CN212874227U - 一种差共模一体式电感器及emi滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种差共模一体式电感器及EMI滤波器，涉及差共模一体电感领域，其中差共模一体式电感器包括闭合磁芯，以及在所述闭合磁芯对称绕制的两个线圈绕组，其中闭合磁芯包括具有断开区域的第三导磁体并且断开区域内设置有填充导磁体，使相比于断开结构具有更高的漏感电感量，即具备更强的滤除差模干扰信号的能力,并且由于其导磁性能与第三导磁体不同，将可防止差模电感部分的磁芯磁化饱和，使差模干扰噪声可稳定地滤除。整体上可将一体电感器的差模电感量提升至两倍以上，并且使共差模电感一体设计于同一电感器上，减少滤波电感的数量，精简PCB电路，且电感器的结构简单而制备工序与传统相当。

Description

一种差共模一体式电感器及EMI滤波器

技术领域

本实用新型涉及差共模一体电感领域，具体为在抗磁饱和基础上有效提高抗差模噪声的电感量的一种差共模一体式电感器及EMI滤波器。

背景技术

电子设备的EMI(电磁干扰)杂波会窜入电网继而污染电网，同时电网中的 EMI杂波窜入电子设备，也可能会造成工作不稳定，因此对EMI限制成为设备规范。EMI按照波形特征可以分为共模干扰和差模干扰。其中共模干扰是一对传输线幅度和相位相近的干扰噪声信号；而差模干扰是一对传输线幅度相近但相位相反的干扰噪声信号，它与传输线的传输信号相叠混，一般无法区分。目前，共模电感器是在一个闭合磁芯上分别用漆包线绕制两个相同的线圈，用其产生的共模电感滤除或抑制电路中的共模噪声干扰；另外用一个单一线圈的电感器(俗称差模电感器)来滤除或抑制电路中的差模噪声干扰。在大多数抗EMI模块中，只使用共模滤波电感而将差模滤波电感省掉，很难取得很好的滤波效果，而同时两种电感都使用，又会使滤波电路成本较高，因此共模/差模一体化滤波电感器成为电子设备抗EMI器件应用的趋势。

现有技术中，共模/差模一体化滤波电感器主要是在闭合的磁芯上绕制两组线圈以滤除共模噪声，而在两组线圈设置开路电感量的差异以滤除差模噪声。闭合的磁芯可将工作信号所形成的磁通在两侧绕组中抵消，而共模噪声由于幅值和相位相近，其所形成的磁通将在磁芯中以热能形式消耗。在一些差共模一体式电感器方案中，将两绕组的匝数设置得不一致，以便获得较大的差模电感值，继而获得差共模一体化的效果。这些方案容易造成共模电感的磁芯趋向于饱和，当磁芯饱和时噪声信号无法通过磁化磁芯而消除，使共模电感失去效用。在另外一些差共模一体式电感器方案中，其两绕组的匝数相同，但通过改变磁芯的结构，使共模闭合的磁通的小部分导向返回到绕组当中，继而形成漏感，使两组线圈之间具有差模电感量。实现上述效果的方案中，磁芯结构的改变可以是平行于两绕组桥接于闭合的磁芯的另外的导磁体，利用该导磁体形成，但直接桥接磁芯容易导致磁饱和。在实现上述效果的另外的方案中，可桥接的导磁体上设置气隙，利用空气的导磁性能差，并通过调整气隙大小来调整电感器漏感的大小，而气隙的过大会使抗差模噪声的电感量降低，而气隙的过低又会使电感器磁芯易于发生磁饱和并失去抗EMI能力。

