TWI749890B - 混成式電感裝置 - Google Patents

Abstract

混成式電感裝置包含一磁芯以及多個線圈繞組。磁芯設有多個繞組區。多個線圈繞組分別繞製於多個繞組區，兩相鄰的繞組區中的線圈繞組之間具有一間隔，其中每一繞組區中的線圈繞組於磁芯的一繞製方向不同於與其相鄰的多個繞組區中的多個線圈繞組於磁芯的繞製方向，且每一繞組區中的線圈繞組係對稱與其相鄰的多個繞組區中的多個線圈繞組。

Description

混成式電感裝置

本發明是有關於一種電感器，尤其是一種混成式電感裝置。

現今電子設備蓬勃發展，而電子設備一般都需要外接電源從而運作。然而，電子設備與電源之間的電力傳輸經常會產生電磁干擾（例如雜訊）。因此，為了濾除電磁干擾，一般會於電子設備與電源之間設置一電子濾波器（例如，電源濾波器（line filter））。在電源濾波器中，用以濾除電磁干擾的元件主要為共模電感以及差模電感，而另外用以提供其他功能（例如限流或降低衰減的頻率響應等）的主要元件可為無感電阻。

由於電源濾波器的發展朝向小型化及高頻化，若每使用一共模電感及一差模電感時即需分別提供一磁芯，則會占用電源濾波器的內部空間，而使電源濾波器無法滿足小型化的產品需求。此外，若使用不同磁芯的共模電感與差模電感，由於線圈繞組的電壓壓降問題，會致使無法由共模電感與差模電感來形成無感電阻至電源濾波器中。

鑒於上述，本發明提供一種混成式電感裝置，藉由於單一磁芯繞製多個線圈繞組，以使單一鐵芯即可形成共模電感、差模電感及無感電阻，而可降低電源濾波器的電路大小，並降低所佔用的電源濾波器的內部空間，以滿足電源濾波器小型化的產品需求。

依據一些實施例，混成式電感裝置包含一磁芯以及多個線圈繞組。磁芯設有多個繞組區。多個線圈繞組分別繞製於多個繞組區，兩相鄰的繞組區中的線圈繞組之間具有一間隔，其中每一繞組區中的線圈繞組於磁芯的一繞製方向不同於與其相鄰的多個繞組區中的多個線圈繞組於磁芯的繞製方向，且每一繞組區中的線圈繞組係對稱與其相鄰的多個繞組區中的多個線圈繞組。

因此，依據一些實施例，藉由於單一磁芯繞製多個線圈繞組，並使每一線圈繞組的繞製方向不同於與其相鄰的線圈繞組的繞製方向，以使在電流產生時，根據不同的線圈繞組的組合而形成共模電感、差模電感或無感電阻，而可降低電源濾波器的電路大小，並降低所佔用的電源濾波器的內部空間，以滿足電源濾波器小型化的產品需求。

參照圖1，係為本發明依據一些實施例之混成式電感裝置100之示意圖。混成式電感裝置100包含一磁芯110以及多個線圈繞組130A~130D。磁芯110設有多個繞組區111A~111D。多個線圈繞組130A~130D分別繞製於多個繞組區111A~111D。在此，圖1分別以四個繞組區111A~111D及線圈繞組130A~130D為例，但本發明並不以此為限，繞組區111A~111D及線圈繞組130A~130D可為少於四個或多於四個。所述磁芯110可為由氧化鐵混合物組成的一種燒結磁性金屬氧化物，例如燒結磁性錳-鋅鐵氧化物、鎳-鋅鐵氧化物等。所述線圈繞組130A~130D可為金屬線繞製磁芯110而形成的線圈繞組。所述金屬線可為單芯銅線、多芯銅絞線等。

兩相鄰的繞組區111A~111D定義在磁芯110不同的位置且不相互重疊，多個線圈繞組130A~130D分別一對一繞製於每一繞組區111A~111D（例如，線圈繞組130A繞製於繞組區111A；線圈繞組130B繞製於繞組區111B；線圈繞組130C繞製於繞組區111C；線圈繞組130D繞製於繞組區111D），從而，線圈繞組130A~130D之間係為一間隔113所分隔。具體來說，繞組區111A與繞組區111B及繞組區111C相鄰，而繞製於繞組區111A的線圈繞組130A分別與繞製於繞組區111B的線圈繞組130B及繞製於繞組區111C的線圈繞組130C以一間隔113分隔；繞組區111D與繞組區111B及繞組區111C相鄰，而繞製於繞組區111D的線圈繞組130D分別與繞製於繞組區111B的線圈繞組130B及繞製於繞組區111C的線圈繞組130C以一間隔113分隔。換言之，相鄰的線圈繞組130A~130D彼此之間具有一間隔113（亦即，相鄰的線圈繞組130A~130D彼此之間以一間隔113分隔）。因而使繞製於兩相鄰的繞組區111A~111D的線圈繞組130A~130D之間（或是相鄰的線圈繞組130A~130D之間）具有較低的雜散電容值，使混成式電感裝置100可同時具有良好的高頻濾波能力與低頻濾波能力。

每一繞組區111A~111D中的線圈繞組130A~130D於磁芯110的一繞製方向不同於與其相鄰的多個繞組區111A~111D中的多個線圈繞組130A~130D於磁芯110的繞製方向。具體來說，若一繞組區111A~111D中的線圈繞組130A~130D之繞製方向為沿著磁芯110的一順時鐘方向繞製於磁芯110，則與其相鄰的繞組區111A~111D中的線圈繞組130A~130D之繞製方向為沿著磁芯110的一逆時鐘方向繞製於磁芯110。舉例來說，繞組區111A與繞組區111B及繞組區111C相鄰，繞組區111A的線圈繞組130A之繞製方向為沿著磁芯110的順時鐘方向繞製於磁芯110，而繞組區111B、111C的線圈繞組130B、130C之繞製方向為沿著磁芯110的逆時鐘方向繞製於磁芯110；繞組區111D與繞組區111B及繞組區111C相鄰，繞組區111D的線圈繞組130D之繞製方向為沿著磁芯110的順時鐘方向繞製於磁芯110，而繞組區111B、111C的線圈繞組130B、130C之繞製方向為沿著磁芯110的逆時鐘方向繞製於磁芯110。

每一繞組區111A~111D中的線圈繞組130A~130D係對稱與其相鄰的多個繞組區111A~111D中的多個線圈繞組130A~130D。例如，兩相鄰的繞組區111A~111D的線圈繞組130A~130D之互相相鄰的一端為從磁芯110的底部沿著一軸線向外延伸（或是從頂部沿著一軸線向外延伸），未相鄰的一端為從磁芯110的頂部沿著另一軸線向外延伸（或是從底部沿著另一軸線向外延伸）。在一些實施例中，所述二軸線可相互垂直。舉例來說，繞組區111A與繞組區111B及繞組區111C相鄰，繞組區111A的線圈繞組130A與繞組區111B的線圈繞組130B之互相相鄰的一端（端子TA2、TB2）為從磁芯110的底部沿著磁芯110的中心軸115A向外延伸，未相鄰的一端（端子TA1、TB1）為從磁芯110的頂部沿著磁芯110的另一中心軸115B向外延伸；繞組區111A的線圈繞組130A與繞組區111C的線圈繞組130C之互相相鄰的一端（端子TA1、TC1）為從磁芯110的頂部沿著中心軸115B向外延伸，未相鄰的一端（端子TA2、TC2）為從磁芯110的底部沿著中心軸115A向外延伸。所述中心軸115A與中心軸115B相互垂直。

在一些實施例中，相鄰的繞組區111A~111D中的線圈繞組130A~130D具有同一線圈匝數。由於相鄰的繞組區111A~111D中的線圈繞組130A~130D互相對稱，因此可互相具有同一線圈匝數。例如，繞組區111A與繞組區111B及繞組區111C相鄰，線圈繞組130A與線圈繞組130B及線圈繞組130C的線圈匝數為五個，但本發明並不以此為限，線圈匝數可為大於五個或小於五個；繞組區111D與繞組區111B及繞組區111C相鄰，線圈繞組130D與線圈繞組130B及線圈繞組130C的線圈匝數為五個，但本發明並不以此為限，線圈匝數可為大於五個或小於五個。在一些實施例中，繞組區111A~111D中的線圈繞組130A~130D可皆具有同一線圈匝數。

