CN202905391U - 一种共模电感 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种共模电感，包括设有线圈的磁芯，磁芯由至少两个单磁芯并联组成，其中至少有两个单磁芯采用不相同的导磁材料制成。构成单磁芯的导磁材料为非晶、纳米晶合金、锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯和坡莫合金中的任意至少两种。这样通过采用两个由不同导磁材料构成的单磁芯并联构成磁芯，并在并联后的磁芯上绕制线圈，所形成的共模电感在感量、带宽方面大于任何单一材质的磁芯所构成的相同匝数的共模电感的感量和带宽，因此能同时抑制高低频的电磁干扰，达到预期的抗电磁干扰效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子技术领域，更具体地说，涉及一种共模电感。
背景技术
随着电力电子和信息技术的发展和产品广泛应用，电磁干扰（Electro-Magnetic Interference，EMI）的问题日益严峻。例如计算机内部的主板上混合了各种高频电路、数字电路和模拟电路，它们工作时会产生大量高频电磁波互相干扰。电磁干扰还会通过主板布线或外接线缆向外发射，造成电磁辐射污染，不但影响其他的电子设备正常工作，还对人体有害。
为了消除电子电路信号线上输入的干扰信号及感应的各种干扰，必须合理设计滤波电路来抑制共模和差模的干扰，共模电感就是滤波电路中的一个组成部分。共模电感实质上是一个双向滤波器：一方面要滤除信号线上共模电磁干扰，另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。在数学模型中，理想的共模电感可以在全频段具有较高的阻抗。在实际应用中，由于共模电感磁芯材料的磁导率随频率下降的特性，导致共模电感只在有限的频段内呈现电感性，而不能同时抑制高低频的电磁干扰，因此无法达到预期的抗电磁干扰效果。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种在相同匝数下感量更高、具有电感性的频带更宽的共模电感。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种共模电感，包括设有线圈的磁芯，其中，所述磁芯由至少两个单磁芯并联组成，其中至少有两个所述单磁芯采用不相同的导磁材料制成。
本实用新型所述的共模电感，其中，构成所述单磁芯的导磁材料为非晶、纳米晶合金、锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯和坡莫合金中的任意至少两种。
本实用新型所述的共模电感，其中，所述磁芯包括两个所述单磁芯。
本实用新型所述的共模电感，其中，两个所述单磁芯分别采用非晶和镍锌铁氧体制成。
本实用新型所述的共模电感，其中，两个所述单磁芯分别采用非晶和锰锌铁氧体制成。
本实用新型所述的共模电感，其中，所述磁芯包括三个所述单磁芯。
本实用新型所述的共模电感，其中，三个所述单磁芯分别采用非晶、镍锌铁氧体和锰锌铁氧体制成。
本实用新型所述的共模电感，其中，所述线圈采用顺序绕线方式绕制。
本实用新型所述的共模电感，其中，至少两个所述单磁芯均为圆环形或方形；
在所述单磁芯为圆环形时，其中任意两个所述单磁芯的内径差值和外径差值分别小于5mm；
在所述单磁芯为方形时，其中任意两个所述单磁芯的***长度差值、***宽度差值、内孔长度差值和内孔宽度差值分别小于5mm。
本实用新型所述的共模电感，其中，至少两个所述单磁芯采用粘接或捆扎方式并联连接。
本实用新型所述的共模电感，其中，至少两个所述单磁芯并联是指：各个单磁芯的磁路相互平行。
本实用新型的有益效果在于：通过采用两个或多个由不同导磁材料构成的单磁芯并联构成磁芯，并在并联后的磁芯上绕制线圈，所形成的共模电感在感量、带宽方面大于任何单一材质的磁芯所构成的相同匝数的共模电感的感量和带宽，因此能同时抑制高低频的电磁干扰，达到预期的抗电磁干扰效果。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型较佳实施例的共模电感正视图；
图2是本实用新型较佳实施例的具有两个单磁芯的共模电感俯视图；
图3是本实用新型较佳实施例的具有三个单磁芯的共模电感俯视图；
图4是单一非晶材质、单一锰锌铁氧体材质的共模电感与本实用新型较佳实施例的共模电感感量测试数据对比结果。
具体实施方式
