專利名稱：一種磁芯的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磁集成技術領域，特別涉及一種應用于電源變換器中的磁芯。
背景技術：
現(xiàn)有的電源變換器，為了追求更高的功率密度，即在同樣的體積下，電源變換器實現(xiàn)更大的輸出功率，開始向磁集成方向發(fā)展；另一方面，為了實現(xiàn)良好的電磁兼容性，對共模電感、差模電感也開始使用磁集成技術，以減小體積。共模電感(Common modeChoke)，也叫共模扼流圈，有的文獻又稱之為共軛電感，常用于開關電源中過濾共模的電磁干擾信號。 事實上，共模電感是變壓器的一種形式而已。變壓器的最基本形式，包括兩組繞有導線的線圈，并且彼此以電感方式耦合一起，這與共模電感沒有本質上的區(qū)別。變壓器注重隔離、升降壓，其輸入信號為要被傳輸?shù)男盘?，變壓器的承受功率相對要大；而共模電感注重隔離、 過濾共模的電磁干擾信號，其輸入信號為要被阻礙、過濾的信號而已，其承受功率相對較小。故在本文中，對共模電感和變壓器不加以嚴格區(qū)分，即能實現(xiàn)變壓器功能的器件，也表示能實現(xiàn)共模電感的功能，反之亦然。鑒于各種文獻不區(qū)分磁心與磁芯和鐵心與鐵芯，本文中的磁芯和公知的其它文獻一樣，和磁心表示相同的意思，指鐵氧體材料，即由各種氧化鐵混合物組成的一種燒結磁性金屬氧化物，磁芯則用在高頻。而鐵心、鐵芯是硅片型材料，只適合低頻率的電感線、低頻變壓器，一般用于低頻和音頻。在ZL 01121116. 4的專利中示出了一種差模和共模集成濾波器，采用了兩種磁導率差導很大的、有氣隙的磁芯組成。在ZL 01121117. 2的專利中示出了另一種差模和共模集成濾波器，采用了兩種磁導率差導很大的、有氣隙的磁芯組成。上述兩種方案存在的共同缺點1、磁芯存在氣隙，在不需要氣隙的場合無法使用，如工業(yè)領域中，大量使用的微功率DC/DC模塊中廣泛使用自激推挽式變換器，其工作原理參見電子工業(yè)出版社的《開關電源的原理與設計》第67頁至70頁。該書ISBN號7-121-00211-6。自激推挽式變換器必需使用磁飽和式磁芯，而磁芯加氣隙是公知的抗磁飽和的手段。2、生產、組裝工藝相對復雜。在CN 101308724 B的專利中示出了另一種變壓器和電感的磁集成結構，同樣采用了有氣隙的磁芯組成變壓器和電感。其存在的缺點不僅包括上述的兩個缺點，由于使用了田字型磁芯，必需使用兩個明顯氣隙才能實現(xiàn)磁路相對獨立。在ZL 01121117. 2的專利的背景技術中，對應ZL 01121117. 2的公開附圖3也示出了美國專利US5731666的差共模集成方案，其中的I型磁芯采用低磁導率材料，裝配比較困難；在美國專利US5731666公開的附圖4(FIG. 4)中，線圈340產生的磁通380應能全部穿過線圈341，事實上，I型磁芯320盡管采用了低磁導率材料，磁通380中的一部分會采用磁通390的短線路穿過I型磁芯，這樣降低了共模電感的性能。磁通也是對磁力線的一種概稱。在ZL 03229099. 3的專利中示出了濾波器磁芯結構，和美國專利US5731666的差共模集成方案具有共同的缺點。ZL 032^099. 3的專利中示出了濾波器磁芯結構，由于使用了帶有契形凹口的扁磁柱，共模電感其中一組產生的磁通會被帶有契形凹口的扁磁柱分流，從而降低了共模電感的性能。如圖1示出的是申請?zhí)枮?01110242377. 