基于永磁預偏磁技術的差共模集成電感的制作方法
本實用新型涉及一種電感，尤其涉及一種基于永磁預偏磁技術的差共模集成電感。
背景技術：
在開關電源中，傳統的濾波電路中，通常分別設置共模電感和差模電感，以抑制共模干擾和差模干擾，這種電感分立結構體積大，占用空間較多；目前，在該技術領域中，發展出了將差共模濾波電感集成在同一磁芯的技術。例如圖1A為MOTOROLA公司開發的集成濾波電感的結構圖。其磁芯包括一個E形磁芯101和I形磁芯102，兩線圈103和104繞在I形磁芯上。圖中箭頭所指的磁通ΦDM和ΦCM分別為差模信號磁通和共模信號磁通。調節E形磁芯101三個磁主上的氣隙便可調整差模和共模電感值。但這種磁芯結構是利用差模漏感來對差模干擾信號進行濾波，差模電感值較小，另外，由于共模信號磁通路徑上的氣隙實際上不可能完全為零，同時差模磁通ΦDM和共模磁通ΦCM的路徑在磁心的整個外圍部分重合，差模磁通會使得磁芯的有效磁導率下降，勢必影響到共模電感值，電感的直流偏置特性較差。
圖1B所示的電感，包括線圈105、線圈中的氣隙106、線圈中至少有一個氣隙的磁芯106、共同構成氣隙107的局部旁路軟磁體108、軟磁墊片109和永磁體110，可見，圖1B所示的電感具有永磁體，可以提高單個電感的直流偏置特性，但是其為單個線圈的單電感，無法同時對差模信號和共模信號進行濾波。
技術實現要素：
為了克服現有技術中濾波電感體積大、成本高以及直流偏置特性差等問題，本實用新型提供了一種基于永磁預偏磁技術的差共模集成電感。
本實用新型實現上述目的的差共模集成電感包括至少一個第一磁芯，至少一個第二磁芯和兩個線圈，所述兩個線圈繞在至少一個第一磁芯或至少一個第二磁芯的相應位置，所述至少一個第一磁芯與所述至少一個第二磁芯配置構成共模磁路和差模磁路，所述至少一個第一磁芯與所述至少一個第二磁芯之間形成至少一個氣隙，其特征在于，還包括至少一個第三磁芯，所述第三磁芯包含永磁體，所述永磁體磁路與所述至少一個氣隙磁路并聯。
進一步地，所述至少一個第一磁芯為E形磁芯，所述至少一個第二磁芯為I形磁芯，所述至少一個第三磁芯為U形磁芯。
進一步地，所述U形磁芯具有一底柱及從底柱延伸出兩側的邊柱，所述永磁體位于所述底柱上或所述邊柱上，相應地，所述U形磁芯的其余部分為軟磁體。
進一步地，所述差共模集成電感，包括兩個所述E形磁芯、一個所述I形磁芯及所述兩線圈；所述每個E形磁芯包括一底柱，從底柱上延伸出兩側的邊柱以及中間的中柱；所述每個E形磁芯的中柱長度大于兩側邊柱的長度；所述兩個E形磁芯開口相對設置，I形磁芯置于兩個所述E形磁芯之間且與兩中柱垂直相接，形成所述I形磁芯與所述每個E形磁芯兩側的邊柱之間的氣隙；所述兩線圈分別繞置于所述兩個E形磁芯中柱上，或分別繞置于I形磁芯兩端，并分別位于兩個E形磁芯相對的邊柱和中柱之間；還包括兩個所述U形磁芯，所述每個U形磁芯的兩個邊柱分別與所述兩個E形磁芯相對置的邊柱垂直相接，使得所述每個永磁體磁路與附近所述氣隙磁路并聯。
進一步地，所述差共模集成電感，包括兩個所述E形磁芯、兩個所述I形磁芯及所述兩線圈；所述每個E形磁芯包括一底柱，從底柱上延伸出兩側的邊柱以及中間的中柱，所述兩線圈分別繞置于所述兩個E形磁芯的中柱上；所述兩個E形磁芯開口相對設置，E形磁芯兩側的邊柱對接成一體，所述每個E形磁芯的中柱長度小于兩側邊柱的長度，邊柱對接后形成中柱之間的氣隙；所述兩個I形磁芯置于兩個E形磁芯之間且一端分別與所述兩個E形磁芯兩側邊柱對接處垂直相接，所述兩個I形磁芯另一端與所述兩個E形磁性的中柱之間形成十字形氣隙；還包括兩個所述U形磁芯，所述每個U形磁芯的兩個邊柱分別與所述兩個E形磁芯中柱垂直相接，使得所述永磁體磁路與所述中柱之間的氣隙磁路并聯。
