一种kHz频段超材料储能电感器制造技术

本发明专利技术公开了一种kHz频段超材料储能电感器，包括超材料芯、绕阻；绕阻绕制在超材料芯的表面上；超材料芯包括谐振单元组，谐振单元以超材料芯的圆心为中心环形阵列的分布在超材料芯内；谐振单元包括导线回路和电容，电容串联连接在导线回路中，形成闭合回路；超材料芯在特定频率下具有一定量值的等效磁导率，起到储存和传递能量的作用，用来替代磁芯；本发明专利技术设计通过用一种在基频和一次谐波下均可具有的一定等效磁导率超材料芯代替磁芯的电感器，规避了开关电源中的因磁性器件的性能和损耗对变换器功率密度提升的制约。对变换器功率密度提升的制约。对变换器功率密度提升的制约。

【技术实现步骤摘要】
一种kHz频段超材料储能电感器
[0001]
：本专利技术属于电感
，具体涉及一种kHz频段超材料储能电感器。
[0002]
技术介绍
：高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)是通过MOSFET或IGBT的高频工作的电源，目前的高频开关电源频率一般控制在几十kHz到MHz级。开关电源中的电感使用的磁性材料包括带气隙的铁氧体、磁粉芯等。随着开关电源工作频率的不断增加，各种磁性材料的损耗随频率和磁感应强度迅速增大，开关电源中的磁性器件的性能和损耗制约着变换器功率密度的提升。
[0003]
技术实现思路
：鉴于此，有必要设计一种kHz频段超材料储能电感器以减少磁性材料的损耗。
[0004]一种kHz频段超材料储能电感器，包括：超材料芯、绕阻；绕阻绕制在超材料芯的表面上；材料芯包括谐振单元组，谐振单元以超材料芯的圆心为中心环形阵列的分布在超材料芯内；谐振单元包括导线回路和电容，电容串联连接在导线回路中，形成闭合回路；超材料芯在特定频率下具有一定量值的等效磁导率，起到储存和传递能量的作用，用来替代磁芯。
[0005]优选的，谐振单元为印刷电路板。
[0006]优选的，印刷电路板为2
‑
10层，印刷电路板包括印制在印刷电路板上的导线回路、电容，导线回路的首末两端穿过印刷电路板层间通孔从印刷电路板的同一面引出相互串联起来，同层电容串联连接，不同层导线回路上的电容并联连接。
[0007]优选的，谐振单元为挠性电路板。
[0008]优选的，第一层导线回路由里向外螺旋展开，并在最外侧进入第二层，导线回路在第二层由外向里螺旋展开并在最内侧进入第三层，依次重复并让导线回路在最后一层回到印刷电路板的中部通孔处。
[0009]优选的，根据容值需要，电容为单电容或等效电容，等效电容由多个电容并联而成。通过多电容组合，可以在每个谐振单元的导线回路端口提供两种容值，因此每个谐振单元会有两种谐振频率，这就使得超材料芯不再是单一频率下具有一定等效磁导率，而是在基频和一次谐波下均可具有的一定等效磁导率，这会对开关电源中非正弦变化的电流波形起到更好的能量储存和传递作用。
[0010]优选的，kHz频段超材料储能电感器还包括谐振单元座，谐振单元座为环形，内部环形排列着用来固定谐振单元的谐振单元装配槽。
[0011]优选的，谐振单元座还包括谐振单元外壳，谐振单元外壳与谐振单元装配槽是一体的，谐振单元装配槽可以从谐振单元上下壳中铣出。
[0012]优选的，绕阻的线为扁平编织线，有利于其均匀的缠绕在谐振单元座外壳外表面。扁平编织线可以减少高频下导体内部的集肤效应和邻近效应，同时还可以减少导线的高频欧姆损耗。
[0013]优选的，绕阻的引脚固定在绝缘底座上。
[0014]本专利技术设计出通过用一种在基频和一次谐波下均可具有的一定等效磁导率超材料芯代替磁芯的电感器，规避了开关电源中的因磁性器件的性能和损耗对变换器功率密度提升的制约。
[0015]附图说明：附图1是kHz频段超材料储能电感器结构主视图。
[0016]附图2是超材料芯示意图。
[0017]附图3是谐振单元装配槽示意图。
