有效地在确保期望的漏电感的同时防止磁芯饱和。

在本实施方式中，第一绕组320的一个端部(图3中左侧的端部)与第二绕组330的一个端部(图3中左侧的端部)相邻设置并且构成输入端子，第一绕组320的一个端部的相反侧的另一个端部(图3中右侧的端部)与第二绕组330的一个端部的相反侧的另一个端部(图3中右侧的端部)相邻设置并且构成输出端子。据此，便于与输入电路以及输出电路连接。

此外，在本实用新型中，为了避免松耦合区域集中在特定的绕组区域，从而增加漏磁通导致局部磁芯饱和的可能性，优选将松耦合区域配置为均匀分布在磁芯上，也就是说，优选松耦合区域隔着紧耦合区域均匀分布在磁芯上。

图4是示意性表示本实用新型的另一实施方式的滤波电感器的基本设计结构的图。在图4中示出了将松耦合区域配置为均匀分布在磁芯上的一个例子，通过使松耦合区域均匀分布在磁芯上，能够降低局部磁芯饱和的风险。在图4所示的例子中，滤波电感器400具有四个紧耦合区域410、420、430、440和四个松耦合区域450、460、470、480。松耦合区域450与松耦合区域460之间隔着紧耦合区域420，松耦合区域470与松耦合区域480之间隔着紧耦合区域440。

本实用新型不限制紧耦合区域和松耦合区域的排列方式。但是，优选在磁芯上具有松耦合区域、紧耦合区域、松耦合区域、紧耦合区域这样的排列方式，或者具有紧耦合区域、松耦合区域、紧耦合区域、松耦合区域这样的排列方式。据此，能够更加有效地确保期望的漏电感的同时防止磁芯饱和。此外，优选紧耦合区域和松耦合区域在磁芯上完全排列为松耦合区域、紧耦合区域、松耦合区域、紧耦合区域这样的方式，或者紧耦合区域、松耦合区域、紧耦合区域、松耦合区域这样的方式。据此，能够进一步有效地防止局部磁芯饱和。

图5是示意性表示本实用新型的一实施例的滤波电感器的平面图。在图5中示出了采用环型磁芯的情况下的图4所示的实施方式的一个实施例。在本实施例中，如图5所示，滤波电感器500的松耦合区域均匀分布在磁芯上。据此，主要由松耦合区域产生的漏磁通被分散，能够减少磁芯饱和的机会。应当注意，本实用新型的实施方式不限于使用环型磁芯，磁芯可以是环型、长条型、U型、E型、RM型以及EP型中的任意一种，也可以是其他任意形状。此外，绕组也可以用不同类型和形状的导体来实现，例如绕组可以由金属线、金属片或印刷布线构成。

此外，在本实用新型中，滤波电感器可以用于开关电源等设备。开关电源通过具备本实用新型的实施方式的滤波电感器，能够过滤共模的电磁干扰信号，降低共模噪声，并且能够抑制差模电流，实现较好的滤波效果。

以上，尽管已经结合本实用新型的优选实施方式示出了本实用新型，但是本领域的技术人员将会理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对本实用新型进行各种修改、替换和改变。因此，本实用新型不应由上述实施方式来限定，而应由所附权利要求及其等价物来限定。

Claims (8)

1.一种滤波电感器，其特征在于，具备：

磁芯，其由磁性体构成；

第一绕组，其包括缠绕在所述磁芯上的串联连接的多个第一单元绕组；以及

第二绕组，其包括缠绕在所述磁芯上的串联连接的多个第二单元绕组，

所述第一单元绕组的匝数与所述第二单元绕组的匝数相同，

所述滤波电感器具有紧耦合区域和松耦合区域，

在所述紧耦合区域中所述第一单元绕组与所述第二单元绕组成对地交替配置，

在所述松耦合区域中所述第一单元绕组或所述第二单元绕组相邻配置。

2.根据权利要求1所述的滤波电感器，其特征在于，

所述松耦合区域隔着所述紧耦合区域均匀分布在所述磁芯上。

3.根据权利要求1或2所述的滤波电感器，其特征在于，

在所述磁芯上具有所述松耦合区域、所述紧耦合区域、所述松耦合区域、所述紧耦合区域这样的排列方式，或者具有所述紧耦合区域、所述松耦合区域、所述紧耦合区域、所述松耦合区域这样的排列方式。

4.根据权利要求1或2所述的滤波电感器，其特征在于，

所述紧耦合区域和所述松耦合区域在所述磁芯上完全排列为所述松耦合区域、所述紧耦合区域、所述松耦合区域、所述紧耦合区域这样的方式，或者所述紧耦合区域、所述松耦合区域、所述紧耦合区域、所述松耦合区域这样的方式。

5.根据权利要求1或2所述的滤波电感器，其特征在于，

所述第一单元绕组和所述第二单元绕组的匝数为2匝以上。

6.根据权利要求1或2所述的滤波电感器，其特征在于，

所述第一绕组的一个端部与所述第二绕组的一个端部相邻设置并且构成输入端子，

所述第一绕组的所述一个端部的相反侧的另一个端部与所述第二绕组的所述一个端部的相反侧的另一个端部相邻设置并且构成输出端子。

7.根据权利要求1或2所述的滤波电感器，其特征在于，

所述磁芯为环型、长条型、U型、E型、RM型以及EP型中的任意一种，

所述第一绕组和所述第二绕组由金属线、金属片或印刷布线构成。

8.一种开关电源，其特征在于，具备：

权利要求1至7中任意一项所述的滤波电感器。