[發明專利]一種kHz頻段超材料儲能電感器

有效

• 申請號: 202111370628.7
• 申請日: 2022-01-11
• 公開（公告）號: CN114141491B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 王迎迎;于佳輝;王睿涵
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: H01F27/24
• 分類號: H01F27/24;H01F27/28;H01F27/40;H01F6/00
• 代理公司: 銀川長征知識產權代理事務所 64102
• 代理人: 馬長增

本發明公開了一種kHz頻段超材料儲能電感器，包括超材料芯、繞組；繞組繞制在超材料芯的表面上；超材料芯包括諧振單元組，諧振單元以超材料芯的圓心為中心環形陣列的分布在超材料芯內；諧振單元包括導線回路和電容，電容串聯連接在導線回路中，形成閉合回路；超材料芯在特定頻率下具有一定量值的等效磁導率，起到儲存和傳遞能量的作用，用來替代磁芯；本發明設計通過用一種在基頻和一次諧波下均可具有的一定等效磁導率超材料芯代替磁芯的電感器，規避了開關電源中的因磁性器件的性能和損耗對變換器功率密度提升的制約。

技術領域：

本發明屬于電感技術領域，具體涉及一種kHz頻段超材料儲能電感器。

背景技術：

高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)是通過MOSFET或IGBT的高頻工作的電源，目前的高頻開關電源頻率一般控制在幾十kHz到MHz級。開關電源中的電感使用的磁性材料包括帶氣隙的鐵氧體、磁粉芯等。隨著開關電源工作頻率的不斷增加，各種磁性材料的損耗隨頻率和磁感應強度迅速增大，開關電源中的磁性器件的性能和損耗制約著變換器功率密度的提升。

發明內容：

鑒于此，有必要設計一種kHz頻段超材料儲能電感器以減少磁性材料的損耗。

一種kHz頻段超材料儲能電感器，包括：超材料芯、繞組；繞組繞制在超材料芯的表面上；材料芯包括諧振單元組，諧振單元以超材料芯的圓心為中心環形陣列的分布在超材料芯內；諧振單元包括導線回路和電容，電容串聯連接在導線回路中，形成閉合回路；超材料芯在特定頻率下具有一定量值的等效磁導率，起到儲存和傳遞能量的作用，用來替代磁芯；其中，所述諧振單元為印刷電路板，所述印刷電路板為2-10層，印刷電路板包括印制在印刷電路板上的導線回路、電容，導線回路的首末兩端穿過印刷電路板層間通孔從印刷電路板的同一面引出相互串聯起來，同層電容串聯連接，不同層導線回路上的電容并聯連接。

優選的，諧振單元為撓性電路板。

優選的，第一層導線回路由里向外螺旋展開，并在最外側進入第二層，導線回路在第二層由外向里螺旋展開并在最內側進入第三層，依次重復并讓導線回路在最后一層回到印刷電路板的中部通孔處。

優選的，根據容值需要，電容為單電容或等效電容，等效電容由多個電容并聯而成。通過多電容組合，可以在每個諧振單元的導線回路端口提供兩種容值，因此每個諧振單元會有兩種諧振頻率，這就使得超材料芯不再是單一頻率下具有一定等效磁導率，而是在基頻和一次諧波下均可具有的一定等效磁導率，這會對開關電源中非正弦變化的電流波形起到更好的能量儲存和傳遞作用。

優選的，kHz頻段超材料儲能電感器還包括諧振單元座，諧振單元座為環形，內部環形排列著用來固定諧振單元的諧振單元裝配槽。

優選的，諧振單元座還包括諧振單元外殼，諧振單元外殼與諧振單元裝配槽是一體的，諧振單元裝配槽可以從諧振單元上下殼中銑出。

優選的，繞組的線為扁平編織線，有利于其均勻的纏繞在諧振單元座外殼外表面。扁平編織線可以減少高頻下導體內部的集膚效應和鄰近效應，同時還可以減少導線的高頻歐姆損耗。

優選的，繞組的引腳固定在絕緣底座上。

本發明設計出通過用一種在基頻和一次諧波下均可具有的一定等效磁導率超材料芯代替磁芯的電感器，規避了開關電源中的因磁性器件的性能和損耗對變換器功率密度提升的制約。

附圖說明：

附圖1是kHz頻段超材料儲能電感器結構主視圖。

附圖2是超材料芯示意圖。

附圖3是諧振單元裝配槽示意圖。

附圖4是諧振單元外殼示意圖。

附圖5是是諧振單元的電路模型示意圖。