基于耦合电感的可变电感电路及方法技术

本发明专利技术提供了一种基于耦合电感的可变电感电路及方法，包括：输入模块；第一开关模块，所述第一开关模块的第一端与所述输入模块的第一端电连接；耦合电感，所述耦合电感第一绕组的第一端与所述第一开关模块的第二端电连接，所述耦合电感第一绕组的第二端与所述第一开关模块的第三端电连接；第二开关模块，所述第二开关模块的第一端与所述输入模块的第二端电连接，所述第二开关模块的第二端与所述耦合电感第二绕组的第一端电连接。本发明专利技术通过调节PWM信号控制模块的输出改变耦合电感两个绕组电压之间的相位来改变耦合电感的等效电感，减小了额外的磁损，无需任何额外的辅助电路，减小了磁性元件的体积，提高了电路的功率密度。

【技术实现步骤摘要】
基于耦合电感的可变电感电路及方法
本专利技术涉及电气工程
，特别涉及一种基于耦合电感的可变电感电路及方法。
技术介绍
近年来，随着电力电子技术的发展，电力电子变换器被广泛应用于光伏储能、新能源汽车、固态变压器和数据中心电源等应用中，并朝着高频、高功率密度、高效率的方向发展。为了提高电力电子变换器的效率，使用可变电感来减小变换器的损耗是一种有效的手段。目前的可变电感方案可以分成两类，一类是使用辅助电路来配合固定电感器来实现可变电感。另一类是不使用辅助电路，比如饱和电感。其中第一类可变电感的实现原理是利用辅助电路改变电感的直流偏置，从而改变磁芯在工作点的磁导率，进而实现可变电感。2020年在IEEETransactionsonIndustrialElectronics【工业电子期刊】上发表的‘AnalysisandDesignoftheLLCResonantConverterWithVariableInductorControlBasedonTime-DomainAnalysis’一文中使用可变电感来提高LLC谐振变换器的效率。为了实现电感量可变，作者使用谐振电感器上的辅助绕组注入直流分量来改变磁芯的工作点，从而实现谐振电感量可控。但是此方法需要额外的直流分量注入控制电路，增加了变换器的复杂度，通知增加了系统成本。对于第二类不使用辅助电路的可变饱和电感，其实现原理是使用B-H线性度较差的磁芯，随着电感器电流增大时，电感器工作点从不饱和状态切换至临界饱和状态，从而实现电感量可变。2018年在IEEETransactionsonPowerElectronics【电力电子期刊】上发表的‘AVariableInductorBasedLCLFilterforLarge-ScaleMicrogridApplication’一文中使用可变电感来减小三相逆变器在轻载时的谐波。作者使用铁粉磁芯来绕制交流电感，随着逆变器运行功率增加，电感电流增加，磁芯磁通密度增加，导致磁芯磁导率改变，从而改变电感量。使用饱和电感虽然不需要额外的辅助电路，但是磁性的磁通密度较大，导致磁性损耗增大
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于耦合电感的可变电感电路及方法，其目的是为了解决传统的可变电感方案所存在的电路复杂、磁损较高、具有推广应用方面的局限性的问题。为了达到上述目的，本专利技术的实施例提供了一种基于耦合电感的可变电感电路，包括：输入模块；第一开关模块，所述第一开关模块的第一端与所述输入模块的第一端电连接；耦合电感，所述耦合电感第一绕组的第一端与所述第一开关模块的第二端电连接，所述耦合电感第一绕组的第二端与所述第一开关模块的第三端电连接；第二开关模块，所述第二开关模块的第一端与所述输入模块的第二端电连接，所述第二开关模块的第二端与所述耦合电感第二绕组的第一端电连接，所述第二开关模块的第三端与所述耦合电感的第二绕组的第二端电连接；输出模块，所述输出模块的第一端与所述第一开关模块的第四端电连接，所述输出模块的第二端与所述第二开关模块的第四端电连接；PWM信号控制模块，所述PWM信号控制模块的第一端与所述第一开关模块的第五端电连接，所述PWM信号控制模块的第二端与所述第二开关模块的第五端电连接。其中，所述输入模块包括：第一电源；输入滤波电容，所述输入滤波电容的正极端与所述第一电源的正极端电连接，所述输入滤波电容的负极端与所述第一电源的负极端电连接。其中，所述第一开关模块包括：第一电容，所述第一电容的正极端与所述输入滤波电容的正极端电连接；第二电容，所述第二电容的正极端与所述第一电容的负极端电连接；第一开关管，所述第一开关管的漏极端与所述第一电容的正极端电连接；第二开关管，所述第二开关管的漏极端与所述第一开关管的源极端电连接，所述第二开关管的源极端与所述第二电容的负极端电连接，所述第二开关管的漏极端与所述耦合电感第一绕组的第一端电连接。