本實用新型涉及磁集成技術領域，具體而言，涉及一種磁芯及變壓器。

背景技術：

現(xiàn)有的自激推挽式變換器及其使用的變壓器，其電路結構的主要形式包括Royer電路和自振蕩Jensen電路。Royer電路和自振蕩Jensen電路都要利用變壓器的磁芯飽和特性進行推挽振蕩。這里僅以Royer電路為例，對自激推挽式變換器的工作原理進行描述。

圖1示出了Royer電路的電路結構。應當知道，多數(shù)自激推挽式變換器的工作波形接近方波。而Royer電路中三極管TR1和TR2以推挽方式各負責正負半周期的波形放大任務。當Royer電路工作時，兩只對稱的功率開關管TR1和TR2每次只有一個導通。

具體地，假設在上半周期TR2導通、TR1截止，線圈NP2繞組里的電流及該電流產生的磁感應強度均隨時間線性增加，但磁感應強度增加到接近或達到變壓器B1磁芯的飽和點Bm時，TR2脫離飽和，其基極電壓也降低，從而TR2截止。此時，變壓器B1線圈上的電壓將反向，使得TR1導通，進入下半周期。此后重復這一過程，形成推挽振蕩。

圖2為變壓器B1磁芯的方形磁滯回線。其中，+Bm、-Bm為磁芯的兩個磁飽和點，+Bm稱為第一象限飽和點，-Bm稱為第三象限飽和點。在上半周期內，變壓器B1磁芯的工作點運動的路線為ABCDE，在下半個周期內運動路線為EFGHA。

需要說明的是，三極管TR2或TR1對應的線圈繞組里的電流，以及這個電流產生的磁感應強度隨時間而線性增加到D點或H點時，電路就會進行推挽轉換。由于三極管存在一個存儲時間，即三極管基極接收到關斷信號，而集電極電流要延時才能下降直到關斷。存儲時間會產生在圖2中，磁芯工作點運動路線從D點向E點移動，對應地，或磁芯工作點運動路線從H點向A點移動，在這個移動過程中，磁芯的磁滯作用會導致三極管集電極電流無謂增加而產生損耗。

值得注意的是，Royer電路的每次推挽轉換，都是靠接近或進入磁芯磁飽和實現(xiàn)的，而磁飽和消耗的能量以熱量形式損耗掉。能量損耗主要是由于磁感應強度增加到變壓器B1磁芯的飽和點Bm時產生的，現(xiàn)有技術使用截面積相同的磁芯，磁芯在上半周期內工作點的運動路線為ABCDE，在下半周期內工作點的運動路線為EFGHA，即在一個完整周期內，磁芯的工作區(qū)域為整個區(qū)域，如圖2陰影部分所示，基本上要讓整個磁芯達到飽和點Bm，需要較多的能量才能達到飽和。

無論采用哪種形式的電路結構，自激推挽式變換器必需使用磁飽和式磁芯，即磁芯要在特定的時間瞬間接近飽和狀態(tài)，而磁芯加氣隙是公知的抗磁飽和的手段，所以自激推挽式變換器無法采用存在氣隙的磁芯。

然而，自激推挽式變換器因為磁芯的磁飽和具有很多缺點。例如，工作頻率f難以提高，因為工作頻率f提升后，損耗增加，變換效率η下降；負載輕載時，變換器的轉換效率低；額定負載時，轉換效率無法進一步提升。如果想要提高自激推挽式變換器的變換效率η，則應降低變換器的工作頻率f。

其中，變換器的變換效率η為：

式中：Vin為工作電壓，即輸入電壓，Iin為輸入電流；Vout為輸出電壓，Iout為輸出電流。

變換器的工作頻率f為：

式中：f為振蕩頻率；Bw為工作磁感應強度(T)，一般取50％～70％磁飽和點Bm值；N為線圈匝數(shù)；S為磁芯有效截面積；Vs為工作電源電壓。

從公式(2)可以看到，在輸入電壓Vin不變的前提下，只能加大公式(2)中分母中的參數(shù)。目前的變換器產品都已選用工作磁感應強度Bw極大的磁芯；加大線圈匝數(shù)N，將帶來銅損耗增加，且線圈匝數(shù)N過多，加工困難；而加大磁芯有效截面積S，將同時增加每次接近或進入磁芯磁飽和時的損耗，使得變換器的變換效率η不增反降。因此，在設計自激推挽式變換器時，在這些參數(shù)之間取舍是一件較為困難的事。

