專利名稱：一種共模電感的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種共模電感。
背景技術(shù)：
隨著電力電子和信息技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用，電磁干擾(Electro-MagneticInterference, EMI)的問題日益嚴(yán)峻。例如計(jì)算機(jī)內(nèi)部的主板上混合了各種高頻電路、數(shù)字電路和模擬電路，它們工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量高頻電磁波互相干擾。電磁干擾還會(huì)通過主板布線或外接線纜向外發(fā)射，造成電磁輻射污染，不但影響其他的電子設(shè)備正常工作，還對(duì)人
體有害。為了消除電子電路信號(hào)線上輸入的干擾信號(hào)及感應(yīng)的各種干擾，必須合理設(shè)計(jì)濾波電路來抑制共模和差模的干擾，共模電感就是濾波電路中的一個(gè)組成部分。共模電感實(shí)質(zhì)上是一個(gè)雙向?yàn)V波器一方面要濾除信號(hào)線上共模電磁干擾，另一方面又要抑制本身不向外發(fā)出電磁干擾，避免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作。在數(shù)學(xué)模型中，理想的共模電感可以在全頻段具有較高的阻抗。在實(shí)際應(yīng)用中，由于共模電感磁芯材料的磁導(dǎo)率隨頻率下降的特性，導(dǎo)致共模電感只在有限的頻段內(nèi)呈現(xiàn)電感性，而不能同時(shí)抑制高低頻的電磁干擾，因此無(wú)法達(dá)到預(yù)期的抗電磁干擾效果。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種在相同匝數(shù)下感量更高、具有電感性的頻帶 更寬的共模電感。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種共模電感，包括設(shè)有線圈的磁芯，其中，所述磁芯由至少兩個(gè)單磁芯并聯(lián)組成，其中至少有兩個(gè)所述單磁芯采用不相同的導(dǎo)磁材料制成。本實(shí)用新型所述的共模電感，其中，構(gòu)成所述單磁芯的導(dǎo)磁材料為非晶、納米晶合金、錳鋅鐵氧體、鎳鋅鐵氧體、鐵粉芯、鐵硅鋁粉芯、高磁通量粉芯和坡莫合金中的任意至少兩種。本實(shí)用新型所述的共模電感，其中，所述磁芯包括兩個(gè)所述單磁芯。本實(shí)用新型所述的共模電感，其中，兩個(gè)所述單磁芯分別采用非晶和鎳鋅鐵氧體制成。本實(shí)用新型所述的共模電感，其中，兩個(gè)所述單磁芯分別采用非晶和錳鋅鐵氧體制成。本實(shí)用新型所述的共模電感，其中，所述磁芯包括三個(gè)所述單磁芯。本實(shí)用新型所述的共模電感，其中，三個(gè)所述單磁芯分別采用非晶、鎳鋅鐵氧體和錳鋅鐵氧體制成。本實(shí)用新型所述的共模電感，其中，所述線圈采用順序繞線方式繞制。本實(shí)用新型所述的共模電感，其中，至少兩個(gè)所述單磁芯均為圓環(huán)形或方形；[0015]在所述單磁芯為圓環(huán)形時(shí)，其中任意兩個(gè)所述單磁芯的內(nèi)徑差值和外徑差值分別小于5mm ；在所述單磁芯為方形時(shí)，其中任意兩個(gè)所述單磁芯的外圍長(zhǎng)度差值、外圍寬度差值、內(nèi)孔長(zhǎng)度差值和內(nèi)孔寬度差值分別小于5mm。本實(shí)用新型所述的共模電感，其中，至少兩個(gè)所述單磁芯采用粘接或捆扎方式并聯(lián)連接。本實(shí)用新型所述的共模電感，其中，至少兩個(gè)所述單磁芯并聯(lián)是指各個(gè)單磁芯的磁路相互平行。本實(shí)用新型的有益效果在于通過采用兩個(gè)或多個(gè)由不同導(dǎo)磁材料構(gòu)成的單磁芯并聯(lián)構(gòu)成磁芯，并在并聯(lián)后的磁芯上繞制線圈，所形成的共模電感在感量、帶寬方面大于任何單一材質(zhì)的磁芯所構(gòu)成的相同匝數(shù)的共模電感的感量和帶寬，因此能同時(shí)抑制高低頻的電磁干擾，達(dá)到預(yù)期的抗電磁干擾效果。

