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CN106486261A - 集成emi电感和低频滤波电感的器件 - Google Patents

集成emi电感和低频滤波电感的器件 Download PDF

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CN106486261A
CN106486261A CN201510551929.8A CN201510551929A CN106486261A CN 106486261 A CN106486261 A CN 106486261A CN 201510551929 A CN201510551929 A CN 201510551929A CN 106486261 A CN106486261 A CN 106486261A
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庄凯
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Abstract

本发明提供了一种集成EMI电感和低频滤波电感的器件，所述器件包含：集成磁芯、骨架、第一线圈和第二线圈；所述集成磁芯包含：第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯为低磁导率磁芯，所述第二磁芯为高磁导率磁芯，所述第一磁芯与所述第二磁芯叠合构成集成磁芯；所述第一线圈和所述第二线圈分别绕制于所述集成磁芯上形成磁通回路，所述骨架用于固定所述集成磁芯。以此，通过将两种不同材质的磁芯，共用骨架和线圈，实现两种电感的集成，从而减小总体积，降低总的成本,提高可用性。该发明可以使变换器输入端通过EMI标准和谐波电流标准的测试。

Description

集成EMI电感和低频滤波电感的器件
技术领域
本发明涉及磁集成技术领域，尤指一种集成EMI电感和低频滤波电感的器件。
背景技术
以往技术的差模和共模电感集成结构如图1所示，该电感由一个高磁导率铁氧体磁环，以及在磁环中间添加一块同材质的铁氧体磁桥。在磁桥两边的磁环上，按照图1所示绕制两个线圈。当共模电流流过两个线圈时，由此产生的共模磁通方向相同，沿圆环方向。磁通与两个线圈交链，抑制共模电流。当差模电流流过线圈时，两个线圈产生的磁通方向相反，经过中间磁桥构成回路，抑制差模电流。以往电路磁芯采用单一材料的高磁导率铁氧体，仅对高频EMI干扰信号有抑制作用，但是对于低频谐波电流，无抑制作用，不能使电路通过如IEC61000-3-2的电流谐波标准。
发明内容
本发明目的在于提供了一种将EMI滤波电感与低频滤波电感集成的新型电感器件，实现两种电感的集成且通过IEC61000-3-2等电流谐波标准。
为达上述目的，本发明所提供的集成EMI电感和低频滤波电感的器件，具体包含：集成磁芯、骨架、第一线圈和第二线圈；所述集成磁芯包含：第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯为低磁导率磁芯，所述第二磁芯为高磁导率磁芯，所述第一磁芯与所述第二磁芯叠合构成集成磁芯；所述第一线圈和所述第二线圈分别绕制于所述集成磁芯上形成磁通回路；所述骨架用于固定所述集成磁芯。
在上述集成EMI电感和低频滤波电感的器件中，优选的还包含：所述第一线圈绕制于所述集成磁芯一侧的边柱上，所述第二线圈绕制于所述集成磁芯另一侧的边柱上；或所述第一线圈绕制于所述集成磁芯一侧的底柱上，所述第二线圈绕制于所述集成磁芯另一侧的底柱上。
在上述集成EMI电感和低频滤波电感的器件中，优选的还包含：所述第一磁芯为铁粉芯，铁硅或铁硅铝等低磁导率磁性材料(通常磁导率低于1000)
