电感、功率因数校正电路及电源系统技术方案

本申请提供一种电感、功率因数校正电路及电源系统。该电感包括线圈绕组和磁芯；磁芯包括第一外磁芯、第二外磁芯和绕线单元；第一外磁芯和第二外磁芯沿第一方向相对设置，绕线单元设置于第一外磁芯和第二外磁芯之间，线圈绕组环绕设置于绕线单元；绕线单元包括磁芯中柱和至少两个沿第一方向分布的气隙，磁芯中柱的轴心线平行于第一方向；至少两个气隙包括一个空气气隙和至少一个固体气隙；固体气隙的磁感应强度大于磁芯中柱的磁感应强度。该电感的总气隙可以随线圈绕组的电流大小变化，应用到电源系统的功率因数校正电路中时，能够使电源系统轻载段的电感感量大，可以提高功率因数校正电路的工作效率，从而优化电源系统轻载段的效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
电感、功率因数校正电路及电源系统


[0001]本申请涉及电源
，尤其涉及到电感、功率因数校正电路及电源系统。

技术介绍

[0002]电源系统广泛应用于服务器、数据中心、基站等各种供电场合。为了应对随科技发展日益加重的能源消耗问题，对电源系统的工作效率的要求越来越高，特别是对电源系统中功率因数校正电路的工作效率提出了更高要求。在临界导通模式下，如何提高功率因数校正电路工作效率是当前提升电源系统效率的关键。

