[发明专利]电流相依的电感

说明书

一种电流相依的无源电感（1）包括磁芯（2）、绕组（3）和至少一个边岸气隙（4）。在边岸气隙（4）和绕组（3）之间布置由磁性材料制成的饱和区域（5）。磁通路径（6）分叉成经过饱和区域（5）的第一路径（61）和经过边岸气隙（4）并绕开饱和区域（5）的第二路径（62）。对于低于第一饱和电流（7a）的绕组电流，第一路径（61）的磁阻低于第二路径（62）的磁阻，并且由此对于高于第一饱和电流（7a）的绕组电流，第二路径（62）的磁阻低于第一路径（61）的磁阻，这是由于饱和区域的饱和导致的。

技术领域

本发明涉及电流相依的无源电感并且涉及用于构造此类电流相依的无源电感的方法。最后，本发明涉及包括电流相依的无源电感的功率转换器。

背景技术

用于构造电流相依的无源电感的众所周知的解决方案是使用具有由绕组环绕的中心支柱的磁芯。该现有技术解决方案的中心支柱包括阶梯式气隙。阶梯式气隙例如通过在较短的第一区域中完全去除中心支柱并通过在与第一区域相邻的第二区域中减小中心支柱的横截面来构造。因此，当低电流流过绕组时，只产生小的磁通，并且只有第一区域充当气隙并确定电感的值。随着流过绕组的电流增加，磁通增加，直到其中中心支柱的第二区域饱和并且其磁导率下降的点为止。这导致磁通的磁阻增加。实际上，在这种情况下，第二区域表现为气隙。因此，电感的值降低。

然而，这种解决方案也有一些缺点：在气隙处存在磁场边缘。在大多数情况下，第一区域足够小，以便使由于磁场与绕组的相互作用引起的损耗甚至在紧凑布置的绕组中也保持可接受。一旦出现饱和效应，这种情况就不存在了：新出现的气隙具有第一和第二区域一起的大小。边缘磁场伸出到进一步远离中心支柱，并且要么不得不接受高损耗，要么不得不增加绕组和中心支柱之间的距离。利用该现有技术解决方案，不可能构建甚至在更高的电流下具有低损耗的紧凑电感。

在US 2014 0 313 002（Delta）中公开了电流相依的无源电感的另一种解决方案。该申请公开了五个I形-磁芯的组件，这五个I形-磁芯布置成E-I形-磁芯。绕组环绕中心支柱，同时与中心支柱平行布置且在中心支柱的不同侧上的两个外支柱具有不同的长度。这导致在中心支柱的右边和左边上具有不同大小的气隙。当低电流流过绕组时，经过较长支柱的路径的磁阻低于经过较短支柱的路径的磁阻。因此，总电感具有第一值。如果电流增加，那么将达到其中较长支柱饱和的点，从而增加该路径的电阻并且因此引导磁场也使用经过较短支柱的路径。这进而导致总电感的值下降。

尽管避免了大的气隙，但是US ‘002的解决方案一方面局限于非常特定的磁芯几何形状，并且另一方面，它的所有气隙都在绕组的近邻。如果以紧凑的方式构建电感，那么边缘磁场可能会再次与绕组相互作用并引起损耗。

除了电流相依的无源电感之外，还已知电流相依的有源电感。电流相依的有源电感电感包括控制电路。该控制电路可或者在磁芯中产生额外的磁电流，或者机械地控制气隙的大小。尽管在调适电感方面提供了较大的灵活性，但是此类有源部件需要额外的电路且构建起来更加复杂，并且因此具有更大的故障风险和更高的成本。

发明内容

本发明的目的是创建与最初提到的技术领域有关的电流相依的无源电感，它允许在尺寸上紧凑的同时将损耗减至最小。

本发明的解决方案由权利要求1的特征指定。根据本发明，一种电流相依的无源电感包括磁芯、绕组和至少一个边岸气隙（bank air gap）。在边岸气隙和绕组之间布置由磁性材料制成的饱和区域。饱和区域布置成使得磁通路径分叉为经过饱和区域的第一路径和经过边岸气隙并绕开饱和区域的第二路径。对于小于第一饱和电流的绕组电流，第一路径的磁阻小于第二路径的磁阻绕组，并且由此对于高于第一饱和电流的绕组电流，第二路径的磁阻小于第一路径的磁阻，这是由于在饱和区域中出现显著的饱和效应导致的。

磁性材料优选为具有大于2的初始相对磁导率的材料。非磁性材料是初始相对磁导率小于2的材料。