進一步地，所述的差共模集成電感，包括一個所述E形磁芯、兩個所述I形磁芯及所述兩線圈；所述E形磁芯包括一底柱，從底柱上延伸出兩側的邊柱以及中間的中柱，所述兩線圈分別繞置于所述兩個E形磁芯的邊柱上；所述E形磁芯的中柱大于兩側邊柱的長度；所述兩個I形磁芯一端分別與所述E形磁芯的兩側邊柱垂直相接，另一端分別和所述E形磁芯的中柱頂端形成氣隙；還包括一個所述U形磁芯，所述U形磁芯的兩個邊柱分別與所述兩個I形磁芯的另一端垂直相接，使得所述永磁體磁路與所述氣隙磁路并聯。
進一步地，所述永磁體的長度大于所述氣隙長度。
進一步地，所述永磁體為燒結型釹鐵硼。
進一步地，所述永磁體的形狀為矩形。
進一步地，所述兩線圈為銅線、銅箔、鋁線或鋁箔中的任一種。
本實用新型的有益效果為，所述永磁體產生的磁通與通過所述兩線圈的直流電流產生的磁通方向相反，即所述永磁體產生共模磁通與電流通過所述兩線圈時在磁芯中產生的共模磁通方向相反構成反向預偏磁，所述永磁體產生的差模磁通與電流流過所述兩線圈時在磁芯中產生的差模磁通方向相反構成反向預偏磁，從而提升所述差共模集成電感的直流偏置特性。
綜上，本實用新型所涉及的差共模集成電感不僅實現了差模和共模濾波電感的集成，同時引入了永磁體，利用了永磁體預偏磁特性，使得電感具有體積小，成本低，直流偏置特性好等優勢。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1A是現有技術中一種集成濾波電感結構示意圖。
圖1B是現有技術中一種含有永磁體的單電感圖。
圖2A是本實用新型的一種差共模集成電感的第一實施例的結構示意圖。
圖2B為電感元件施加偏磁前的包含磁通密度增量ΔB的磁通密度B-磁場強度H特性圖。
圖2C為電感元件加偏磁后包含磁通密度增量ΔB的磁通密度B-磁場H特性圖。
圖2D為以電感與電流的關系表示的由偏磁引起的直流疊加電感特性(變化)圖。
圖2E是本實用新型的一種差共模集成電感的第二實施例的結構示意圖。
圖2F是本實用新型的一種差共模集成電感的第三實施例的結構示意圖。
圖3A、3B是本實用新型的一種差共模集成電感的第四實施例的斜視圖、側視圖。
圖4是本實用新型的一種差共模集成電感的第五實施例的結構示意圖。
具體實施方式
實施例一
如圖2A所示的實施例，本實用新型的差共模集成電感，包括兩個E形磁芯201和202、一個I形磁芯203、兩個U形磁芯204和205，以及兩線圈206和207。所述E形磁芯201和202大小相同。所述E形磁芯201包括一底柱221，從底柱上延伸出兩側的邊柱222以及中間的中柱223，所述E形磁芯201的中柱223的長度大于兩側邊柱222的長度；所述E形磁芯202包括一底柱231，從底柱上延伸出兩側的邊柱232以及中間的中柱233，所述E形磁芯202的中柱233的長度大于兩側邊柱232的長度；所述兩線圈206和207分別繞置于所述兩個E形磁芯201和202的中柱223和233上；所述E形磁芯201和202開口相對設置，所述I形磁芯203置于所述兩個E形磁芯201和202之間且與所述兩中柱223和233垂直相接，所述I形磁芯203與所述邊柱222和232分別形成氣隙210、211、212和213；所述兩個U形磁芯204和205大小相同，分別包括一底柱241、251，以及從底柱延伸出兩側的邊柱242、252,所述U形磁芯204、205的的底柱241、251含有永磁體208、209，除永磁體外，U形磁芯204、205的其它部分為軟磁體，所述U形磁芯204、205的邊柱242、252分別與所述兩個E形磁芯201和202相對置的邊柱222和232垂直相接；所述永磁體208磁路與所述氣隙212和213所在磁路并聯，所述永磁體209磁路與所述氣隙210和211磁路并聯。
