Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

CN106571216B - 耦合电感装置 - Google Patents

耦合电感装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106571216B
CN106571216B CN201610874992.XA CN201610874992A CN106571216B CN 106571216 B CN106571216 B CN 106571216B CN 201610874992 A CN201610874992 A CN 201610874992A CN 106571216 B CN106571216 B CN 106571216B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
line segment
coil group
winding region
around line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610874992.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106571216A (zh
Inventor
庄嘉成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qiankun Science and Technology Co Ltd
Original Assignee
Qiankun Science and Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qiankun Science and Technology Co Ltd filed Critical Qiankun Science and Technology Co Ltd
Publication of CN106571216A publication Critical patent/CN106571216A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106571216B publication Critical patent/CN106571216B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type with magnetic core
    • H01F17/045—Fixed inductances of the signal type with magnetic core with core of cylindric geometry and coil wound along its longitudinal axis, i.e. rod or drum core
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2823—Wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/29—Terminals; Tapping arrangements for signal inductances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/30—Fastening or clamping coils, windings, or parts thereof together; Fastening or mounting coils or windings on core, casing, or other support
    • H01F27/306—Fastening or mounting coils or windings on core, casing or other support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40—Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H01F2038/146—Inductive couplings in combination with capacitive coupling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

本发明公开了一种耦合电感装置，包括一第一线圈组和一第二线圈组，其设置方式让第一线圈组和第二线圈组之间形成的跨线圈电容值能保持第一线圈组的第一电感值及第二线圈组的第二电感值所感应的电动势实质上相等。当电流流经不平衡的寄生电容时，一补偿电容设置于第一线圈组和第二线圈组之间以补偿寄生电容造成的跨线圈电容值。因此，本发明耦合电感装置能使由两线圈组分别感应出的电动势实质上相等，以避免产生差模‑共模转换或共模‑差模转换的干扰，进而改善模式转换特性以应用在以太网供电系统或其它系统中。

Description

耦合电感装置
技术领域
本发明涉及一种耦合电感装置，尤其涉及一种提供平衡电动势的耦合电感装置。
背景技术
在以太网供电(Power over Ethernet,PoE)技术中，在传输数据时可同时将电力与数据从一供电端装置(power sourcing equipment,PSE)传送到一受电端装置(powereddevice,PD)。受电端装置的种类众多，包括网际协议通话技术(voice over IP,VoIP)电话、无线局域网络(wireless local area network,WLAN)存取点、蓝芽(Bluetooth)存取点、网络摄像机，以及计算装置等。
在建构于以太网供电技术的数据线供电(Power over Data Lines,PoDL)中，一组数据传输线对会被用来传送直流(direct-current,DC)电源，同一组数据传输线对也会用来发送/接收交流(alternating-current,DC)数据信号，因此不需要替受电端装置提供额外电源。相关领域具备通常知识者皆知，PoE和PoDL标准在电机电子工程师学会(IEEE)802.3有详细规范，在此不另加赘述。