技术实现思路

[0003]本申请提供了一种电感、功率因数校正电路及电源系统，使得电源系统临界导通模式的轻载段具有较高的工作效率，从而提升电源效率。
[0004]第一方面，本申请提供了一种电感，可以应用到功率因数校正电路中。该电感包括线圈绕组和磁芯。磁芯包括第一外磁芯、第二外磁芯以及绕线单元，第一外磁芯和第二外磁芯沿第一方向相对设置，绕线单元设置于第一外磁芯与第二外磁芯之间，线圈绕组环绕设置于绕线单元。具体地，绕线单元包括磁芯中柱和至少两个沿第一方向分布的气隙，磁芯中柱的轴心线的方向平行于第一方向。该至少两个气隙用于实现磁芯的分段气隙。该至少两个气隙包括一个空气气隙和至少一个固体气隙。固体气隙的磁感应强度大于磁芯中柱，磁感应强度指的是单位面积(该单位面积垂直于第一方向)内通过的磁感线的密度。
[0005]对于磁芯，当磁通量增大，固体气隙将比磁芯中柱更早的达到磁通量饱和状态，当固体气隙的磁通量达到饱和，固体气隙内的磁通量迅速衰减并最终使得固体气隙充当一空气气隙。当磁通量比较小时，固体气隙磁通量未饱和，固体气隙可以用作磁导通，此时整个磁芯的总气隙等于空气气隙；当磁通量逐渐增大至固体气隙磁通量饱和，固体气隙的磁通量迅速衰减，最终，固体气隙将会充当另一个空气气隙，此时整个磁芯的总气隙等于空气气隙与固体气隙之和。也就是说，磁芯的总气隙大小可以随线圈绕组内的电流大小改变。
[0006]将该电感应用电源系统的功率因数校正电路中，电源系统在临界导通模式下轻载段时，电感的气隙相当于只有原本结构中的空气气隙，电感感量大，可以降低功率因数校正电路的开关频率，从而减小功率因数校正电路中金氧半场效晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor，MOSFET)开关的损耗，相当于可以提升电源系统在轻载段的效率；随着电源系统负载的增大，固体气隙随负载增大磁通量饱和，固体气隙充当另一个空气气隙，此时总气隙相当于空气气隙和固体气隙之和。电感的总气隙增大，电感的感量下降，可以提升功率因数校正电路的开关频率。可以看出，上述磁芯应用到电源系统中，可以使功率因数校正电路在电源系统处于临界导通模式的轻载段时具有较高的工作效率，使得电源系统在轻载段也具有较高的效率，进而提高电源系统的效率，满足高效率的电源需求。
[0007]绕线单元的结构可以有多种实施方式，磁芯中柱可以固定于第一外磁芯，磁芯中
柱与第二外磁芯之间形成空气气隙；或者，磁芯中柱固定于第二外磁芯，磁芯中柱与第一外磁芯之间形成空气气隙；或者，磁芯中柱包括第一子柱和第二子柱，第一子柱固定于其中第一外磁芯，第二子柱固定于第二外磁芯；第一子柱与第二子柱之间形成空气气隙。
[0008]在一些可能的实现方式中，空气气隙可以与固体气隙相邻设置。
[0009]在一些可能的实现方式中，磁芯中柱包括多个内磁芯，空气气隙与固体气隙分别设置于一个内磁芯沿第一方向的两侧。
[0010]固体气隙的材质可以为铁磁体或铁磁粉，还可以为其他氧化铁混合物。
[0011]在一种可能的实现方式中，固体气隙的中心具有沿第一方向贯穿固体气隙的镂空区域该镂空区域可以提高固体气隙的磁感应强度，使得固体气隙的磁感应强度大于磁芯中柱的磁感应强度；此外，这种结构的固体气隙为封闭环形，使得固体气隙能够减小漏磁通在周边线圈上产生的涡流损耗，提升电源效率。其中，镂空区域可以为圆柱形，且镂空区域与磁芯中柱共轴。固体气隙的周向表面则与磁芯中柱的周向表面平齐，方便线圈绕组环绕设置于绕线单元。具体地，固体气隙可以通过胶粘剂、粘接层等粘接于磁芯中柱上。
[0012]在一种可能的实现方式中，固体气隙垂直于第一方向的径向尺寸大于磁芯中柱垂直于第一方向的径向尺寸。
[0013]其中，第一外磁芯包括第一底座和两个第一边柱，两个第一边柱固定于第一底座并向第二外磁芯延伸；第二外磁芯包括第二底座和两个第二边柱，两个第二边柱固定于第二底座并向第一外磁芯延伸；磁芯中柱的两端分别固定于第一底座和第二底座，两个第一边柱和两个第二边柱一一对应地配合连接。第一外磁芯和第二外磁芯具体可以为EE型、EP型、PQ型或RM型中的任意一种。
[0014]由于该电感中磁芯的总气隙可以根据电源系统的负载变化而变化，在电源系统处于临界导通模式时，电感可以在电源系统轻载段感量较大，而在电源系统重载段感量较小。
[0015]第二方面，本申请还提供一种功率因数校正电路，包括电容、金氧半场效晶体管开关、二极管以及上述电感。电感的一端连接整流电路的输出端，用于接收整流电路的输出电流，电感的另一端连接二极管的阳极及金氧半场效晶体管开关的一端。二极管的阴极连接直流变压电路的输入端及电容。在电源系统处于临界导通模式时，该功率因数校正电路中的金氧半场效晶体管开关在电源系统轻载段损耗小，使得该功率因数校正电路在电源系统处于临界导通模式的轻载段时具有较高的工作效率，使得电源系统在轻载段也具有较高的效率，进而提高电源系统的效率。
[0016]第三方面，本申请还提供一种电源系统，该电源系统包括交直流转换电路、直流变压电路、控制电路。其中，交直流转换电路包括整流电路及上述的功率因数校正电路。在电源系统处于临界导通模式时，该功率因数校正电路在电源系统处于临界导通模式的轻载段时具有较高的工作效率，使得电源系统在轻载段也具有较高的效率，进而提高电源系统的效率，满足高效率的电源需求。
附图说明
[0017]图1a为电源系统的示意图；
[0018]图1b为交直流转换电路的示意图；
[0019]图1c为图1b所示的功率因数校正电路在临界导通工作模式下的电感电流波形图；
[0020]图2为本申请实施例提供的一种电感的示意图；
[0021]图3a为本申请实施例提供的一种电感的结构示意图；
[0022]图3b为本申请实施例提供的一种电感的结构示意图；
[0023]图3c为本申请实施例提供的一种电感的主视图；
[0024]图4为本申请实施例提供的一种电感的爆炸图；
[0025]图5为本申请实施例提供的一种电感的固体气隙的结构示意图；
[0026]图6a为本申请实施例提供的一种电感的爆炸图；
[0027]图6b和图6c为本申请实施例提供的一种电感的固体气隙的结构示意图；
[0028]图7a至图7b为本申请实施例提供的一种电感的固体气隙的结构示意图；
[0029]图8为本申请实施例提供的一种电感的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电感，其特征在于，包括线圈绕组和磁芯；所述磁芯包括第一外磁芯、第二外磁芯和绕线单元；所述第一外磁芯和所述第二外磁芯沿第一方向相对设置，所述绕线单元设置于所述第一外磁芯和所述第二外磁芯之间，所述线圈绕组环绕设置于所述绕线单元；所述绕线单元包括磁芯中柱和至少两个沿第一方向分布的气隙，所述磁芯中柱的轴心线平行于所述第一方向；所述至少两个气隙包括一个空气气隙和至少一个固体气隙；所述固体气隙的磁感应强度大于所述磁芯中柱的磁感应强度。2.根据权利要求1所述的电感，其特征在于，所述磁芯中柱固定连接所述第一外磁芯，所述磁芯中柱与所述第二外磁芯之间形成所述空气气隙；或，所述磁芯中柱固定连接所述第二外磁芯，所述磁芯中柱与所述第一外磁芯之间形成所述空气气隙。3.根据权利要求1中所述的电感，其特征在于，所述磁芯中柱包括第一子柱和第二子柱，所述第一子柱固定连接所述第一外磁芯，所述第二子柱固定连接所述第二外磁芯；所述第一子柱与所述第二子柱之间形成所述空气气隙。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的电感，其特征在于，所述空气气隙与所述固体气隙相邻。5.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的电感，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，陈少磊，李闯鹏，赵东升，马成龙，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：