本实用新型较佳实施例的共模电感如图1和图2所示，包括设有线圈20的磁芯10，其中，磁芯10由至少两个单磁芯并联组成（图2所示为两个单磁芯并联的示意图，其包括：第一单磁芯11和第二单磁芯12），其中至少有两个单磁芯采用不相同的导磁材料制成（在本实施中，第一单磁芯11和第二单磁芯12分别由不同的导磁材料制成）。这样所形成的共模电感在感量、带宽方面大于任何单一材质磁芯所构成的相同匝数的共模电感的感量和带宽，因此能同时抑制高低频的电磁干扰，达到预期的抗电磁干扰效果。具体原理分析如下。
单个磁芯共模电感的电感量理论计算公式为：
L＝N2*u0*ur*Ae/le （1），
上述式（1）中，L表示电感量，N表示线圈匝数，u0表示真空磁导率，ur表示磁芯相对磁导率，Ae表示磁芯截面积，le表示磁路长度。其中，由于ur随频率增大而衰减，所以ur是频率f的函数，可以表示为ur(f)。所以单个磁芯共模电感的感量L也是频率f的函数，可以用以下公式（2）表示：
L(f)＝N2*u0*ur(f)*Ae/le （2）。
本实施例中，由于将两个采用不同导磁材料构成的单磁芯并联组成磁芯，电感量L总(f)是2个单磁芯L(f)的代数和，可以用以下公式（3）表示：
L总(f)=L1(f)+L2(f) （3）。
由上述分析可以看出，本实施例中的共模电感在感量、带宽方面大于任何单一材质磁芯所构成的相同匝数的共模电感的感量和带宽，其感量更高，频带更宽。
上述实施例中，两个或多个单磁芯并联是指，各个并联的单磁芯的磁路是相互平行的。例如，对于两个或多个环形的单磁芯来说，其中轴线是在同一直线上的，各个单磁芯中的环形磁路是平行的；对于两个或多个方形的单磁芯来说，其长边和宽边分别平行设置并紧挨在一起，各个单磁芯中的方形磁路是平行的。
优选地，上述实施例中，构成至少两个单磁芯的材料为非晶、纳米晶合金、锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯和坡莫合金等导磁材料中的任意至少两种。
在进一步的实施例中，如图1和图2所示，磁芯包括两个并联的单磁芯。优选地，两个单磁芯分别为采用非晶构成的单磁芯和采用锰锌铁氧体构成的单磁芯。经测试，采用这两种材质的单磁芯并联后形成的磁芯所对应的共模电感能抑制的干扰频段为：10～400kHz和10～40MHz。可以解决低频传导电流发射和传导发射问题，对辐射发射也有一定的作用，尤其在军标、NEBS认证方面效果更为突出。
如图2所示，下面以具有采用非晶构成的第一单磁芯11和采用锰锌铁氧体构成的第二单磁芯12并联形成的磁芯的共模电感为例，与相同匝数的非晶共模电感和锰锌铁氧体共模电感的感量和带宽进行对比试验。其中，试验采用的第一单磁芯11尺寸为：50mm*25mm*20mm，第二单磁芯12尺寸为：48mm*27mm*18mm，所构成并联磁芯上设置有两个绕组，每个绕组9匝线圈，使用Agilent E4980A LCR测试仪测试电感量，并与相同匝数的非晶共模电感和锰锌铁氧体共模电感的电感量进行对比。对比数据曲线如图4所示，从图4中可以看出，在10kHz～400kHz频段内，本实施例的共模电感比传统共模电感具有更高的感量和带宽。
而在EMC领域的许多国际标准中，都要求低频发射测试，涵盖了10kHz（甚至更低）到150kHz这个频段，例如国军标和美军标中的RE101/RE102/CE101/CE102，以及北美NEBS体系中GR-1089-CORE电流发射的要求；同时这些标准还要求产品通过150kHz～30MHz传导发射测试。一般电子电气类产品在10～400kHz频段电磁兼容性(Electro MagneticCompatibility，EMC)问题严重，其中EMC包括两个方面：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。使用单级共模电感的滤波器很难通过EMC认证，使用多级共模电感的滤波器又使得成本难以承受。所以从性能上看，上述实施例在10～400kHz的频率特性优于单一材质磁芯构成的共模电感，且其成本和体积又小于多个共模电感，因此其在获得产品EMC认证方面具有很大的优势。
或者，两个单磁芯分别采用镍锌铁氧体和锰锌铁氧体构成。经测试，采用这两种材质的单磁芯并联后形成的磁芯所对应的共模电感能抑制的干扰频段为：100～400kHz和10～300MHz，可以用于解决传导发射和辐射发射问题，在进行民用电气产品的CE、CCC、C-tick等EMC认证方面有利。
需要说明的是，在本发明中各单磁芯所采用的材料可以根据其具体的性能要求和应用环境选择合适的材料，不能以上述实施例中所列举的具体导磁材料限定本实用新型的保护范围。
在进一步的实施例中，如图3所示，磁芯10包括三个并联的单磁芯。优选地，三个单磁芯分别采用非晶、镍锌铁氧体和锰锌铁氧体制成。经测试，采用这三种材质的单磁芯并联后形成的磁芯所对应的共模电感能抑制的干扰频段为：10kHz～300MHz。由于使用了3个单磁芯，其频带宽度更广，可以应用于各类产品的EMC方案，但在体积和工艺复杂性方面劣于上述具有两个单磁芯的实施例。
可以理解，上面所列举的采用两个和三个单磁芯的磁芯构成方式仅用于解释说明，而不用于限制本方案，还可以在此基础上得到更多的构成方式，在此不一一列举。
上述各实施例中，磁芯10上的线圈20绕制方式可以是：顺序绕线方式、步进绕线方式和重叠绕线方式中的任一种。其中，顺序绕线是指：绕组沿磁芯内外侧呈单层螺旋分布，螺旋方向不改变，入线端和出线端分布在绕组两端。步进绕线是指：绕组在磁芯外侧单层分布，在磁芯内侧从第2匝开始每向前绕一匝则向回叠绕一匝，保证入线端和出线端距离较远。重叠绕线是指：绕组在磁芯外侧单层分布，在磁芯内侧先顺序绕制第一层，然后改变螺旋方向向回绕制第二层。
由于绕组的线匝之间存在匝间电容，绕组的入线端和出线端距离越近匝间电容越大，匝间电容越大则电感的频带宽度越小。所以要获得比较宽的频率特性，就要使绕组的两端尽量远离，而顺序绕法是最佳方式，如果绕组的螺旋跨度超过半个磁环内侧周长就可以使用步进绕法，重叠绕法的工艺比步进绕法简单，但是匝间电容大于顺序、步进绕法。因此，上述各实施例中，优选采用顺序绕线方式。
上述各实施例中，如图1所示，至少两个单磁芯均为圆环形，或者均为方形（未图示）。优选地，在单磁芯为圆环形时，其中任意两个单磁芯的内径差值和外径差值分别小于5mm，高度可以相等也可以不相等；在单磁芯为方形时，其中任意两个单磁芯的***长度差值、***宽度差值、内孔长度差值和内孔宽度差值分别小于5mm，高度可以相等也可以不相等。其中，单磁芯的尺寸包含了漆、保护壳等部分的尺寸。
上述各实施例中，构成上述磁芯10的两个单磁芯采用粘接方式并联连接，或采用捆扎方式并联连接。在磁芯10上设置有至少两个线圈20绕组，且每个绕组由一根导线构成，或由多根导线并联构成。
上述各实施例中，共模电感可以为立式电感或卧式电感。优选地，立式电感如图1和图2所示，磁芯10和线圈20固定于同一支架30上，在支架30上设置有与线圈20电连接的管脚40。
综上所述，本实用新型通过采用至少两个由不同导磁材料构成的单磁芯并联构成磁芯10，并在并联后的磁芯10上绕制线圈20，所形成的共模电感在感量、带宽方面大于任何单一材质磁芯所构成的相同匝数的共模电感的感量和带宽，因此能同时抑制高低频的电磁干扰，达到预期的抗电磁干扰效果。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种共模电感，包括设有线圈的磁芯，其特征在于，所述磁芯由至少两个单磁芯并联组成，其中至少有两个所述单磁芯采用不相同的导磁材料制成。
2.根据权利要求1所述的共模电感，其特征在于，所述磁芯包括两个所述单磁芯。
3.根据权利要求2所述的共模电感，其特征在于，两个所述单磁芯分别采用非晶和镍锌铁氧体制成。
4.根据权利要求2所述的共模电感，其特征在于，两个所述单磁芯分别采用非晶和锰锌铁氧体制成。
5.根据权利要求1所述的共模电感，其特征在于，所述磁芯包括三个所述单磁芯。
6.根据权利要求5所述的共模电感，其特征在于，三个所述单磁芯分别采用非晶、镍锌铁氧体和锰锌铁氧体制成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的共模电感，其特征在于，所述线圈采用顺序绕线方式绕制。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的共模电感，其特征在于，至少两个所述单磁芯均为圆环形或方形；
在所述单磁芯为圆环形时，其中任意两个所述单磁芯的内径差值和外径差值分别小于5mm；
在所述单磁芯为方形时，其中任意两个所述单磁芯的***长度差值、***宽度差值、内孔长度差值和内孔宽度差值分别小于5mm。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的共模电感，其特征在于，至少两个所述单磁芯采用粘接或捆扎方式并联连接。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的共模电感，其特征在于，至少两个所述单磁芯并联是指：各个单磁芯的磁路相互平行。
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