以太网供电系统中所采用的耦合电感装置(apparatuses of coupledinductors)通常会在数据传输线对上提供足够高的阻抗，以支持差模(differential-mode)数据信号的传输。耦合电感装置的主要功用是避免差模噪声被转换成共模(common-mode)干扰。共模干扰会改变供电节点或受电节点的直流准位，进而影响电源供应系统的稳定度。此外，共模干扰也会出现并混在数据传输线对的信号中，除了造成数据错误外，也会成为一个电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)源。差模数据信号通常是由大小相同且方向相反的两股交流电流所驱动，在数据传输线对上各自传输。在理想状况下，当这两股交流电流在没有寄生效应的情况下分别流经两个耦合电感装置时，会分别引发大小相同且方向相反的两股电动势(electromagnetic field,EMF)，彼此在共模运作下可互相抵消而不会造成共模干扰而影响耦合电感装置的共模运作。然而，实际耦合电感装置中的电感无可避免地会产生跨线圈电容值(inter-coil capacitance)，作用如同寄生组件使得上述两耦合电感装置无法引发可完全抵销的两股电动势，进而造成共模干扰。换句话说，共模干扰是由耦合电感装置在转换差模数据信号时的不理想特性造成的，在相关领域通常称为差模-共模转换(differential to common-mode conversion)。
以太网供电系统中所采用的耦合电感装置其另一主要功用是避免共模噪声被转换成差模干扰。除了前述共模干扰造成的不好效果的外，差模干扰也会让电源供应系统不稳定度、造成数据错误，以及成为电磁干扰源头。共模干扰通常是由大小和方向相同的两股交流电流所驱动，当共模干扰流经耦合电感装置时，两股交流电流在没有寄生效应的情况下会分别引发大小和方向相同的两股电动势，彼此在差模运作下可互相抵消而不会造成差模干扰。然而，实际耦合电感装置中的电感无可避免地会产生跨线圈电容值而造成差模干扰。在相关领域中，上述耦合电感装置的不理想特性通常称为共模-差模转换(common-modeto differential conversion)。
发明内容
发明人发现，由于耦合电感装置中线圈组之间的物理间隙和线圈组周围的介电质，跨线圈电容值的存在是无可避免的。跨线圈电容值会让耦合电感装置在差模-共模转换和共模-差模转换时呈现非理想特性，进而造成共模干扰和差模干扰。一般来说，上述非理想特性通称为模式转换，因为皆是由同一原因的跨线圈电容值所造成的。鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种耦合电感装置以解决跨线圈电容值带来的问题并改善模式转换，进而针对以太网供电系统或其它系统改善电源供应的稳定度、提高数据处理系统的正确性，以及能避免成为电磁干扰源头。
为达到上述目的，本发明公开一种耦合电感装置，其包括一第一电极和一第二电极，设置于沿着一轴方向的一第一端位置；一第三电极和一第四电极，设置于沿着所述轴方向的一第二端位置；一第一绕线区和一第二绕线区，位于所述轴方向上；一第一线圈组，缠绕所述第一绕线区；以及一第二线圈组，缠绕所述第二绕线区。所述第一线圈组包括一第一绕线段，其第一端连接于与所述第二电极，而其第二端朝着所述第二绕线区的方向延伸；以及一第二绕线段，其第一端连接于与所述第一绕线段，而其第二端朝着所述第一端位置延伸以连接至所述第一电极。所述第二线圈组包括一第三绕线段，其第一端连接于与所述第三电极，而其第二端朝着所述第一绕线区的方向延伸；以及一第四绕线段，其第一端连接于与所述第三绕线段，而其第二端朝着所述第二端位置延伸以连接至所述第四电极。其中，所述第一端位置和所述第二端位置分别位于所述轴方向的两对侧，所述第一绕线区位于所述第一端位置与所述第二绕线区之间，且所述第二绕线区位于所述第一绕线区与所述第二端位置之间。
为达到上述目的，本发明另公开一种耦合电感装置，其包括一第一电极和一第二电极，设置于沿着一轴方向的一第一端位置；一第三电极和一第四电极，设置于沿着所述轴方向的一第二端位置；一第一绕线区和一第二绕线区，位于所述轴方向上；一第一线圈组，缠绕所述第一绕线区；第二线圈组，缠绕所述第二绕线区；以及一补偿电容，耦接于所述第一线圈组和所述第二线圈组之间。所述第一线圈组包括一第一绕线段，其第一端连接于与所述第一电极，而其第二端朝着所述第二绕线区的方向延伸；以及一第二绕线段，其第一端连接于与所述第一绕线段，而其第二端连接至所述第二电极。所述第二线圈组包括一第三绕线段，其第一端连接于与所述第三电极，而其第二端朝着所述第一绕线区的方向延伸；以及一第四绕线段，其第一端连接于与所述第三绕线段，而其第二端连接至所述第四电极。其中，所述第一端位置和所述第二端位置分别位于所述轴方向的两对侧，所述第一绕线区位于所述第一端位置与所述第二绕线区之间，且所述第二绕线区位于所述第一绕线区与所述第二端位置之间。
为达到上述目的，本发明另公开一种耦合电感装置，其包括一第一电极，设置于沿着一轴方向的一第一端位置；一第二电极，设置于沿着所述轴方向的一第二端位置；一第三电极，设置于所述第二端位置；一第四电极，设置于所述第一端位置；一第一绕线区和一第二绕线区，位于所述轴方向上；一第一线圈组；一第二线圈组；以及一补偿电容，耦接于所述第一线圈组和所述第二线圈组之间。所述第一线圈组包括一第一绕线段，缠绕所述第一绕线区，所述第一绕线段的一第一端连接于与所述第四电极，而所述第一绕线段的一第二端朝着所述第二绕线区的方向延伸；以及一第二绕线段，其第一端连接于与所述第一绕线段，而其第二端连接至所述第三电极。所述第二线圈组包括一第三绕线段，缠绕所述第二绕线区，所述第三绕线段的一第一端连接于与所述第二电极，而所述第三绕线段的一第二端朝着所述第一绕线区的方向延伸；以及一第四绕线段，其第一端连接于与所述第三绕线段，而其第二端连接至所述第一电极。其中，所述第一端位置和所述第二端位置分别位于所述轴方向的两对侧，所述第一绕线区位于所述第一端位置与所述第二绕线区之间，且所述第二绕线区位于所述第一绕线区与所述第二端位置之间。