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的共模電感正視圖；圖2是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的具有兩個(gè)單磁芯的共模電感俯視圖；圖3是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的具有三個(gè)單磁芯的共模電感俯視圖；圖4是單一非晶材質(zhì)、單一錳鋅鐵氧體材質(zhì)的共模電感與本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的共模電感感量測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的共模電感如圖1和圖2所示，包括設(shè)有線圈20的磁芯10，其中，磁芯10由至少兩個(gè)單磁芯并聯(lián)組成(圖2所示為兩個(gè)單磁芯并聯(lián)的示意圖，其包括第一單磁芯11和第二單磁芯12)，其中至少有兩個(gè)單磁芯采用不相同的導(dǎo)磁材料制成(在本實(shí)施中，第一單磁芯11和第二單磁芯12分別由不同的導(dǎo)磁材料制成)。這樣所形成的共模電感在感量、帶寬方面大于任何單一材質(zhì)磁芯所構(gòu)成的相同匝數(shù)的共模電感的感量和帶寬，因此能同時(shí)抑制高低頻的電磁干擾，達(dá)到預(yù)期的抗電磁干擾效果。具體原理分析如下。單個(gè)磁芯共模電感的電感量理論計(jì)算公式為L(zhǎng) = N2*u0*ur*Ae/le (1),上述式(I)中，L表示電感量,N表示線圈阻數(shù),U0表示真空磁導(dǎo)率,Ur表示磁芯相對(duì)磁導(dǎo)率，Ae表示磁芯截面積，Ie表示磁路長(zhǎng)度。其中，由于uj逭頻率增大而衰減，所以是頻率f的函數(shù)，可以表示為ujf)。所以單個(gè)磁芯共模電感的感量L也是頻率f的函數(shù)，可以用以下公式(2)表示L(f) = N2*uQ*ur(f)*Ae/le (2)。本實(shí)施例中，由于將兩個(gè)采用不同導(dǎo)磁材料構(gòu)成的單磁芯并聯(lián)組成磁芯，電感量L(f)是2個(gè)單磁芯L(f)的代數(shù)和，可以用以下公式(3)表示L,6 (f) =L1 (f)+L2 (f) (3)。[0032]由上述分析可以看出，本實(shí)施例中的共模電感在感量、帶寬方面大于任何單一材質(zhì)磁芯所構(gòu)成的相同匝數(shù)的共模電感的感量和帶寬，其感量更高，頻帶更寬。上述實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)單磁芯并聯(lián)是指，各個(gè)并聯(lián)的單磁芯的磁路是相互平行的。例如，對(duì)于兩個(gè)或多個(gè)環(huán)形的單磁芯來說，其中軸線是在同一直線上的，各個(gè)單磁芯中的環(huán)形磁路是平行的；對(duì)于兩個(gè)或多個(gè)方形的單磁芯來說，其長(zhǎng)邊和寬邊分別平行設(shè)置并緊挨在一起，各個(gè)單磁芯中的方形磁路是平行的。優(yōu)選地，上述實(shí)施例中，構(gòu)成至少兩個(gè)單磁芯的材料為非晶、納米晶合金、錳鋅鐵氧體、鎳鋅鐵氧體、鐵粉芯、鐵硅鋁粉芯、高磁通量粉芯和坡莫合金等導(dǎo)磁材料中的任意至少兩種。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，如圖1和圖2所示，磁芯包括兩個(gè)并聯(lián)的單磁芯。優(yōu)選地，兩個(gè)單磁芯分別為采用非晶構(gòu)成的單磁芯和采用錳鋅鐵氧體構(gòu)成的單磁芯。經(jīng)測(cè)試，采用這兩種材質(zhì)的單磁芯并聯(lián)后形成的磁芯所對(duì)應(yīng)的共模電感能抑制的干擾頻段為10 400kHz和10 40MHz?？梢越鉀Q低頻傳導(dǎo)電流發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射問題，對(duì)輻射發(fā)射也有一定的作用，尤其在軍標(biāo)、NEBS認(rèn)證方面效果更為突出。如圖2所示，下面以具有采用非晶構(gòu)成的第一單磁芯11和采用錳鋅鐵氧體構(gòu)成的第二單磁芯12并聯(lián)形成的磁芯的共模電感為例，與相同匝數(shù)的非晶共模電感和錳鋅鐵氧體共模電感的感量和帶寬進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。其中，試驗(yàn)采用的第一單磁芯11尺寸為50mm*25mm*20mm,第二單磁芯12尺寸為48mm*27mm*18mm,所構(gòu)成并聯(lián)磁芯上設(shè)置有兩個(gè)繞組，每個(gè)繞組9匝線圈，使用Ag ilent E4980A LCR測(cè)試儀測(cè)試電感量，并與相同匝數(shù)的非晶共模電感和錳鋅鐵氧體共模電感的電感量進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比數(shù)據(jù)曲線如圖4所示，從圖4中可以看出，在IOkHz 400kHz頻段內(nèi)，本實(shí)施例的共模電感比傳統(tǒng)共模電感具有更高的感量和帶寬。