一種具有噪聲電流耗散功能的共模扼流圈的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種共模扼流圈。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，作為一種抑制電力電子系統(tǒng)中傳導(dǎo)干擾的有效手段，EMI濾波得到了大量研 究。由無源電感器、電容器組成的分立式無源EMI濾波器，設(shè)計(jì)相對成熟且成本低，在工業(yè)上 已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。但是傳統(tǒng)分立式EMI濾波器往往因寄生參數(shù)的影響而導(dǎo)致高頻特性不 佳，例如，由于寄生電容的存在，EMI濾波器中共模扼流圈往往會(huì)在高頻發(fā)生諧振，因而無法 提供足夠大的阻抗來對高頻段的共模傳導(dǎo)干擾進(jìn)行有效抑制。傳統(tǒng)的無源EMI濾波器對傳 導(dǎo)噪聲的抑制手段目前主要集中在對噪聲的"反射"方面，而這類濾波器因?yàn)榕c噪聲源阻抗 和負(fù)載阻抗的匹配問題，在實(shí)際運(yùn)用中也往往無法達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)所期望的噪聲抑制效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種具有噪聲電流耗散 功能的共模扼流圈，用于解決傳統(tǒng)的無源EMI濾波器噪聲抑制效果不佳的技術(shù)問題。
[0004] 技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0005] -種具有噪聲電流耗散功能的共模扼流圈，由閉合磁環(huán)和繞制在其上的耦合線圈 組成，纏繞耦合線圈的導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)包括內(nèi)部的銅芯、中間的鎳層和外部的絕緣漆。
[0006] 本發(fā)明的共模扼流圈具有傳統(tǒng)共模扼流圈的所有功能，基本結(jié)構(gòu)也與傳統(tǒng)共模扼 流圈一致，閉合磁環(huán)為高磁導(dǎo)率的磁芯，耦合線圈有2個(gè)且匝數(shù)相同、方向相反;但在共模扼 流圈的耦合線圈的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)和材料上作出了改進(jìn)，能夠在對噪聲電流進(jìn)行"反射"衰減的基 礎(chǔ)上進(jìn)行"耗散"衰減。
[0007] 進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所鎳層厚度根據(jù)共模扼流圈所用場合進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算調(diào)整， 建議所述鎳層的厚度為在共模扼流圈的傳導(dǎo)干擾頻率段下限頻率下的鎳的3倍或3倍以上 集膚深度。
[0008] 有益效果：
[0009] 本發(fā)明在原先漆包銅導(dǎo)線的基礎(chǔ)上，在導(dǎo)線結(jié)構(gòu)中增加中間的鎳層并將該種導(dǎo)線 在磁芯上繞制成耦合線圈形成共模扼流圈，這一構(gòu)思巧妙且操作簡單實(shí)用的創(chuàng)新在行業(yè)內(nèi) 屬于首創(chuàng)，并且由此帶來了較好的效果：
[0010] 由于傳導(dǎo)電磁干擾電流的頻率范圍一般為數(shù)百kHz到數(shù)十或數(shù)百M(fèi)Hz，具體范圍因 不同的噪聲標(biāo)準(zhǔn)而存在差異，但其頻率范圍都很高。在高頻段，高頻噪聲電流會(huì)在"集膚效 應(yīng)"的作用下流向?qū)Ь€的表層，體現(xiàn)在本發(fā)明中，高頻噪聲電流會(huì)因"集膚效應(yīng)"而流向銅導(dǎo) 線表面的鎳層。由于金屬鎳具有較高的磁導(dǎo)率，相比于其他常見的金屬(銅、鐵、金、銀等)具 有較淺的集膚深度，即對高頻電流具有更強(qiáng)的吸收能力；另一方面，相比于導(dǎo)線芯部所用材 料銅，鎳具有更高的電阻率，能夠保證在"集膚效應(yīng)"作用下進(jìn)入鎳層的高頻噪聲電流得到 有效耗散。傳統(tǒng)EMI濾波器中扼流圈由于寄生電容的存在，在高頻段往往無法提供足夠多的 插入損耗，本文提出的新方案中，電流頻率越高，電流越向鎳層表面流通，鎳層對噪聲的交 流電阻越大，能夠?yàn)槎罅魅υ诟哳l段提供的阻抗也越高，從而對噪聲電流進(jìn)行有效耗散，有 效改善扼流圈高頻特性。
【附圖說明】
[0011] 圖1是共模扼流圈結(jié)構(gòu)圖；
[0012] 圖2是共模扼流圈的導(dǎo)線截面圖；
