CN101989485A - 电感器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供能够获得良好的输出并且能够实现小型的电压变换电路的电感器。为了达成上述目的，本发明的电感器具有多组线圈，并且，电感器的磁芯，由被多组线圈缠绕的多个线圈用臂、和与线圈用臂的各个形成磁通的环的至少一个共用臂一体地形成。

Description

电感器

技术领域

本发明涉及在电压变换电路等中使用的电感器。

背景技术

作为将交流或直流电流的电压升压至所要求的大小的电压变换电路，使用如日本专利公开2007-195282号公报所记载的那样的交错PFC(Power Factor Correct功率因数校正)方式的变换电路。双相交流电源用的交错PFC方式的变换电路的一例如图8所示。图8所示的变换电路S，将来自交流电源E的交流电流分支输入到两个电感器L₁和L₂。并且，通过配置在交流电源E和电感器L₁、L₂之间的二极管，在电感器L₁、L₂中流动的电流的方向通常为恒定(在图8中由左向右的方向)。在以下的说明中，将电感器L₁、L₂的上游一侧的端子(图中左侧)定义为输入端，将下游一侧的端子(图中右侧)定义为输出端。

电感器L₁、L₂的输出端分别分支为两股。分支后的一方的路径经由二极管与变换电路S的第一输出端O₁连接。另一方面，从电感器L₁、L₂的输出端分支的另一方的路径，经由MOS晶体管M₁、M₂与变换电路S的第二输出端O₂连接。此外，在第一输出端O₁和第二输出端O₂之间，设置有电解电容器。

MOS晶体管M₁、M₂的栅极与控制器C连接。控制器C间歇地向栅极传送脉冲信号，由此，电感器L₁、L₂的输出端与变换电路S的第二输出端O₂间歇地连接/断开。控制器C使向MOS晶体管M₁传送的脉冲信号的相位与向MOS晶体管M₂传送的脉冲信号的相位相差180°进行供给。

将上述结构的变换电路S与交流电源E连接时，能够从输出端O₁、O₂获得比交流电源E的电压V_IN更高的电压V_OUT的直流电流。

将交流电流通过使用单一的电感器的变换电路进行变换时，其输出，电流和电压以山形变动，纹波较多。与此相对，使用交错PFC方式的变换电路的情况下，由于合成了纹波的相位偏移的多个电流，能够获得纹波较少的良好的电流。

发明内容

但是，由于现有的交错PFC方式的变换电路使用多个电感器，存在电路变得大型的问题。

本发明是为了解决上述问题而完成。即，本发明的目的在于，提供能够获得良好的输出并且能够实现小型的电压变换电路的电感器。

为了达成上述目的，本发明的电感器具有多组线圈，磁芯由分别被多个线圈缠绕的多个线圈用臂、和与各线圈用臂的各个形成磁通的环的至少一个共用臂一体地形成。

例如，磁芯具有上下一对的磁芯部，共用臂设置在磁芯部的中央间，线圈用臂设置在磁芯部间且在共用臂的两侧。此处，优选构成为在共用臂的与线圈用臂的各个接近的一对侧面，形成有配置线圈的一部分的凹部的结构。

也可以代替共用臂设置在磁芯部的中央间，线圈用臂设置在磁芯部间且在共用臂的两侧的结构，而构成为磁芯具有上下一对的磁芯部，共用臂设置在磁芯部间，线圈用臂设置在磁芯部间且在共用臂之间的结构。或者，还可以构成为磁芯具有上下一对的多角形的磁芯部，线圈臂设置在将磁芯部的各角部相互连接的位置，共用臂配置在磁芯部间的结构。

在上述的电感器中，优选构成为共用臂和线圈用臂与上下一对的磁芯部的任意一个一体地形成的结构。

此外，也可以构成为还具有多组辅助线圈，多组辅助线圈分别缠绕在多个线圈用臂的结构。

此外，优选将共用臂的磁阻设定为比线圈用臂的磁阻小。例如为，在线圈用臂形成有用于使磁阻上升的间隙，在共用臂没有形成间隙的结构。此外，间隙例如为空气间隙。

此外，优选构成为以使共用臂被上述线圈用臂夹住的方式，共用臂和线圈用臂配置为大致一列的结构。

此外，优选构成为基于缠绕在多个线圈用臂的各线圈的在共用臂上的磁通以相互抵消的方式被设定的结构。

将以上说明的本发明的电感器用于交错PFC方式的电压变换电路的情况下，基于各线圈的磁通能够在共用臂相互抵消。因此，能够减小贯通共用臂的磁通的大小。因此，能够使共用臂的截面积比线圈用臂的截面积充分小。将这样的电感器用于交错PFC方式的电压变换电路时，与使用多个电感器的现有结构相比，能够将电感器的体积和接地面积抑制为较小，实现小型的电压变换电路。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的电感器的立体图。