而在EMC領(lǐng)域的許多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，都要求低頻發(fā)射測(cè)試，涵蓋了 IOkHz (甚至更低)到150kHz這個(gè)頻段，例如國(guó)軍標(biāo)和美軍標(biāo)中的RE101/RE102/CE101/CE102，以及北美NEBS體系中GR-1089-C0RE電流發(fā)射的要求；同時(shí)這些標(biāo)準(zhǔn)還要求產(chǎn)品通過150kHz 30MHz傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試。一般電子電氣類產(chǎn)品在10 400kHz頻段電磁兼容性(ElectroMagneticCompatibility, EMC)問題嚴(yán)重,其中EMC包括兩個(gè)方面一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指器具對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。使用單級(jí)共模電感的濾波器很難通過EMC認(rèn)證，使用多級(jí)共模電感的濾波器又使得成本難以承受。所以從性能上看，上述實(shí)施例在10 400kHz的頻率特性優(yōu)于單一材質(zhì)磁芯構(gòu)成的共模電感，且其成本和體積又小于多個(gè)共模電感，因此其在獲得產(chǎn)品EMC認(rèn)證方面具有很大的優(yōu)勢(shì)?；蛘?，兩個(gè)單磁芯分別采用鎳鋅鐵氧體和錳鋅鐵氧體構(gòu)成。經(jīng)測(cè)試，采用這兩種材質(zhì)的單磁芯并聯(lián)后形成的磁芯所對(duì)應(yīng)的共模電感能抑制的干擾頻段為100 400kHz和10 300MHz，可以用于解決傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射問題，在進(jìn)行民用電氣產(chǎn)品的CE、CCC、C-tick等EMC認(rèn)證方面有利。需要說明的是，在本發(fā)明中各單磁芯所采用的材料可以根據(jù)其具體的性能要求和應(yīng)用環(huán)境選擇合適的材料，不能以上述實(shí)施例中所列舉的具體導(dǎo)磁材料限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。[0040]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，如圖3所示，磁芯10包括三個(gè)并聯(lián)的單磁芯。優(yōu)選地，三個(gè)單磁芯分別采用非晶、鎳鋅鐵氧體和錳鋅鐵氧體制成。經(jīng)測(cè)試，采用這三種材質(zhì)的單磁芯并聯(lián)后形成的磁芯所對(duì)應(yīng)的共模電感能抑制的干擾頻段為10kHz 300MHz。由于使用了 3個(gè)單磁芯，其頻帶寬度更廣，可以應(yīng)用于各類產(chǎn)品的EMC方案，但在體積和工藝復(fù)雜性方面劣于上述具有兩個(gè)單磁芯的實(shí)施例?？梢岳斫?，上面所列舉的采用兩個(gè)和三個(gè)單磁芯的磁芯構(gòu)成方式僅用于解釋說明，而不用于限制本方案，還可以在此基礎(chǔ)上得到更多的構(gòu)成方式，在此不一一列舉。上述各實(shí)施例中，磁芯10上的線圈20繞制方式可以是順序繞線方式、步進(jìn)繞線方式和重疊繞線方式中的任一種。其中，順序繞線是指繞組沿磁芯內(nèi)外側(cè)呈單層螺旋分布，螺旋方向不改變，入線端和出線端分布在繞組兩端。步進(jìn)繞線是指繞組在磁芯外側(cè)單層分布，在磁芯內(nèi)側(cè)從第2匝開始每向前繞一匝則向回疊繞一匝，保證入線端和出線端距離較遠(yuǎn)。重疊繞線是指繞組在磁芯外側(cè)單層分布，在磁芯內(nèi)側(cè)先順序繞制第一層，然后改變螺旋方向向回繞制第二層。由于繞組的線匝之間存在匝間電容，繞組的入線端和出線端距離越近匝間電容越大，匝間電容越大則電感的頻帶寬度越小。所以要獲得比較寬的頻率特性，就要使繞組的兩端盡量遠(yuǎn)離，而順序繞法是最佳方式，如果繞組的螺旋跨度超過半個(gè)磁環(huán)內(nèi)側(cè)周長(zhǎng)就可以使用步進(jìn)繞法，重疊繞法的工藝比步進(jìn)繞法簡(jiǎn)單，但是匝間電容大于順序、步進(jìn)繞法。因此，上述各實(shí)施例中，優(yōu)選采用順序繞線方式。上述各實(shí)施例中，如圖1所示，至少兩個(gè)單磁芯均為圓環(huán)形，或者均為方形(未圖示)。優(yōu)選地，在單磁芯為圓環(huán)形時(shí)，其中任意兩個(gè)單磁芯的內(nèi)徑差值和外徑差值分別小于5mm，高度可以相等也可以不相等；在單磁芯為方形時(shí)，其中任意兩個(gè)單磁芯的外圍長(zhǎng)度差值、外圍寬度差值、內(nèi)孔長(zhǎng)度差值和內(nèi)孔寬度差值分別小于5mm，高度可以相等也可以不相等。其中，單磁芯的尺寸包含了漆、保護(hù)殼等部分的尺寸。上述各實(shí)施例中，構(gòu)成上述磁芯10的兩個(gè)單磁芯采用粘接方式并聯(lián)連接，或采用捆扎方式并聯(lián)連接。在磁芯 10上設(shè)置有至少兩個(gè)線圈20繞組，且每個(gè)繞組由一根導(dǎo)線構(gòu)成，或由多根導(dǎo)線并聯(lián)構(gòu)成。上述各實(shí)施例中，共模電感可以為立式電感或臥式電感。優(yōu)選地，立式電感如圖1和圖2所示，磁芯10和線圈20固定于同一支架30上，在支架30上設(shè)置有與線圈20電連接的管腳40。綜上所述，本實(shí)用新型通過采用至少兩個(gè)由不同導(dǎo)磁材料構(gòu)成的單磁芯并聯(lián)構(gòu)成磁芯10，并在并聯(lián)后的磁芯10上繞制線圈20，所形成的共模電感在感量、帶寬方面大于任何單一材質(zhì)磁芯所構(gòu)成的相同匝數(shù)的共模電感的感量和帶寬，因此能同時(shí)抑制高低頻的電磁干擾，達(dá)到預(yù)期的抗電磁干擾效果。應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種共模電感，包括設(shè)有線圈的磁芯，其特征在于，所述磁芯由至少兩個(gè)單磁芯并聯(lián)組成，其中至少有兩個(gè)所述單磁芯采用不相同的導(dǎo)磁材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共模電感，其特征在于，所述磁芯包括兩個(gè)所述單磁芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共模電感，其特征在于，兩個(gè)所述單磁芯分別采用非晶和鎳鋅鐵氧體制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共模電感，其特征在于，兩個(gè)所述單磁芯分別采用非晶和錳鋅鐵氧體制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共模電感，其特征在于，所述磁芯包括三個(gè)所述單磁芯。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的共模電感，其特征在于，三個(gè)所述單磁芯分別采用非晶、鎳鋅鐵氧體和錳鋅鐵氧體制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的共模電感，其特征在于，所述線圈采用順序繞線方式繞制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的共模電感，其特征在于，至少兩個(gè)所述單磁芯均為圓環(huán)形或方形；在所述單磁芯為圓環(huán)形時(shí)，其中任意兩個(gè)所述單磁芯的內(nèi)徑差值和外徑差值分別小于5mm ；在所述單磁芯為方形時(shí)，其中任意兩個(gè)所述單磁芯的外圍長(zhǎng)度差值、外圍寬度差值、內(nèi)孔長(zhǎng)度差值和內(nèi)孔寬度差值分別小于5mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的共模電感，其特征在于，至少兩個(gè)所述單磁芯采用粘接或捆扎方式并聯(lián)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的共模電感，其特征在于，至少兩個(gè)所述單磁芯并聯(lián)是指各個(gè)單磁芯的磁路相互平行。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種共模電感，包括設(shè)有線圈的磁芯，磁芯由至少兩個(gè)單磁芯并聯(lián)組成，其中至少有兩個(gè)單磁芯采用不相同的導(dǎo)磁材料制成。構(gòu)成單磁芯的導(dǎo)磁材料為非晶、納米晶合金、錳鋅鐵氧體、鎳鋅鐵氧體、鐵粉芯、鐵硅鋁粉芯、高磁通量粉芯和坡莫合金中的任意至少兩種。這樣通過采用兩個(gè)由不同導(dǎo)磁材料構(gòu)成的單磁芯并聯(lián)構(gòu)成磁芯，并在并聯(lián)后的磁芯上繞制線圈，所形成的共模電感在感量、帶寬方面大于任何單一材質(zhì)的磁芯所構(gòu)成的相同匝數(shù)的共模電感的感量和帶寬，因此能同時(shí)抑制高低頻的電磁干擾，達(dá)到預(yù)期的抗電磁干擾效果。
文檔編號(hào)H01F1/153GK202905391SQ201220497689
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者李明凱 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司