适合于LLC谐振系列拓扑磁集成变换器制造技术

本发明专利技术针对现有的ＬＬＣ谐振变换器的磁件体积较大的缺点，提供一种适合于ＬＬＣ谐振系列拓扑磁集成变换器，属直流变换器。该变换器将原电路中的变压器和电感的设计成集成磁件，该变换器既能减小磁件的体积，又能使得漏感容易控制，并将漏感集中在变压器原边。它包括直流电源、ＬＬＣ谐振变换器原边电路以及副边整流电路，该变换器采用集成磁件作为磁集成变压器，该集成磁件包括一对相对设置的ＥＥ铁心，铁心上分别绕有原边绕组Ｎ↓［ｐ］与副边绕组Ｎ↓［ｓ］，部分原边绕组Ｎ↓［ｐ］和全部副边绕组Ｎ↓［ｓ］绕在中柱上，另一部分原边绕组Ｎ↓［ｐ］绕过左侧柱或／和右侧柱；原边绕组的输入端接原边电路，副边绕组输出端接入副边整流电路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的适合于LLC谐振系列拓扑磁集成变换器，属电能变换装置 的直流变换器。二、
技术介绍
随着现代电力电子技术的发展、高频开关器件的诞生，开关电源 向着高频化、集成化和模块化的方向发展。事实证明，提高开关频率 能够减小装置体积，提高设备的功率密度和可靠性，并且降低开关噪 声。谐振变换器由于其能实现软开关，有效地减小了开关损耗，使得 频率能进一步提高，所以在高频功率变换领域得到广泛的重视和研 究。LLC谐振变换器是将LLC谐振网络加入变换器，使得开关管可以在 全负载范围内实现ZVS，由于该变换器副边没有滤波电感，因此如果采用 全桥整流，整流二极管的电压应力仅为输出电压，而且可以实现ZCS，从 而减小开关损耗。变压器漏感可以被利用为谐振电感，因此不存在由漏感 引起的寄生振荡等问题。由于开关管关断时的电流很小，因此可以减少关 断损耗。由于LLC谐振变换器有变压器和谐振电感两个磁性元件，为了进 一步提高变换器的功率密度，磁集成技术成为行之有效的手段之一。Charles S.Walker， "Combined Transformer and Inductor", U.S. Patent 4,689,592 (Aug.25, 1987)针对谐振变换器提出了通过在罐型磁芯的中部加 入一片导磁体，将罐型磁芯分为上下两部分，使磁通分为三个部分，从三 条磁路流通，利用新的罐型磁芯实现谐振变换器中电感和变压器的集成。 但是该方法需要导磁体，另外在变压器的原副边均有漏感存在，从而会影 响变换器的性能。Arkadiy Kats， Gregory Ivensky, Sam Ben-Yakov, "Application of Interated Magnetics in Resonant Converters", IEEE-APEC， 1997 pp.925-930提供了另外一种获得多磁路的办法在谐振变换器中得到成 功的应用，两副磁芯A、 B被组合使用，变压器的原边绕组绕在两副磁芯上，副边绕组仅绕在磁芯A上，使变压器的漏感集中到原边，并可通过调 节磁芯B的气隙来精确控制漏感的大小，但该方法虽然可以解决原副边均 有漏感存在的问题，但需要两个磁芯，总的磁件体积没有实质的减小。现 有的全桥变换器未集成前的电路图如附图1所示。三、
技术实现思路
本专利技术针对LLC谐振变换器的磁件体积较大的缺点，提供一种适合于 LLC谐振系列拓扑磁集成变换器，该变换器将原电路中的变压器和电感的 设计成集成磁件，该变换器既能减小磁件的体积，又能使得漏感容易控制， 并将漏感集中在变压器原边。本专利技术的适合于LLC谐振系列拓扑磁集成变换器，属直流变换器， LLC系列拓扑包括半桥式、全桥式、复合式全桥三电平LLC谐振磁集成变 换器；副边整流电路可以采用全桥整流或全波整流电路。本专利技术的技术方案如下一种适合于LLC谐振系列拓扑磁集成变换器，包括直流电源、LLC谐 振变换器原边电路以及副边整流电路，其特征在于该变换器采用集成磁件 作为磁集成变压器，该集成磁件包括一对相对设置的EE铁心，铁心上分 别绕有原边绕组Np与副边绕组Ns,部分原边绕组Np和全部副边绕组Ns 绕在中柱上，另一部分原边绕组Np绕过左侧柱或/和右侧柱；原边绕组的 输入端接原边电路，副边绕组输出端接入副边整流电路。集成磁件适用于副边漏感小的原边串电感的谐振变换器及ZVS移相 全桥变换器。绕组可采用平面型绕组或者巻绕式绕组；EE铁心的中柱居中 或偏向一侧。集成磁件的副边绕组Ns带有中心抽头，部分原边绕组Np和全部副边 绕组Ns绕在中柱上，另一部分原边绕组Np绕过左侧柱或/和右侧柱。半桥式LC谐振磁集成变换器，变换器向副边传递功率时原边绕组Np 的电流流入点为同名端，连于谐振电容的负端，流出点连于直流电源的负 端，副边绕组的两个端点连接于全桥整流的中点。全桥式LLC谐振磁集成变换器，谐振向副边传递功率时原边绕组Np 的电流流入点为同名端，连于谐振电容的负端，流出点连于主功率开关管 Qt的源极与Q2的漏极的连接点，副边绕组的两个端点连接于全桥整流的 中点，流出点连于主功率开关管Q,的源极与Q2的漏极的连接点，副边绕 组的两个端点连接于全桥整流的中点。复合式全桥三电平LLC谐振向副边传递功率时原边绕组Np的电流流入点为同名端，连于谐振电容的负端，流出点连于主功率开关管Q5的源极 与Q6的漏极的连接点，副边绕组的两个端点连接于全桥整流的中点。全桥式LLC谐振磁集成变换器，副边整流电路采用全波整流电路，其 集成磁件原边绕组的两端点接原边电路，副边绕组三个端点接入副边整流 电路。EE铁心材料可选用铁氧体、微晶、超微晶、坡莫合金等多种铁磁材料， 另外可以通过定制磁芯使得原边绕过的两个绕组的间距减小，绕组所在的 磁柱可以灵活变化，绕组可采用平面型绕组或者巻绕式绕组来实现。本专利技术通过将集成磁件的部分原边绕组绕制到磁芯的侧柱，合理控制 绕过侧柱绕组的匝数及侧柱的气隙大小来达到所需谐振电感的值。由于将 变压器绕组和谐振绕组都集中在一个磁芯上，省去一个磁芯，故可以减小 磁件总的体积，从而提高变换器的功率密度，另外该集成方式漏感容易控 制，同时漏感集中在变压器原边。四附图说明附图1为全桥变换器未集成前的电路图。附图2 附图5是本专利技术涉及的采用EE铁心的集成磁件的4种实施 方式示意图。附图6是采用图2的集成磁件应用于半桥LLC谐振变换器的示意图。 附图7是采用图2的集成磁件应用于全桥LLC谐振变换器的示意图。 附图8是采用图2的集成磁件应用于复合式全桥三电平LLC谐振变换 器的示意图。附图9是采用图2的集成磁件应用于全桥LLC谐振变换器全波整流图。上述附图中的主要符号名称Vin—直流电源电压；(^ Q6 —功率管； Di D4 —二极管；C-谐振电容；Css—飞跨电容；Cdl、 Cd2 —输入分压电 容；Dr广Dr4整流二扱管；C。—输出滤波电容；R—负载；Np —原边绕组； Ns —副边绕组。五具体实施方式附图1为现有的全桥变换器未集成前的电路图，本专利技术集成之后的变 压器是将谐振电感和变压器用集成磁件替代。 集成磁件实例一采用EE型铁心的集成磁件的实施方式例一，参照附图2，部分原边绕 组和全部副边绕组绕在中柱上，另一部分原边绕组绕过左侧柱(或右侧柱)。 铁心不限于EE型，铁心材料选用铁氧体、微晶、超微晶或坡莫合金制成。 改绕制方法可以减小磁件的体积，从而提高变换器的功率密度，另外谐振 电感值可以通过调节绕过侧柱绕组的匝数及气隙的大小而得到很好的控 制，且漏感集中在变压器原边。集成磁件实例二采用非标准EE型铁心的集成磁件的实施方式例二，参照附图3，铁心 中柱偏一侧边柱，部分原边绕组和全部副边绕组绕在中柱上，另一部分原 边绕组绕在靠近中柱的侧柱上。中柱偏左侧，铁心不限于EE型。采用该 结构的磁芯除具有附图2的优点外，还可以减小原边绕组的用量，从而一 定程度上可以降低成本及绕组的铜损。集成磁件实例三采用EE型铁心的集成磁件的实施方式例三，参照附图4，部分原边绕 组和全部副边绕组绕在中柱上，另一部分原边绕组绕过左侧柱。铁心不限 于EE型。采用该绕制方法除具有附图2的优点外，可以有效的縮小两侧 柱磁通大小的差距。集成磁件实例四采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适合于ＬＬＣ谐振系列拓扑磁集成变换器，包括直流电源、ＬＬＣ谐振变换器原边电路以及副边整流电路，其特征在于该变换器采用集成磁件作为磁集成变压器，该集成磁件（３）包括一对相对设置的ＥＥ铁心，铁心上分别绕有原边绕组（Ｎ↓［ｐ］）与副边绕组（Ｎ↓［ｓ］），部分原边绕组（Ｎ↓［ｐ］）和全部副边绕组（Ｎ↓［ｓ］）绕在中柱上，另一部分原边绕组（Ｎ↓［ｐ］）绕过左侧柱或／和右侧柱；原边绕组的输入端接原边电路，副边绕组输出端接入副边整流电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈乾宏，吴扣林，金科，阮新波，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]