TWI550660B - 開關電源、emi濾波器、共模電感器及其繞線方法 - Google Patents

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Description

開關電源、EMI濾波器、共模電感器及其繞線方法 【0001】
本發明涉及電磁干擾抑制技術領域，具體涉及一種共模電感器的繞線方法、利用該共模電感器的繞線方法製備的共模電感器、應用該共模電感器的EMI濾波器以及開關電源。
 【0002】
開關電源是一種通過控制開關管導通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的電源。目前開關電源產品正在朝著小型化、高頻化的方向發展，而這也導致開關電源產品的EMI（ElectroMagneticInterference，電磁干擾）噪聲越來越難以改善。共模電感器作為開關電源中抑制EMI噪聲的主要元件之一，其自身特性對於EMI噪聲抑制具有顯著影響。
【0003】
如圖1中所示，為共模電感器的等效電路圖。如圖2中所示，為現有技術中一種共模電感器的結構示意圖；該共模電感器主要包括閉合磁芯102以及在該閉合磁芯上對稱繞製兩個線圈繞組101。然而，該共模電感器抑制EMI噪聲能力仍有待增強，妨礙了開關電源朝著小型化、高頻化的方向發展。
 【0004】
本公開提供一種共模電感器的繞線方法，用於更好的在線圈繞組之中形成隔離間隙；進一步的，本公開還提供了一種利用該共模電感器的繞線方法製備的共模電感器、應用該共模電感器的EMI濾波器以及開關電源。
【0005】
本公開的其他特性和優點將通過下面的詳細描述變得顯然，或部分地通過本公開的實踐而習得。
【0006】
根據本公開的第一方面，一種共模電感器的繞線方法，該共模電感器包括一第一線圈繞組和一第二線圈繞組，該方法包括：
【0007】
設置兩個隔離擋片於一磁芯的不同位置；
【0008】
繞製該第一線圈繞組於該磁芯，該第一線圈繞組被其中的一個隔離擋片分隔為兩個繞線區域；
【0009】
繞製該第二線圈繞組於該磁芯，該第二線圈繞組被其中的另一個隔離擋片分隔為兩個繞線區域，其中，該第二線圈繞組與該第一線圈繞組對稱繞製。
【0010】
在本公開的一種實施方式中，在該磁芯上對稱繞製兩個線圈繞組之後還包括：取下該隔離擋片。
【0011】
在本公開的一種實施方式中，該隔離擋片具備磁性或者包含鐵磁性材料；該隔離擋片與該磁芯之間存在磁吸引力。
【0012】
在本公開的一種實施方式中，該隔離擋片為非磁性材料，該隔離擋片卡合或粘合至該磁芯。
【0013】
在本公開的一種實施方式中，該隔離擋片呈「凵」形或「L」形。
【0014】
在本公開的一種實施方式中，該隔離擋片為一體式結構或者由若干個薄片結構堆疊組成。
【0015】
在本公開的一種實施方式中，該隔離擋片的厚度依據所要形成的隔離間隙的大小而設定。
【0016】
在本公開的一種實施方式中，該隔離擋片的厚度為0.5mm至5mm。
【0017】
在本公開的一種實施方式中，該磁芯為一閉合環形磁芯或者閉合多邊形磁芯。
【0018】
根據本公開的第二方面，一種利用本公開第一方面的共模電感器的繞線方法製備的共模電感器。
【0019】
根據本公開的第三方面，一種EMI濾波器，包括電阻串/並聯、電感器和電容組合成的抗電磁干擾濾波電路；該電感器包括本公開第二方面的共模電感器。
【0020】
根據本公開的第四方面，一種開關電源，包括本公開第二方面的共模電感器。
【0021】
本公開的實施例所提供的共模電感器的繞線方法中，主要通過預先在磁芯的兩個不同位置分別設一隔離擋片，在繞線過程中，利用該隔離擋片在每個線圈繞組中形成隔離間隙，將每個線圈繞組分隔為兩個繞線區域。
【0022】
一方面，在繞線過程中，隔離擋片可以維持隔離間隙的形狀，使隔離間隙不會發生形變，且隔離間隙的大小可以通過選擇隔離擋片的厚度而被穩定控制；這樣不但提高了共模電感器的EMI噪聲抑制能力，並且產品特性穩定。另一方面，在隔離擋片的引導輔助下，繞線作業更加方便，有利於提升生產效率；且該隔離擋片可被重複使用，可以降低共模電感器的生產成本。
【0023】
此外，由於利用上述共模電感器的繞線方法製備的共模電感器具備更強的EMI噪聲抑制能力，因此可以為開關電源或者EMI濾波器提供更好的EMI 抑制能力，從而可以減少對其他EMI 抑制元件的依賴，使開關電源或者EMI濾波器的結構設計更簡潔，節省了空間佔用以及生產成本。
