磁芯组件、电子设备及制造磁芯组件的方法技术

磁芯组件包括具有至少一个间隙的第一芯和设置在第一芯的至少一个间隙内的至少一个第二芯。第一芯和至少一个第二芯由不同的材料制成。至少一个第二芯占据的空间不大于第一芯的至少一个间隙。的至少一个间隙。的至少一个间隙。

【技术实现步骤摘要】
磁芯组件、电子设备及制造磁芯组件的方法


[0001]本专利技术总体上涉及磁芯组件，并且更具体地涉及磁芯组件，包括该磁芯组件的电感器和变压器及其制造工艺。

技术介绍

[0002]诸如电感器或变压器的磁性元件被广泛地用于开关模式功率转换器中。近来，存在将高频开关并入功率转换器中的趋势。通过高频开关，对于等效的“ON/OFF”电压和纹波电流，频率
∝
1/电感，可以降低开关模式功率转换器的成本，并可以提高效率。然而，在相关技术的功率转换器中并入高频开关存在若干缺点，这会影响这些设备中的功率密度、效率、损耗和可靠性。

技术实现思路

[0003]至少一个示例实施例涉及一种磁芯组件。磁芯组件包括具有至少一个间隙的第一芯和设置在第一芯的至少一个间隙内的至少一个第二芯。第一芯和至少一个第二芯由不同的材料制成。此外，至少一个第二芯占据的空间不大于第一芯的至少一个间隙。
[0004]至少一个示例实施例涉及一种电子设备。电子设备包括磁芯和缠绕在磁芯上的线圈。磁芯包括具有至少一个间隙的第一芯和设置在第一芯的至少一个间隙内的至少一个第二芯。第一芯和至少一个第二芯由不同的材料制成。此外，至少一个第二芯占据的空间不大于第一芯的至少一个间隙。
[0005]至少一个示例实施例涉及一种制造磁芯组件的方法。制造磁芯组件的方法：为第一芯提供至少一个间隙，以及将至少一个第二芯定位在第一芯的至少一个间隙内。第一芯和至少一个第二芯由不同的材料制成。此外，至少一个第二芯占据的空间不大于第一芯的至少一个间隙。
附图说明
[0006]图1是根据本专利技术的实施例的示出具有铁氧体芯的磁芯和具有铁氧体芯与金属粉末芯结合的磁芯的开路电感(OCL)与饱和电流(Isat)曲线的曲线图。
[0007]图2示出了根据本专利技术的实施例的具有铁氧体芯的磁芯和具有铁氧体芯与金属粉末芯结合的磁芯的比较表。
[0008]图3示出了根据本专利技术的一个实施例的铁氧体芯和板作为间隙与金属粉末材料
‑
NPA芯作为间隙的比较。
[0009]图4A是作为常规耦合输出扼流圈的逆变器的框图。
[0010]图4B是根据本专利技术的实施例的作为耦合输出扼流圈的逆变器的框图。
[0011]图5A是在常规的交错式功率因数转换器(PFC)升压转换器电路中使用的变压器的框图。
[0012]图5B是根据本专利技术的实施例的在交错式PFC升压转换器电路中使用的变压器的框
图。
[0013]图6是根据本专利技术的实施例的制造磁芯组件的方法的流程图。
具体实施方式
[0014]将结合磁芯组件、包括其的电感器和变压器及其制造工艺来描述本专利技术的实施例。用于电感器和变压器的磁芯可以分为两种类型：金属粉末芯和铁氧体芯。金属粉末芯是由粉末型复合金属制成的磁芯。金属粉末芯的磁导率低且电流特性优异，但是价格昂贵。另一方面，铁氧体芯价格便宜，并且在高频特性和损耗特性方面优越，但是磁导率高。用于电感器和变压器的磁芯通常由具有高磁导率的金属制成，并设置在由导线制成的线圈的内部，以帮助形成磁通量或磁场。
[0015]电感器通常用作高电流输出扼流圈和直流(DC)/DC转换器中的扼流圈，变压器通常用于以连续导通模式(CCM)、不连续导通模式(DCM)和临界导通模式(CrCM)工作的交错式功率因数转换器(PFC)升压转换器电路中。使用高频开关时，电感器和变压器的磁芯特性包括定义为500kHz至100MHz范围内的频率、高饱和磁通密度(Bsat)以避免在高DC偏压下出现饱和，低导磁率以迫使增加匝数并降低交流(AC)磁通密度，很少或没有离散的间隙以减少边缘效应，单层绕组以减少邻近效应损失，涡流损耗低，以及电感随频率和功率线性良好。
[0016]如上所述，铁氧体芯具有成本效益并且具有低的磁芯功耗。铁氧体的饱和磁通密度低，因此需要气隙和利兹线。在这种情况下，芯的总体积相对较大。用于铁氧体芯的一种铁氧体材料是锰锌(Mn
