[發(fā)明專利]一種磁元件抗飽和磁芯結(jié)構(gòu)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210698746.9
• 申請(qǐng)日: 2022-06-20
• 公開（公告）號(hào): CN114974846A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李海波;白小青;高磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安愛科賽博電氣股份有限公司
• 主分類號(hào): H01F27/34
• 分類號(hào): H01F27/34;H01F27/26;H01F27/28
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源器件，具體涉及一種磁元件抗飽和磁芯結(jié)構(gòu)，解決現(xiàn)有硬飽和磁元件在短時(shí)高過壓或高過載工況下，磁芯飽和，使得開關(guān)電源難以穩(wěn)定工作在該類工況下，導(dǎo)致磁元件繞組電流快速上升，造成開關(guān)損壞的技術(shù)問題。該磁元件抗飽和磁芯結(jié)構(gòu)，包括繞組、磁軛、與磁軛組成回路的中柱；繞組與中柱的距離為d₃；氣隙的長度為d₁，且d₃≥d₁；硬飽和磁分路與軟飽和磁分路相鄰側(cè)壁之間的距離為d₂，且d₂≥d₁；軟飽和磁分路磁阻R_m2為A倍的硬飽和磁分路磁阻R_m1，A的取值大于等于5。硬飽和磁分路磁芯截面積A_e1與軟飽和磁分路磁芯截面積A_e2之和小于等于磁軛截面積A_e3。實(shí)現(xiàn)在額定工況以下，繞組感量恒定，不隨電壓或電流發(fā)生明顯變化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源器件，具體涉及一種磁元件抗飽和磁芯結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

磁元件是開關(guān)電源領(lǐng)域常見的一類無源器件，通常通過檢測繞在磁芯上繞組電感量的變化判斷磁芯是否飽和。在大多數(shù)應(yīng)用中，磁芯飽和會(huì)引起感量下降，勵(lì)磁電流增大，繞組損耗增大、燒壞等問題，應(yīng)避免磁芯快速飽和。

磁元件按磁芯材質(zhì)特性分為硬飽與軟飽和兩類。硬飽和磁芯特點(diǎn)為：該類磁芯材質(zhì)相對(duì)磁導(dǎo)率μ_r比較大，一般大于500，如錳鋅鐵氧體、硅鋼片、非晶或超微晶等。由該類硬飽和材質(zhì)構(gòu)成的磁芯，一般采用放置集中氣隙的方式抑制電壓或者電流引起的磁芯飽和。該類磁芯的特點(diǎn)是：在繞組電壓或電流達(dá)到飽和值之前，繞組與磁芯形成的感量幾乎不隨電壓或電流發(fā)生變化，感量保持恒定。當(dāng)繞組電壓或電流超過飽和值后，感量快速跌落至很小值，出現(xiàn)磁芯硬飽和現(xiàn)象，參見圖1。軟飽和磁芯特點(diǎn)為：該類磁芯材質(zhì)相對(duì)磁導(dǎo)率μ_r比較小，一般為幾十到200以下，如各類磁粉芯，包括鐵粉芯，鐵硅鋁粉芯，鐵硅粉芯，鐵鎳粉芯，非晶納米晶粉芯等，該類磁芯具有分布式氣隙結(jié)構(gòu)，常見此類材質(zhì)磁導(dǎo)率為26、40、60、75、90、125等。繞組感量隨著電壓或電流增大逐漸減小，感量與電壓或電流值有關(guān)，不是一個(gè)恒定值，但不會(huì)出現(xiàn)電壓或電流增大到一定值后，繞組感量快速跌落到接近0的硬飽和現(xiàn)象，參見圖2。這兩類特性的磁元件在開關(guān)電源領(lǐng)域都有應(yīng)用。如各類變壓器、LLC諧振電感、濾波電感等，一般要求繞組感量恒定，多采用硬飽和磁芯方案。PFC電感、BUCK/BOOST電感等，允許感量隨電壓或電流發(fā)生變化，多采用軟飽和磁芯方案。

在要求磁元件感量恒定的電源拓?fù)鋺?yīng)用中，磁元件磁芯均采用硬飽和磁芯材質(zhì)。電源有時(shí)需要短時(shí)工作在高電壓(如浪涌，電網(wǎng)電壓波動(dòng)等)或者大電流(如過載，短路運(yùn)行等)工況下，當(dāng)變壓器上加的電壓過高，或者電感器上流過的電流過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致該類磁芯快速硬飽和，繞組感量快速下降，繞組中電流快速上升，很容易導(dǎo)致主回路開關(guān)管過流損壞。為了適應(yīng)電源該類短時(shí)過壓、過載工況，常規(guī)做法是將磁元件額定工作磁密設(shè)計(jì)的比較低，保證磁元件在短時(shí)過壓、過載時(shí)磁芯仍然不會(huì)硬飽和，但會(huì)導(dǎo)致磁元件體積大，成本高，比較浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有硬飽和磁元件在短時(shí)高過壓或高過載工況下，磁芯飽和，使得開關(guān)電源難以穩(wěn)定工作在該類工況下，導(dǎo)致磁元件繞組電流快速上升，造成開關(guān)管損壞的技術(shù)問題，而提供一種磁元件抗飽和磁芯結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在額定工況以下，繞組感量恒定，不隨電壓或電流發(fā)生明顯變化。當(dāng)高過壓或者高過載時(shí)，繞組感量隨電壓或電流緩慢減小，不會(huì)急劇減小，導(dǎo)致電流快速上升。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種磁元件抗飽和磁芯結(jié)構(gòu)，其特殊之處在于：包括繞組、磁軛、與磁軛組成回路的中柱；

繞組纏繞設(shè)置于中柱的外部，且繞組與中柱之間的距離為d₃；

中柱包括并聯(lián)的硬飽和磁分路與軟飽和磁分路；硬飽和磁分路與軟飽和磁分路連接的兩端分別與磁軛連接；