 【0046】
101‧‧‧線圈繞組
1011‧‧‧第一繞線區域
1012‧‧‧第二繞線區域
101A‧‧‧第一線圈繞組
101B‧‧‧第二線圈繞組
102‧‧‧閉合磁芯
103‧‧‧隔離間隙
104‧‧‧隔離擋片
H‧‧‧隔離擋片厚度
W‧‧‧隔離擋片開口寬度
S101~S103‧‧‧步驟
【0024】
圖1是共模電感器的等效電路圖。
圖2是現有技術中一種共模電感器的結構示意圖。
圖3是本公開中欲實現的一種共模電感器的結構示意圖。
圖4是本公開示例實施方式中一種共模電感器的繞線方法的流程示意圖。
圖5是本公開示例實施方式中一種隔離擋片的結構示意圖。
圖6是圖5中隔離擋片與閉合磁芯結合後的結構示意圖。
圖7是圖6中閉合磁芯在繞線後的結構示意圖。
圖8是利用本公開中共模電感器的繞線方法製備的一種共模電感器的結構示意圖。
 【0025】
現在將參考圖式更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限於在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本公開將全面和完整，並將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。在圖中，為了清晰，誇大了區域和層的厚度。在圖中相同的元件符號表示相同或類似的結構，因而將省略它們的詳細描述。
【0026】
此外，所描述的特徵、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施例中。在下面的描述中，提供許多具體細節從而給出對本公開的實施例的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以實踐本公開的技術方案而沒有所述特定細節中的一個或更多，或者可以採用其它的方法、組元、材料等。在其它情況下，不詳細示出或描述公知結構、材料或者操作以避免模糊本公開的各方面。
【0027】
為了提高共模電感器的EMI噪聲抑制能力，一實施方式是在每個線圈繞組中形成一個隔離間隙，即將一個線圈繞組分隔成兩個繞線區域。即最終需要實現如圖3中所示的共模電感器結構，其中每個線圈繞組101包括由一隔離間隙103分隔而成的第一繞線區域1011和第二繞線區域1012。
【0028】
為了實現圖3中所示的共模電感器結構，其只能是在繞製第一繞線區域1011之後，憑工作人員的經驗，預留一隔離間隙，接著繞製第二繞線區域1012。
【0029】
然而，由於在繞線過程中，線會垮下，因此預留的這一隔離間隙會隨著繞線過程的進行而不斷變形，直至最終消失不見，這樣則只會徒增操作步驟而對提高共模電感器的EMI噪聲抑制能力沒有裨益。或者，即使在繞線完成後，預留的這一隔離間隙仍然被保留了下來，然而該隔離間隙大小也很難與初始大小（該初始大小也是憑藉經驗預留，無法精確設定）一致，即該隔離間隙的大小無法被控制，這樣則會造成產品特性的不穩定
【0030】
本示例實施方式中，首先提供了一種共模電感器的繞線方法。如圖4至圖8中所示，該共模電感器的繞線方法主要包括：
【0031】
步驟S101. 設置兩個隔離擋片於一磁芯的不同位置。本示例實施方式中下面以該磁芯是閉合磁芯為例進行說明；但是其也可以是非閉合磁芯，本公開並不以此為限。
【0032】
步驟S102. 繞製該第一線圈繞組101A於該磁芯102，該第一線圈繞組101A被其中的一個隔離擋片分隔為兩個繞線區域；繞製該第二線圈繞組101B於該磁芯102，該第二線圈繞組101B被其中的另一個隔離擋片分隔為兩個繞線區域，其中，該第二線圈繞組101B與該第一線圈繞組101A對稱繞製；需要說明的是，本公開中對於第一線圈繞組101A和第二線圈繞組101B的繞製順序並無特殊限定。
【0033】
除此之外，還可以包括：
【0034】
步驟S103. 取下該隔離擋片。注意，也可以不取下該隔離擋片，視實際情況而定。
【0035】
下面結合圖5至圖8對上述各步驟加以詳細說明。
【0036】
圖5為本示例實施方式中隔離擋片的結構示意圖。如圖5中所示，隔離擋片104呈「凵」形或者其他類似的形狀，比如「U」形、「C」形或者燕尾形等等。隔離擋片開口寬度W與閉合磁芯的厚度基本相同，這樣隔離擋片104即可卡合在閉合磁芯之上。如圖6中所示，為該隔離擋片104與該閉合磁芯102卡合後的結構示意圖。需要指出的是，雖然圖中閉合磁芯102為一閉合環形磁芯，但是本公開並不以此為限，其也可以為閉合多邊形磁芯（如矩形）或者其他各種形狀的閉合磁芯102。