其中，所述第一开关模块还包括：第一高频变压器，所述第一高频变压器原边的第一端与所述第一电容的负极端电连接，所述第一高频变压器原边的第二端与所述耦合电感第一绕组的第二端电连接；第三开关管，所述第三开关管的源极端与所述高频变压器副边的第二端电连接；第四开关管，所述第四开关管的漏极端与所述第三开关管的源极端电连接；第三电容，所述第三电容的正极端与所述第三开关管的漏极端电连接，所述第三电容的负极端与所述高频变压器副边的第一端电连接；第四电容，所述第四电容的正极端与所述第三电容的负极端电连接，所述第四电容的负极端与所述第四开关管的源极端电连接。其中，所述第二开关模块包括：第五电容，所述第五电容的正极端与所述第二电容的负极端电连接；第六电容，所述第六电容的正极端与所述第五电容的负极端电连接，所述第六电容的负极端与所述输入滤波电容的负极端电连接；第五开关管，所述第五开关管的漏极端与所述第五电容的正极端电连接，所述第五开关管的源极端与所述耦合电感第二绕组的第一端电连接；第六开关管，所述第六开关管的漏极端与所述第五开关管的源极端电连接，所述第六开关管的源极端与所述第六电容的负极端电连接；第二高频变压器，所述第二高频变压器原边的第一端与所述耦合电感第二绕组的第二端电连接，所述第二高频变压器原边的第二端与所述第六电容的正极端电连接；第七开关管，所述第七开关管的漏极端与所述第三电容的正极端电连接，所述第七开关管的源极端与所述第二高频变压器副边的第一端电连接；第八开关管，所述第八开关管的漏极端与所述第七开关管的源极端电连接；第七电容，所述第七电容的正极端与所述第七开关管的漏极端电连接；第八电容，所述第八电容的正极端分别与所述第七电容的负极端和所述第二高频变压器副边的第二端电连接，所述第八电容的负极端分别与所述第八开关管的源极端和所述第四电容的负极端电连接。其中，所述输出模块包括：输出滤波电容，所述输出滤波电容的正极端与所述第三电容的正极端电连接，所述输出滤波电容的负极端与所述第八电容的负极端电连接；第二电源，所述第二电源的正极端与所述输出滤波电容的正极端电连接，所述第二电源的负极端与所述输出滤波电容的负极端电连接。其中，所述PWM信号控制模块包括：所述PWM信号控制模块的第一端与所述第一开关管的栅极端电连接，所述PWM信号控制模块的第二端与所述第二开关管的栅极端电连接，所述PWM信号控制模块的第三端与所述第三开关管的栅极端电连接，所述PWM信号控制模块的第四端与所述第四开关管的栅极端电连接，所述PWM信号控制模块的第五端与所述第五开关管的栅极端电连接，所述PWM信号控制模块的第六端与所述第六开关管的栅极端电连接，所述PWM信号控制模块的第七端与所述第七开关管的栅极端电连接，所述PWM信号控制模块的第八端与所述第八开关管的栅极端电连接。其中，包括：步骤1，通过调节PWM信号控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于耦合电感的可变电感电路，其特征在于，包括：/n输入模块；/n第一开关模块，所述第一开关模块的第一端与所述输入模块的第一端电连接；/n耦合电感，所述耦合电感第一绕组的第一端与所述第一开关模块的第二端电连接，所述耦合电感第一绕组的第二端与所述第一开关模块的第三端电连接；/n第二开关模块，所述第二开关模块的第一端与所述输入模块的第二端电连接，所述第二开关模块的第二端与所述耦合电感第二绕组的第一端电连接，所述第二开关模块的第三端与所述耦合电感的第二绕组的第二端电连接；/n输出模块，所述输出模块的第一端与所述第一开关模块的第四端电连接，所述输出模块的第二端与所述第二开关模块的第四端电连接；/nPWM信号控制模块，所述PWM信号控制模块的第一端与所述第一开关模块的第五端电连接，所述PWM信号控制模块的第二端与所述第二开关模块的第五端电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于耦合电感的可变电感电路，其特征在于，包括：
输入模块；
第一开关模块，所述第一开关模块的第一端与所述输入模块的第一端电连接；
耦合电感，所述耦合电感第一绕组的第一端与所述第一开关模块的第二端电连接，所述耦合电感第一绕组的第二端与所述第一开关模块的第三端电连接；
第二开关模块，所述第二开关模块的第一端与所述输入模块的第二端电连接，所述第二开关模块的第二端与所述耦合电感第二绕组的第一端电连接，所述第二开关模块的第三端与所述耦合电感的第二绕组的第二端电连接；
输出模块，所述输出模块的第一端与所述第一开关模块的第四端电连接，所述输出模块的第二端与所述第二开关模块的第四端电连接；
PWM信号控制模块，所述PWM信号控制模块的第一端与所述第一开关模块的第五端电连接，所述PWM信号控制模块的第二端与所述第二开关模块的第五端电连接。