需要說明的是，本文中的磁芯和公知的其它文獻一樣，和磁芯(MagneticCore)表示相同的意思，指鐵氧體材料，即由各種氧化鐵混合物組成的一種燒結磁性金屬氧化物，磁芯多用在高頻。而鐵心、鐵芯(Iron Core)是硅片型材料，只適合低頻率的電感線、低變壓器，一般用于低頻和音頻。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型正是基于上述問題，提出了一種可以提高自激推挽式變換器變換效率的磁芯及變壓器。

有鑒于此，本實用新型的一方面提出了一種磁芯，包括磁環(huán)，所述磁環(huán)包括內側面和外側面，所述磁芯還包括沿所述磁環(huán)外側面的切線方向切除后形成的切面，所述磁環(huán)內側面設有至少一對凸起。

進一步地，所述切面設有一個或多個。

進一步地，所述一對凸起包括用于對繞制在所述磁環(huán)的繞線進行限位的兩個凸點。

進一步地，所述一對凸起包括用于對繞制在所述磁環(huán)的繞線進行限位的兩個凸臺。

進一步地，所述切面與所述磁環(huán)內側面之間的距離介于所述磁環(huán)截面直徑的45％以上，80％以下。

本實用新型另一方面還提供了一種變壓器，包括磁芯和繞制在所述磁芯上的繞線，所述磁芯包括磁環(huán)，所述磁環(huán)包括內側面和外側面，所述磁芯還包括沿所述磁環(huán)外側面的切線方向切除后形成的切面，所述磁環(huán)內側面設有至少一對凸起。

進一步地，所述切面設有一個或多個。

進一步地，所述一對凸起包括用于對繞制在所述磁環(huán)的繞線進行限位的兩個凸點。

進一步地，所述一對凸起包括用于對繞制在所述磁環(huán)的繞線進行限位的兩個凸臺。

進一步地，所述切面與所述磁環(huán)內側面之間的距離介于所述磁環(huán)截面直徑的45％以上，80％以下。

本實用新型提供的磁芯及變壓器，僅需在磁環(huán)外表面進行簡單切除，工藝簡單，生產成本低；磁環(huán)上切面所在處相對磁環(huán)其他部位截面積小，由小到大的磁場激勵下比磁環(huán)其他部位先達到磁飽和，讓磁環(huán)上切面所在處達到其本身的飽和點，同樣可以引起電路的推挽振蕩，但磁環(huán)其他部位并沒有工作在飽和狀態(tài)，所以磁環(huán)其他部位消耗的能量很低，從而很大程度上減少了磁芯的總體能量消耗；降低每次推挽變換時的能量消耗，在同樣的工作頻下，采用本實用新型磁芯的自激推挽式變換器電路的變換效率進一步提升。

為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1示出了現(xiàn)有技術提供的一種Royer電路的電路結構示意圖；

圖2示出了圖1所示的變壓器B1采用現(xiàn)有技術提供的磁芯的方形磁滯回線示意圖；

圖3A示出了本實用新型實施例提供的磁芯的第一結構示意圖；

圖3B示出了本實用新型實施例提供的磁芯的第二結構示意圖；

圖4示出了圖1所示的變壓器B1采用本實用新型實施例提供的磁芯的方形磁滯回線示意圖。

主要元件符號說明：

100-磁芯；10-磁環(huán)；11-內側面；12-外側面；20-切面；30-凸起。

具體實施方式

為了便于理解本實用新型，下面將參照相關附圖對磁芯及變壓器進行更清楚、完整地描述。附圖中給出了磁芯及變壓器的優(yōu)選實施例。磁芯及變壓器可以通過許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例?；诒緦嵱眯滦偷膶嵤├?，本領域技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

