[发明专利]呈现低磁损耗的感应磁芯

说明书

感应磁芯(N1)包括主体(2)和磁体(6)，所述主体包括铁磁材料(4)，所述磁体(6)形成用于使由所述磁体(6)产生的磁通量线流通的第一路径，并且所述铁磁材料(4)至少部分地形成用于使所述磁通量线流通的第二路径，其中，所述铁磁材料(4)沿后者(6)在所述磁体(6)的磁极之间连续地延伸并且与在其磁极之间延伸的磁体(6)的外侧壁的至少一部分接触。

技术领域

本发明涉及一种用于制造电感器的电感器磁芯，特别是用于制造特别是在例如介于100kHz和10MHz之间的高频下的功率电子设备的领域中的无源元件。

背景技术

电感器包括磁芯和电导体，所述电导体布置为围绕磁芯的一部分环绕成N匝。所述磁芯以铁磁材料构成，该铁磁材料的特征在于相对磁导率为μ。在运行中，交流电流流过匝圈，在磁芯中产生相同频率的磁感应。

这样的电感器被用在例如电力转换器中，电力转换器作为一种电子设备具有根据规格来适配由电源输送的电压和电流以供应给配电网络或给定的电气系统的功能。

该转换器包括作为开关(有源元件)以给定频率切换的电子元件。例如，在DC/DC转换器的情况下，有源元件是晶体管，其用于定期“切削”输入电压。为了输出连续的电压，电感器被用于在每个周期中存储和释放电能以及将输出电压平滑至其平均值。这些所谓的“无源”元件在转换器的运行中是必不可少的，但它们可以代表转换器的高达40％的体积和成本。

可制造出运行在高频率(例如高于1MHz)下的转换器是可能的，这归功于使用材料GaN，这使得可以制造可以以非常高的频率开关的晶体管。理论上，提高频率是有价值的，因为它可以减少转换器的无源元件的体积，从而减小这些器件的尺寸，重量和成本。实际上，通过增加斩波频率，会增加电循环次数，并且因此磁芯在给定时间内传递的能量会以相同的比例增加。由于转换器的功率保持不变，理论上可以以与频率成反比的方式减小磁电感器的体积。

能够兼容在100kHz和10MHz之间的频率运行的电感器具有在1μH和10mH之间的电感值。最合适的电感器是由铁磁材料制成的单片电感器。该材料的特征在于相对磁导率μ_r50并且磁感应强度B_S100mT。

具有尖晶石晶体结构的铁氧体型氧化物材料在高频下具有稳定的渗透率值。由于这个原因，它们被非常广泛地用作电感器磁芯，特别是用于在100kHz和10MHz之间的高频运行。最常见的化学式是(Mn_1-xZn_xFe₂O₄)和(Ni_1-xZn_xFe₂O₄)。这些材料的特征还在于高电阻率值，其限制由感应电流造成的损耗。

然而这些铁磁材料易于发生能量耗散过程(也称为磁损耗)。磁损耗在磁芯体积的所有点处以热量的形式耗散。

此外，匝中的电流产生磁场和与包括连续分量和可变分量的电流具有相同频率的可变磁感应强度。

可变磁感应强度的峰值可写为：

B_DC表示连续分量，ΔB/2表示可变分量的两个极值之间的平均值。

然而磁损耗随着频率和磁感应强度的峰值而增加。

一种用于减少磁损耗的技术就是减小磁感应强度的峰值。

第一种解决方案在于通过使连续电流绕磁芯流通来产生磁性极化。通过应用安培定理来确定连续电流的强度，以便产生恒定的感应强度值并且符号与由转换器设置的连续分量B_DC的符号相反。文献US6388896中描述了这种解决方案。该解决方案的磁芯具有一定的尺寸和一定的附加成本。例如，对于小尺寸的磁芯，并不总是有可用于配置额外的线圈的空间。