2.根据权利要求1所述的基于耦合电感的可变电感电路，其特征在于，所述输入模块包括：
第一电源；
输入滤波电容，所述输入滤波电容的正极端与所述第一电源的正极端电连接，所述输入滤波电容的负极端与所述第一电源的负极端电连接。


3.根据权利要求2所述的基于耦合电感的可变电感电路，其特征在于，所述第一开关模块包括：
第一电容，所述第一电容的正极端与所述输入滤波电容的正极端电连接；
第二电容，所述第二电容的正极端与所述第一电容的负极端电连接；
第一开关管，所述第一开关管的漏极端与所述第一电容的正极端电连接；
第二开关管，所述第二开关管的漏极端与所述第一开关管的源极端电连接，所述第二开关管的源极端与所述第二电容的负极端电连接，所述第二开关管的漏极端与所述耦合电感第一绕组的第一端电连接。


4.根据权利要求3所述的基于耦合电感的可变电感电路，其特征在于，所述第一开关模块还包括：
第一高频变压器，所述第一高频变压器原边的第一端与所述第一电容的负极端电连接，所述第一高频变压器原边的第二端与所述耦合电感第一绕组的第二端电连接；
第三开关管，所述第三开关管的源极端与所述高频变压器副边的第二端电连接；
第四开关管，所述第四开关管的漏极端与所述第三开关管的源极端电连接；
第三电容，所述第三电容的正极端与所述第三开关管的漏极端电连接，所述第三电容的负极端与所述高频变压器副边的第一端电连接；
第四电容，所述第四电容的正极端与所述第三电容的负极端电连接，所述第四电容的负极端与所述第四开关管的源极端电连接。


5.根据权利要求4所述的基于耦合电感的可变电感电路，其特征在于，所述第二开关模块包括：
第五电容，所述第五电容的正极端与所述第二电容的负极端电连接；
第六电容，所述第六电容的正极端与所述第五电容的负极端电连接，所述第六电容的负极端与所述输入滤波电容的负极端电连接；
第五开关管，所述第五开关管的漏极端与所述第五电容的正极端电连接，所述第五开关管的源极端与所述耦合电感第二绕组的第一端电连接；
第六开关管，所述第六开关管的漏极端与所述第五开关管的源极端电连接，所述第六开关管的源极端与所述第六电容的负极端电连接；
第二高频变压器，所述第二高频变压器原边的第一端与所述耦合电感第二绕组的第二端电连接，所述第二高频变压器原边的第二端与所述第六电容的正极端电连接；
第七开关管，所述第七开关管的漏极端与所述第三电容的正极端电连接，所述第七开关管的源极端与所述第二高频变压器副边的第一端电连接；
第八开关管，所述第八开关管的漏极端与所述第七开关管的源...

【专利技术属性】
技术研发人员：许国，陈孝莺，韩华，刘勇露，但汉兵，宁光富，熊文静，粟梅，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43