[发明专利]可变电感器

说明书

发明领域

本发明涉及可变电感器及改变感应电路元件的感应系数的方法。具体地，涉及这样一种可变电感器，其中，感应电路元件的感应系数是利用一个电信号改变的。

发明背景

可变电感器对于包括磁放大器的电路应用十分有用，磁放大器通过改变电路元件的感应系数来调节电力电路和谐振电路，而该电路改变电路元件的感应系数来改变电路的谐振频率。获取可变电感器的最简单方法是借助沿一电感元件的连接器的机械运动。然而，通常理想的是借助电信号而不是机械运动来改变电路元件的感应系数。

可以应用磁性材料的饱和效应来产生如图1所示的现有技术中的电流控制可变电感器。这种类型的可变电感器通常具有一个有限的1-10的变化范围，并且具有穿过每个串联控制线圈的电容和电压的寄生效应，串联控制线圈限制了电感器的质量系数。另外，现有技术中的这些电流控制可变电感器通常需要0到500mA范围内的非常高的控制电流。图1示出上述现有技术中的电流控制可变电感器，其中中央线圈14的感应系数L₁₄由输出给外控制线圈12和13的电流I_c控制。

更具体地，图1示出一磁铁芯11，该磁铁芯由能被饱和的磁性材料组成，并带有三个铁芯柱15,16和17。外铁芯柱15和17具有相同的线圈12和13并以所示的串联方式相连接。控制线圈12和13以这样的方式缠绕和连接，即磁铁芯的单个铁芯柱15和17的由控制电流Ic通过外线圈12和13引起的磁通量φ_c是相等的并指向相反的方向。相反的磁通量φ导致在中央铁芯柱16的磁通量的抵消。磁通量的抵消防止了在中央线圈14和串联控制线圈12和13之间的交流信号耦合。如果通过中央线圈14的终端施加一交流电压，那么在串联线圈12和13中将感应出电压，而电压却是相反极性，这样通过控制线圈12和13的串联连接的电压将保留为零。中央线圈14的磁通路径包括外铁芯柱15和17，中央铁芯柱16和连接部分18-21。如果通过线圈12和13的控制电流I_c变得足够大到可以饱和磁铁芯的铁芯柱15和17，由于中央线圈14的磁通路径被饱和而使其感应系数L₁₄减小。控制电流I_c越高，感应系数L₁₄越低。但是，中央铁芯柱16并不会由于控制电流I_c而饱和。

感应电路元件的感应系数与磁铁芯的磁导率和匝数有关： L = μ 0 N 2 A 1 ]]>(公式1)其中：L是感应电路元件的感应系数；

  μ₀是磁铁芯的磁导率；

  A是磁铁芯的横截面积；

  N是感应元件的匝数；

  1是电感元件的长度。

根据公式1，由于中央铁芯柱没有饱和，最小感应系数L₁₄是由中央铁芯柱16的铁芯材料的磁导率及其匝数来限定的。图1现有技术的电路的另一个不想要的副效应是串联控制线圈12和13的每个感应系数明显地随着控制电流I_c的改变而改变。实际上，控制线圈12和13的感应系数变化比中央线圈14的感应系数变化大得多。这种情况在现有技术的可变电感器为调节回路的部分时就设立了明显的限制。图1中现有技术的电路电感器具有有限的变化范围或需要0-500mA的非常高的控制电流。而且，通过每一控制线圈12和13的电压和控制线圈12和13的寄生电容限定了线圈比和/或操作频率。控制线圈12和13的感应系数明显地随着控制电流I_c而变化。