附图说明
图1至图6为本发明实施例中实作耦合电感装置的电感组结构的示意图。
第7～９图为本发明实施例中耦合电感装置应用在以太网供电系统时的示意图。
第10～13图为本发明实施例中在各组态下耦合电感装置的等效电路示意图。
其中，附图标记说明如下：
A1 第一端位置
A2 第二端位置
B1 第一绕线区
B2 第二绕线区
C1～C2 电容
Ci 寄生电容
Cc 补偿电容
L1～L2、L1F、L1R、L2F、L2R、 电感
L2
N1～N4 端点
P1～P4 电极
PHY 物理层
SAXIS 轴方向
S1 第一电源传输路径
S2 第二电源传输路径
W1～W2 线圈组
W1F 第一绕线段
W1R 第二绕线段
W2F 第三绕线段
W2R 第四绕线段
10、20、30、40、50、60 电感组
11～13 耦合电感装置
51 第一芯部
52 第二芯部
61 第一端部
62 第二端部
70 层形部
85 包覆部
100 以太网供电系统
110 供电端装置
120 受电端装置
130 数据传输线对
具体实施方式
图1至图6为本发明实施例中实作耦合电感装置的电感组结构的示意图。每一电感组包括四个电极P1～P4，两个线圈组W1～W2，以及一材料体。线圈组W1～W2可沿着一轴方向(由箭头SAXIS来表示)产生磁通量。为了说明目的，A1代表沿着轴方向的一第一端位置，A2代表沿着轴方向的一第二端位置，B1代表沿着轴方向的一第一绕线区，而B2代表沿着轴方向的一第二绕线区。
在图1至图4所示的实施例中，材料体包括一第一芯部51、一第二芯部52、一第一端部61、一第二端部62，以及一层形部70。第一线圈组W1包括一第一绕线段W1F和一第二绕线段W1R，而第二线圈组W2包括一第三绕线段W2F和一第四绕线段W2R。在图1至图3中，电极P1和P2设置于第一端部61之上，而第一端部61设置于层形部70上位于第一端位置A1；电极P3和P4设置于第二端部62之上，而第二端部62设置于层形部70上位于第二端位置A2。在图4中，电极P1和P4设置于第一端部61之上，而第一端部61设置于层形部70上位于第一端位置A1；电极P2和P3设置于第二端部62之上，而第二端部62设置于层形部70上位于第二端位置A2。
在图5至图6所示的实施例中，材料体包括一包覆部85，用来乘载或包覆第一线圈组W1和第二线圈组W2。第一线圈组W1包括一第一绕线段W1F和一第二绕线段W1R，而第二线圈组W2包括一第三绕线段W2F和一第四绕线段W2R。在一实施例中，包覆部85可为一壳体，以乘载具备固定形状且设置于固定位置的第一线圈组W1和第二线圈组W2。在另一实施例中，包覆部85内可填充特定材料以包覆第一线圈组W1和第二线圈组W2，进而确保第一线圈组W1和第二线圈组W2能维持固定形状和固定位置。然而，包覆部85的实施方式并不限定本发明的范畴。
在图1至图2所示的电感组10和20中，线圈组W1缠绕着第一芯部51且位于第一绕线区B1，而线圈组W2缠绕着第二芯部52且位于第二绕线区B2。第一绕线段W1F的第一端连接于电极P2，而第一绕线段W1F的第二端朝着第二绕线区B2的方向延伸。第二绕线段W1R的第一端连接于第一绕线段W1F，而第二绕线段W1R的第二端连接于电极P1。第三绕线段W2F的第一端连接于电极P3，而第三绕线段W2F的第二端朝着第一绕线区B1的方向延伸。第四绕线段W2R的第一端连接于第三绕线段W2F，而第四绕线段W2R的第二端连接于电极P4。更详细地说，第一绕线段W1F为线圈组W1的正向绕段，而第二绕线段W1R为线圈组W1的反向绕段；第三绕线段W2F为线圈组W2的正向绕段，而第四绕线段W2R为线圈组W2的反向绕段。电极P1～P4的设置位置排列形成一四边形，其中电极P1和P4之间的直线和电极P2和P3之间的直线对应于所述四边形的对角线。沿着由箭头SAXIS所示的轴方向看进去，线圈组W1是以一顺时针方式沿着轴方向来缠绕，而线圈组W2是以一逆时针方式沿着轴方向来缠绕。在线圈组W1中，第一绕线段W1F与第二绕线段W1R迭置。在线圈组W2中，第三绕线段W2F与第四绕线段W2R迭置。
在图3所示的电感组30中，线圈组W1缠绕着第一芯部51且位于第一绕线区B1，而线圈组W2缠绕着第二芯部52且位于第二绕线区B2。第一绕线段W1F的第一端连接于电极P1，而第一绕线段W1F的第二端朝着第二绕线区B2的方向延伸。第二绕线段W1R的第一端连接于第一绕线段W1F，而第二绕线段W1R的第二端连接于电极P2。第三绕线段W2F的第一端连接于电极P3，而第三绕线段W2F的第二端朝着第一绕线区B1的方向延伸。第四绕线段W2R的第一端连接于第三绕线段W2F，而第四绕线段W2R的第二端连接于电极P4。更详细地说，第一绕线段W1F为线圈组W1的正向绕段，而第二绕线段W1R为线圈组W1的反向绕段；第三绕线段W2F为线圈组W2的正向绕段，而第四绕线段W2R为线圈组W2的反向绕段。
在图4所示的电感组40中，线圈组W1的第一绕线段W1F缠绕着第一芯部51且位于第一绕线区B1，而线圈组W2的第三绕线段W2F缠绕着第二芯部52且位于第二绕线区B2。第一绕线段W1F的第一端连接于电极P4，而第一绕线段W1F的第二端朝着第二绕线区B2的方向延伸。第二绕线段W1R的第一端连接于第一绕线段W1F，而第二绕线段W1R的第二端连接于电极P3。第三绕线段W2F的第一端连接于电极P2，而第三绕线段W2F的第二端朝着第一绕线区B1的方向延伸。第四绕线段W2R的第一端连接于第三绕线段W2F，而第四绕线段W2R的第二端连接于电极P1。更详细地说，第一绕线段W1F为线圈组W1的起绕段，而第二绕线段W1R为线圈组W1的终绕段；第三绕线段W2F为线圈组W2的起绕段，而第四绕线段W2R为线圈组W2的终绕段。
在图5所示的电感组50中，线圈组W1缠绕成矩形线圈，容纳或包覆在包覆部85内位于第一绕线区B1；线圈组W2缠绕成矩形线圈，容纳或包覆在包覆部85内位于第二绕线区B2。电感组50中电极P1～P4和线圈组W1～W2的布局和图1所示的电感组10相同。然而，线圈组W1～W2的形状并不限定本发明的范畴。