在一些實施例中，磁芯110可由一閉合磁芯或一非閉合磁芯來實施。在一些實施例中，在磁芯110係由閉合磁芯來實施的情形下，閉合磁芯可以是圓形磁芯、橢圓磁芯、矩形磁芯、EE型磁芯或是其他形狀的閉合磁芯。

在一些實施例中，磁芯110經自身的一中心軸115A、115B而區分為一第一區域1151及一第二區域1153。在此，為了方便說明，僅於圖1繪示磁芯110經中心軸115A區分的第一區域1151及第二區域1153，並以此作說明。位於第一區域1151的繞組區111A、111C的線圈繞組130A、130C分別根據中心軸115A對稱於位於第二區域1153的繞組區111B、111D的線圈繞組130B、130D。舉例來說，位於第一區域1151的繞組區111A根據中心軸115A對稱位於第二區域1153的繞組區111B，位於第一區域1151的繞組區111C根據中心軸115A對稱位於第二區域1153的繞組區111D。換言之，繞組區111A~111D中的線圈繞組130A~130D之接近中心軸115A的一端（端子TA2、TB2、TC2、TD2）為從磁芯110的底部沿著中心軸115A向外延伸，繞組區111A~111D中的線圈繞組130A~130D之遠離中心軸115A的另一端（端子TA1、TB1、TC1、TD1）為從磁芯110的頂部沿著中心軸115A向外延伸，而使繞組區111A的線圈繞組130A根據中心軸115A對稱繞組區111B的線圈繞組130B，繞組區111C的線圈繞組130C根據中心軸115A對稱繞組區111D的線圈繞組130D。

在一些實施例中，第一區域1151的繞組區111A、111C及線圈繞組130A、130C的數量為二個，第二區域1153的繞組區111B、111D及線圈繞組130B、130D的數量為二個。致使不同線圈繞組130A~130D的組合可以使混成式電感裝置100能提供不同的功能（例如提供共模電感、差模電感或是無感電阻）。

在一些實施例中，端子TA1~TD2為線圈繞組130A~130D用以耦接至外部電路元件或是電訊號。例如，端子TA1、TA2為線圈繞組130A的對外連接的端口；端子TB1、TB2為線圈繞組130B的對外連接的端口；端子TC1、TC2為線圈繞組130C的對外連接的端口；端子TD1、TD2為線圈繞組130D的對外連接的端口，以使線圈繞組130A~130D經由端子TA1~TD2耦接至相應的電路元件或電訊號後，混成式電感裝置100便可應用於多種電路結構之中。

參照圖1及圖2。圖2係為本發明依據一些實施例之混成式電感裝置100之等效電路示意圖。在一些實施例中，線圈繞組130A~130D中的一第一線圈繞組及一第二線圈繞組分別繞製於繞組區111A~111D中相鄰的一第一繞組區及一第二繞組區，在一電流分別經由第一線圈繞組及第二線圈繞組之間相鄰的一端流至第一線圈繞組及第二線圈繞組的另一端時，第一線圈繞組與第二線圈繞組形成一共模電感。