【0037】
隔離擋片104的材質可以為有機材料或者合金材料等非磁性材料，其可以通過卡合或粘合方式連接至至該閉合磁芯102。另外，考慮到閉合磁芯102為磁性材質，所以該隔離擋片104也可以由磁性材料形成，即該隔離擋片104具備磁性，當然，該隔離擋片104也可以由鐵磁性材料製備。因此，該隔離擋片104與該閉合磁芯102之間會存在磁吸引力，從而可以利用該磁吸引力將該隔離擋片104固定在閉合磁芯102上。這樣一來，該隔離擋片104的形狀則可以不局限於上述的「凵」形，其也可以為「L」形等等。例如，在隔離擋片厚度H較大時，由於與閉合磁芯102的接觸面積較大，受力更加充分，因此，可以選用L形；在隔離擋片厚度H較小時，則可以選用U形，利於卡合力和磁吸引力一起來固定隔離擋片104。
【0038】
該隔離擋片厚度H需要依據所要形成的隔離間隙的大小而設定，例如，可以設定隔離間隙的寬度為0.5mm~5mm。比如，所要形成的隔離間隙的寬度為1mm，則隔離擋片厚度H需要設定為1mm；所要形成的隔離間隙的寬度為2mm，則隔離擋片厚度H需要設定為2mm等等。
【0039】
隔離擋片104可以為一體式結構，其厚度在成型時即確定；或者，為了方便調整該隔離擋片104的厚度，該隔離擋片104也可以由若干個薄片結構堆疊組成。例如，每個該薄片結構的厚度為0.5mm，則需要2mm隔離擋片104時，只需要選擇4個這樣的薄片結構堆疊在一起即可。這些薄片結構之間是連接方式可以是粘接，也可以是磁性連接，在此不作特殊限定。
【0040】
在將隔離擋片104設置在閉合磁芯102的預設位置之後，即可在閉合磁芯102的兩個半環上，分別繞製一個線圈繞組，而且這兩個線圈繞組的線徑和繞製匝數均相同。如圖7中所示，為繞線之後的結構示意圖。可以看出，在繞線過程中，隔離擋片104可以維持隔離間隙的形狀，使隔離間隙不會發生形變，且隔離間隙的大小可以通過選擇隔離擋片104的厚度而被穩定控制。此外，在隔離擋片104的引導輔助下，繞線作業更加方便，有利於提升生產效率。
【0041】
如圖8中所示，在繞線完成後，則可以取下該隔離擋片104，最終留下形狀穩定且大小為預設大小的隔離間隙103，這樣不但提高了共模電感器的EMI噪聲抑制能力，並且得到的產品特性穩定。當然，在繞線完成後，該隔離擋片104也可以不從閉合磁芯102上取下，從而在該共模電感器的使用過程中，進一步保證形成的隔離間隙103不會發生形變，增加產品性能的可靠性。
【0042】
在本示例實施方式中，還提供了一種利用上述的共模電感器的繞線方法製備的共模電感器。根據針對上述的共模電感器的繞線方法的描述，可以得知，該共模電感器的每個線圈繞組中形成有一隔離間隙，並且該隔離間隙的形狀以及大小均與預設大小一致。因此，通過該共模電感器，可以提高共模電感器的EMI噪聲抑制能力，並且產品特性穩定。
【0043】
在本示例實施方式中，還提供了一種EMI濾波器。該EMI濾波器包括電感器、電容和電阻串/並聯組合成的抗電磁干擾濾波電路；該電感器包括上述的共模電感器。由於上述的共模電感器具備更強的EMI噪聲抑制能力，因此可以為EMI濾波器提供更好的EMI 抑制能力，從而可以減少對其他EMI 抑制元件的依賴（例如能夠減少集成後的濾波電路的電容數量和降低電容量），使EMI濾波器的結構設計更簡潔，節省了空間佔用以及生產成本，有利於EMI濾波器朝小型化、高頻化的方向發展。
【0044】
在本示例實施方式中，還提供了一種開關電源。該開關電源可以為任何通過控制開關管導通和關斷實現的電源，例如可以為UPS（Uninterruptible Power System，不斷電供應系統）、通信電源、焊機電源等等。其與現有技術的最大區別之一在於包括上述的共模電感器。由於上述的共模電感器具備更強的EMI噪聲抑制能力，因此可以為開關電源提供更好的EMI 抑制能力，從而可以減少對其他EMI 抑制元件的依賴（例如能夠減少集成後的開關電源的電容數量和降低電容量），使開關電源的結構設計更簡潔，節省了空間佔用以及生產成本，有利於開關電源朝小型化、高頻化的方向發展。
【0045】
本公開已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本公開的範例。必需指出的是，已揭露的實施例並未限制本公開的範圍。相反地，在不脫離本公開的精神和範圍內所作的更動與潤飾，均屬本公開的專利保護範圍。
 