在图6所示的电感组60中，线圈组W1缠绕成圆形线圈，容纳或包覆在包覆部85内位于第一绕线区B1；线圈组W2缠绕成圆形线圈，容纳或包覆在包覆部85内位于第二绕线区B2。电感组60中电极P1～P4和线圈组W1～W2的布局和图1所示的电感组10相同。然而，线圈组W1～W2的形状并不限定本发明的范畴。
在本发明中，线圈组W1的第一绕线段W1F包括M1圈，线圈组W1的第二绕线段W1R包括N1圈，线圈组W2的第三绕线段W2F包括M2圈，而线圈组W2的第四绕线段W2R包括N2圈，其中M1、M2、N1和N2为正数。
在图1所示的电感组10中，|M1-M2|/M1的值等于或小于0.25，|N1-N2|/N1的值等于或小于0.25，M1大于或等于M2，且N1大于或等于N2。图1显示了M1＝M2＝6和N1＝N2＝0.5时的实施例，但不限定本发明的范畴。
在图2所示的电感组20中，M1＝M2＝N1＝N2。图2显示了M1＝M2＝N1＝N2＝3时的实施例，但不限定本发明的范畴。
在图3所示的电感组30和图4所示的电感组40中，M1、M2、N1和N2可为任何符合设计需求的正数。图3和图4显示了M1＝M2＝6和N1＝N2＝0.5时的实施例，但不限定本发明的范畴。
在图5所示的电感组50和图6所示的电感组60中，|M1-M2|/M1的值等于或小于0.25，且|N1-N2|/N1的值等于或小于0.25。图5和图6显示了M1＝M2＝4和N1＝N2＝0.5时的实施例，但不限定本发明的范畴。
如相关领域具备通常知识者皆知，导电线圈组所感应的磁通量其值相关于流经线圈组的电流值、线圈组的材质，以及线圈组的圈数。在一实施例中，线圈组W1～W2可实作成采用相同材质。然而，线圈组W1～W2的材质并不限定本发明的范畴。
第1、2、5、6图所示的电感组可直接实作成耦合电感装置11～13的不同组态以应用在如第7～9图所示的以太网供电系统100中。第3、4图所示的电感组可和一补偿电容一起实作成耦合电感装置11～13的不同组态以应用在如第7～9图所示的以太网供电系统100中。以太网供电系统100包括一供电端装置110、一受电端装置120，和一组或多组数据传输线对。
依据IEEE 802.03中所制定的PoE和PoDL规范，供电端装置110可透过一组或多组数据传输线对来传送电源给受电端装置120，同样的一组或多组数据传输线对也会用来进行物理层(PHY)的数据传输。如相关领域具备通常知识者皆知，物理层规范(例如1000BASE-T和10GBASE-T)定义使用四组数据传输线对，而其它以太网供电系统亦可使用超过四组数据传输线对。为了说明目的，图7至图9显示了使用一组数据传输线对时的实施例。然而，数据传输线对的数目并不限定本发明的范畴。
每一耦合电感装置11～13可包括电感L1～L2以阻挡数据传输线对130的电源传输路径上的交流信号。以太网供电系统100另可包括电容C1～C2以阻挡数据传输线对130的数据传输路径上的直流信号。针对共模信号，数据传输线对130的电源传输路径包括一第一电源传输路径(由箭头S1表示)和一第二电源传输路径(由箭头S2表示)。
在第一组态中，电感组10、50、60的其中任一可实作成耦合电感装置11以应用在图7所示的以太网供电系统100中，而其相对应的等效电路如图10所示。电极P1和P4耦接于供电端装置110或受电端装置120的正端(端点N3)，电极P2耦接于数据传输线对130的正端(端点N1)，而电极P3耦接于数据传输线对130的负端(端点N2)。
在第二组态中，电感组10、50、60的其中任一可实作成耦合电感装置12以应用在图8所示的以太网供电系统100中，而其相对应的等效电路如图10所示。电极P1耦接于供电端装置110或受电端装置120的正端(端点N3)，电极P2耦接于数据传输线对130的负端(端点N2)，电极P3耦接于供电端装置110或受电端装置120的负端(端点N4)，而电极P4耦接于数据传输线对130的正端(端点N1)。
在第三组态中，电感组10、50、60的其中任一可实作成耦合电感装置11以应用在图7所示的以太网供电系统100中，而其相对应的等效电路如图10所示。电极P2和P3耦接于供电端装置110或受电端装置120的正端(端点N3)，电极P1耦接于数据传输线对130的正端(端点N1)，而电极P4耦接于数据传输线对130的负端(端点N2)。
如图10中对应于第一至第三组态的等效电路所示，线圈组W1～W2以对称方式设置，且两线圈组W1～W2中彼此最接近的线圈也以对称方式设置而形成带有跨线圈电容值的寄生电容Ci。电极P1和P4之间实质上由两线圈组W1～W2中彼此最接近的线圈所造成的跨线圈电容值为一平衡电容值，使得线圈组W1的电感值L1和线圈组W2的电感值L2在电极P1和P4所感应出的电动势实质上相等。当共模信号撞击电感组10、50、60时，由于线圈组W1的电感值L1和线圈组W2的电感值L2相等且跨线圈电容值是由两线圈组W1～W2中彼此最接近的线圈所造成的，两股交流电流会沿着其流向分别在两线圈组引发大小相同的两股电动势。如前所述跨线圈电容值为一平衡电容值，其可将两线圈组W1～W2维持在实质上相等的电位以将两股电动势维持在实质上相等值，因此不会产生流经电极P1和P4之间寄生电容Ci的旁路电流而破坏两股电动势的平衡。因此，平衡的两股电动势会在电极P1和P4之间造成零压差，可减少差模干扰或等效地避免共模噪声被转换成差模干扰。当跨线圈电容值是由两线圈组W1～W2中彼此最接近的线圈所造成时，电极P1和P4的电位相同但极性相反，因此当耦合电感装置11传送差模数据信号时会产生零压差，进而避免共模干扰被转换。本发明可改善以太网供电系统100中电源供应系统的稳定度和数据处理系统的质量，且能避免成为电磁干扰源头。
在第四组态中，电感组20可实作成耦合电感装置11以应用在图7所示的以太网供电系统100中，而其相对应的等效电路如图11所示。电极P1和P4耦接于供电端装置110或受电端装置120的正端(端点N3)，电极P2耦接于数据传输线对130的正端(端点N1)，而电极P3耦接于数据传输线对130的负端(端点N2)。L1F代表线圈组W1中第一绕线段W1F(圈数为M1)所感应的电感值，L1R代表线圈组W1中第二绕线段W1R(圈数为N1)所感应的电感值，L2F代表线圈组W2中第三绕线段W2F(圈数为M2)所感应的电感值，而L2R代表线圈组W2中第四绕线段W2R(圈数为N2)所感应的电感值。