圖3A和圖3B示出了本實用新型提供的磁芯的結構示意圖。

如圖3A所示，本實用新型實施例提供了一種磁芯100，包括無氣隙磁路閉合的磁環(huán)10和設置在磁環(huán)10上的一個或多個切面20。

本實施例中，磁環(huán)10的環(huán)體呈扁平狀。請一并參閱圖3B所示，另一實施例中，磁環(huán)10的環(huán)體呈圓柱狀，當然，磁環(huán)10還可以是其他形狀，這里不做限制。

切面20是沿磁環(huán)10切線方向切除后形成。磁環(huán)10包括內側面11和外側面12。切面20設置在磁環(huán)10的外側面12。通過實驗測試發(fā)現(xiàn)，切面20相對磁環(huán)10的內側面11的深度，即切面20與磁環(huán)10的內側面11之間的距離介于磁環(huán)10截面直徑的45％以上，80％以下，既可以較好的保證磁芯100電感量，不會增加線圈匝數(shù)N，也可以保證磁芯100的強度。所述截面直徑為磁環(huán)10外徑與內徑之間的差值。優(yōu)選地，切面20與磁環(huán)10的內側面11之間的距離為磁環(huán)10截面直徑的75％。

優(yōu)選地，磁環(huán)10的內側面11設有至少一對凸起30。本實施例中，所述一對凸起30包括用于對繞制在所述磁環(huán)的繞線進行限位的兩個凸臺。以磁環(huán)10中心為頂點，切面20為底面形成第一錐體；以磁環(huán)10中心為頂點，以磁環(huán)10中心與一凸臺形成的連線為母線形成第二錐體。本實施例中，所述第一錐體分布在所述第二錐體內，從而，兩個凸臺可以防止繞制在磁環(huán)10上的繞線滑到切面20處。優(yōu)選地，所述第一錐體與所述第二錐體的重合，換句話說，切面20與磁環(huán)10相交形成的交線和凸臺位于磁環(huán)10一直徑方向上。

另一實施例中，所述一對凸起30包括用于對繞制在所述磁環(huán)的繞線進行限位的兩個凸點。凸點與磁環(huán)10的位置關系請參考凸臺的在磁環(huán)10上的位置設置。可以理解，這里僅示例性的給出了凸起30的兩種實施方式，不可理解為對凸起30實施方式的限定，可以根據(jù)需求選擇其他實施方式。

本實用新型磁環(huán)10上存在一切面20，磁環(huán)10上切面20所在處相對現(xiàn)有技術中磁芯截面積要小，磁環(huán)10上切面20所在處在相同的由小到大的磁場激勵下比磁環(huán)10其他部位先達到磁飽和，但切面20面積卻很小，讓磁環(huán)10上切面20所在處達到其本身的飽和點Bm，同樣可以引起電路的推挽振蕩，磁環(huán)10上切面20所在處這一部分的磁芯100的工作區(qū)域為整個區(qū)域，和圖2中陰影部分相同，但磁環(huán)10上切面20的面積很小，消耗的能量大幅降低；磁環(huán)10其他部位因為截面積比磁環(huán)10上切面20所在處大，容納較多的磁力線，當磁環(huán)10上切面20所在處接近磁飽和的瞬間，磁環(huán)10其他部位并沒有工作在飽和狀態(tài)，其對應的磁芯100工作區(qū)域為圖4中陰影部分所示，面積明顯減小，所以磁環(huán)10其他部位消耗的能量很低，故本實用新型的磁芯100消耗的能量總體降低很大。即采用本實用新型的磁芯100，可以降低每次推挽變換時的能量消耗，在同樣的工作頻率f下，采用本實用新型磁芯100的自激推挽式變換器電路的能量消耗會降低，表現(xiàn)為電路的空載工作電流下降；同樣原因，可以實現(xiàn)自激推挽式變換器工作頻率f提升而損耗上升并不大，實現(xiàn)在高頻率下變換效率η仍可不下降。

如上所述，在相同的工作頻率f下，自激推挽式變換器電路的空載工作電流就會相應降低，即空載損耗就會同比例降低，相應地，本實用新型應用于自激推挽式變換器中，在負載輕載時，變換器的變換效率η會明顯提升。同樣，在負載由輕載至滿載整個區(qū)間工作時，變換器的變換效率η都會明顯提升。