101‧‧‧線圈繞組
101A‧‧‧第一線圈繞組
101B‧‧‧第二線圈繞組
102‧‧‧閉合磁芯
104‧‧‧隔離擋片

Claims (12)

  1. 【第1項】
    一種共模電感器的繞線方法，該共模電感器包括一第一線圈繞組和一第二線圈繞組，其特徵在於，該方法包括：
    　　設置兩個隔離擋片於一磁芯的不同位置；
    　　繞製該第一線圈繞組於該磁芯，該第一線圈繞組被其中的一個隔離擋片分隔為兩個繞線區域；
    　　繞製該第二線圈繞組於該磁芯，該第二線圈繞組被其中的另一個隔離擋片分隔為兩個繞線區域，其中，該第二線圈繞組與該第一線圈繞組對稱繞製。
  2. 【第2項】
    如申請專利範圍第1項所述之共模電感器的繞線方法，其特徵在於，在該磁芯上對稱繞製兩個線圈繞組之後還包括：
    　　取下該隔離擋片。
  3. 【第3項】
    如申請專利範圍第1項所述之共模電感器的繞線方法，其特徵在於，該隔離擋片具備磁性或者包含鐵磁性材料；該隔離擋片與該磁芯之間存在磁吸引力。
  4. 【第4項】
    如申請專利範圍第1項所述之共模電感器的繞線方法，其特徵在於，該隔離擋片為非磁性材料，該隔離擋片卡合或粘合至該磁芯。
  5. 【第5項】
    如申請專利範圍第1項所述之共模電感器的繞線方法，其特徵在於，該隔離擋片呈「凵」形或呈「L」形。
  6. 【第6項】
    如申請專利範圍第1項所述之共模電感器的繞線方法，其特徵在於，該隔離擋片為一體式結構或者由若干個薄片結構堆疊組成。
  7. 【第7項】
    如申請專利範圍第1項所述之共模電感器的繞線方法，其特徵在於，該隔離擋片的厚度依據所要形成的隔離間隙的大小而設定。
  8. 【第8項】
    如申請專利範圍第7項所述之共模電感器的繞線方法，其特徵在於，該隔離擋片的厚度為0.5mm至5mm。
  9. 【第9項】
    如申請專利範圍第1項所述之共模電感器的繞線方法，其特徵在於，該磁芯為一閉合環形磁芯或者閉合多邊形磁芯。
  10. 【第10項】
    一種利用如申請專利範圍第1項至第9項中任意一項所述之共模電感器的繞線方法製備的共模電感器。
  11. 【第11項】
    一種EMI濾波器，包括電阻串/並聯、電感器和電容組合成的抗電磁干擾濾波電路；其特徵在於，該電感器包括如申請專利範圍第10項所述之共模電感器。
  12. 【第12項】
    一種開關電源，其特徵在於，包括如申請專利範圍第10項所述之共模電感器。
TW103126102A 2014-06-03 2014-07-30 開關電源、emi濾波器、共模電感器及其繞線方法 TWI550660B (zh)

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CN201410242191.2A CN105336476B (zh) 2014-06-03 2014-06-03 开关电源、emi滤波器、共模电感器及其绕线方法

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