在第五组态中，电感组20可实作成耦合电感装置12以应用在图8所示的以太网供电系统100中，而其相对应的等效电路如图11所示。电极P1耦接于供电端装置110或受电端装置120的正端(端点N3)，电极P2耦接于数据传输线对130的负端(端点N2)，电极P3耦接于数据传输线对130的正端(端点N1)，而电极P4耦接于供电端装置110或受电端装置120的负端(端点N4)。L1F代表线圈组W1中第一绕线段W1F(圈数为M1)所感应的电感值，L1R代表线圈组W1中第二绕线段W1R(圈数为N1)所感应的电感值，L2F代表线圈组W2中第三绕线段W2F(圈数为M2)所感应的电感值，而L2R代表线圈组W2中第四绕线段W2R(圈数为N2)所感应的电感值。
如图11中对应于第四和第五组态的等效电路所示，线圈组W1～W2以对称方式设置，且两线圈组W1～W2中彼此最接近的线圈也以对称方式设置而形成带有跨线圈电容值的寄生电容Ci。电极P1和P4之间实质上由两线圈组W1～W2中彼此最接近的线圈(寄生电容Ci的两端)所造成的跨线圈电容值为一平衡电容值，使得线圈组W1的电感值L1和线圈组W2的电感值L2所感应出的电动势实质上相等，以避免在差模-共模转换时产生噪声。由于寄生电容Ci的两端可维持在实质上相等的电位，跨线圈电容值可将两股电动势维持在实质上相等值，因此不会产生流经寄生电容Ci的旁路电流而破坏两股电动势的平衡。因此，平衡的两股电动势会在寄生电容Ci的两端之间造成零压差，可减少差模干扰或等效地避免共模噪声被转换成差模干扰。当跨线圈电容值是由两线圈组W1～W2中彼此最接近的线圈所造成时，寄生电容Ci的两端其电位相同但极性相反，因此当耦合电感装置11传送差模数据信号时会产生零压差，进而避免共模干扰被转换。本发明可改善以太网供电系统100中电源供应系统的稳定度和数据处理系统的质量，且能避免成为电磁干扰源头。
图3所示的电感组30可和一补偿电容Cc一起实作成耦合电感装置13以应用在图9所示的以太网供电系统100中。如图12中相对应的等效电路所示，线圈组W1～W2中彼此最接近的线圈在电极P2和P4之间形成带有跨线圈电容值的寄生电容Ci。此跨线圈电容值为一非平衡电容值，因此可能会造成流经寄生电容Ci的旁路电流。然而，以针对寄生电容Ci的平衡方式而设置在线圈组W1～W2之间的补偿电容Cc可补偿寄生电容Ci的效果。更明确地说，补偿电容Cc耦接在电极P1和P3之间以补偿在电极P2和P4之间寄生电容Ci的效果。无论是当共模信号撞击线圈组W1～W2时或是当线圈组W1～W2在传送差模数据信号时，补偿电容Cc可感应出另一旁路电流以抵销流经寄生电容Ci的旁路电流，进而维持线圈组W1～W2上两股电动势的平衡状态。因为由共模噪声所产生的两股电动势维持在具相等值的平衡状态，电极P1和P4之间的压差和电极P2和P3之间的压差会维持在零，可减少差模干扰或等效地避免共模噪声被转换成差模干扰。同理，由于差模数据信号所产生的两股电动势维持在具相等值的平衡状态，电极P1和P4的电位相等但极性相反，电极P2和P3的电位相等但极性相反，进而减少共模干扰或等效地避免差模噪声被转换成共模干扰。本发明可改善以太网供电系统100中电源供应系统的稳定度和数据处理系统的质量，且能避免造成电磁干扰源。
图4所示的电感组40可和一补偿电容Cc一起实作成耦合电感装置13以应用在图9所示的以太网供电系统100中。如图13中相对应的等效电路所示，线圈组W1～W2中彼此最接近的线圈在电极P1和P3之间形成带有跨线圈电容值的寄生电容Ci。此跨线圈电容值为一非平衡电容值，因此可能会造成流经寄生电容Ci的旁路电流。然而，以针对寄生电容Ci的平衡方式而设置在线圈组W1～W2之间的补偿电容Cc可补偿寄生电容Ci的效果。更明确地说，补偿电容Cc耦接在电极P2和P4之间以补偿在电极P1和P3之间寄生电容Ci的效果。无论是当共模信号撞击线圈组W1～W2时或是当线圈组W1～W2在传送差模数据信号时，补偿电容Cc可感应出另一旁路电流以抵销流经寄生电容Ci的旁路电流，进而维持线圈组W1～W2上两股电动势的平衡状态。因为由共模噪声所产生的两股电动势维持在具相等值的平衡状态，电极P1和P4之间的压差和电极P2和P3之间的压差会维持在零，可减少差模干扰或等效地避免共模噪声被转换成差模干扰。同理，由于差模数据信号所产生的两股电动势维持在具相等值的平衡状态，电极P1和P4的电位相等但极性相反，电极P2和P3的电位相等但极性相反，进而减少共模干扰或等效地避免差模噪声被转换成共模干扰。本发明可改善以太网供电系统100中电源供应系统的稳定度和数据处理系统的质量，且能避免成为电磁干扰源头。
在图9所示的以太网供电系统100和在第12～13图所示相对应各种组态的等效电路中，补偿电容Cc的值可介于寄生电容Ci的值的90％和110％倍之间。在本发明一较佳实施例中，补偿电容Cc的值和寄生电容Ci的值实质上相等。
本发明的耦合电感装置可应用在以太网供电系统中，其包括一供电端装置、一受电端装置，以及至少一组数据传输对。至少一组数据传输对可在供电端装置和受电端装置之间提供一第一电源路径和一第二电源路径，如图7至图9所示。然而，本发明的耦合电感装置亦可应用在其它种类的电源系统。
在本发明中，耦合电感装置包括两线圈W1～W2其设置方式让两线圈W1～W2之间形成的跨线圈电容值能和线圈组W1的电感值L1及线圈组W2的电感值L2所感应的电动势实质上相等。当电流流经不平衡的寄生电容Ci时，本发明教导在两线圈W1～W2之间设置一补偿电容Cc以维持平衡的旁路状态。本发明耦合电感装置采用特定设置方式的两线圈组或是包括一补偿电容Cc，以使在两线圈W1～W2上分别感应出的电动势维持实质上相等，以避免产生差模-共模转换或共模-差模转换。因此，本发明的耦合电感装置可改善模式转换特性以应用在以太网供电系统或其它系统中。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种耦合电感装置，其特征在于，包括：
一第一电极和一第二电极，设置于沿着一轴方向的一第一端位置；
一第三电极和一第四电极，设置于沿着所述轴方向的一第二端位置；
一第一绕线区和一第二绕线区，位于所述轴方向上；
