[发明专利]一种kHz频段超材料储能电感器

说明书

本发明公开了一种kHz频段超材料储能电感器，包括超材料芯、绕组；绕组绕制在超材料芯的表面上；超材料芯包括谐振单元组，谐振单元以超材料芯的圆心为中心环形阵列的分布在超材料芯内；谐振单元包括导线回路和电容，电容串联连接在导线回路中，形成闭合回路；超材料芯在特定频率下具有一定量值的等效磁导率，起到储存和传递能量的作用，用来替代磁芯；本发明设计通过用一种在基频和一次谐波下均可具有的一定等效磁导率超材料芯代替磁芯的电感器，规避了开关电源中的因磁性器件的性能和损耗对变换器功率密度提升的制约。

技术领域：

本发明属于电感技术领域，具体涉及一种kHz频段超材料储能电感器。

背景技术：

高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)是通过MOSFET或IGBT的高频工作的电源，目前的高频开关电源频率一般控制在几十kHz到MHz级。开关电源中的电感使用的磁性材料包括带气隙的铁氧体、磁粉芯等。随着开关电源工作频率的不断增加，各种磁性材料的损耗随频率和磁感应强度迅速增大，开关电源中的磁性器件的性能和损耗制约着变换器功率密度的提升。

发明内容：

鉴于此，有必要设计一种kHz频段超材料储能电感器以减少磁性材料的损耗。

一种kHz频段超材料储能电感器，包括：超材料芯、绕组；绕组绕制在超材料芯的表面上；材料芯包括谐振单元组，谐振单元以超材料芯的圆心为中心环形阵列的分布在超材料芯内；谐振单元包括导线回路和电容，电容串联连接在导线回路中，形成闭合回路；超材料芯在特定频率下具有一定量值的等效磁导率，起到储存和传递能量的作用，用来替代磁芯；其中，所述谐振单元为印刷电路板，所述印刷电路板为2-10层，印刷电路板包括印制在印刷电路板上的导线回路、电容，导线回路的首末两端穿过印刷电路板层间通孔从印刷电路板的同一面引出相互串联起来，同层电容串联连接，不同层导线回路上的电容并联连接。

优选的，谐振单元为挠性电路板。

优选的，第一层导线回路由里向外螺旋展开，并在最外侧进入第二层，导线回路在第二层由外向里螺旋展开并在最内侧进入第三层，依次重复并让导线回路在最后一层回到印刷电路板的中部通孔处。

优选的，根据容值需要，电容为单电容或等效电容，等效电容由多个电容并联而成。通过多电容组合，可以在每个谐振单元的导线回路端口提供两种容值，因此每个谐振单元会有两种谐振频率，这就使得超材料芯不再是单一频率下具有一定等效磁导率，而是在基频和一次谐波下均可具有的一定等效磁导率，这会对开关电源中非正弦变化的电流波形起到更好的能量储存和传递作用。

优选的，kHz频段超材料储能电感器还包括谐振单元座，谐振单元座为环形，内部环形排列着用来固定谐振单元的谐振单元装配槽。

优选的，谐振单元座还包括谐振单元外壳，谐振单元外壳与谐振单元装配槽是一体的，谐振单元装配槽可以从谐振单元上下壳中铣出。

优选的，绕组的线为扁平编织线，有利于其均匀的缠绕在谐振单元座外壳外表面。扁平编织线可以减少高频下导体内部的集肤效应和邻近效应，同时还可以减少导线的高频欧姆损耗。

优选的，绕组的引脚固定在绝缘底座上。

本发明设计出通过用一种在基频和一次谐波下均可具有的一定等效磁导率超材料芯代替磁芯的电感器，规避了开关电源中的因磁性器件的性能和损耗对变换器功率密度提升的制约。

附图说明：

附图1是kHz频段超材料储能电感器结构主视图。

附图2是超材料芯示意图。

附图3是谐振单元装配槽示意图。

附图4是谐振单元外壳示意图。

附图5是是谐振单元的电路模型示意图。