圖2A同時示出了差模磁通ΦDM的路徑和共模磁通ΦCM的路徑，其將共模電感和差模電感集成在一起，提高了元器件的功率密度。
在本實施例中，優選地，所述永磁體的長度大于所述氣隙總長度。
在本實施例中，優選地，所述永磁體為燒結型釹鐵硼。
在本實施例中，優選地，所述永磁體的形狀為矩形。
在本實施例中，優選地，所述線圈為銅線、銅箔、鋁線或鋁箔中的任一種。
圖2B至圖2D示出了永磁體預偏磁對B-H曲線的影響以至于對電感直流偏置特性的影響。
據圖2B和2C，使用永磁體對磁芯預偏磁前后，磁通密度增量ΔB從B-H特性圖第一象限擴展到第三象限形成新的磁通密度增量ΔB'，可見磁通密度增量大大增加,由于工作功率與磁通密度增量的平方成正比，當磁通密度增大時，工作功率可以大大增加，從而大幅提高電感的直流偏置能力，如圖2D，虛線為預偏磁前電感的直流偏置特性，實線為預偏磁后電感的直流偏置特性，可見通過預偏磁，電感的直流偏置能力大大提升。而磁通密度增量與電感線圈匝數成反比，如果維持電感直流偏置特性不變，磁通密度增量的增加，使得電感線圈匝數減少，從而降低電感損耗，實現電感小型化及減小電感重量。
如圖2A所示的實施例，不僅將共模電感和差模電感集成在一起，同時由于引入了永磁體，應用永磁材料的預偏磁抵消電感的直流電流偏磁，從而提高電感的直流偏置能力，如果保持引入永磁偏磁前后電感的直流偏置特性不變，則引入永磁偏磁后，電感體積得以減小，成本得以降低。
實施例二
如圖2E所示的實施例，本實用新型的差共模集成電感，與圖2A所示的差共模集成電感相比，兩個U形磁芯的構成不同。如圖2E所示，兩個U形磁芯204和205，每個U形磁芯的兩個邊柱242、252為永磁體，底柱241、251為軟磁體。
實施例三
如圖2F所示的實施例，本實用新型的差共模集成電感，與圖2E所示的差共模集成電感相比，區別在于線圈206和207位置不同，圖2B中，線圈206和207分別繞于兩個E形磁芯的中柱上，而圖2F中，線圈206和207分別繞于I形磁芯的兩端，并分別位于兩個E形磁芯相對的邊柱和中柱之間。
圖2F所示的差共模集成電感，所述兩個U形磁芯的構成可以是底柱含有永磁體，其余部分為軟磁體。
實施例四
如圖3A、3B所示的實施例，本實用新型的差共模集成電感，包括兩個E形磁芯301和302、兩個I形磁芯303和304、兩個U形磁芯305和306，以及兩線圈309和310。所述E形磁芯301和302大小相同。所述E形磁芯301包括一底柱321，從底柱上延伸出兩側的邊柱322以及中間的中柱323，所述E形磁芯301的中柱323的長度小于兩側邊柱322的長度；所述E形磁芯302包括一底柱331，從底柱上延伸出兩側的邊柱332以及中間的中柱333，所述E形磁芯302的中柱333的長度小于兩側邊柱332的長度；所述線圈309和310分別繞置于所述E形磁芯301和302的中柱323和333上；所述E形磁芯301和302開口相對設置，所述E形磁芯301和302兩側的邊柱322和332對接成一體，所述邊柱322和332對接后形成所述中柱323和333之間的氣隙311；所述I形磁