一第一线圈组，缠绕所述第一绕线区，且包括：
一第一绕线段，其第一端连接于与所述第二电极，而其第二端朝着所述第二绕线区的方向延伸；以及
一第二绕线段，其第一端连接于与所述第一绕线段，而其第二端朝着所述第一端位置延伸以连接至所述第一电极；以及
一第二线圈组，缠绕所述第二绕线区，且包括：
一第三绕线段，其第一端连接于与所述第三电极，而其第二端朝着所述第一绕线区的方向延伸；以及
一第四绕线段，其第一端连接于与所述第三绕线段，而其第二端朝着所述第二端位置延伸以连接至所述第四电极；
其中：
所述第一端位置和所述第二端位置分别位于所述轴方向的两对侧；
所述第一绕线区位于所述第一端位置与所述第二绕线区之间；且
所述第二绕线区位于所述第一绕线区与所述第二端位置之间。
2.如权利要求1所述的耦合电感装置，其特征在于，更包括一材料体，所述材料体包括对应所述第一绕线区设置的一第一芯部、对应所述第二绕线区设置的一第二芯部、设置于所述第一端位置的一第一端部，以及设置于所述第二端位置的一第二端部，其中：
所述第一芯部与所述第一端部连接；
所述第二芯部由所述第一芯部延伸而与所述第二端部连接；
所述第一电极与所述第二电极连接于所述第一端部；且
所述第三电极与所述第四电极连接于所述第二端部。
3.如权利要求2所述的耦合电感装置，其特征在于，所述材料体更包括一层形部，连接于所述第一端部和所述第二端部。
4.如权利要求1所述的耦合电感装置，其特征在于，更包括一材料体，所述材料体包括一包覆部，用来乘载或包覆所述第一线圈组和所述第二线圈组。
5.如权利要求1所述的耦合电感装置，其特征在于：
所述第一绕线段包括M1线圈；
所述第二绕线段包括N1线圈；
所述第三绕线段包括M2线圈；
所述第四绕线段包括N2线圈；
|M1-M2|/M1的值小于0.25；
|N1-N2|/N1的值小于0.25；
M1、M2、N1和N2为正数；
M1大于或等于M2；且
N1大于或等于N2。
6.如权利要求5所述的耦合电感装置，其特征在于，M1＝M2且
N1＝N2。
7.如权利要求1所述的耦合电感装置，其特征在于，所述第一绕线段与所述第二绕线段迭置，而所述第三绕线段与所述第四绕线段迭置。
8.如权利要求1所述的耦合电感装置，其特征在于：
所述第一线圈组和所述第二线圈组以对称方式设置；
所述第一线圈组的一第一部分和所述第二线圈组的一第二部分以对称方式设置而形成一跨线圈电容；
所述第一线圈组的一第一电感在所述第一部分感应出一第一电动势；
所述第二线圈组的一第二电感在所述第二部分感应出一第二电动势；
所述跨线圈电容使得所述第一电动势的值和所述第二电动势的值相等；
所述第一部分为所述第一线圈组中最接近所述第二线圈组的线圈；且
所述第二部分为所述第二线圈组中最接近所述第一线圈组的线圈。
9.如权利要求1所述的耦合电感装置，其特征在于，所述第一线圈组是以一顺时针方式沿着所述轴方向来缠绕，而所述第二线圈组是以一逆时针方式沿着所述轴方向来缠绕。
10.如权利要求1所述的耦合电感装置，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极的设置位置排列形成一四边形，且所述第二电极与所述第三电极之间的直线对应于所述四边形的一对角线。
11.如权利要求1所述的耦合电感装置，其特征在于：
所述第一电极和所述第四电极耦接于一以太网供电系统中一供电端装置的一正端，或耦接于所述以太网供电系统中一受电端装置的一正端；
所述第二电极耦接于所述以太网供电系统中至少一组数据传输线对的一正端；而
所述第三电极耦接于所述至少一组数据传输线对的一负端。
12.如权利要求1所述的耦合电感装置，其特征在于：
所述第二电极和所述第三电极耦接于一以太网供电系统中一供电端装置的一正端，或耦接于所述以太网供电系统中一受电端装置的一正端；
所述第一电极耦接于所述以太网供电系统中至少一组数据传输线对的一正端；而
所述第四电极耦接于所述至少一组数据传输线对的一负端。
13.如权利要求1所述的耦合电感装置，其特征在于：
所述第一电极耦接于一以太网供电系统中一供电端装置的一正端，或耦接于所述以太网供电系统中一受电端装置的一正端；
所述第二电极耦接于所述以太网供电系统中至少一组数据传输线对的一负端；
所述第三电极耦接于所述供电端装置的一负端，或耦接于所述受电端装置的一负端；而
所述第四电极耦接于所述至少一组数据传输线对的一正端。
14.一种耦合电感装置，其特征在于，更包括：
一第一电极和一第二电极，设置于沿着一轴方向的一第一端位置；
一第三电极和一第四电极，设置于沿着所述轴方向的一第二端位置；
一第一绕线区和一第二绕线区，位于所述轴方向上；
一第一线圈组，缠绕所述第一绕线区，且包括：
一第一绕线段，其第一端连接于与所述第一电极，而其第二端朝着所述第二绕线区的方向延伸；以及
一第二绕线段，其第一端连接于与所述第一绕线段，而其第二端连接至所述第二电极；
一第二线圈组，缠绕所述第二绕线区，且包括：
一第三绕线段，其第一端连接于与所述第三电极，而其第二端朝着所述第一绕线区的方向延伸；以及
一第四绕线段，其第一端连接于与所述第三绕线段，而其第二端连接至所述第四电极；以及
一补偿电容，耦接于所述第一线圈组和所述第二线圈组之间；
其中：
所述第一端位置和所述第二端位置分别位于所述轴方向的两对侧；
所述第一绕线区位于所述第一端位置与所述第二绕线区之间；且
所述第二绕线区位于所述第一绕线区与所述第二端位置之间。
15.如权利要求14所述的耦合电感装置，其特征在于，更包括沿着所述轴方向设置的一材料体，所述材料体包括对应所述第一绕线区设置的一第一芯部、对应所述第二绕线区设置的一第二芯部、设置于所述第一端位置的一第一端部，以及设置于所述第二端位置的一第二端部，其中：
所述第一芯部与所述第一端部连接；
所述第二芯部由所述第一芯部延伸而与所述第二端部连接；
所述第一电极与所述第二电极连接于所述第一端部；且
所述第三电极与所述第四电极分别连接于所述第二端部。
16.如权利要求15所述的耦合电感装置，其特征在于：
所述补偿电容耦接于所述第一电极和所述第三电极之间以补偿一寄生电容的一跨线圈电容值；
所述寄生电容形成于所述第二电极和所述第四电极之间；且
所述补偿电容的值介于跨线圈电容值的90％到110％倍之间。
