本发明专利技术公开了一种变压器和电感矩阵式集成结构，属于电力电子技术领域。所述的一种变压器和电感矩阵式集成结构由一副至少含有4个磁柱的磁芯、初级绕组以及次级绕组构成；既能将变压器和电感集成在一个磁芯中，有能实现绕组的集成和绕组结构灵活配置，还能实现任意的变压器匝比和任意的电感比。能降低磁芯损耗、提高效率，同时，磁芯集成结构和绕组集成结构大大减小了功率磁件的体积重量，有助于提高变换器功率密度。换器功率密度。换器功率密度。
【技术实现步骤摘要】
一种变压器和电感矩阵式集成结构
[0001]本专利技术涉及一种变压器和电感矩阵式集成结构，属于电力电子
技术介绍
[0002]近年来，大规模集成电路发展越来越迅猛，使得计算机、通讯等电子系统对低供电电压、大供电电流的DC/DC多模块串并联电源需求越来越大。使模块电源具有高功率密度是研究的主要目标之一，其中使变换器在较高开关频率下仍有较高效率是关键。变压器、电感是直流电源中的重要元件，对于高频工作的电源，变压器和电感的体积和损耗占比很大。因此，采用磁集成技术将变压器和电感集成到一个磁芯中，对减小变换器的体积和损耗、提高功率密度十分重要。
技术实现思路
专利技术目的：
[0003]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种变压器和电感矩阵式集成结构，既能将变压器和电感集成在一个磁芯中，又方便控制变压器匝比和电感比，同时还能优化磁通分布，降低磁芯损耗，大大减小功率变换器磁件的体积，提高功率密度。技术方案：
[0004]为实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：
[0005]所述的一种变压器和电感矩阵式集成结构，包括磁芯(10)、初级绕组(20)、次级绕组(30)；其中，磁芯由两个磁板、m
×
n个绕线柱、k个非绕线柱组成；其中，m≥2，n≥2，k≥0且m、n、k均为整数。
[0006]两个磁板的形状大小相同，磁板的形状为长方体、圆柱、椭圆柱或棱柱。
[0007]m
×
n个绕线柱为矩阵型分布；每个绕线柱的截面为圆形、矩形、半圆形、月牙形或多边形；各个绕线柱的大小形状相同；每个绕线柱设有气隙，气隙长度相同。
[0008]非绕线柱位于每4个绕线柱的几何中心或者位于整体绕线柱的四周；其截面为圆形、矩形、半圆形、月牙形或多边形；非绕线柱没有气隙，上下两端均与磁板接触。
[0009]初级绕组绕制在每个绕线柱上；每相邻两个绕线柱的初级绕组绕制方向相反；每一行中各个绕线柱上的初级绕柱串联，每行之间的初级绕组串联或并联。
[0010]次级绕组分为n
‑
1组，其中第j组次级绕组绕制在第i行，第列的绕线柱上(1≤i≤m，1≤j≤n
‑
1)；或次级绕组分为n
‑
1组，其中第j组次级绕组绕制在第i行，第列的绕线柱上(1≤i≤m，1≤j≤n
‑
1)；各组次级绕组之间串联或并联。
[0011]初级绕组、次级绕组可采用平面型绕组和卷绕式绕组。
[0012]本专利技术技术方案与既有技术方案的本质区别在于，通过引入m
×
n个绕线柱，相邻绕线柱上初级绕组绕制方向相反，并在n
‑
1组m个相邻且磁通方向相同的绕线柱上绕制集成式的次级绕组，则余下m个未绕制次级绕组的绕线柱作为电感磁柱，达到集成变压器和电感
的目的；同时，通过改变m、n和各组次级绕组串并联方式，实现任意的匝比以及任意的电感比。
[0013]本专利技术具有如下有益效果：
[0014](1)同时集成变压器和电感，可以大大减小功率磁件的体积重量，提高变换器功率密度，可以多路并联输出，特别适用于低电压大电流输出的多模块串并联电源；
[0015](2)磁芯结构灵活配置，可以实现任意的变压器匝比和任意的电感比；
[0016](3)矩阵式的磁柱分布以及相邻磁柱的磁通方向相反，优化绕组结构和磁通路径，同时实现磁通的相互抵消，大大降低了磁芯损耗，提高效率。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0018]附图1为一种变压器和电感2
×
3矩阵式集成结构的爆炸图；
[0019]附图2为一种变压器和电感2
×
3矩阵式集成结构的初级绕组示意图；
[0020]附图3为一种变压器和电感2
×
3矩阵式集成结构的次级绕组示意图；
[0021]附图4为一种变压器和电感2
×
3矩阵式集成结构的等效电路图；
[0022]附图5为现有LLC谐振变换器的原理图；
[0023]附图6为一种变压器和电感3
×
7矩阵式集成结构的爆炸图；
[0024]附图7为一种变压器和电感3
×
7矩阵式集成结构的初级绕组示意图；
[0025]附图8为一种变压器和电感3
×
7矩阵式集成结构的第一层次级绕组示意图；
[0026]附图9为一种变压器和电感3
×
7矩阵式集成结构的第二层次级绕组示意图；
[0027]附图10为一种变压器和电感3
×
7矩阵式集成结构的等效电路图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]需要注意的是，在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”，“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；图中的符号
“×”
表示磁通方向为由外而内，符号“·”表示磁通方向为由内而外，符号“*”表示同名端。
[0030]本专利技术第一个实施例提供了一种变压器和电感2
×
3矩阵式集成结构，图1至图3示出了本专利技术第一个实施例所提供的一种变压器和电感2
×
3矩阵式集成结构的爆炸图、初级绕组示意图和次级绕组示意图；
[0031]该变压器和电感2
×
3矩阵式集成结构包括：磁芯10、初级绕组20和次级绕组30；磁芯10由上磁板101、绕线柱102和下磁板103组成；其中，绕线柱102包括6个磁柱，呈2
×
3矩阵式分布，6个磁柱截面积相同，气隙相同；
[0032]初级绕组20绕制在绕线柱102的6个磁柱上，每个磁柱上初级绕组的匝数为Np，相邻磁柱的绕制方向相反；次级绕组30包括第一组次级绕组301和第二组次级绕组302；第一组次级绕组301绕制在第1行第2列的磁柱和第2行第1列的磁柱上，第二组次级绕组302绕制在第1行第3列的磁柱和第2行第2列的磁柱上，每个磁柱上次级绕组的匝数为Ns，第一组次级绕组301与第二组次级绕组302绕制本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种变压器和电感矩阵式集成结构，其特征在于：所述变压器和电感矩阵式集成结构，包括磁芯、初级绕组、次级绕组；其中，磁芯由两个磁板、m
×
n个绕线柱、非绕线柱组成；上述字母m≥2，n≥2且m、n均为整数。2.根据权利要求1所述的磁板，其特征在于：两个磁板的形状大小相同，磁板的形状可以为长方体、圆柱、椭圆柱、棱柱等。3.根据权利要求1所述的绕线柱，其特征在于：m
×
n个绕线柱为矩阵型分布；每个绕线柱的截面可以为圆形、矩形、半圆形、月牙形、多边形等；各个绕线柱的截面积相等；每个绕线柱设有气隙，每个绕线柱的气隙长度相同。4.根据权利要求1所述的非绕线柱，其特征在于：非绕线柱可以位于每4个绕线柱的几何中心，也可以位于整体绕线柱的四周；其截面可以为圆形、矩形、半圆形、月牙形、多边形等；各个非绕线柱的截面积可以相等，也可以不相等；非绕线柱没有气隙，上下两端均与磁板接触；非绕线柱可以有1个，可以有...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘越，杨帆，葛子贤，邹军，吴红飞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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