图2是本发明的第一实施方式的电感器的概略侧面图。

图3是本发明的第一实施方式的电感器的另一例的概略侧面图。

图4是本发明的第二实施方式的电感器的立体图。

图5是本发明的第三实施方式的电感器的概略侧面图。

图6是本发明的第四实施方式的电感器的立体图。

图7是本发明的第五实施方式的电感器的立体图。

图8是交错PFC方式的电压变换电路的一例的电路图。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式使用附图详细地说明。图1表示本发明的第一实施方式的电感器的立体图。此外，图2是本实施方式的电感器的概略侧面图。如图1所示，本实施方式的电感器1具有磁芯(core)10、第一线圈21和第二线圈22。

磁芯10将第一磁芯部11和第二磁芯部12组合而形成。第一磁芯部11，从棒状的基部11a伸出互相大致平行的3根第一臂11b、第二臂11c、第三臂11d而形成，呈E形。此外，第二磁芯部12为棒状，即I形。即，磁芯10为所谓的EI型磁芯。第一线圈21和第二线圈22分别缠绕在第一磁芯部11的第一臂11b和第三臂11d上。此外，第一线圈21和第二线圈22的下侧的端子分别与另外的引线21a、22a连接，上侧的端子与共通的引线23连接。

其中，作为磁芯10，能够使用将铁、铁素体等强磁体的粉末压缩成形而形成的压粉磁芯或将硅钢等钢板叠层而形成的叠层磁芯等。此外，第一磁芯部11和第二磁芯部12可以为相同种类的磁芯，或者，也可以为不同种类的磁芯。另外，被线圈21和22缠绕的第一臂11b和第三臂11d与中央的第二臂11c也可以为不同种类的磁芯。

在以上结构的电感器1的第一线圈21和第二线圈22流通电流时，如图2所示，在磁芯10，形成基于第一线圈21的磁通B1和基于第二线圈22的磁通B2。磁通B1在第一臂11b和第二臂11c中形成，此外，磁通B2在第三臂11d和第二臂11c形成。即，第二臂11c被磁通B1和B2双方贯通。

此处，由于第一线圈21缠绕的方向与第二线圈22缠绕的方向相反，从引线23向引线21a、22a通过电流时，在第二臂11c中磁通B1和磁通B2的方向成为互为相反。因此，在第二臂11c中磁通B1和磁通B2相互抵消，贯通第二臂11c的磁通的大小减小。从而，第二臂11c的截面积为比第一臂11b和第三臂11d合计的截面积充分小的大小即可。

如上所述，在本实施方式中，使第一线圈21和第二线圈22共有磁芯10的一部分(即第二臂11c)，与第一线圈21和第二线圈22缠绕在不同的磁芯上的结构相比，能够大幅度减少电感器的体积和设置面积。因此，通过将本实施方式的电感器用于交错PFC电路，可以实现小型并且纹波较小的电压变换电路。此外，在本实施方式中，由于电感器的两组线圈被安装在磁芯的外侧的臂上，线圈产生的热不会聚集在磁芯的中央部，能够使热有效地向外部逸散。

此外，本实施方式的电感器1，中央的第二臂11c的长度，比配置在其两侧的第一臂11b和第三臂11d的长度稍长。因此，将第一磁芯部11和第二磁芯部12组合形成磁芯10时，在第一臂11b、第三臂11d和第二磁芯部12之间形成空气间隙G。该空气间隙G防止在第一臂11b和第三臂11d的磁饱和。

此外，在中央的第二臂11c和第二磁芯部12之间不形成间隙。因此，从第一臂11b或者第三臂11d朝向第二臂11c的路径的磁阻，比第一臂11b和第三臂11d之间的路径的磁阻充分小。其结果是，第一线圈21生成的磁通的大部分不贯通第三臂11d而是贯通第二臂11c。同样，第二线圈22生成的磁通的大部分不贯通第一臂11b而是贯通第二臂11c。从而，能够避免因基于一方的线圈的磁通，对另一方的线圈发生电磁感应，使在输出中产生噪声的问题。

其中，本实施方式的电感器1，如上所述，具有2组线圈21、22。但是，本发明不限于上述结构。例如，如图3所示，也可以为在第一线圈21和第二线圈22的基础上，分别在第一臂11b和第三臂11d分别设置第一辅助线圈21’和第二辅助线圈22’的结构。上述结构的电感器1’，用于当检测出用于升压的线圈中流通的电流的大小为零(零交)时进行MOS晶体管的开关、以所谓的临界模式动作的交错PFC方式的变换电路。即，第一辅助线圈21’和第二辅助线圈22’与控制MOS晶体管的PFC控制器连接，PFC控制器检测第一线圈21和第二线圈22中流通的电流的大小基于该检测结果控制MOS晶体管的开关动作。