在上述集成EMI电感和低频滤波电感的器件中，优选的还包含：所述第二磁芯为铁氧体，非晶等高磁导率磁性材料(通常磁导率大于1000)。
在上述集成EMI电感和低频滤波电感的器件中，优选的还包含：所述第一磁芯为EI型磁芯，所述第二磁芯为UI型磁芯或所述第一磁芯为EE型磁芯，所述第二磁芯为UU型磁芯。
在上述集成EMI电感和低频滤波电感的器件中，优选的还包含：所述第一线圈和所述第二线圈通过骨架分别绕制于所述集成磁芯上形成磁通回路。
在上述集成EMI电感和低频滤波电感的器件中，优选的还包含：所述第一磁芯为倒日字形结构。
在上述集成EMI电感和低频滤波电感的器件中，优选的还包含：所述第二磁芯为口字形结构。
本发明的有益技术效果在于：通过将两种不同材质的磁芯，共用骨架和线圈，实现两种电感的集成，从而减小总体积，降低总的成本,提高可用性。该发明可以使变换器输入端通过EMI标准(例如CISPR 15)和谐波电流标准(例如IEC61000-3-2)的测试。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为现有技术中的差模共模电感集成结构；
图2为本发明一实施例所提供的集成EMI电感和低频滤波电感的器件结构图；
图3为本发明一实施例所提供的集成EMI电感和低频滤波电感的器件结构图；
图4A-图4B为本发明一实施例所提供的集成EMI电感和低频滤波电感的器件的EI型磁芯工作原理图；
图5A-图5B为本发明一实施例所提供的集成EMI电感和低频滤波电感的器件的UI型磁芯工作原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明所提供的集成EMI电感和低频滤波电感的器件，具体请参考图2所示，所述器件包含：集成磁芯、骨架、第一线圈和第二线圈；所述集成磁芯包含：第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯为低磁导率磁芯，所述第二磁芯为高磁导率磁芯，所述第一磁芯与所述第二磁芯叠合构成集成磁芯；所述第一线圈和所述第二线圈分别绕制于所述集成磁芯上形成磁通回路；所述骨架用于固定所述集成磁芯；其中，所述第一线圈和所述第二线圈通过骨架分别绕制于所述集成磁芯上形成磁通回路；该磁芯可由胶或胶带固定；骨架可以提高绕线效率，改善产品的绝缘性能。骨架可由塑料，电木或胶木等耐高温绝缘材料制成。
在上述集成EMI电感和低频滤波电感的器件中，所述第一线圈绕制于所述集成磁芯一侧的边柱上，所述第二线圈绕制于所述集成磁芯另一侧的边柱上；或所述第一线圈绕制于所述集成磁芯一侧的底柱上，所述第二线圈绕制于所述集成磁芯另一侧的底柱上。其中，所述第一磁芯为铁粉芯、铁硅或铁硅铝等低磁导率磁性材料；所述第一磁芯的磁导率低于1000，所述第二磁芯为铁氧体、非晶等高磁导率磁性材料；所述第二磁芯的磁导率大于1000。上述第一线圈和第二线圈可为铜或铝等导电金属材质的漆包线或绝缘线。
在上述实施例中，优选的还包含：所述第一磁芯为EI型磁芯，所述第二磁芯为UI型磁芯，或所述第一磁芯为EE型磁芯，所述第二磁芯为UU型磁芯，具体请参考图3所示。
在上述实施例中，优选的还包含：所述第一磁芯为倒日字形结构，所述第二磁芯为口字形结构。
在本发明所提供的集成EMI电感和低频滤波电感的器件中，流过该电感线圈的电流包括低频的差模电流id和高频的共模电流ic两部分。差模电流和共模电流在EI型磁芯中的磁路如图4A-图4B所示。差模电流产生的磁通流过中柱，分别形成一个磁通回路(如图4A所示)。共模电流流过的磁通环绕磁芯外沿构成回路(如图4B所示)。由于EI磁芯的磁导率远低于UI磁芯，因此其共模电流磁路的磁阻较大，通过EI型磁芯的共模电流磁通较少。以此，减小了共模信号在EI型磁芯上的高频损耗，改善了系统的整体效率。
