[发明专利]电感和包含其的开关电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种电感和包含其的开关电路。

背景技术

目前，各种电感在各种电路中有着广泛的应用，如在整流输入电路和直流逆变电路的直流侧和交流侧所用的电感，在直流变换电路Buck电路、Boost电路等开关变换电路中使用的电感等。通常电感使用都要求在额定范围内尽量保持感量稳定，至少不低于最低感量需求。在使用中发现感量增大可以更好的抑制电流尖峰，减小电流纹波，减少线路的损耗。但是如果从轻载电流到额定电流下都保持大感量会使制作电感的成本增加，体积增大，所以在体积保持不变的情况下，增大轻载电流时的感量并保持额定电流时感量不变成为目前制作电感的一个趋势。

现有技术中电感由多种制作方法制成。图1示出了现有技术中的一种普通电感的结构示意图。该电感包括轭部1和心柱3，所述轭部1和心柱3形成闭合的回路，构成电感的磁芯，该磁芯为EI型结构。该电感还包括绕在所述心柱3上的线圈绕组2，在轭部1和心柱3之间存在气隙4。该种电感的磁芯也就是心柱和轭部的材料为高磁导率材料，在磁芯中含有气隙，在额定电流使用范围内电感量为线性，但磁场饱和后电感量会极快下降。

为解决该问题，现有技术中提出了另一种电感，如图2所示。在该电感心柱3的中部包括台阶5，由于台阶的存在使轭部1和心柱3之间的气隙具有两个宽度。这种电感会产生非线性电感。但缺点是台阶部分的磁芯一旦饱和会使电感量极快下降，甚至低于普通电感在某个电流下的电感量，反而使电流波形变差，并且该电感的制作复杂。

图3中示出了现有技术中提出的另一种电感的结构示意图，该电感使用高磁导率和低磁导率磁芯混合制作。如图3所示，采用低磁导率材料制成的第二磁芯6填充轭部1和心柱3之间的气隙。心柱3和轭部1构成的磁芯的磁导率为第二磁芯6的磁导率10倍以上，并且第二磁芯6的磁饱和度较高，要高于450mT。这种电感的缺点是制作中使用的低磁导率磁芯材料的量较多，增加额外的成本。图3示出的磁芯为EI结构，第二磁芯6在中间部分磁芯的中间部分填充心柱3和轭部1的之间的气隙。同样的设计也可以应用在磁芯为UI结构的情况，如图4所示，第二磁芯6在心柱3的两端部填充心柱3和轭部1的之间的气隙。

因此，目前需要一种新型的电感产品的设计，能够降低线圈损耗，提供非线性电感量并且工艺制造简单，成本低。

发明内容

本发明的目的在于提出一种电感，能够提供非线性电感量，并且可以通过调节高磁导率低饱和磁感应强度材料的厚度和横截面积改善非线性电感量曲线，同时降低成本，减少线圈中的涡流损耗。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电感，至少包括一个绕组，一个磁芯，所述磁芯包括至少一个心柱，还包括用于形成闭合磁路的至少一轭部，所述绕组绕在所述心柱上，至少一个所述心柱的至少一端部与至少一轭部之间设有一间隙，所述间隙中设有一平面磁芯单元，所述平面磁芯单元为高磁导率低饱和磁感应强度材料，所述心柱和轭部为高磁导率高饱和磁感应强度材料，且所述平面磁芯单元的材料的饱和磁感应强度低于所述心柱和轭部的材料的饱和磁感应强度。

其中，所述心柱的两端与轭部之间皆设有间隙，所述间隙中设有高磁导率低饱和磁感应强度材料的平面磁芯单元。

其中，所述平面磁芯单元的横截面投影包含所述心柱的端部的横截面投影。

其中，所述平面磁芯单元的横截面投影包含所述心柱和绕组的端部的横截面投影。

其中，所述平面磁芯单元设置在所述气隙中靠近所述心柱的一端。

其中，所述平面磁芯单元为锰锌铁氧体或镍锌铁氧体。

其中，所述间隙中除平面磁芯单元以外的部分由绝缘材料填充。

其中，所述心柱、轭部和平面磁芯材料的相对磁导率大于等于500。

其中，所述心柱和轭部材料的饱和磁感应强度为所述平面磁芯单元的材料的饱和磁感应强度的两倍或两倍以上

其中，所述心柱和轭部材料的饱和磁感应强度大于或等于1.2T，所述平面磁芯单元材料的饱和磁感应强度小于或等于0.6T；

其中，所述磁芯的结构为EI型或UI型；

其中，所述磁芯的结构为三相三柱结构或三相五柱结构；

本发明还提供一种包含如前任一所述的电感的开关电路，其中所述电感连接到该开关电路的输入端或输出端；

其中，所述开关电路包括整流电路、逆变电路或直流变换电路；

其中，所述开关电路包括单相电路或三相电路。

与现有技术相比，本发明提出的电感及开关电路，能够提供非线性电感量，同时降低成本，减少线圈中的涡流损耗。