舉例來說，以線圈繞組130A、線圈繞組130C、繞組區111A及繞組區111C來說明第一線圈繞組、第二線圈繞組、第一繞組區及第二繞組區，端子TA1耦接電源之正電端的一正電源訊號，端子TC1耦接電源之負電端的一負電源訊號（例如參考地訊號），端子TA2耦接外部的欲濾波電路（於後稱為外接電路）的一輸入端，端子TC2耦接外接電路的另一輸入端。當外接電路耦接參考地訊號時（例如外接電路的殼體接地），由於外部電路與耦接的參考地訊號之間具有雜散電容，致使電源與參考地訊號之間會產生雜散訊號（例如共模訊號）。因此，當共模訊號發生時，電流（例如共模電流，亦即電源的正電端及負電端流過的雜訊電流方向為相同的）經由端子TA1流至線圈繞組130A的端子TA2而經由外部電路的參考地訊號返回電源，並經由端子TC1流至線圈繞組130C的端子TC2而經由外部電路的參考地訊號返回電源，使線圈繞組130A及線圈繞組130C產生同方向的磁場，而增強了線圈繞組130A及線圈繞組130C的電感量，亦即增強了抑制共模電流的電感抗（換言之，此時的線圈繞組130A及線圈繞組130C形成為共模電感），達到濾除雜訊的效果。

在一些實施例中，線圈繞組130A~130D中的一第一線圈繞組及一第二線圈繞組分別繞製於繞組區111A~111D中未相鄰的一第一繞組區及一第二繞組區，其中第一線圈繞組與第二線圈繞組具有同一繞製方向，在第一線圈繞組及第二線圈繞組分別經由一電流而產生同一磁場方向時，第一線圈繞組與第二線圈繞組形成一差模電感。

舉例來說，以線圈繞組130A、線圈繞組130D、繞組區111A及繞組區111D來說明第一線圈繞組、第二線圈繞組、第一繞組區及第二繞組區，端子TA1耦接電源之正電端的正電源訊號，端子TD2耦接電源之負電端的負電源訊號（例如參考地訊號），端子TA1耦接外接電路的一輸入端，端子TD1耦接外接電路的另一輸入端。由於電源線的訊號（正電源訊號與負電源訊號）之間會產生雜訊，且此雜訊（亦即差模訊號）一般為串聯耦接電源線。當差模訊號發生時，電流（例如差模電流，亦即雜訊電流與電源電流為同方向的）經由端子TA1流至線圈繞組130A的端子TA2而流經外部電路，並從外部電路經由端子TD2流至線圈繞組130D的端子TD1，使具有同一繞製方向的線圈繞組130A及線圈繞組130D產生同方向的磁場（亦即產生同一磁場方向），而增強了線圈繞組130A及線圈繞組130D的電感量，亦即增強了抑制差模電流的電感抗（換言之，此時的線圈繞組130A及線圈繞組130D形成為差模電感），達到濾除雜訊的效果。

在一些實施例中，線圈繞組130A~130D中的一第一線圈繞組及一第二線圈繞組分別繞製於繞組區111A~111D中相鄰的一第一繞組區及一第二繞組區，第一線圈繞組及第二線圈繞組之間相鄰的一端相互耦接，在一電流經由第一線圈繞組的另一端流至第二線圈繞組的另一端時，第一線圈繞組與第二線圈繞組形成一無感電阻。

舉例來說，以線圈繞組130A、線圈繞組130B、繞組區111A及繞組區111B來說明第一線圈繞組、第二線圈繞組、第一繞組區及第二繞組區，端子TA1耦接電源之正電端的正電源訊號，端子TB1耦接外接電路的一輸入端。當欲對外接電路進行限流、降低其衰弱的頻率響應（例如增加其負載）等時，將端子TA2耦接端子TB2（即將端子TA2與端子TB2短路），電流經由端子TA1流經線圈繞組130A及線圈繞組130B後，流至外接電路。由於線圈繞組130A及線圈繞組130B互相產生反方向的磁場，因而相互抵消磁場而未產生電感抗，換言之此時線圈繞組130A及線圈繞組130B為不具有電感抗的電阻（例如僅具有線圈的電阻值）或是僅具有微小漏感所產生的電感，亦即線圈繞組130A及線圈繞組130B形成實質的無感電阻，以應用於外接電路所需使用的功能（例如限流、降低衰落的頻率響應等）。

在一些實施例中，所述電流可為直流電流或交流電流。換言之混成式電感裝置100可為使用於直流電系統或交流電系統。在一些實施例中，混成式電感裝置100可適用於π型濾波器或T型濾波器。