4的文件中第一實施例的電路，電路的主體為自激推挽式變換器，其中電感Ln和功率變壓器B就無法使用現(xiàn)有的磁集成技術集成在一起。由于現(xiàn)有磁集成技術的磁芯存在氣隙，電路無法進入磁飽和式工作狀態(tài)，電路的工作頻率飄移過大，電路工作在不穩(wěn)定狀態(tài)，會導致?lián)p壞。而美國專利US5731666的差共模集成方案用在這里，由于電感LN和功率變壓器B存在互感，電路工作效率下降，工作頻率出現(xiàn)跳頻現(xiàn)象，同時引發(fā)電磁兼容性性能下降。如圖1示出的電路，按申請?zhí)枮?01110M2377.4的文件中公布的參數(shù)制作成功后，還有一個缺點，當輸出短路時，盡管電路的工作電流不大，但這時電路的主要發(fā)熱元件為電感Ln，電感Ln的溫度很高，要想降低這個溫度，就要選取更大體積的磁芯繞制電感Ln， 而工業(yè)領域中使用自激推挽式變換器的微功率DC/DC模塊，無法接受大體積的器件。如圖 2為使用FLUKE TI25型熱成像儀實拍電感、在輸出端出現(xiàn)短路時的熱圖。當輸出短路時， 電感Ln的溫度為79. 3度，環(huán)境溫度為30. 6度，電感Ln的溫升為48. 7度。由于圖2是原始圖片，黑色底，不方便對圖中單元進行標注，故對圖2進行反色處理，得到如圖3的圖片， 其中，31為功率變壓器B，32為電感Ln, 33為電路板，電路板33上放置了圖1中的不包括功率變壓器B和電感Ln的大部分元件，34為漆包線，這里也作為功率變壓器B和電感Ln的引線，35為目標框，目標框內的色溫測試精度得到保證，目標框外的色溫僅供參考。從圖2、圖 3中可以看到，電感Ln使用了和功率變壓器B相同的尺寸的磁芯，都有這么高溫，若減小電感Ln的尺寸，在輸出短路時，電感LN的溫度會進一步上升，甚至超過150度，磁芯會接近或超過本身的居里溫度點而引發(fā)退磁，喪失磁芯固有功能。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種磁芯，可適用于帶輸出短路保護功能的自激推挽式變換器上，可使得變壓器或共模電感和電感之間磁力線獨立，互不影響。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種磁芯，包括一無氣隙磁路閉合磁芯，所述的無氣隙磁路閉合磁芯外表面有一個或一個以上的向外延伸的同材質柱狀磁柱。優(yōu)先地，所述的無氣隙磁路閉合磁芯為環(huán)形磁芯，所述的柱狀磁柱沿所述的環(huán)形磁芯直徑方向向外延伸。磁環(huán)是對無氣隙磁路閉合磁芯的一種統(tǒng)稱。作為上述技術方案的等同方案，所述的無氣隙磁路閉合磁芯為環(huán)形磁芯，所述的柱狀磁柱沿垂直所述的環(huán)形磁芯直徑方向向外延伸。本發(fā)明利用上述磁芯集成獨立電感的變壓器，在所述的無氣隙磁路閉合磁芯上繞制第一變壓器或第一電感組，上述磁芯的柱狀磁柱上繞制第二變壓器或第二電感組。本發(fā)明還提供一種上述磁芯的集成獨立電感的變壓器/共模電感的安裝方法，上述磁芯的柱狀磁柱插入電路板，用膠固定。CN 102543371 A本發(fā)明還提供一種上述磁芯的集成獨立電感的變壓器/共模電感的安裝方法，上述磁芯的柱狀磁柱插入電路板，用合適的螺絲擰入上述磁芯的柱狀磁柱固定。優(yōu)選地，上述螺絲為有彈性的材質組成。優(yōu)選地，第二電感組由電路板上的走線組成。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下顯著的效果(1)本發(fā)明是在原有的閉合結構的磁芯上設置磁柱，可實現(xiàn)變壓器或共模電感和電感之間磁力線獨立、互不影響的技術效果，可很好地適用于帶輸出短路保護功能的自激推挽式變換器中。(2)本發(fā)明使用了同材質的磁材進行磁集成，磁芯在生產時，由一套模具成型，加
