[发明专利]电感、功率因数校正电路及电源系统

说明书

本申请提供一种电感、功率因数校正电路及电源系统。该电感包括线圈绕组和磁芯；磁芯包括第一外磁芯、第二外磁芯和绕线单元；第一外磁芯和第二外磁芯沿第一方向相对设置，绕线单元设置于第一外磁芯和第二外磁芯之间，线圈绕组环绕设置于绕线单元；绕线单元包括磁芯中柱和至少两个沿第一方向分布的气隙，磁芯中柱的轴心线平行于第一方向；至少两个气隙包括一个空气气隙和至少一个固体气隙；固体气隙的磁感应强度大于磁芯中柱的磁感应强度。该电感的总气隙可以随线圈绕组的电流大小变化，应用到电源系统的功率因数校正电路中时，能够使电源系统轻载段的电感感量大，可以提高功率因数校正电路的工作效率，从而优化电源系统轻载段的效率。

技术领域

本申请涉及电源技术领域，尤其涉及到电感、功率因数校正电路及电源系统。

背景技术

电源系统广泛应用于服务器、数据中心、基站等各种供电场合。为了应对随科技发展日益加重的能源消耗问题，对电源系统的工作效率的要求越来越高，特别是对电源系统中功率因数校正电路的工作效率提出了更高要求。在临界导通模式下，如何提高功率因数校正电路工作效率是当前提升电源系统效率的关键。

发明内容

本申请提供了一种电感、功率因数校正电路及电源系统，使得电源系统临界导通模式的轻载段具有较高的工作效率，从而提升电源效率。

第一方面，本申请提供了一种电感，可以应用到功率因数校正电路中。该电感包括线圈绕组和磁芯。磁芯包括第一外磁芯、第二外磁芯以及绕线单元，第一外磁芯和第二外磁芯沿第一方向相对设置，绕线单元设置于第一外磁芯与第二外磁芯之间，线圈绕组环绕设置于绕线单元。具体地，绕线单元包括磁芯中柱和至少两个沿第一方向分布的气隙，磁芯中柱的轴心线的方向平行于第一方向。该至少两个气隙用于实现磁芯的分段气隙。该至少两个气隙包括一个空气气隙和至少一个固体气隙。固体气隙的磁感应强度大于磁芯中柱，磁感应强度指的是单位面积(该单位面积垂直于第一方向)内通过的磁感线的密度。

对于磁芯，当磁通量增大，固体气隙将比磁芯中柱更早的达到磁通量饱和状态，当固体气隙的磁通量达到饱和，固体气隙内的磁通量迅速衰减并最终使得固体气隙充当一空气气隙。当磁通量比较小时，固体气隙磁通量未饱和，固体气隙可以用作磁导通，此时整个磁芯的总气隙等于空气气隙；当磁通量逐渐增大至固体气隙磁通量饱和，固体气隙的磁通量迅速衰减，最终，固体气隙将会充当另一个空气气隙，此时整个磁芯的总气隙等于空气气隙与固体气隙之和。也就是说，磁芯的总气隙大小可以随线圈绕组内的电流大小改变。

将该电感应用电源系统的功率因数校正电路中，电源系统在临界导通模式下轻载段时，电感的气隙相当于只有原本结构中的空气气隙，电感感量大，可以降低功率因数校正电路的开关频率，从而减小功率因数校正电路中金氧半场效晶体管(metal oxidesemiconductor field effect transistor，MOSFET)开关的损耗，相当于可以提升电源系统在轻载段的效率；随着电源系统负载的增大，固体气隙随负载增大磁通量饱和，固体气隙充当另一个空气气隙，此时总气隙相当于空气气隙和固体气隙之和。电感的总气隙增大，电感的感量下降，可以提升功率因数校正电路的开关频率。可以看出，上述磁芯应用到电源系统中，可以使功率因数校正电路在电源系统处于临界导通模式的轻载段时具有较高的工作效率，使得电源系统在轻载段也具有较高的效率，进而提高电源系统的效率，满足高效率的电源需求。

绕线单元的结构可以有多种实施方式，磁芯中柱可以固定于第一外磁芯，磁芯中柱与第二外磁芯之间形成空气气隙；或者，磁芯中柱固定于第二外磁芯，磁芯中柱与第一外磁芯之间形成空气气隙；或者，磁芯中柱包括第一子柱和第二子柱，第一子柱固定于其中第一外磁芯，第二子柱固定于第二外磁芯；第一子柱与第二子柱之间形成空气气隙。

在一些可能的实现方式中，空气气隙可以与固体气隙相邻设置。

在一些可能的实现方式中，磁芯中柱包括多个内磁芯，空气气隙与固体气隙分别设置于一个内磁芯沿第一方向的两侧。