一種磁集成諧振變換器的制造方法
【專利摘要】一種磁集成諧振變換器，包括諧振電路和集成磁件，所述諧振電路的輸出端與所述集成磁件的原邊繞組相耦合，其特征在于該變換器采用集成磁件作為磁集成變壓器；該集成磁件包括一對相對設(shè)置，并不少于3個磁柱的磁芯，磁芯上分別繞有原邊繞組和副邊繞組，副邊繞組全部繞在中心磁柱上，原邊繞組全部繞在中心磁柱和邊柱上。采用該集成磁件的諧振變換器，變換器磁件的變換效率最大；在工業(yè)化量產(chǎn)過程中，諧振變壓器的制造工藝簡單。
【專利說明】 一種磁集成諧振變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種諧振變換器，具體涉及LLC諧振變換器、DC/DC直流變換器及開關(guān)電源。
技術(shù)背景:
[0002]傳統(tǒng)的LLC串聯(lián)諧振變換器如圖1所示，LC并聯(lián)諧振變換器如圖2所示，三相諧振變換器如圖3所示，諧振電路均設(shè)計(jì)獨(dú)立的電感Lr，諧振電路包括串接在主變壓器原邊繞組一端的一個諧振電感Lr，傳統(tǒng)的諧振電路采用電感和諧振變壓器串聯(lián)的設(shè)計(jì)方案，存在三個缺陷；其一；兩個組件的體積大；其二；電能一磁能一電能變換過程中，磁能的轉(zhuǎn)換效率不能被充分利用；其三；諧振電感Lr和主變壓器T兩個獨(dú)立的磁路系統(tǒng)，需要獨(dú)立設(shè)計(jì)。
[0003]在專利號為ZL200710192354.0的文獻(xiàn)中，一對相對設(shè)置的EE鐵心，部分原邊繞組和全部副邊繞組繞在中心柱上，另一部分原邊繞組繞在邊柱上，由于原邊繞組分成了兩個繞組，工業(yè)化量產(chǎn)繞線工藝復(fù)雜。
[0004]在“ArkadiyKats,Gregorylvensky, SamBen-Yakov” “Application of interatedmagnetics in resonant converters” “IEEE-APEC, 1997:925-930” 的文獻(xiàn)中，米用兩副磁芯組合使用，能夠解決體積大的問題；但是，諧振電感Lr和主變壓器T是兩個獨(dú)立的磁路系統(tǒng)，磁路系統(tǒng)的變換效率，即變換功率/磁體重量比不能達(dá)到最大值。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0005]本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種磁集成諧振變換器，該變換器將原有電路中的主變壓器和電感兩個分立的磁件，設(shè)計(jì)成集成磁件；該變換器既能減小諧振電感和變壓器的體積，又能使磁件的變換效率達(dá)到最大值。
[0006]此外，本發(fā)明的目的還在于，提供采用該諧振變換器的DC/DC變換器及開關(guān)電源。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種磁集成諧振變換器，包括諧振電路和集成磁件，所述諧振電路的輸出端與所述集成磁件的原邊繞組相耦合，其特征在于該變換器采用集成磁件作為磁集成變壓器；該集成磁件包括一對相對設(shè)置，并不少于3個磁柱的磁芯，磁芯上分別繞有原邊繞組(Np)和副邊繞組(Ns)，副邊繞組(Ns)全部繞在中心磁柱上，原邊繞組(Np)全部繞在中心磁柱和邊柱上；
[0009]進(jìn)一步地，所述集成磁件適合于原邊或付邊串聯(lián)諧振電感的諧振變換器；
[0010]進(jìn)一步地，所述集成磁件至少有3個分支磁路；
[0011]進(jìn)一步地，所述磁集成諧振變壓器是原邊繞組全部繞在兩個分支磁柱上；
[0012]進(jìn)一步地，所述磁集成諧振變壓器是副邊繞組全部繞在一個分支磁路上；
[0013]進(jìn)一步地，所述磁集成諧振變壓器副邊繞組磁路的磁隙，小于無副邊繞組磁路的磁隙；