因此，依據一些實施例，藉由於單一磁芯繞製多個線圈繞組，並使每一線圈繞組的繞製方向不同於與其相鄰的線圈繞組的繞製方向，以使在電流產生時，根據不同的線圈繞組的組合而形成共模電感、差模電感或無感電阻，而可降低電源濾波器的電路大小，並降低所佔用的電源濾波器的內部空間，以滿足電源濾波器小型化的產品需求。

100:混成式電感裝置 110:磁芯 111A~111D:繞組區 113:間隔 115A~115B:中心軸 1151:第一區域 1153:第二區域 130A~130D:線圈繞組 TA1,TA2,TB1,TB2,TC1,TC2,TD1,TD2:端子

[圖1]係為本發明依據一些實施例之混成式電感裝置之示意圖。 [圖2]係為本發明依據一些實施例之混成式電感裝置之等效電路示意圖。

100:混成式電感裝置

110:磁芯

111A~111D:繞組區

113:間隔

115A~115B:中心軸

1151:第一區域

1153:第二區域

130A~130D:線圈繞組

TA1,TA2,TB1,TB2,TC1,TC2,TD1,TD2:端子

Claims (10)

1. 一種混成式電感裝置，包含： 一磁芯，設有多個繞組區；以及 多個線圈繞組，分別繞製於該些繞組區，兩相鄰的該繞組區中的該線圈繞組之間具有一間隔，其中每一繞組區中的該線圈繞組於該磁芯的一繞製方向不同於與其相鄰的該些繞組區中的該些線圈繞組於該磁芯的該繞製方向，且每一繞組區中的該線圈繞組係對稱與其相鄰的該些繞組區中的該些線圈繞組。
2. 如請求項1所述之混成式電感裝置，其中各該線圈繞組具有同一線圈匝數。
3. 如請求項1所述之混成式電感裝置，其中該磁芯為一閉合磁芯或一非閉合磁芯。
4. 如請求項3所述之混成式電感裝置，其中該閉合磁芯係為一圓形磁芯、一橢圓磁芯或一矩形磁芯。
5. 如請求項1所述之混成式電感裝置，其中該磁芯經自身的一中心軸而區分為一第一區域及一第二區域，位於該第一區域的該些繞組區的該些線圈繞組分別根據該中心軸對稱於位於該第二區域的該些繞組區的該些線圈繞組。
6. 如請求項5所述之混成式電感裝置，其中該第一區域的該些繞組區及該些線圈繞組的數量為二個，該第二區域的該些繞組區及該些線圈繞組的數量為二個。
7. 如請求項1所述之混成式電感裝置，其中該些線圈繞組中的一第一線圈繞組及一第二線圈繞組分別繞製於該些繞組區中相鄰的一第一繞組區及一第二繞組區，在一電流分別經由該第一線圈繞組及該第二線圈繞組之間相鄰的一端流至該第一線圈繞組及該第二線圈繞組的另一端時，該第一線圈繞組與該第二線圈繞組形成一共模電感。
8. 如請求項1所述之混成式電感裝置，其中該些線圈繞組中的一第一線圈繞組及一第二線圈繞組分別繞製於該些繞組區中未相鄰的一第一繞組區及一第二繞組區，其中該第一線圈繞組與該第二線圈繞組具有同一該繞製方向，在該第一線圈繞組及該第二線圈繞組分別經由一電流而產生同一磁場方向時，該第一線圈繞組與該第二線圈繞組形成一差模電感。
9. 如請求項1所述之混成式電感裝置，其中該些線圈繞組中的一第一線圈繞組及一第二線圈繞組分別繞製於該些繞組區中相鄰的一第一繞組區及一第二繞組區，該第一線圈繞組及該第二線圈繞組之間相鄰的一端相互耦接，在一電流經由該第一線圈繞組的另一端流至該第二線圈繞組的另一端時，該第一線圈繞組與該第二線圈繞組形成一無感電阻。
10. 如請求項7至9中任一項所述之混成式電感裝置，其中該電流為一直流電流。

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