此外，该结构在两个系统使用交错PFC方式的变换电路时也有用。即，根据本结构，能够由一个电感器形成基于线圈21、22的变换电路与基于辅助线圈21’、22’的变换电路。

在以上说明的本发明的第一实施方式中，如图1所示，第二臂11c呈大致棱柱形。但是，本发明不限于上述结构。例如，图4的立体图所示的本发明的第二实施方式的电感器101，如图4所示，未配置第一线圈121和第二线圈122的中央的第二臂111c的进深方向(即与第一线圈121和第二线圈122的排列方向以及轴方向的双方垂直的方向。图中由右下至左上的方向)尺寸D的大小，与第一线圈121和第二线圈122的外径大致相同。

此外，第二臂111c的第一臂111b一侧的侧面115a和第三臂111d一侧的侧面115b，都成为沿着线圈121、122的轴方向延伸的圆筒面形状的凹面。并且，第一线圈121和第二线圈122的一部分，分别配置在第二臂111c的侧面115a和115b的凹部内。

如上所述，根据本实施方式的结构，能够抑制电感器101的宽度方向(即第一线圈121和第二线圈122的排列方向。从图中左下向右上的方向)尺寸。进而，根据本实施方式的结构，使第二臂111c的进深方向尺寸在不增大电感器101的进深方向尺寸的范围内尽量变长。因此，根据本实施方式，能够实现使第二臂111c的截面积充分大，在确保电感器的性能的同时，抑制电感器的接地面积和体积的电感器。

其中，在本例的电感器101中，在被线圈121和122缠绕的第一臂111b和第三臂111d形成有空气间隙G，另一方面，在未设置线圈121和122的第二臂111c，没有形成空气间隙。

以上说明的本发明的第一和第二实施方式中，构成为磁芯的排成一列的3个臂中，在外侧的两个臂设置有线圈的结构，本发明不限于上述结构。图5是本发明的第三实施方式的电感器的概略侧面图。图5所示的电感器201，磁芯210具有上下一对的磁芯部和在该磁芯部间排成一列的第一臂211b、第二臂211c、第三臂211d以及第四臂211e，第一线圈221和第二线圈222缠绕在内侧的第二臂211c和第三臂211d上。在该结构中，由第一线圈221和第二线圈222生成的磁通B11和B12都贯通外侧的第一臂211b和第四臂211e。从而，外侧的第一和第四臂211b、211e，作为由第一线圈221和第二线圈222双方使用的共用臂发挥作用。

如图5所示，由于第一线圈221和第二线圈222缠绕的方向互为相反方向，在第一臂211b和第四臂211e磁通B11和磁通B12变为相反方向，相互抵消。因此，贯通第一臂211b和第四臂211e的磁通的大小变得较小。从而，第一臂211b和第四臂211e的截面积，为比第二臂211c和第三臂211d的截面积充分小的大小即可。

此外，在本实施方式的电感器201中，在被线圈221和222缠绕的第二臂211c和第三臂211d形成有空气间隙G，另一方面，在未设置线圈221和222的第一臂211b和第四臂211e，没有形成空气间隙。

在以上说明的结构中，磁芯的臂排成一列地配置，但本发明不限于该结构。图6是本发明的第四实施方式的电感器的立体图。图6所示的电感器301，磁芯310具由上下地配置的一对大致三角形的磁芯部和配置在连接该磁芯部的各个角部的位置的三个柱状的第一臂311b、第二臂311c、以及第三臂311d组成，第一线圈321和第二线圈322被缠绕在第一臂311b和第二臂311c上。在该结构中，由第一线圈321和第二线圈322生成的磁通都贯通第三臂311d。

在本实施方式的电感器301中，按照基于第一线圈321的磁通和基于第二线圈322的磁通在第三臂311d的位置成为相反方向的方式设定线圈缠绕的方向。从而，在第三臂311d，双方的磁通相互抵消，贯通第三臂311d的磁通的大小变得较小。从而，第三臂311d的截面积，为比第一臂311b、第二臂311c的合计的截面积充分小的大小即可。

此外，在本实施方式的电感器301中，在被线圈321和322缠绕的第一臂311b和第二臂311c形成有空气间隙G，另一方面，在未设置线圈321和322的第三臂311d，没有形成空气间隙。

以上说明的本发明的第一～第四实施方式的电感器，适用于图8所示的使被输入多个MOS晶体管的栅极的脉冲的相位相差180°的双相型的交错PFC电路。但是，本发明的电感器也能够适用于双相型以外的交错PFC电路。以下说明的本发明的第五实施方式的电感器，适用于以使被输入分别设置在4组线圈的MOS晶体管的脉冲的相位每相差90°的方式设定的四相型的交错PFC电路。