[0014]進(jìn)一步地，所述諧振電路為串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振拓?fù)?。[0015]本發(fā)明還提供一種DC/DC變換器，包括開關(guān)電路和磁集成諧振變換器，所述開關(guān)電路的輸出端與所述磁集成諧振變換器的輸入端相耦合，所述磁集成諧振變換器為前述的諧振變換器；
[0016]進(jìn)一步地，所述開關(guān)電路為半橋或全橋開關(guān)電路；
[0017]進(jìn)一步地，所述諧振變換器為單相諧振變換器或三相諧振變換器；
[0018]本發(fā)明還提供一種開關(guān)電源，包括交流輸入模塊、DC/DC變換器和直流輸出模塊，其特征在于，所述變換器為如前所述的DC/DC變換器。
[0019]本發(fā)明有益的技術(shù)效果是:
[0020]相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本發(fā)明將原有電路中的變壓器和電感兩個分立的磁件，設(shè)計(jì)成一個集成磁件，一個閉環(huán)磁路，在初級交變電流的作用下，初級交變磁場同時穿過次級繞組磁路和無繞組磁路；兩個并聯(lián)的獨(dú)立磁路在相同的初級交變磁壓IN作用下，通過調(diào)整兩個分支磁路的截面積和磁阻(磁隙)，得到兩個分支磁路需要的磁通量；達(dá)到兩個磁路的磁密Br相同的目的，由于原邊繞組和付邊繞組的兩個分支磁路共用一個閉合磁路，導(dǎo)致主變換器的勵磁電感增加，開關(guān)電路的勵磁電流降低，電能變換效率提高；同時，集成磁件在諧振變換器電子開關(guān)關(guān)閉期間，是一個呈電感性質(zhì)釋放能量的整體部件，釋放的剩余能量電流特征經(jīng)典，諧波分量極小，開關(guān)管迅速進(jìn)入零電壓狀態(tài)。
[0021]“Arkadiy Kats, Gregory Ivensky, Sam Ben-Yakov”“Application of interatedmagnetics in resonant converters” “IEEE-APEC, 1997:925-930” 的文獻(xiàn)中，米用兩副獨(dú)立磁芯組合，導(dǎo)致在諧振變換器電子開關(guān)關(guān)閉期間，兩個獨(dú)立的呈電感性質(zhì)的部件，由于沒有磁路耦合，導(dǎo)致釋放的剩余能量電流特征不經(jīng)典，諧波分量豐富，需要相對較大的等效諧振電感(消耗磁性材料)，才能使開關(guān)管進(jìn)入零電壓狀態(tài)。
[0022]采用該集成磁件的諧振變換器，變換器磁件的變換效率最大；在工業(yè)化量產(chǎn)過程中，諧振變壓器的制造工藝簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0023]圖1為傳統(tǒng)LLC串聯(lián)諧振變換器電路示意圖；
[0024]圖2為傳統(tǒng)LC并聯(lián)諧振變換器電路示意圖
[0025]圖3為傳統(tǒng)的三相LLC串聯(lián)諧振變換器的示意圖
[0026]圖4為本發(fā)明涉及的三磁柱型磁集成組件一種實(shí)施方式示意圖；
[0027]圖5為本發(fā)明涉及的三磁柱型磁集成組件另一種實(shí)施方式示意圖；
[0028]圖6為本發(fā)明涉及的四磁柱型磁集成組件另一種實(shí)施方式示意圖；
[0029]圖7為本發(fā)明涉及的四磁柱型磁集成組件另一種實(shí)施方式示意圖；
[0030]圖8為本發(fā)明涉及的三相七磁柱磁芯的集成磁件實(shí)施方式示意圖；
[0031]圖9為采用圖6磁集成組件應(yīng)用于單相LLC串聯(lián)諧振變換器的示意圖；
[0032]圖10為采用圖4磁集成組件應(yīng)用于單相并聯(lián)諧振變換器的示意圖；
[0033]圖11為采用圖8磁集成組件應(yīng)用于三相LLC串聯(lián)諧振變換器的示意圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0034]應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。[0035]參見圖4，為三磁柱型磁芯的集成磁件，副邊繞組全部繞在中心磁柱上，原邊繞組全部繞在中心磁柱和一側(cè)邊磁柱上，中心柱磁隙小于側(cè)邊磁柱磁隙，另一側(cè)邊磁柱無磁隙；等效諧振電感量(Lr)和主變換器(T)原副邊的耦合系數(shù)一次調(diào)整，磁芯的電能/磁能/電能變換效率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0036]參見圖5，為三磁柱型磁芯的另一集成磁件，副邊繞組全部繞在中心磁柱上，原邊繞組全部繞在中心磁柱和一側(cè)邊磁柱上，中心柱磁隙小于側(cè)邊磁柱磁隙,另一側(cè)邊磁柱有磁隙；等效諧振電感量(Lr)和主變換器(T)原副邊的耦合系數(shù)可以二次調(diào)整，磁芯的電能/磁能/電能變換效率高，方便調(diào)整工作頻率。
[0037]參見圖6，為四磁柱型的集成磁件，副邊繞組全部繞在中心磁柱a上，原邊繞組全部繞在中心磁柱a和中心磁柱b上，中心磁柱a磁隙小于中心磁柱b磁隙；兩邊磁柱無磁隙，這種磁路結(jié)構(gòu)的變壓器電磁輻射很小，磁芯的電能/磁能/電能變換效率高，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
[0038]參見圖7， 為四磁柱型的另一集成磁件，副邊繞組全部繞在中心磁柱a上，原邊繞組全部繞在中心磁柱a和中心磁柱b上，中心磁柱a磁隙小于中心磁柱b磁隙；兩邊磁柱有磁隙，等效諧振電感量(Lr)和主變換器(T)原副邊的耦合系數(shù)可以二次調(diào)整，磁芯的電能/磁能/電能變換效率高；方便調(diào)整工作頻率。
[0039]參見圖8，為七磁柱磁芯的集成磁件，其中At、Bt、Ct三相三路磁柱的磁隙相同；A1^ B1^ C1 二相二路磁柱的磁隙相同；At、Bt、Ct 二相二路磁柱的截面積相同；Ap B1^ C1 二相二路磁柱的截面積相同；At、Bt、Ct 二相二路磁柱的磁隙小于A1' B1^ C1 二相二路磁柱的磁隙；原邊A相繞組全部繞在AVA1兩個磁柱上，A相副邊繞組全部繞在At磁柱上；原邊B相繞組全部繞在BVB1兩個磁柱上，B相副邊繞組全部繞在Bt磁柱上；原邊C相繞組全部繞在Ct/Q兩個磁柱上，C相副邊繞組全部繞在Ct磁柱上；這種三相7磁柱結(jié)構(gòu)的電能/磁能/電能變換效率，即磁件的磁性材料利用率最大，超過圖4圖5圖6圖7結(jié)構(gòu)。適合三項(xiàng)LLC諧振變換器。
[0040]【具體實(shí)施例1】
[0041]參照圖9，是采用圖6的集成磁件應(yīng)用于串聯(lián)諧振變換器，諧振變換器包括開關(guān)電路、諧振電路、集成磁件；
[0042]開關(guān)電路為半橋斬波器，該斬波器由開關(guān)管Ql和開關(guān)管Q2串聯(lián)組成，斬波器的輸入端接直流電壓源Vin，斬波器的輸出端接諧振電路的輸入端，斬波器將直流電斬波成交流方波并輸出至諧振電路，諧振電路將交流方波電壓轉(zhuǎn)換成正弦電流波形，諧振變換器包括諧振電路和主變壓器，諧振電路采用LLC串聯(lián)諧振拓?fù)?，包括磁集成組件的等效諧振電感Lr以及諧振電容Cr,諧振電容Cr與磁集成組件的電感串聯(lián)連接構(gòu)成諧振回路。
[0043]本發(fā)明實(shí)施例中，開關(guān)電路可以是半橋斬波器或全橋斬波器。
[0044]相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，原本布置在諧振電路輸出端的諧振電感Lr和主變壓器T由磁集成組件替代，同等要求下，將布置在諧振電路輸出端的諧振電感Lr和主變壓器T，變成了一個共用閉合磁路兩個分支磁路，并分別承擔(dān)等效諧振電感Lr和主變壓器T功能的磁集成組件。采用三磁柱型磁芯的集成組件，副邊繞組全部繞在中心磁柱上，原邊繞組全部繞在中心磁柱和一側(cè)邊磁柱上，等效諧振電感(Lr)和主變換器(T)耦合系數(shù)可以分別調(diào)整，磁芯的電能/磁能/電能變換效率高。[0045]本發(fā)明實(shí)施例中，集成磁件至少有兩個磁柱開磁隙。
[0046]本發(fā)明實(shí)施例中，集成磁件原邊繞組包繞的兩個磁柱開磁隙。
[0047]【具體實(shí)施例2】
[0048]參照圖10，是采用圖4的集成磁件應(yīng)用于并聯(lián)諧振變換器，諧振變換器包括開關(guān)電路、諧振電路、集成磁件。
[0049]開關(guān)電路為單端開關(guān)電路，該開關(guān)電路由開關(guān)管Q2構(gòu)成，開關(guān)電路的輸出端接諧振電路的輸入端，開關(guān)電路將直流電斬波成交流方波并輸出至諧振電路，諧振電路將交流方波電壓轉(zhuǎn)換成正弦電流波形，諧振變換器包括諧振電路和主變壓器，諧振電路采用LC并聯(lián)諧振拓?fù)?，包括磁集成組件的等效電感Lr以及諧振電容Cr,諧振電容Cr與磁集成組件的等效電感并聯(lián)連接構(gòu)成諧振回路；
[0050]相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，原本布置在諧振電路輸出端的諧振電感Lr和主變壓器T由磁集成組件替代，同等要求下，將布置在諧振電路輸出端的諧振電感Lr和主變壓器T，變成了一個共用閉合磁路兩個分支磁路，并分別承擔(dān)等效諧振電感Lr和主變壓器T功能的集成組件。采用三磁柱型磁芯的集成組件，副邊繞組全部繞在中心磁柱上，原邊繞組全部繞在中心磁柱和一側(cè)邊磁柱上，等效諧振電感(Lr)和主變換器(T)耦合系數(shù)可以分別調(diào)整，磁芯的電能/磁能/電能變換效率高。
[0051 ] 本發(fā)明實(shí)施例中，開關(guān)電路為單端開關(guān)電路。
[0052]本發(fā)明實(shí)施例中，集成磁件至少有兩個磁柱開磁隙。
[0053]本發(fā)明實(shí)施例中，集成磁件原邊繞組包繞的兩個磁柱開磁隙。
[0054]【具體實(shí)施例3】
`[0055]參照圖11，是采用圖8的集成磁件應(yīng)用于三相串聯(lián)諧振變換器，三相DC/DC變換器包括三相開關(guān)電路、諧振電路、磁集成組件。
[0056]本發(fā)明實(shí)施例中，開關(guān)電路為三相半橋斬波器，也可設(shè)置為全橋斬波器；
[0057]本發(fā)明實(shí)施例中，諧振電路為串聯(lián)諧振電路，諧振電路包括磁集成組件的等效諧振電感Lr和諧振電容Cra、Crb、Crc ;諧振電路將開關(guān)電路的方波輸入電壓變成正弦交流電流。
[0058]本發(fā)明實(shí)施例中，三個開關(guān)電路的橋臂分別與輸入直流母線并聯(lián)；三個開關(guān)電路由開關(guān)管Ql和Q2，Q3和Q4，Q5和Q6分別對應(yīng)串聯(lián)，組成3對橋臂。
[0059]本發(fā)明實(shí)施例中，3對橋臂的中點(diǎn)作為開關(guān)電路方波電壓的輸出端，分別和諧振電路的輸入端連接，諧振電路輸出端分別和磁集成組件的三相原邊繞組A、B、C串聯(lián)連接，三相原邊繞組A、B、C呈星型連接，且中點(diǎn)與開關(guān)電路的負(fù)端相連。
[0060]本發(fā)明實(shí)施例中，磁集成組件采用七磁柱型磁芯的集成組件，A相副邊繞組全部繞在At磁柱上，A相原邊繞組全部繞在At磁柱和A1磁柱上；B相副邊繞組全部繞在Bt磁柱上，B相原邊繞組全部繞在Bt磁柱和B1磁柱上，C相副邊繞組全部繞在Ct磁柱上，C相原邊繞組全部繞在Ct磁柱和C1磁柱上。
[0061 ] 本發(fā)明實(shí)施例中，集成磁組件至少有六個磁柱開磁隙。
[0062]本發(fā)明實(shí)施例中，集成磁組件原邊繞組A相、B相、C相包繞的六個磁柱開磁隙。
[0063]本發(fā)明實(shí)施例中，諧振電路包括磁集成組件單元的等效諧振電感和諧振電容Cra、Crb、Crc0[0064]本發(fā)明實(shí)施例中，諧振電容Cra、Crb、Crc的電容容量相等。
[0065]本發(fā)明實(shí)施例中，磁集成組件單元三相原邊繞組圈數(shù)相同；
[0066]本發(fā)明實(shí)施例中，磁集成組件單元三相副邊繞組圈數(shù)相同；
[0067]相比于傳統(tǒng)技術(shù)方案,原本布置在諧振電路輸出端的A相、B相、C相三個諧振電感Lra.Lrb.Lrc和三相主變壓器T由一個磁集成組件替代，同等要求下，將布置在諧振電路輸出端的A相、B相、C相三個諧振電感和三相主變壓器T，變成了一個共用閉合磁路七個分支磁路的磁集成組件，磁芯的體積減小，磁芯的電能/磁能/電能變換效率高。
[0068]本發(fā)明實(shí)施例中，該磁集成組件適用于原邊或副邊串聯(lián)諧振電感的諧振變換器。
[0069]本發(fā)明還提供一種開關(guān)電源，所述開關(guān)電源包括依次連接的交流輸入模塊、上述的DC/DC變換器和直流輸出模塊。交流輸入模塊將交流電進(jìn)行交流濾波、整流后轉(zhuǎn)換成直流電，由DC/DC變換器進(jìn)行直流/直流轉(zhuǎn)換后輸出至直流輸出模塊，直流輸出模塊進(jìn)行直流整流濾波后提供最終的直流電信號。
[0070]應(yīng)當(dāng)理解，以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所做的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接應(yīng)用在其他相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種磁集成諧振變換器，包括諧振電路和集成磁件，所述諧振電路的輸出端與所述集成磁件的原邊繞組相耦合，其特征在于，該變換器采用集成磁件作為磁集成變壓器；該集成磁件包括一對相對設(shè)置，并不少于3個磁柱的磁芯，磁芯上分別繞有原邊繞組和副邊繞組，副邊繞組全部繞在中心磁柱上，原邊繞組全部繞在中心磁柱和邊柱上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于，所述集成磁件適合用于原邊或副邊串聯(lián)諧振電感的諧振變換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于，所述集成磁件至少有3個分支磁路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變換器，其特征在于，所述磁集成諧振變壓器是原邊繞組全部繞在兩個分支磁柱上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變換器，其特征在于，所述磁集成諧振變壓器是副邊繞組全部繞在一個分支磁路上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于，所述磁集成諧振變壓器副邊繞組磁路的磁隙小于無副邊繞組磁路的磁隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于，所述諧振電路為串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振拓?fù)洹?br> 8.—種DC/DC變換器，包括開關(guān)電路和磁集成諧振變換器，所述開關(guān)電路的輸出端與所述磁集成諧振變換器的輸入端相耦合，所述磁集成諧振變換器為權(quán)利要求1-7之一所述的的諧振變換器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的DC/DC變換器，所述開關(guān)電路為半橋或全橋開關(guān)電路，所述諧振變換器為單相諧振變換器或三相諧振變換器。
10.一種開關(guān)電源，包括交流輸入模塊、DC/DC變換器和直流輸出模塊，其特征在于，所述DC/DC變換器為權(quán)利要求9所述的DC/DC變換器。
【文檔編號】H01F27/30GK103762846SQ201410040351
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】陶順祝 申請人:陶順祝