芯303和304置于所述E形磁芯301和302之間且一端分別與所述兩側邊柱322和332對接處垂直相接；所述I形磁芯303、304的另一端與所述E形磁性301、302的中柱323、333之間形成十字形氣隙；所述兩個U形磁芯305和306大小相同，分別包括一底柱307、308，以及從底柱延伸出兩側的邊柱341、342,所述U形磁芯305、306的的底柱307、308含有永磁體，除永磁體外，U形磁芯305、306的其它部分為軟磁體，所述U形磁芯305和306的邊柱341和342分別與所述E形磁芯301和302的中柱323和333垂直相接，使得所述永磁體磁路與所述氣隙311磁路并聯。
圖3A、3B所示的差共模集成電感，所述兩個U形磁芯的構成可以是兩側邊柱為永磁體，底柱為軟磁體。
在本實施例中，優選地，所述永磁體的長度大于所述兩個中柱之間的氣隙長度。
在本實施例中，優選地，所述永磁體為燒結型釹鐵硼。
在本實施例中，優選地，所述永磁體的形狀為矩形。
在本實施例中，優選地，所述線圈為銅線、銅箔、鋁線或鋁箔中的任一種。
如圖3A、3B所示的實施例，不僅將共模電感和差模電感集成在一起，同時由于引入了永磁體，應用永磁材料的預偏磁抵消電感的直流電流偏磁，從而提高電感的直流偏置能力，如果保持引入永磁偏磁前后電感的直流偏置特性不變，則引入永磁偏磁后，電感體積得以減小，成本得以降低。
實施例五
如圖4所示的實施，本實用新型的差共模集成電感，包括一個E形磁芯401、兩個I形磁芯402和403、一個U形磁芯404及兩線圈405和406。所述E形磁芯401包括一底柱410，從所述底柱410上延伸出兩側的邊柱411以及中間的中柱412；所述兩線圈405和406分別繞置于所述E形磁芯401的所述兩側邊柱411上；所述E形磁芯401的中柱412大于兩側邊柱411的長度；所述兩個I形磁芯402和403一端分別與所述E形磁芯401的所述兩側邊柱411垂直相接，另一端分別和所述E形磁芯401的所述中柱412頂端形成氣隙408和409；所述U形磁芯404包括一底柱421以及從底柱延伸出兩側的邊柱422,所述U形磁芯404的所述底柱421含有永磁體407，除永磁體外，U形磁芯404的其它部分為軟磁體，所述U形磁芯404的兩個邊柱422分別與所述兩個I形磁芯402和403的另一端垂直相接，使得所述永磁體407磁路與所述氣隙408和409磁路并聯。
圖4所示的差共模集成電感，所述兩個U形磁芯的構成可以是兩側邊柱為永磁體，底柱為軟磁體。
在本實施例中，優選地，所述永磁體的長度大于所述氣隙總長度。
在本實施例中，優選地，所述永磁體為燒結型釹鐵硼。
在本實施例中，優選地，所述永磁體的形狀為矩形。
在本實施例中，優選地，所述線圈為銅線、銅箔、鋁線或鋁箔中的任一種。
如圖4所示的實施例，不僅將共模電感和差模電感集成在一起，同時由于引入了永磁體，應用永磁材料的預偏磁抵消電感的直流電流偏磁，從而提高電感的直流偏置能力，如果保持引入永磁偏磁前后電感的直流偏置特性不變，則引入永磁偏磁后，電感體積得以減小，成本得以降低。
上面詳細描述了本實用新型的具體實施例。但應當理解，本實用新型的實施方式并不僅限于這些實施例，這些實施例的描述僅用于幫助理解本實用新型的精神。在本實用新型所揭示的精神下，對本實用新型所作的各種變化，都應包含在本實用新型的范圍內。本實用新型的專利保護范圍應當由所附的權利要求書來限定。
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