图7是本发明的第五实施方式的电感器的立体图。本实施方式的电感器401的磁芯410，由上下地配置的一对大致四角形的磁芯部；配置在连接该磁芯部的各个角部的位置的4个柱状的第一臂411b、第二臂411c、第三臂411d、第四臂411e；和配置在长方形的中央的第五臂411f组成。本实施方式的电感器401具有第一线圈421、第二线圈422、第三线圈423和第四线圈424，它们分别被缠绕在第一臂411b、第二臂411c、第三臂411d和第四臂411e上。

在以上结构的电感器401的第一线圈421、第二线圈422、第三线圈423和第四线圈424中流通电流时，在磁芯410，形成分别由第一线圈421～第四线圈424产生的磁通。上述磁通都贯通第五臂411f。

本实施方式的电感器401的第一线圈421～第四线圈424缠绕的方向，以使由各线圈产生的在第五臂411f中的磁通相互抵消的方式设置。因此，贯通第五臂411f的磁通的大小变得较小。从而，第五臂411f的截面积，为比第一臂411b～第四臂411e的合计的截面积充分小的大小即可。

如上所述，在本实施方式中，在第一线圈421～第四线圈424共有磁芯410的一部分(即，在本实施方式中为第五臂411f)，与各线圈被缠绕在不同的磁芯的结构相比，能够大幅度减少电感器的体积和设置面积。因此，通过在交错PFC电路中使用本实施方式的电感器401，可以实现小型并且纹波较小的电压变换电路。此外，在本实施方式中，由于电感器的4组线圈被安装在磁芯的外侧的臂上，所以线圈产生的热不会聚集在磁芯的中央部，能够使热有效地向外部逸散。

此外，在本实施方式的电感器401中，在第一臂411b～第四臂411e中形成有空气间隙G。该空气间隙G防止第一臂411b～第四臂411e的磁饱和。

此外，在中央的第五臂411f没有形成空气间隙。因此，第五臂411f和其他臂之间的路径的磁阻，比第一臂411b～第四臂411f间的路径的磁阻充分小。其结果是，在第一线圈421～第四线圈424生成的磁通大部分贯通第五臂411f。从而，能够避免基于某个线圈的磁通对其他线圈发生电磁感应，在输出中产生噪声的问题。

此外，在本实施方式中，第一臂411b～第四臂411e被配置在将长方形的磁芯部的各角部相互连接的位置，但本发明不限于上述结构，例如，还可以为在连接菱形、直角梯形等其他多角形的磁芯部的角部的位置，配置线圈用臂的结构。

Claims (12)

1.一种电感器，其具有磁芯和线圈，其特征在于：

具有多组所述线圈，

所述磁芯，由被所述多组线圈分别缠绕的多个线圈用臂、和与所述线圈用臂的各个形成磁通的环的至少一个共用臂一体地形成。

2.如权利要求1所述的电感器，其特征在于：

所述磁芯具有上下一对的磁芯部，

所述共用臂设置在所述磁芯部的中央间，

所述线圈用臂设置在该磁芯部间且在该共用臂的两侧。

3.如权利要求2所述的电感器，其特征在于：

在所述共用臂的、与所述线圈用臂的各个接近的一对侧面，形成有配置所述线圈的一部分的凹部。

4.如权利要求1所述的电感器，其特征在于：

所述磁芯具有上下一对的磁芯部，

所述共用臂设置在所述磁芯部间，

所述线圈用臂设置在该磁芯部间且在该共用臂之间。

5.如权利要求1所述的电感器，其特征在于：

所述磁芯具有上下一对的多角形的磁芯部；

所述线圈臂设置在将所述磁芯部的各角部相互连接的位置；

所述共用臂配置在所述磁芯部间。

6.如权利要求2～5中任一项所述的电感器，其特征在于：

所述共用臂和所述线圈用臂，与所述上下一对的磁芯部中的任意一个一体地形成。

7.如权利要求1所述的电感器，其特征在于：

还具有多组辅助线圈，所述多组辅助线圈分别被缠绕在所述多个线圈用臂上。

8.如权利要求1所述的电感器，其特征在于：

所述共用臂的磁阻比所述线圈用臂的磁阻小。

9.如权利要求8所述的电感器，其特征在于：

在所述线圈用臂形成有用于使磁阻上升的间隙，在所述共用臂没有形成间隙。

10.如权利要求9所述的电感器，其特征在于：

所述间隙为空气间隙。

11.如权利要求1所述的电感器，其特征在于：

以所述共用臂被所述线圈用臂夹住的方式，所述共用臂和所述线圈用臂配置为大致一列。

12.如权利要求1～5和权利要求7～11中任一项所述的电感器，其特征在于：

基于被缠绕在所述多个线圈用臂的各线圈的所述共用臂上的磁通，以相互抵消的方式被设定。

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