[0018]附图4是谐振单元外壳示意图。
[0019]附图5是是谐振单元的电路模型示意图。
[0020]附图6是印刷电路板上一层导线回路的示意图。
[0021]图中：单层导线回路1、印刷电路板 2、导线回路3、电容4、谐振单元外壳5、谐振单元装配槽6、超材料芯7、绕阻8。
[0022]具体实施方式：如图1
‑
6所示，一种kHz频段超材料储能电感器，包括：超材料芯7、绕阻8；超材料芯7包括谐振单元组，谐振单元以超材料芯7的圆心为中心环形阵列的分布在超材料芯7内，谐振单元包括导线回路3和电容4，导线回路3和电容4串联连接，形成闭合回路；多个谐振单元环形排列，形成超材料芯7。超材料芯7在特定频率下具有一定量值的等效磁导率，起到储存和传递能量的作用，可用来替代磁芯；绕阻8，绕制在装配好的谐振单元座的外壳5表面上，出线端从谐振单元座外壳5外侧下部引出。
[0023]在本实施方式中，谐振单元为印刷电路板2。
[0024]在本实施方式中，印刷电路板2为2
‑
10层，印刷电路板2包括印制在印刷电路板上的导线回路3、电容4，导线回路3的首末两端穿过印刷电路板的层间通孔从印刷电路板的同一面引出相互串联起来，同层电容4串联连接，不同层导线回路上的电容4并联连接。
[0025]在另一实施方式中，印刷电路板2是挠性电路板。
[0026]在本实施方式中，第一层导线回路由里向外螺旋展开，并在最外侧进入第二层，导线回路在第二层由外向里螺旋展开并在最内侧进入第三层，依次重复并让导线回路在最后一层回到印刷电路板的中部通孔处，导线回路中央的空白区域为电容焊接区。
[0027]在本实施方式中，根据容值需要，电容4为单电容或等效电容，等效电容为多个电容并联而成，通过多电容组合，可以在每个谐振单元的导线回路端口提供两种容值，因此每个谐振单元会有两种谐振频率，这就使得超材料芯7不再是单一频率下具有一定等效磁导率，而是在基频和一次谐波下均可具有的一定等效磁导率，这会对开关电源中非正弦变化的电流波形起到更好的能量储存和传递作用。
[0028]在本实施方式中，kHz频段超材料储能电感器还包括谐振单元座，谐振单元座为环形，内部环形排列着用来固定谐振单元的谐振单元装配槽6。
[0029]在本实施方式中，谐振单元座还包括谐振单元外壳5，谐振单元外壳5与谐振单元装配槽6是一体的，谐振单元外壳5为上下两层的绝缘外壳，以便于固定谐振单元；谐振单元装配槽6可以从谐振单元上下壳中铣出。
[0030]在本实施方式中，绕阻8的线为扁平编织线，有利于其均匀的缠绕在谐振单元座外壳5外表面。扁平编织线可以减少高频下导体内部的集肤效应和邻近效应，同时还可以减少
导线的高频欧姆损耗。
[0031]在本实施方式中，绕阻8的引脚固定在绝缘底座上。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种kHz频段超材料储能电感器，包括：超材料芯、绕阻；其特征在于：绕阻绕制在超材料芯表面上；超材料芯包括谐振单元组，谐振单元以超材料芯的圆心为中心环形阵列分布在超材料芯内；谐振单元包括导线回路和电容，电容串联连接在导线回路中。2.如权利要求1所述的kHz频段超材料储能电感器，其特征在于：谐振单元为印刷电路板。3.如权利要求2所述的kHz频段超材料储能电感器，其特征在于：印刷电路板为2
‑
10层，印刷电路板包括印制在印刷电路板上的导线回路、电容；印刷电路板层间导线回路串联连接，同层电容串联连接，不同层导线回路上的电容并联连接。4.如权利要求1所述的kHz频段超材料储能电感器，其特征在于：谐振单元为挠性电路板。5.如权利要求2所述的kHz频段超材料储能电感器，其特征在于：第一层导线回路由里向外螺旋展开...

【专利技术属性】
技术研发人员：王迎迎，于佳辉，王睿涵，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：