‑
Zn)。由于低体电阻率，Mn
‑
Zn材料在大于1MHz时会失效。而且，Mn
‑
Zn材料需要离散的间隙以减小有效磁导率(间隙损耗)，具有低的饱和磁通密度(100℃时Bsat<0.5T)和温度限制(<100℃)。
[0017]诸如磁粉芯的金属粉末芯是由铁合金粉制成的分布式气隙芯，用于在高频下的低损耗。在整个芯上均匀分布的小气隙会增加在芯饱和之前可通过绕组的直流量。金属粉末芯具有较高的饱和磁通密度(100℃下Bsat>0.9T)、分布的气隙，这意味着较低的磁导率而不是离散的气隙，低磁滞和涡流损耗，大于100MHz的有效性且温度限制为(<100℃)。
[0018]根据本专利技术的一个实施例，铁氧体芯和金属粉末芯被组合以增强磁芯对于电感器和变压器的益处，如下面更详细地讨论的。
[0019]诸如铁粉材料芯的金属粉末芯包括但不限于羰基铁、纳米颗粒阵列(NPA)硅化铁(Fe
‑
Si 3.0)粉末芯、钼合金粉末(MPP)Ni
‑
Fe
‑
Mo合金芯、高通量Fe
‑
Ni合金芯和Sendust/Fe
‑
Si
‑
Al合金芯。根据本专利技术的一个实施例，诸如NPA硅化铁(Fe
‑
Si 3.0)粉末芯、钼合金粉末(MPP)Ni
‑
Fe
‑
Mo合金芯、高通量Fe
‑
Ni合金芯和Sendust/Fe
‑
Si
‑
Al合金芯的铁粉材料使用诸如Mn
‑
Zn类的材料与铁氧体芯结合在一起。这种组合产生的Bsat超过950mT，当单独使用Mn
‑
Zn材料时，Bsat增强了600mT。如图1所示，该组合还提供了增强的饱和电流(Isat)(比单独使用的Mn
‑
Zn材料高20％到30％以上)。
[0020]图1是示出根据本专利技术的实施例的具有铁氧体芯的磁芯和具有铁氧体芯与金属粉末芯组合的磁芯的开路电感(OCL)对Isat曲线的曲线图。在曲线图100中，纵轴表示以百分比(％)表示的OCL，横轴表示以DC安培数(Adc)表示的Isat。曲线图100绘制了两个磁芯。标记为磁芯#3的第一磁芯包括Mn
‑
Zn铁氧体芯，电感为3.8μH，三匝(3TS)。标记为磁芯#10的第
二个磁芯包括Mn
‑
Zn和铁粉末芯NPA组合的铁氧体芯，电感为3.0μH，三匝(3TS)。如曲线图100所示，磁芯#10的Isat比磁芯#3增加了20％到30％。
[0021]图2示出了根据本专利技术的实施例的具有铁氧体芯的磁芯#3和具有铁氧体芯与金属粉末芯结合的磁磁芯#10的比较表200。表200包括代表实验设计(DoE)的列205、代表η
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁芯组件，其特征在于，所述磁芯组件包括：第一芯，所述第一芯具有至少一个间隙；以及至少一个第二芯，所述至少一个第二芯设置在所述第一芯的所述至少一个间隙内，其中，所述第一芯和所述至少一个第二芯由不同的材料制成，以及所述至少一个第二芯占据的空间不大于所述第一芯的所述至少一个间隙。2.如权利要求1所述的磁芯组件，其特征在于，所述至少一个第二芯由金属粉末材料制成。3.如权利要求1所述的磁芯组件，其特征在于，所述第一芯由铁氧体材料制成。4.如权利要求1所述的磁芯组件，其特征在于，所述至少一个第二芯由选自以下的一种铁粉材料制成：羰基铁、Fe
‑
Si型、Fe
‑
Ni型、Ni
‑
Fe
‑
Mo型和Fe
‑
Si
‑
Al型。5.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：磁芯，所述磁芯包括：第一芯，所述第一芯具有至少一个间隙；以及至少一个第二芯，所述至少一个第二芯设置在所述第一芯的所述至少一个间隙内，其中，所述第一芯和所述至少一个第二芯由不同的材料制成，以及所述至少一个第二芯占据的空间不大于所述第一芯的所述至少一个间隙；以及缠绕在所述磁芯上的线圈。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：周国强，唐顺龙，
申请(专利权)人：伟创力有限公司，
类型：发明
国别省市：