基于上述原理，由于磁環(huán)10其他部位并不需要工作在兩個飽和點之間，所以可以加大磁環(huán)10其他部位的截面積，這樣每匝電感量會隨截面積的增加而成比例增加，這樣，實現(xiàn)相同的電感量，總匝數(shù)就會相應下降，從而降低自激推挽式變換器中磁飽和變壓器B1上線圈的匝數(shù)，實現(xiàn)本實用新型的目的。

本實用新型僅利用磁環(huán)10上面積很小的切面20，磁芯100實現(xiàn)少量的磁飽和引發(fā)電路的推挽轉換，磁飽和只在瞬間出現(xiàn)，其持續(xù)時間幾乎無法精確測量，如圖2所示，由于本實用新型只有磁環(huán)10上切面20所在處工作在圖2中陰影部分區(qū)域，因磁環(huán)10上切面20面積小，磁環(huán)10上切面20所在處的工作區(qū)域從D點運動至E點，磁芯100的磁滯作用會導致三極管集電極電流無謂增加而產生損耗，但因磁環(huán)10上切面20所在處長度小，在這一過程中，磁滯明顯降低，因此產生的損耗也降低；由于磁環(huán)10上切面20所在處面積小，磁滯相對很小，磁環(huán)10上切面20所在處這一部分的磁芯的工作區(qū)域從D點運動至E點所花的時間會縮短，即本實用新型中磁環(huán)10上切面20所在處瞬間接近或達到飽和點所持續(xù)的時間縮短。即當磁環(huán)10上切面20所在處在工作時，只在瞬間接近或達到磁環(huán)10上切面20所在處第一象限飽和點或第三象限飽和點，其它時間都在磁環(huán)10上切面20所在處固有的第一象限飽和點和第三象限飽和點之間。

如上所述，本實用新型是要降低磁飽和帶來的負面影響，這是和現(xiàn)有技術的本質區(qū)別。

也正因為如此，當本實用新型磁芯100存在兩個或兩個以上切面20時，若多個切面20相對磁環(huán)10的內側面11的深度相等，它們相當于串聯(lián)關系。其工作原理等同于上述原理。

當本實用新型磁芯存在兩個或兩個以上切面20時，若多個磁環(huán)10上切面20所在處的截面積不等，那么，截面積最小，即相對磁環(huán)10的內側面11的深度最深的一切面20起作用，其它切面20對應的磁芯100內部不會磁飽和，從而不參與工作。由于其它磁環(huán)10上切面20所在處的截面積較磁環(huán)10其他部位小，會減小整個磁芯100上的線圈的電感量。其工作原理等同于上述原理。

本實用新型還提供了一種變壓器，包括磁芯100繞制在磁芯上的線圈。其中，關于磁芯的描述請參閱以上對磁芯100的描述，這里不再贅述。

進一步地，磁環(huán)10上切面20所在處不繞線圈40，僅在磁環(huán)10其他部位繞制線圈40，其中，凸起30可以很好的防治線圈滑到切面20處。采用磁芯100可以降低自激推挽式變換器中磁飽和的變壓器上線圈的匝數(shù)，從而使得自激推挽式變換器的變壓器繞制效率提高，單件生產工時縮短。

本實用新型提供的磁芯及變壓器，僅需在磁環(huán)外表面進行簡單切除，工藝簡單，生產成本低；磁環(huán)上切面所在處相對磁環(huán)其他部位截面積小，由小到大的磁場激勵下比磁環(huán)其他部位先達到磁飽和，讓磁環(huán)上切面所在處達到其本身的飽和點，同樣可以引起電路的推挽振蕩，但磁環(huán)其他部位并沒有工作在飽和狀態(tài)，所以磁環(huán)其他部位消耗的能量很低，從而很大程度上減少了磁芯的總體能量消耗；降低每次推挽變換時的能量消耗，在同樣的工作頻下，采用本實用新型磁芯的自激推挽式變換器電路的變換效率進一步提升。

在這里示出和描述的所有示例中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是為限制，因此，示例性實施例的其他示例可以具有不同的值。應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的裝置可以通過其它的方式實現(xiàn)。以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，又例如，多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些通信接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。

所述為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。

另外，在本實用新型各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。