在上述实施例中，所述差模电流和共模电流在UI磁芯中的磁路如图5A-图5B所示。差模电流产生的磁通大小相等，方向相反，从而相互抵消。以此避免了差模电流在UI磁芯中引起磁路饱和(如图5A所示)。共模电流流过的磁通沿环绕磁芯外沿构成回路(如图5B所示)。由于UI磁芯的磁导率远高于EI磁芯，因此其共模电流磁路的磁阻较小，通过UI磁芯的共模电流磁通较多。以此，消除了差模信号在UI磁芯上造成的损耗，并且避免了差模信号较强，引起UI磁芯饱和的问题。
本发明通过使用独立磁路工作方式，即差模和共模信号分别使用各自独自磁路，避免了现有技术中，混合磁路设计困难，无论是差模信号和共模信号的磁路都要经过两种磁芯材料，造成两个磁路相互耦合；在设计差模电感与共模电感时，要同时考虑第一磁芯材料和第二磁芯材料的设计，有时会造成设计上相互矛盾，甚至无法同时满足差模电感和共模电感的要求的问题。
在本发明中，差模信号的磁路仅经通过第二磁芯材料，不通过第一磁芯材料，以此，避免第一磁芯材料的饱和；共模信号的磁路仅通过第一磁芯材料，不通过第二磁芯材料，从而避免第二磁芯的高频损耗。
再者，由于差模和共模信号的磁路相互独立，因此本发明的设计方法更加简单，适合实际应用。本发明与分离的EMI电感和滤波电感比较，具有节省体积，节约元件成本，易于使用，提高工人生产效率的优点。与以往的设计比较，可以滤除低次谐波，帮助变换器通过电流谐波标准(如IEC61000-3-2标准)。
综上，本发明通过将两种不同材质的磁芯，共用骨架和线圈，实现两种电感的集成，从而减小总体积，降低总的成本,提高可用性。该发明可以使变换器输入端通过EMI标准(例如CISPR 15)和谐波电流标准(例如IEC61000-3-2标准)的测试。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集成EMI电感和低频滤波电感的器件，其特征在于，所述器件包含：集成磁芯、骨架、第一线圈和第二线圈；
所述集成磁芯包含：第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯为低磁导率磁芯，所述第二磁芯为高磁导率磁芯，所述第一磁芯与所述第二磁芯叠合构成集成磁芯；
所述第一线圈和所述第二线圈分别绕制于所述集成磁芯上形成磁通回路；
所述骨架用于固定所述集成磁芯。
2.根据权利要求1所述的集成EMI电感和低频滤波电感的器件，其特征在于，所述第一线圈绕制于所述集成磁芯一侧的边柱上，所述第二线圈绕制于所述集成磁芯另一侧的边柱上；或
所述第一线圈绕制于所述集成磁芯一侧的底柱上，所述第二线圈绕制于所述集成磁芯另一侧的底柱上。
3.根据权利要求1所述的集成EMI电感和低频滤波电感的器件，其特征在于，所述第一磁芯为铁粉芯，铁硅或铁硅铝的低磁导率磁性材料；所述第一磁芯的磁导率低于1000。
4.根据权利要求1所述的集成EMI电感和低频滤波电感的器件，其特征在于，所述第二磁芯为铁氧体，非晶的高磁导率磁性材料；所述第二磁芯的磁导率大于1000。
5.根据权利要求1所述的集成EMI电感和低频滤波电感的器件，其特征在于，所述第一磁芯为EI型磁芯，所述第二磁芯为UI型磁芯或所述第一磁芯为EE型磁芯，所述第二磁芯为UU型磁芯。
6.根据权利要求1所述的集成EMI电感和低频滤波电感的器件，其特征在于，所述第一线圈和所述第二线圈通过骨架分别绕制于所述集成磁芯上形成磁通回路。
7.根据权利要求1所述的集成EMI电感和低频滤波电感的器件，其特征在于，所述第一磁芯为倒日字形结构。
8.根据权利要求1所述的集成EMI电感和低频滤波电感的器件，其特征在于，所述第二磁芯为口字形结构。
9.根据权利要求1所述的集成EMI电感和低频滤波电感的器件，其特征在于，所述骨架由电木或塑料的耐高温绝缘材料构成。
10.根据权利要求1所述的集成EMI电感和低频滤波电感的器件，其特征在于，所述第一线圈和所述第二线圈为铜或铝的导电金属材质的漆包线或绝缘线。
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