[0013] 圖3是兩種扼流圈在傳導(dǎo)干擾頻段內(nèi)阻抗對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0015] 如圖1所示為一種具有噪聲電流耗散功能的共模扼流圈，如圖1所示，共模扼流圈 結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有傳統(tǒng)共模扼流圈一致，均為在同一高磁導(dǎo)率的閉合磁環(huán)所形成的磁芯上反向繞 制兩段匝數(shù)相同的耦合線圈，但在繞制耦合線圈所用導(dǎo)線結(jié)構(gòu)和材料上有所創(chuàng)新，如圖2所 示:相比于傳統(tǒng)的純銅導(dǎo)線外加絕緣漆的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提出了一種在銅芯1的基礎(chǔ)上外鍍鎳 層2再刷絕緣漆3的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。
[0016] 金屬的集膚深度公式為：
[0017]
[0018] 其中：
[0019] ω =2Jif，f為通過金屬的電流頻率，μ為金屬的磁導(dǎo)率，γ為金屬的電導(dǎo)率。
[0020] 集膚深度是表征導(dǎo)電媒質(zhì)中交流電流集膚效應(yīng)程度的一個(gè)長度，即從導(dǎo)體表面到 導(dǎo)體內(nèi)交流電流密度降低到導(dǎo)體表面電流密度的，(約0.368倍)處的這段距離。由此可知， 當(dāng)鎳層厚度達(dá)到3倍集膚深度時(shí)，大約95%的高頻噪聲電流集中分布在高電阻率的鎳層，進(jìn) 而可被有效耗散。
[0021] 鎳層具體厚度可根據(jù)不同噪聲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算調(diào)整，以常用的傳導(dǎo)噪聲標(biāo)準(zhǔn) EN55022-A為例，其所規(guī)定的傳導(dǎo)噪聲頻率范圍為150kHz-30MHz，因?yàn)榻饘俚募w深度隨通 過金屬的電流頻率的升高而變淺，故取該頻率段的下限150kHz對鎳層厚度進(jìn)行計(jì)算，便可 保證全頻段高頻電流均可最大限度地進(jìn)入鎳層耗散。在150kHz下，可求得鎳集膚深度為d Nl， 因而可以將鎳層厚度定為3倍集膚深度，即3*dNl。若所設(shè)計(jì)共模扼流圈應(yīng)用場合的電流頻率 范圍發(fā)生變化，可按照上述方法對鎳層厚度進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。
[0022] 另外，在銅線外層鍍上鎳層之后，需在鎳層表面刷絕緣漆，再在磁芯上進(jìn)行繞制， 以保證良好的電氣絕緣性。
[0023]
[0024] 以一個(gè)單邊匝數(shù)為13匝，用錳鋅鐵氧體繞制的共模電感為例，用傳統(tǒng)的純銅導(dǎo)線 繞制的共模電感和用本發(fā)明提出的鍍鎳銅線繞制的共模電感在傳導(dǎo)頻段150k~30MHz內(nèi)的 阻抗測試結(jié)果如圖1所示。由測試結(jié)果可知，相同結(jié)構(gòu)和匝數(shù)下，用鍍鎳銅導(dǎo)線繞制的共模 電感在傳導(dǎo)干擾頻段內(nèi)能夠提供更高的阻抗，從而可以獲得更高的噪聲抑制效果。
[0025]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有噪聲電流耗散功能的共模扼流圈，由閉合磁環(huán)和繞制在其上的耦合線圈組 成，其特征在于:纏繞耦合線圈的導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)包括內(nèi)部的銅芯、中間的鎳層和外部的絕緣 漆。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有噪聲電流耗散功能的共模扼流圈，其特征在于:所述鎳層 的厚度為在共模扼流圈的傳導(dǎo)干擾頻率段下限頻率下的鎳的3倍或3倍以上集膚深度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對傳導(dǎo)噪聲電流具有“反射”和“耗散”雙重衰減功能的共模扼流圈，包括一個(gè)高磁導(dǎo)率磁芯和兩段由鍍鎳銅芯漆包線繞制的耦合電感。就對傳導(dǎo)共模噪聲電流的“反射”作用而言，所述共模扼流圈所實(shí)現(xiàn)的功能及使用方式與傳統(tǒng)共模扼流圈一致；就“耗散”作用而言，在集膚效應(yīng)的作用下，流經(jīng)銅導(dǎo)線的高頻噪聲電流會(huì)流向銅芯表層的鍍鎳層，鎳具有較高的磁導(dǎo)率和電阻率，能夠保證對高頻噪聲的吸收和耗散。
【IPC分類】H01B7/30, H01F27/28, H01F17/06
【公開號(hào)】CN105529136
【申請?zhí)枴緾N201610004237
【發(fā)明人】王世山, 周峰, 岳澤
【申請人】南京航空航天大學(xué), 蘇州吳變電氣科技有限公司
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2016年1月5日