因此，共模/差模一体化滤波电感器提高抗差模噪声干扰性能却会使得磁芯易于饱和而失去抗共模噪声干扰性能之间具有难以解决的技术矛盾。

发明内容

本实用新型提供了一种差共模一体式电感器及EMI滤波器，可解决共模/差模一体化滤波电感器提高抗差模噪声干扰性能却会使得磁芯易于饱和而失去抗共模噪声干扰性能之间具有难以解决的技术矛盾，可实现有效提升漏感电感量，继而提升抗差模噪声性能，同时不容易产生磁饱和，确保抗EMI噪声的稳定性。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种差共模一体式电感器，包括闭合磁芯，以及在所述闭合磁芯对称绕制的两个线圈绕组；所述闭合磁芯包括分别设于线圈绕组之内的第一导磁体，在两所述第一导磁体的端部均形成导磁连接的两个第二导磁体，在两所述第二导磁体之间形成导磁连接的第三导磁体；所述第三导磁体设置有至少一个断开区域，所述断开区域内设置有填充导磁体，所述填充导磁体的所制材质不同于第三导磁体所制材质。

上述差共模一体式电感器，作为优选的，所述填充导磁体的所制材料的导磁率低于所述第三导磁体的导磁率。该方案有益效果在于：填充导磁体一方面提高了第三导磁体的整体导磁率，继而提高抗差模干扰电感量，另一方面具有稳定的饱和磁化强度。

上述差共模一体式电感器，作为优选的，所述填充导磁体所制成的材料为铁硅铝合金，或者铁硅合金，或者铁镍合金；所述填充导磁体由粉末或者片状的上述材质填充于断开区域形成。该方案有益效果在于：铁硅铝合金、铁硅合金和铁镍合金均具有较高的磁导性能，但磁饱和强度较高。粉末和片状的结构方法简单及适合批量。

上述差共模一体式电感器，作为优选的，所所述第三导磁体所制成的材料为锰锌铁氧体，或者镍锌铁氧体；所述第一导磁体、第二导磁体和第三导磁体由同一软磁材料一体成型制成。该方案有益效果在于：锰锌铁氧体和镍锌铁氧体具有极高的导磁性能，但磁饱和强度也较低，便于获得大感量的电感；所述闭合磁芯可通过磁粉胶粘模塑的方式，或者熔融模塑等一体加工成型。

上述差共模一体式电感器，进一步有，所述第三导磁体包括两个导磁分体，两导磁分体的一端分别导磁连接于第二导磁体，两导磁分体的另一端相对形成断开区域。该方案有益效果在于：可以较为简单的结构形成一个断开区域，且电感器的结构小巧，节省空间，便于加工。

上述差共模一体式电感器，作为优选的，所述第三导磁***于两所述第一导磁体的对称轴上。该方案有益效果在于：对称的结构，可使两个线圈绕组可获得相当的抗差模干扰噪声的性能。

上述差共模一体式电感器，作为优选的，所述第一导磁体和第二导磁体导磁连接成矩形，或者六边形，或者圆形，或者椭圆形的闭合框架结构。该方案有益效果在于：根据实际需要设置闭合形状的磁芯导磁结构，以便于形成一体式电感器的共模的电感部分。

上述差共模一体式电感器，作为优选的，两所述第一导磁体的截面相等，两所述第二导磁体的截面相等，所述第三导磁体的截面相等，所述填充导磁体的截面与第三导磁体的截面相等。该方案有益效果在于：两第一导磁体规格相同便于两个绕组形成相同的磁场；两第二导磁体规格相同，便于形成上下相同的环形闭合磁场；第三导磁体的截面相同，以及填充导磁体的截面，便于其所形成的漏感较为均匀。

上述差共模一体式电感器，作为优选的，两个所述线圈绕组的线径和绕制匝数均相同，所述线圈绕组的线圈端部分别电连接于引脚。该方案有益效果在于：便于一体式电感器中形成对称的共模部分电感，可抵消工作电流所产生的磁场，并降低一体式电感器对工作电流的消耗。

本实用新型还提供了一种EMI滤波器，作为优选地，所述滤波器包括电感器、电容和电阻串/并联组合成的抗电磁干扰滤波电路网络；所述电感器为上述差共模一体式电感器。

本实用新型中由两线圈绕组以及磁芯中可围合成闭合图形的第一导磁体和第二导磁体，形成一体电感器中的共模电感部分，可滤除共模干扰信号；同时，通过其中一侧线圈绕组以及磁芯中形成漏感电感量的第一导磁体、部分第二导磁体和第三导磁体，形成一体电感器中的差模电感部分，可滤除差模干扰信号，其中第三导磁体中设有断开区域，断开区域中设置了填充导磁体，填充导磁体在一方面上，相比于断开结构具有更高的漏感电感量，即具备更强的滤除差模干扰信号的能力；另一方面上，由于其导磁性能与第三导磁体不同，将可防止差模电感部分的磁芯磁化饱和，使差模干扰噪声可稳定地滤除。整体上可将一体电感器的差模电感量提升至两倍以上，并且使共差模电感一体设计于同一电感器上，减少滤波电感的数量，精简PCB电路，且电感器的结构简单而制备工序与传统相当。

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型的差共模一体式电感器的主视剖面结构示意图；

图2为本实用新型的闭合磁芯的立体结构示意图；

图3本实用新型的差共模一体式电感器的工作信号流入示意图；

图4为本实用新型的差共模一体式电感器的共模噪声流入示意图；

图5为本实用新型的差共模一体式电感器的差模噪声流入示意图。

附图标记：1、磁芯；11、第一导磁体；12、第二导磁体；13、第三导磁体； 131、导磁分体；14、填充导磁体；2、线圈绕组；21、左第一引脚；22、左第二引脚；23、右第二引脚；24、右第一引脚；3、底座。

具体实施方式

本实用新型的目的在于提供一种差共模一体式电感器及EMI滤波器，在共模/差模滤波的集成结构中，在防止磁芯1磁饱并进一步提升差模电感量。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参照图1至5所示，本实用新型实施例的一种差共模一体式电感器，包括闭合磁芯1，以及在闭合磁芯1对称绕制的两个线圈绕组2。其中闭合磁芯1结构包含形成共模电感和差模电感的两部分。具体地，该电感器包括分别左右两侧分布的两个线圈绕组2，左右的线圈绕组2内部均设有用于线圈通电所形成磁场导向的第一导磁体11；左右两侧第一导磁体11的上端部通过一个第二导磁体12 连接，左右两侧第一导磁体11下端通过另一个第二导磁体12连接，上下侧的第二导磁体12可使左右两个第一导磁体11的所形成磁场的闭环导通。由此线圈绕组2与围合成闭合结构的第一导磁体11及第二导磁体12构成了电感器的共模电感部分。上下两侧的第二导磁体12之间连接有第三导磁体13，其中第三导磁体 13设置有至少一个断开区域，断开区域内设置有填充导磁体14。由此线圈绕组 2与第三导磁体13和左右其中一侧的第一导磁体11及第二导磁体12构成了电感器的差模电感部分。其中,第三导磁体13的断开区域可降低因第三导磁体13 所导通的磁场强度，防止因差模噪声信号所产生的磁饱和,而由于在断开区域设置了填充导磁体14，且填充导磁体14所制材料的导磁率低于第三导磁体13的导磁率。在磁饱和性能在限定条件下,进一步增强第三导磁体13的导磁性能，继而使差模电感量提升。

参考图1的所述第三导磁体13方面，在本实施例中，第三导磁体13设置有一断开区域。第三导磁体13包括两个导磁分体131，两导磁分体131的一端分别导磁连接于第二导磁体12，两导磁分体131的另一端相对形成该断开区域，更具体地，第三导磁体13为柱状结构，并从柱状结构中部断开为两段并形成断面相对的断开区域，且断开区域设置有填充导磁体14；可以理解地，在其他实施例中，第三导磁体13可设置两个以上的断开区域，部分或者所有的断开区域均设置有填充导磁体14。在本实施例中，第三导磁体13位于两第一导磁体11的对称中轴上，该方案可节省电感器的布置空间；可以理解地，在其他实施例中，第三导磁体13可设置有两个并分别位于第一导磁体11的外侧，或者第三导磁体 13设置在两第一导磁体11所在平面之外。

参考图1和2的所述闭合磁芯1的整体方面，在本实施例中，第一导磁体 11和第二导磁体12导磁连接成矩形闭合框架结构，可以理解地，在其他实施例中，第一导磁体11和第二导磁体12还可连接六边形，或者圆形，或者椭圆形等形状。在本实施例中，参考图2，两第一导磁体11的截面相等，且第一导磁体 11为圆柱形，并可配合于管体形状的线圈绕组2内侧；两第二导磁体12的截面相等，且第二导磁体12的截面形状为矩形，宽度大于第一导磁体11的直径，以完全遮盖第一导磁体11的端部；第三导磁体13的截面相等，且第三导磁体13的截面形状为矩形，宽度不大于第二导磁体12的宽度；填充导磁体14截面与第三导磁体13的截面相等或相近。参考图1和2，本实施例中，第一导磁体11、第二导磁体12和第三导磁体13由同一软磁材料一体成型制成，具体是锰锌铁氧体经过模压等工艺成型；可以理解地，软磁材料还可以是镍锌铁氧体，或者铁硅铝合金粉末，或者铁硅合金粉末，或者铁镍合金粉末。一体成型的第一导磁体 11、第二导磁体12和第三导磁体13，并且在第三导磁体13的断开区域内设置了填充导磁体14后，再表面整体地涂覆有绝缘涂层，具体为环氧树脂涂层，以使干扰信号所生成磁场，并在磁芯内形成的电流，不会影响到磁芯之外。

参考图1和2在填充导磁体14方面，在本实施例中，所述填充导磁体14 为铁硅铝合金，更具体地有，填充导磁体14为铁硅铝合金片状结构，通过嵌装的方式安装在断开区域中，并夹在两个导磁分体131之间，其中。可以理解地，在其他实施例中，填充导磁体14所制备的材料还可以是铁硅合金或者铁镍合金；可以理解地，在其他实施例中，填充导磁体14的填充方式还可以是粉末状的铁硅铝合金，加入胶体调制成粘性材料，将其注入充满两个导磁分体131之间的断开区域之内，凝固后成型可起导磁作用。

参考图1，以及图3至5，在本实施例中，两个线圈绕组2的线径和绕制匝数均相同，线圈绕组2的线圈端部分别电连接于引脚。在一个方面地，本一体电感主要利用第三导磁体13和填充导磁体14产生漏感，形成差模电感量以起到过滤差模噪声信号的功能。在其他实施例中，可设置其中一线圈绕组2的线径和绕制匝数与另一线圈绕组2形成略微的差异，以进一步增加差模电感量。在本实施例中，两个线圈绕组2共设置有4个引脚，分别左侧线圈绕组2的左第一引脚 21和左第二引脚22；右侧线圈绕组2的右第一引脚24和右第二引脚23；其中，左第一引脚21和右第一引脚24分别连接于其线圈绕组2的下侧端，左第二引脚 22和右第二引脚23分别连接于其线圈绕组2的上侧端。

参考图3至5，是本实用新型实施例中的差共模一体式电感器处于工作中的状态。参考图3，差共模一体式电感器运行在工作电流I_e状态下，在左侧，I_e电流从左第一引脚21流入，从左第二引脚22流出，可相当于电流流入线；在右侧， I_e电流从右第二引脚23流入，从右第一引脚24流出，可相当于电流返回线。由于左右两侧的线圈绕组2的绕制方向相反，因此在磁芯1内形成φ_e，且φ_e的磁通大小相等而方向相反，如图中箭头所示，刚好相互抵消而不会使磁芯1饱和，且工作电流不会再磁芯1中消耗。参考图4，差共模一体式电感器工作电流Ie 中具有共模噪声信号I_com，在左侧，I_com电流从左第一引脚21流入，从左第二引脚22流出；在右侧，I_com电流也是从右第一引脚24流入，从右第二引脚23流出，因此在磁芯1内形成φ_com，且φ_com的磁通大小相等而方向相同，如图中箭头所示，使两线圈中的磁通是互相加强的，而且能被磁环以热能的形式而将共模噪声滤除掉。参考图5，差共模一体式电感器工作电流Ie中具有差模噪声信号I_dif，而I_dif电流从右第一引脚24流入，从右第二引脚23流出，由于I_dif相位相反可相当于在右侧的线圈绕组2(或者左侧的)形成，其在线圈绕组2所产生的磁场φ_dif将在第三导磁体13作用而使磁芯1形成的漏磁感而闭合磁场，并在磁芯1中以热能形式消耗而滤除。其中，第一导磁体11、第二导磁体12和第三导磁体13的是锰锌铁氧体,为高导磁率的材料,使一体式电感获得较大的共模电感量，但该材质的饱和磁化强度较低，而磁饱和后将不再对超范围的干扰信号进行滤除。但在形成漏磁感而滤除差模干扰信号的第三导磁体部分当中,设置了断开区域，并在断开区域设置了铁硅铝合金材料的填充导磁体14,其具有相对于因断开而以空气导磁具有更强的导磁性能，但具有较高的磁饱和强度,可防止差模部分的磁芯1 磁饱和，使该电感可滤除幅值更高的差模噪声信号。

本实用新型实施例还可以提供一种EMI滤波器，该滤波器是由电感器、电容和电阻串/并联组合成的抗电磁干扰滤波电路网络。所述电感器可以为上述各实施例所述的抑制差模与共模电磁干扰的差共模一体式电感器。上述的一体式电感器可以应用于滤波器、电源电路等多种电路中，以同时滤除或抑制电路中的共模和差模噪声干扰，应用范围广。

以上实施例主要描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (10)

1.一种差共模一体式电感器，其特征在于，包括闭合磁芯(1)，以及两个对称绕制于所述闭合磁芯(1)的线圈绕组(2)；

所述闭合磁芯(1)包括设有所述线圈绕组(2)的第一导磁体(11)，在两所述第一导磁体(11)的端部均形成导磁连接的两个第二导磁体(12)，在两所述第二导磁体(12)之间形成导磁连接的第三导磁体(13)；

所述第三导磁体(13)设置有至少一个断开区域，所述断开区域内设置有填充导磁体(14)，所述填充导磁体(14)的所制材质不同于第三导磁体(13)所制材质。

2.根据权利要求1所述的差共模一体式电感器，其特征在于，所述填充导磁体(14)的所制材料的导磁率低于所述第三导磁体(13)的导磁率。

3.根据权利要求1或2所述的差共模一体式电感器，其特征在于，所述填充导磁体(14)所制成的材料为铁硅铝合金，或者铁硅合金，或者铁镍合金；所述填充导磁体(14)由粉末或者片状的上述材质填充于断开区域形成。

4.根据权利要求3所述的差共模一体式电感器，其特征在于，所述第三导磁体(13)所制成的材料为锰锌铁氧体，或者镍锌铁氧体；所述第一导磁体(11)、第二导磁体(12)和第三导磁体(13)由同一软磁材料一体成型制成。

5.根据权利要求1所述的差共模一体式电感器，其特征在于，所述第三导磁体(13)包括两个导磁分体(131)，两导磁分体(131)的一端分别导磁连接于第二导磁体(12)，两导磁分体(131)的另一端相对形成断开区域。

6.根据权利要求1所述的差共模一体式电感器，其特征在于，所述第三导磁体(13)位于两所述第一导磁体(11)的对称轴上。

7.根据权利要求1所述的差共模一体式电感器，其特征在于，所述第一导磁体(11)和第二导磁体(12)导磁连接成矩形，或者六边形，或者圆形，或者椭圆形的闭合框架结构。

8.根据权利要求1所述的差共模一体式电感器，其特征在于，两所述第一导磁体(11)的截面相等，两所述第二导磁体(12)的截面相等，所述第三导磁体(13) 的截面相等，所述填充导磁体(14)的截面与第三导磁体(13)的截面相等。

9.根据权利要求1所述的差共模一体式电感器，其特征在于，两个所述线圈绕组(2)的线径和绕制匝数均相同，所述线圈绕组(2)的线圈端部分别电连接于引脚。

10.一种EMI滤波器，其特征在于，所述滤波器包括电感器、电容和电阻串/并联组合成的抗电磁干扰滤波电路网络；所述电感器为权利要求1至9任一项所述差共模一体式电感器。

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