工容易，產品一致性高。(3)本發(fā)明的結構簡單，實用性強，通過螺絲或者膠合將本發(fā)明安裝在電路板上， 所以裝配十分方便。(4)本發(fā)明適用于自激推挽式變換器中，保證了共模電感的正常性能，使得電路工作狀態(tài)穩(wěn)定，延長了其使用壽命。(5)由于本發(fā)明使用同一模具一體制成，傳熱效果良好。


下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。圖1為申請?zhí)枮?01110242377. 4的文件中第一實施例的電路；圖2為使用FLUKE TI25型熱成像儀，實拍圖1電路中電感LN在輸出端出現(xiàn)短路時的熱圖；圖3為方便說明，對圖2進行反色的圖形；圖4為本發(fā)明第一實施例的立體圖；圖5為本發(fā)明第二實施例的立體圖；圖6為圖4的頂視圖；圖7為本發(fā)明第一實施例的磁力線示意圖；圖8-1、8_2為磁力線相關的工作原理示意圖；圖9為使用FLUKE TI25型熱成像儀，實拍圖1電路使用本發(fā)明后，在輸出端出現(xiàn)短路時的熱圖；圖10-1為第一實施例的側視圖；圖10-2為第一實施例變形為第二實施例的示意圖；圖11為第三實施例；圖12-1為本發(fā)明第四實施例的磁芯主視圖；圖12-2為本發(fā)明第四實施例的磁芯側視圖；圖12-3為本發(fā)明第四實施例的磁芯頂視圖；圖12-4為本發(fā)明第四實施例的磁芯立體圖。
具體實施例方式圖4為本發(fā)明第一實施例立體圖。下面以圖4的第一實施例為例，說明其變壓器或共模電感和電感之間磁力線獨立，圖6為圖4的頂視圖，箭頭61為磁環(huán)直徑示意圖，箭頭61 沿著箭頭62方向延伸出磁材，沿環(huán)形磁芯直徑方向，在無氣隙磁路閉合磁芯外表面向外延伸一個同材質柱狀磁柱，即可實現(xiàn)圖4的第一實施例。在磁芯上繞上線圈，可以實現(xiàn)變壓器和電感的集成器件，參見圖7，其中，71為變壓器的一個繞組，72為變壓器的另一個繞組，而 73為電感；圖7也可以實現(xiàn)共模電感和電感的集成器件，其中，71為共模電感的一個繞組， 72為共模電感的另一個繞組，兩者圈數(shù)相等，而73為電感，在這里，叫差模電感；事實上，這兩種器件的工作原理是相同的。在安裝時，上述磁芯的柱狀磁柱插入電路板，具體的固定方式采用磁柱通過螺絲或者膠合固定在電路板上，其中，螺絲采用具有彈性的材料制成。螺絲若不具有彈性，很容易損壞很脆但硬度很高的磁柱。上述繞組線圈71和繞組線圈72產生的磁力線，在圖7中，以74表示，其特點是全部在磁芯內部穿越；而線圈73產生的磁力線，參見圖8-1中的81所示，磁力線81的特點是部分在磁芯內部穿越，部分在磁芯外部如空氣或其它填充料內穿越，磁力線81是以軸線82 為軸，左右對稱的，其在環(huán)形磁芯內部也是對稱的，剛好互相抵消，即線圈73產生的磁力線對線圈71和線圈72不產生任何影響。上述繞組線圈71和線圈72同樣不對線圈73產生影響，假設它們產生的磁力線中，像圖8-2的磁力線83、磁力線84那樣，部份泄漏出去影響到柱狀磁柱，進而影響到柱狀磁柱上的線圈73。事實上，磁力線83、磁力線84要穿越空氣或其它填充料，空氣相對磁導率為1，很低，磁力線83、磁力線84會選擇從環(huán)形磁芯內部通過，最后形成的回路像圖7中磁力線74 —樣，不會對柱狀磁柱上的線圈73產生影響。采用圖4的本發(fā)明磁芯，采用圖7的繞線方案，磁芯采用P46的材質，外徑4. Omm, 內徑2. 0mm，高1. 6mm，沿著直徑方向向外延伸出的一個同材質的圓柱狀磁柱為2. Omm,圓柱狀磁柱的直徑為1. 4mm，線圈71和線圈72采用AWG39號線各繞16匝，線圈73采用AWG39 號線繞2匝，實測其電感量如下表一，測試儀器HM817 LCR數(shù)字電橋，測量精度士 0.05% 內，測試頻率IOKHz。表一
電感量(H擬817 IOKHz)，單位(uH)線圈71線圈72線圈73209. 9209. 90. 82 短路線圈73，這時測出來線圈71和線圈72的電感量若降低，說明它們之間存在互感，說明本發(fā)明不能實現(xiàn)變壓器或共模電感和電感之間磁力線獨立，反之，短路線圈71和線圈72，這時測出來線圈73的電感量若降低，同理說明本發(fā)明不能實現(xiàn)變壓器或共模電感和電感之間磁力線獨立，下表二為實測值表二
權利要求
1.一種磁芯，包括一無氣隙磁路閉合磁芯，其特征在于所述的無氣隙磁路閉合磁芯外表面有一個或一個以上的向外延伸的同材質柱狀磁柱。
2.根據(jù)權利要求1所述的磁芯，其特征在于所述的柱狀磁柱為T型、I型。
3.根據(jù)權利要求1所述的磁芯，其特征在于所述的無氣隙磁路閉合磁芯為環(huán)形磁芯， 所述的柱狀磁柱沿所述的環(huán)形磁芯直徑方向向外延伸。
4.根據(jù)權利要求1所述的磁芯，其特征在于所述的無氣隙磁路閉合磁芯為環(huán)形磁芯， 所述的柱狀磁柱沿垂直所述的環(huán)形磁芯直徑方向向外延伸。
5.利用權利要求1或2或3或4之一所述磁芯的集成獨立電感的變壓器，其特征在于在所述的無氣隙磁路閉合磁芯上繞制所述的變壓器，在所述的柱狀磁柱上繞制第二電感組。
6.根據(jù)權利要求5所述的集成獨立電感的變壓器，其特征在于所述的第二電感組由電路板上的走線組成。
7.權利要求5所述的集成獨立電感的變壓器的安裝方法，其特征在于，所述的磁芯的柱狀磁柱插入電路板，用螺絲擰入上述磁芯的柱狀磁柱固定。
8.根據(jù)權利要求7所述的安裝方法，其特征在于所述的螺絲材質具有彈性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁芯，包括一無氣隙磁路閉合磁芯，所述的無氣隙磁路閉合磁芯外表面有一個或一個以上的向外延伸的同材質柱狀磁柱；所述的無氣隙磁路閉合磁芯為環(huán)形磁芯，所述的柱狀磁柱沿所述的環(huán)形磁芯直徑方向向外延伸；或者所述的無氣隙磁路閉合磁芯為環(huán)形磁芯，所述的柱狀磁柱沿垂直所述的環(huán)形磁芯直徑方向向外延伸。本發(fā)明可適用于帶輸出短路保護功能的自激推挽式變換器上，可使得變壓器或共模電感和電感之間磁力線獨立，互不影響；使用了同材質的磁材進行磁集成，磁芯在生產時，由一套模具成型，加工容易，產品一致性高；使用同一模具一體制成，傳熱效果良好。
文檔編號H01F27/24GK102543371SQ20111040956
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權日2011年12月9日
發(fā)明者王保均 申請人:廣州金升陽科技有限公司