17.如权利要求16所述的耦合电感装置，其特征在于，所述补偿电容的值相等于所述跨线圈电容值。
18.一种耦合电感装置，其特征在于，包括：
一第一电极，设置于沿着一轴方向的一第一端位置；
一第二电极，设置于沿着所述轴方向的一第二端位置；
一第三电极，设置于所述第二端位置；
一第四电极，设置于所述第一端位置；
一第一绕线区和一第二绕线区，位于所述轴方向上；
一第一线圈组，其包括：
一第一绕线段，缠绕所述第一绕线区，所述第一绕线段的一第一端连接于与所述第四电极，而所述第一绕线段的一第二端朝着所述第二绕线区的方向延伸；以及
一第二绕线段，其第一端连接于与所述第一绕线段，而其第二端连接至所述第三电极；
一第二线圈组，且包括：
一第三绕线段，缠绕所述第二绕线区，所述第三绕线段的一第一端连接于与所述第二电极，而所述第三绕线段的一第二端朝着所述第一绕线区的方向延伸；以及
一第四绕线段，其第一端连接于与所述第三绕线段，而其第二端连接至所述第一电极；以及
一补偿电容，耦接于所述第一线圈组和所述第二线圈组之间；
其中：
所述第一端位置和所述第二端位置分别位于所述轴方向的两对侧；
所述第一绕线区位于所述第一端位置与所述第二绕线区之间；且
所述第二绕线区位于所述第一绕线区与所述第二端位置之间。
19.如权利要求18所述的耦合电感装置，其特征在于，更包括沿着所述轴方向设置的一材料体，所述材料体包括对应所述第一绕线区设置的一第一芯部、对应所述第二绕线区设置的一第二芯部、设置于所述第一端位置的一第一端部，以及设置于所述第二端位置的一第二端部，其中：
所述第一芯部与所述第一端部连接；
所述第二芯部由所述第一芯部延伸而与所述第二端部连接；
所述第一电极与所述第四电极连接于所述第一端部；且
所述第二电极与所述第四电极分别连接于所述第二端部。
20.如权利要求19所述的耦合电感装置，其特征在于：
所述补偿电容耦接于所述第二电极和所述第四电极之间以补偿一寄生电容的一跨线圈电容值；
所述寄生电容形成于所述第一电极和所述第三电极之间；且所述补偿电容的值介于跨线圈电容值的90％到110％倍之间。
CN201610874992.XA 2015-10-06 2016-10-08 耦合电感装置 Active CN106571216B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562238098P 2015-10-06 2015-10-06
US62/238,098 2015-10-06
US15/279,379 2016-09-28
US15/279,379 US10210992B2 (en) 2015-10-06 2016-09-28 Apparatus of coupled inductors with balanced electromotive forces

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106571216A CN106571216A (zh) 2017-04-19
CN106571216B true CN106571216B (zh) 2018-06-15

Family

ID=58447999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610874992.XA Active CN106571216B (zh) 2015-10-06 2016-10-08 耦合电感装置

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10210992B2 (zh)
CN (1) CN106571216B (zh)
TW (1) TWI578340B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10068699B1 (en) * 2017-03-01 2018-09-04 Realtek Semiconductor Corp. Integrated inductor and fabrication method thereof
CN107424766A (zh) * 2017-05-12 2017-12-01 广东美信科技股份有限公司 一种集成式网络滤波器件
CN109961921A (zh) * 2017-12-23 2019-07-02 乾坤科技股份有限公司 耦合电感器及其制作方法
US11250982B2 (en) 2018-06-29 2022-02-15 Cyntec Co., Ltd Ingress-protective mechanism of wire-wound magnetic component
JP7051649B2 (ja) * 2018-09-07 2022-04-11 株式会社東芝 磁気結合装置及び通信システム
TWI722952B (zh) * 2019-09-11 2021-03-21 瑞昱半導體股份有限公司 電感裝置
CN113314295B (zh) * 2020-02-27 2023-03-31 弘邺科技有限公司 网络信号用的高容值共模电感处理电路
CN112491160A (zh) * 2020-11-17 2021-03-12 哈尔滨工业大学 一种双股并绕的无线电能传输线圈股间电流均衡的电路结构与参数设计方法
TWI835128B (zh) * 2022-05-05 2024-03-11 西北臺慶科技股份有限公司 可改善共模轉差模抑制比的電感

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102227788A (zh) * 2008-12-12 2011-10-26 株式会社村田制作所 多层绕线电子元件的导线绕线方法
CN102308347A (zh) * 2009-02-13 2012-01-04 三菱电机株式会社 变压器
CN203746604U (zh) * 2012-12-19 2014-07-30 Tdk株式会社 共模滤波器
DE102014103324A1 (de) * 2014-03-12 2015-09-17 Epcos Ag Induktives Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauelements

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6924724B2 (en) * 2003-01-24 2005-08-02 Solarflare Communications, Inc. Method and apparatus for transformer bandwidth enhancement
JP2006261572A (ja) * 2005-03-18 2006-09-28 Tdk Corp コイル部品及びコイル部品の製造方法
US7915755B2 (en) * 2008-07-22 2011-03-29 Broadcom Corporation System and method for enabling power applications over a single communication wire pair
JP4737268B2 (ja) * 2008-10-31 2011-07-27 Ｔｄｋ株式会社 表面実装型パルストランス並びにその製造方法及び製造装置
US9136050B2 (en) 2010-07-23 2015-09-15 Cyntec Co., Ltd. Magnetic device and method of manufacturing the same
JP5747667B2 (ja) * 2011-06-08 2015-07-15 Tdk株式会社 コイル部品
JP5821821B2 (ja) 2012-10-05 2015-11-24 Tdk株式会社 コモンモードフィルタ
JP5971231B2 (ja) * 2013-12-10 2016-08-17 株式会社村田製作所 コモンモードチョークコイル及びその製造方法
US9715961B2 (en) * 2014-12-02 2017-07-25 Tdk Corporation Pulse transformer

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102227788A (zh) * 2008-12-12 2011-10-26 株式会社村田制作所 多层绕线电子元件的导线绕线方法
CN102308347A (zh) * 2009-02-13 2012-01-04 三菱电机株式会社 变压器
CN203746604U (zh) * 2012-12-19 2014-07-30 Tdk株式会社 共模滤波器
DE102014103324A1 (de) * 2014-03-12 2015-09-17 Epcos Ag Induktives Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauelements

Also Published As

Publication number Publication date
CN106571216A (zh) 2017-04-19
US20190148062A1 (en) 2019-05-16
US20170098502A1 (en) 2017-04-06
TWI578340B (zh) 2017-04-11
US10650961B2 (en) 2020-05-12
US10210992B2 (en) 2019-02-19
TW201714188A (zh) 2017-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106571216B (zh) 耦合电感装置
CN108364768A (zh) 平面变压器、电源转换电路以及适配器
TWI609387B (zh) 複合磁性元件
CN107482896A (zh) Emi滤波器及电源emi滤波器接入电路
US11049649B2 (en) Magnetic transformer having increased bandwidth for high speed data communications
CN110277920A (zh) 使用具有分离初级和次级绕组的隔离变压器进行直流和差动信号的线对终止
TW201340640A (zh) 乙太網路供電設備及網路受電設備
US7915755B2 (en) System and method for enabling power applications over a single communication wire pair
CN104779974B (zh) 网络传输的电磁干扰抑制装置与方法
EP1959525B1 (en) Connector including isolation of magnetic devices capable of handling high speed communications
CN104319075B (zh) 一种用于多电平电压源换流器的连接电抗器
CN208045294U (zh) 一种隔离变压器
CN108600058A (zh) 一种以太网信号传输接口电路和网络设备
CN207301680U (zh) 一种控制器及机器人
CN107450378A (zh) 一种控制器及机器人
CN112234824B (zh) 一种dc/dc变换器及通信电源
CN108538556A (zh) 一种隔离变压器
CN203673947U (zh) 变压器
CN107424815B (zh) 一种采用减匝补偿的双级电流互感器
WO2022083205A1 (zh) 一种电子设备及其供电单元
WO2018161943A1 (zh) 共模电感滤波器
CN206542384U (zh) 共模电感滤波器
CN202977148U (zh) 万兆以太网络变压器
JP2010074632A (ja) 高周波信号供給装置
CN213400750U (zh) 一种差模电感及应用差模电感的电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant