电感组件及使用该电感组件的电源系统技术方案

公开一种电感组件(1)，其包括磁芯(2)，所述磁芯具有中央支腿(3)和n个相支腿(4)，其中n是整数并且n>1，每个相支腿(4)均通过上桥(13)和下桥(13)磁性地连接至中央支腿(3)以形成磁性主回路，相支腿(4)的中点(5)通过包括间隙(7)的分流元件(6)磁性地连接至中央支腿(3)的中间点。每个相支腿(4)还包括：上电感线圈(8)，其布置在位于所述中点与上桥(13)之间的上相支腿区段(10)上；以及下电感线圈(9)，其布置在位于所述中点与下桥(13)之间的下相支腿区段(11)上。替代地，上、下电感线圈(8、9)布置在相应的上桥和下桥(13)上。上电感线圈(8)包括第一端子(20)和第二端子(21)，下电感线圈(9)包括第三端子(22)和第四端子(23)。上电感线圈(8)的第二端子与下电感线圈(9)的第三端子彼此连接，以便形成上电感线圈(8)与下电感线圈(9)的串联连接。上电感线圈(8)的缠绕方向相对于下电感线圈(9)的缠绕方向使得从上电感线圈(8)的第一端子(20)流向下电感线圈(9)的第四端子(23)的电流对于上电感线圈(8)和下电感线圈(9)分别产生在相应的相支腿(4)中增益地叠加的磁通量(24、25)。还公开一种电源系统(30、60)，其可以作为DC/AC转换器或DC/DC转换器运行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电感组件及使用该电感组件的电源系统
本专利技术涉及一种电感组件以及包括这样的电感组件的电源系统。特别地，电感组件可以用作多相DC/AC转换器的输出滤波器的一部分，所述多相DC/AC转换器能够供应高输出电流，并且对于每个相端子均包括两个并联的半桥，所述并联的半桥以彼此交错的方式操作。另外，电感组件能够用于DC/DC转换器中，该DC/DC转换器能够供应高输出电流，并且包括以彼此交错的方式操作的多个并联连接的切换路径。
技术介绍
使用诸如光伏能、风能或生物质能这样可再生能源的越来越多的分散式发电系统导致了对开关模式电源系统的高度需求，从而用于将直流电转换为可用于馈入公用电网的交流电。对于该能量转换，使用具有或不具有在上游连接的DC/DC转换器的DC/AC转换器。能量转换期间的电力损失需要尽可能小。另一方面，当将交流电馈入到公用电网中时，连接到公用电网的DC/AC转换器必须遵从最大允许的总谐波失真(THD)。对于并网DC/AC转换器除了高效率之外的另一个需求是大的功率密度。电源系统必须能够以功率转换器的尽可能低的规模以及成本来转换功率转换器的大电量。为了反应这些需求，当下的电源系统使用彼此并联连接的多个切换路径。利用每个切换路径，至少与两个电源系统并联连接的情况下比，能够在不对其规模或成本产生巨大影响的情况下增加由特定电源系统转换的额定功率。为了最小化电压纹波，或者在DC/AC转换器的直流链路电容器处或者在DC/DC转换器的输出电容器处，电源系统的多个切换路径以交错的方式操作。然而，由于产生从一个切换路径流到另一个并联连接的切换路径而不离开电源系统的输出端这样的循环电流，该交错的控制方式通常导致额外的功率损失。文献WO2014/194933A1公开了一种用于将双极直流电压转换成三相交流输出电压的五电平有源中点钳位逆变器。该逆变器包括第一、第二和第三输入端子(P、MP、N)以及第一、第二和第三输出端子。逆变器还包括第一、第二和第三多态切换单元(MSSC)，其相应地包括分别连接到逆变器的输入端子的三个输入端子以及相应的第一、第二和第三输出端子。第一、第二和第三多态切换单元的输出端子经由电感器连接到逆变器的第一、第二和第三输出端子。此外，逆变器的每个相应的输出端子经由相应的电容器(Ca、Cb、Cc)连接到逆变器的该第二输出端子(MP)。每个多态切换单元(MSSC)均包括单独的自耦变压器，其中，每个单独的自耦变压器均包括端部端子和中间端子。然而多态切换单元中使用的单独的自耦变压器需要相对大的安装空间。另外，单独的自耦变压器具有相对大的规模并且因此是昂贵的器件。文献US2008/094159A1以及其相应的同族专利EP1914868A1公开了一种变频器的三相交流或两相直流扼流装置，其包括磁芯，该磁芯具有：多个相特定柱，其具有绕其缠绕的相特定绕组；或多个支流特定柱，其具有绕其缠绕的支流特定绕组。交流扼流装置的相特定绕组或直流扼流装置的支流特定绕组适用于过滤差模电流。扼流装置包括附加的柱，所述附加的柱周围不适配有相特定绕组或支流特定绕组，并且所述附加的柱布置在磁芯中用于阻尼共模电流。借助由附加的柱和绕相特定柱或支流特定柱布置的绕组形成的共模阻抗来阻尼共模电流。G.Gohil等的论文“IntegratedInductorforInterleavedOperationofTwoParallelThree-phaseVoltageSourceConverters”公开了一种用于两个交错式电压源转换器的电感组件。公开的电感组件能够在一个磁性结构中组合线路滤波器和循环电流滤波器功能。磁芯由三相支腿、共用支腿和相支腿之间的三个桥支腿组成。每个相支腿均包括两个电感线圈，每个电感线圈分别对应于两个电压源转换器中的不同的一个。高导磁率材料用于相支腿和共用支腿，而桥支腿则用层压铁芯实现。每个桥支腿中均嵌入气隙。电感组件的构造相当复杂，并且在芯中包括不同的磁性材料。电感组件的总规模以及其相应的安装空间也相当大。这对可制造性和材料成本方面可能造成不利影响。
技术实现思路
专利技术目的鉴于以上所述，本专利技术的一个目的是提供一种紧凑的并且有成本效益的电感组件，所述电感组件能够过滤具有n个相端子和每相两个并联半桥的开关模式电源、特别是高电流/高效率DC/AC转换器的输出电流，同时衰减并联半桥之间的循环电流。本专利技术的另一目的是提供一种紧凑的并且有成本效益的电感组件，所述电感组件能够用于具有彼此并联连接的多个切换路径的开关模式电源、特别是高电流/高效率DC/DC转换器中，所述开关模式电源在其输出端处具有最小化的电压纹波。技术方案本专利技术的目的通过根据权利要求1所述的电感组件以及根据权利要求11、18或19所述的电源系统来解决。在从属权利要求中描述优选实施例。
技术实现思路
根据本专利技术的电感组件包括具有中央支腿和n个相支腿的磁芯，其中n是整数并且n>1。每个相支腿均通过上桥和下桥磁性地连接至中央支腿以形成磁性主回路，相支腿的中点通过包括间隙的分流元件磁性地连接至中央支腿的中间点。每个相支腿还包括：上电感线圈，其布置在位于所述中点与上桥之间的上相支腿区段上；以及下电感线圈，其布置在位于所述中点与下桥之间的下相支腿区段上。替代地并且代替将上电感线圈布置在上相支腿区段上和将下电感线圈布置在下相支腿区段上，每个相支腿还包括布置在上桥上的上电感线圈和布置在下桥上的下电感线圈。上电感线圈包括第一端子和第二端子，下电感线圈包括第三端子和第四端子。上电感线圈的第二端子和下电感线圈的第三端子彼此连接，以便形成相应的相支腿的上电感线圈与下电感线圈的串联连接。上电感线圈的缠绕方向相对于下电感线圈的缠绕方向使得从上电感线圈的第一端子流向下电感线圈的第四端子的电流对于上电感线圈和下电感线圈分别产生在相应的相支腿内增益地叠加的磁通量。因此，上电感线圈的从其第一端子开始指向其第二端子的缠绕方向与下电感线圈的从其第三端子开始指其第四端子的缠绕方向相同。换言之，在第一端子和第三端子充当起始端子，而第二端子和第四端子充当各个电感线圈的末端端子的前提下，上电感线圈与下电感线圈在它们的相应的相支腿上具有相同的缠绕方向。因此，每个电感线圈可以在由相支腿、中央支腿以及上桥和下桥形成的磁性主回路中或者在相应地由上/下桥、上/下相支腿区段和上/下中央支腿区段形成的上或下磁性子回路中产生磁通量，两个子回路均通过分流元件闭合。分流元件的间隙提供通量稳定化和线性化，以及用于上部和下部子回路的附加磁阻。从上电感线圈的第一端子向下电感线圈的第四端子流动的电流对于上电感线圈和下电感线圈中的每一个均产生磁通量。上电感器相对于下电感线圈的缠绕方向使得两个磁通量包括相对于彼此相同的方向，并且因此在相应的相支腿中增益地叠加。特别地，该增益叠加发生在上相支腿区段和下相支腿区段中以及在相应的相支腿的上桥和下桥中。如果在另一情况下，第一电流I1从上电感线圈的第二端子流向上电感线圈的第一端子，并且第二电流I2从下电感线圈的第三端子流向下电感线圈的第四端子，则通过相应的电流I1、I2产生了磁通量，该磁通量在相应的相支腿中具有相反的方向。因此，两个磁通量减损地叠加。该减损的叠加也发生在上相支腿区段和下相支腿区段中以及在相应的相支腿的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电感组件(1)，其包括磁芯(2)，所述磁芯(2)具有中央支腿(3)和n个相支腿(4)，其中n是整数并且n>1，‑其中，每个相支腿(4)均通过上桥(13)和下桥(13)磁性地连接至所述中央支腿(3)以形成磁性主回路，所述相支腿(4)的中点(5)通过包括间隙(7)的分流元件(6)磁性地连接至所述中央支腿(3)的中间点，‑其中，每个相支腿(4)还包括上电感线圈(8)和下电感线圈(9)，所述上电感线圈布置在位于所述中点与上桥(13)之间的上相支腿区段(10)上，所述下电感线圈布置在位于所述中点与下桥(13)之间的下相支腿区段(11)上；或者每个相支腿(4)还包括布置在上桥(13)上的上电感线圈(8)和布置在下桥(13)上的下电感线圈(9)，‑其中，上电感线圈(8)包括第一端子(20)和第二端子(21)，并且其中，下电感线圈(9)包括第三端子(22)和第四端子(23)，‑其中，上电感线圈(8)的第二端子(21)与下电感线圈(9)的第三端子(22)彼此连接，以便形成上电感线圈(8)与下电感线圈(9)的串联连接，以及‑其中，上电感线圈(8)的缠绕方向相对于下电感线圈(9)的缠绕方向使得从上电感线圈(8)的第一端子(20)流向下电感线圈(9)的第四端子(23)的电流对于上电感线圈(8)和下电感线圈(9)分别产生在相应的所述相支腿(4)内增益地叠加的磁通量(24、25)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.16 EP 15190215.21.一种电感组件(1)，其包括磁芯(2)，所述磁芯(2)具有中央支腿(3)和n个相支腿(4)，其中n是整数并且n>1，-其中，每个相支腿(4)均通过上桥(13)和下桥(13)磁性地连接至所述中央支腿(3)以形成磁性主回路，所述相支腿(4)的中点(5)通过包括间隙(7)的分流元件(6)磁性地连接至所述中央支腿(3)的中间点，-其中，每个相支腿(4)还包括上电感线圈(8)和下电感线圈(9)，所述上电感线圈布置在位于所述中点与上桥(13)之间的上相支腿区段(10)上，所述下电感线圈布置在位于所述中点与下桥(13)之间的下相支腿区段(11)上；或者每个相支腿(4)还包括布置在上桥(13)上的上电感线圈(8)和布置在下桥(13)上的下电感线圈(9)，-其中，上电感线圈(8)包括第一端子(20)和第二端子(21)，并且其中，下电感线圈(9)包括第三端子(22)和第四端子(23)，-其中，上电感线圈(8)的第二端子(21)与下电感线圈(9)的第三端子(22)彼此连接，以便形成上电感线圈(8)与下电感线圈(9)的串联连接，以及-其中，上电感线圈(8)的缠绕方向相对于下电感线圈(9)的缠绕方向使得从上电感线圈(8)的第一端子(20)流向下电感线圈(9)的第四端子(23)的电流对于上电感线圈(8)和下电感线圈(9)分别产生在相应的所述相支腿(4)内增益地叠加的磁通量(24、25)。2.根据权利要求1所述的电感组件(1)，其中，至少一个相支腿(4)的上相支腿区段(10)包括上间隙(16)，至少一个相支腿(4)的下相支腿区段(11)包括下间隙(15)。3.根据权利要求2所述的电感组件(1)，其中，上间隙(16)的宽度等于下间隙(15)的宽度。4.根据权利要求2或3所述的电感组件(1)，其中，包括在所述至少一个相支腿(4)的分流元件(6)中的间隙(7)的宽度是相应的相支腿(4)的上间隙(16)和/或下间隙(15)的宽度的至少五倍。5.根据前述权利要求中任意一项所述的电感组件(1)，其中，n等于2或3。6.根据前述权利要求中任意一项所述的电感组件(1)，其中，磁芯(2)配置为由多个芯元件装配而成，其中，所述芯元件的数量和形状选择为使得在装配之前，电感线圈(8、9)能够放置到形成相应的相支腿区段(10、11)和/或上桥(13)和下桥(13)的芯元件上。7.根据前述权利要求中任意一项所述的电感组件(1)，其中，分流元件(6)的间隙(7)布置成与中央支腿(3)相邻。8.根据权利要求1至6中任意一项所述的电感组件(1)，其中，分流元件(6)的间隙(7)布置成与相支腿(4)相邻。9.根据前述权利要求中任意一项所述的电感组件(1)，其中，中央支腿(3)不具有大于500μm的间隙。10.根据前述权利要求中任意一项所述的电感组件(1)，其中，电感线圈(8、9)的绕组从基于箔的绕组和基于线的绕组中选择。11.一种电源系统(30)，所述电源系统配置为能够作为DC/AC转换器运行，所述电源系统包括：-直流链路(31)；-输出端(32)处的n个相端子(U、V、W)，其中，所述n个相端子(U、V、W)中的每一个均连接至DC/AC转换器的相应的第一半桥(36)和相应的第二半桥(38)；-控制单元(33)，所述控制单元配置为能够针对每个相端子(U、V、W)以相对于相应的第一半桥(36)交错的方式控制相应的第二半桥(38)；以及-输出滤波器(34)，所述输出滤波器包括前述权利要求中任意一项所述的电感组件(1)，-其中，每个相端子(U、V、W)均经由相应的相支腿(4)的上电感线圈(8)连接至相应的第一半桥(36)的输出端(35)，并且经由相应的相支腿(4)的下电感线圈(9)连接至相应的第二半桥(38)的输出端(37)，-其中，对于每个相端子(U、V、W)，相应的第一半桥(36)与相应的第二半桥(38)并联地连接至直流链路(31)，-其中，对于所述电感组件(1)的每个相支腿(4)，上电感线圈(8)利用上电感线圈的第一端子(20)连接至相应的第一半桥(36)的输出端(35)，下感应线圈(9)利用下感应线圈的第四端子(23)连接至相应的第二半桥(38)的输出端(37)，以及-其中，对于所述电感组件(1)的每个相支腿(4)，上感应线圈(8)的第二端子(21)和下感应线圈(9)的第三端子(22)均连接至相应的相端子(U、V、W)。12.根据权利要求11所述的电源系统(30)，其中，对于每个相端子(U、V、W)，以相对于相应的第一半桥(36)交错的方式为相应的第二半桥(38)定时，其中，所述交错的方式包括180°±5°的相位差。13.根据权利要求11或12所述的电源系统(30)，其特征在于，多个第一和第二半桥(36、38)中的每一个半桥均包括具有单个高侧切换器(39、42)和单个低侧切换器(40、43)的拓扑结构。14.根据权利要求11或12所述的电源系统(30)，其特征在于，多个第一和...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·沃尔夫，马雷克·里尔科，米洛什·汉德泽尔，米托什·萨雷克，M·卡科基，阿图尔·姆拉瓦，P·奥特维诺乌斯基，
申请(专利权)人：艾思玛太阳能技术股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE