适用于双向谐振变换器的谐振电感与变压器磁芯集成方法技术

本发明专利技术提供了一种适用于双向谐振变换器的谐振电感与变压器磁芯集成方法，以及在该磁芯基础上的低层间电容绕组绕制方案。将双向谐振变换器的谐振电感与变压器完全分离；将外侧四个磁柱作为谐振电感磁柱，中间四个磁柱作为变压器磁柱的八个磁柱集成一体化结构；将相邻磁柱的绕组进行反向绕制以使侧边柱的磁通抵消；通过调整气隙实现谐振电感值和变压器励磁电感值的灵活调整；变压器的四个磁柱中两个磁柱绕制原边绕组，两个磁柱绕制副边绕组，极大降低变压器原副边层间电容。本发明专利技术减小了双向谐振变换器中磁件的数量、体积、重量和损耗；在该集成化磁芯上可以实现多种绕制方案，具有极高的通用性，且能够降低变压器隔离电容，减小共模干扰。共模干扰。共模干扰。

Integration method of resonant inductor and transformer core for bi-directional resonant converter

【技术实现步骤摘要】
适用于双向谐振变换器的谐振电感与变压器磁芯集成方法


[0001]本专利技术属于电力电子技术与电工
，涉及一种可降低层间电容的电感与变压器磁芯集成化方法，特别涉及一种适用于双向谐振变换器的谐振电感与变压器一体化磁芯结构。

技术介绍

[0002]双向谐振变换器是实现蓄电池、超级电容等能量管理系统的核心装置，被广泛应用于航空航天、电动汽车、新能源发电等领域。由于双向谐振变换器原副边分别配置了一个谐振腔，电路中高频电感、变压器等功率磁件数量较多，因此磁性元件体积与损耗成为限制双向谐振变换器性能优化的关键因素。磁集成技术可使多个磁性元件集成到一个磁芯中，从而减少磁性元件数量，降低变换器体积和重量。而且通过合理设计，可以减少或消除磁性元件的交流磁通，从而提高变换器效率和功率密度。
[0003]目前文献中针对双向谐振变换器的谐振电感与变压器磁芯集成化设计，常用的方法是利用变压器的漏感来实现谐振电感的功能，并通过较为复杂繁琐的数学计算来控制变压器的漏感，甚至需要利用低磁导率材料作为磁分流器，以形成额外的磁路从而增加变压器漏感。这些方法使得变压器结构变得十分复杂，同时低磁导率材料的铁心损耗非常高，降低了变压器的效率。此外，这些方法中变压器的原副边绕组绕在同一磁柱上，使得层间电容偏大，容易产生共模干扰。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供了一种适用于双向谐振变换器的谐振电感与变压器磁芯集成方法，省去磁性元件的侧边柱，减小了双向谐振变换器中磁件的数量、体积、重量和损耗，优化了变换器的效率与功率密度。具有极高的灵活性，在该集成化磁芯上可以实现多种绕制方案，具有极高的通用性，采用低原副边层间电容的绕制方案可以达到降低变换器EMI问题的目的。
[0005]本专利技术为实现上述目的采用如下技术方案：
[0006]本专利技术提出一种适用于双向谐振变换器的谐振电感与变压器磁芯集成方法，包括双向谐振变换器，变换器包括逆变器、整流电路、谐振电路和变压器，其中，所述谐振电路耦接于逆变器与整流电路之间，包括谐振电容、谐振电感和变压器；将所述谐振电感和变压器集成至集成式磁性元件中，具体的，集成式磁性元件包括八个磁柱，将谐振电感、变压器绕制在磁柱上，使分立的谐振电感集成为双磁柱电感，将一个变压器拆分为四个串联变压器，通过相反绕制方式消去侧边柱；将四磁柱变压器中的两个磁柱绕制原边，两个磁柱绕制副边，实现原副边绕组不接触的绕制方案，使变压器具备极低的层间电容。
[0007]将传统双向谐振变换器中的谐振电感器和变压器集成到一个磁芯之中；运用磁集成技术，将两个传统的分立ER型磁芯电感集成为双磁柱电感；将一个变压器拆分为四个串联变压器，并通过磁集成技术消去变压器的八个侧边柱，只保留四个磁柱，四磁柱变压器可
以实现多种绕制方案，相较于原先的单变压器更加灵活。
[0008]进一步的，集成式磁性元件为三层结构，包括上层的磁芯盖、中间层的电感与变压器绕组和底层的磁芯底座，其中，磁芯底座包括磁板以及该磁板上集成的八个磁柱；其中，四个磁柱为一排，八个磁柱均匀等间隔排成2排4列。
[0009]进一步的，将传统双向谐振变换器中的谐振电感器和变压器集成到一个磁芯之中，该磁芯具有八个磁柱，八个磁柱中两侧的两列磁柱分别为原边谐振电感磁柱和副边谐振电感磁柱，中间四个磁柱为变压器磁柱；分别在原边、副边谐振电感磁柱上绕制谐振电感绕组，在变压器磁柱上绕制变压器绕组，其中，谐振电感绕组均按相反方向绕制在原边、副边谐振电感磁柱的两根磁柱上，变压器绕组顺时针绕制在变压器磁柱的四根磁柱上。
[0010]进一步的，谐振电路包括第一谐振电容C
r1
、第二谐振电容C
r2
、第一谐振电感L
r1
、第二谐振电感L
r2
以及变压器的励磁电感L
m
；其中第一谐振电容C
r1
、第一谐振电感L
r1
、变压器的励磁电感L
m
依次串联形成第一谐振串联电路，第一谐振串联电路两端接入逆变器电路的两个桥臂中点；第二谐振电容C
r2
、第二谐振电感L
r2
、变压器的励磁电感L
m
依次串联形成第二谐振串联电路，第二谐振串联电路两端接入整流电路的两个桥臂中点。
[0011]进一步的，运用磁集成技术，将两个传统的分立ER型磁芯电感集成为双磁柱电感。将两个相同的第一谐振电感L
r1
绕组按相反方向绕制在原边谐振电感磁柱上，将两个相同的第二谐振电感L
r2
绕组按相反方向绕制在副边谐振电感磁柱上，使得相邻磁柱内绕组产生的磁通大小相等、方向相反，合磁通抵消，因此可以去除四个侧边柱，将电感集成为双磁柱电感。
[0012]进一步的，为降低双向谐振变换器副边电流应力与高频绕组涡流效应引起的损耗，将双向谐振变换器中的变压器拆分为四个串联变压器；然后通过磁集成技术消去串联变压器的八个侧边柱，只保留四个磁柱，四磁柱变压器可以实现多种绕制方案，相较于原先的单变压器更加灵活；然后在四磁柱变压器上进行原副边分开绕制实现层间电容降低的效果。
[0013]进一步的，四磁柱变压器中对角的两个磁柱为一组，一组绕制变压器原边绕组，一组绕制变压器副边绕组，同时保证相邻两个磁柱上的变压器绕组绕制方向相反，实现原副边绕组不接触的绕制方案，使变压器具备极低的层间电容，可运用在高EMI要求场合。
[0014]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0015](1)采用磁集成技术省去磁性元件的侧边柱，大大减小了磁性元件的数量、体积、重量和损耗，有利于优化变换器的效率与功率密度；
[0016](2)通过调整绕组间的气隙即可实现谐振电感值和变压器励磁电感值的灵活调整；
[0017](3)在该集成化磁芯上可以实现多种绕制方案，具有极高的通用性和灵活性；
[0018](4)采用可降低层间电容的绕制方案可以减小变压器的隔离电容，有效抑制变换器的共模干扰问题，适用于对隔离要求较高的场合；
[0019](5)采用低原副边层间电容的绕制方案可以达到降低变换器EMI问题的目的。
附图说明
[0020]图1是本专利技术中提出的一种适用于双向谐振变换器的谐振电感与变压器磁芯集成
化方法示意图；
[0021]图2是本专利技术中的无边柱磁集成技术示意图；
[0022]图3是本专利技术中的四个串联变压器示意图；
[0023]图4是本专利技术中的变压器电气等效图；
[0024]图5是本专利技术中提出的一种可降低层间电容的变压器绕制方案示意图。
具体实施方式
[0025]以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步描述。
[0026]如图1所示是本专利技术中提出的一种适用于双向谐振变换器的谐振电感与变压器磁芯集成化方法示意图，包括双向谐振变换器，变换器包括逆变器、整流电路、谐振电路和变压器，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于双向谐振变换器的谐振电感与变压器磁芯集成方法，其特征在于，所述双向谐振变换器包括逆变器、整流电路、谐振电路和变压器，其中，所述谐振电路耦接于逆变器与整流电路之间，包括谐振电容、谐振电感和变压器；将所述谐振电感和变压器集成至集成式磁性元件中，具体的，集成式磁性元件包括八个磁柱，将谐振电感、变压器绕制在磁柱上；采用磁集成技术使分立的谐振电感集成为双磁柱电感；将一个变压器拆分为四个变压器，采用磁集成技术将四个变压器集成为四磁柱变压器；将四磁柱变压器中的两个磁柱绕制原边，两个磁柱绕制副边，实现原副边绕组不接触的绕制方案，降低变压器的层间电容。2.根据权利要求1所述的适用于双向谐振变换器的谐振电感与变压器磁芯集成方法，其特征在于，所述集成式磁性元件为三层结构，包括上层的磁芯盖、中间层的电感与变压器绕组和底层的磁芯底座，其中，磁芯底座包括磁板以及该磁板上集成的八个磁柱；其中，四个磁柱为一排，八个磁柱均匀等间隔排成2排4列。3.根据权利要求2所述的适用于双向谐振变换器的谐振电感与变压器磁芯集成方法，其特征在于，八个磁柱中两侧的两列磁柱分别为原边谐振电感磁柱和副边谐振电感磁柱，中间四个磁柱为变压器磁柱；分别在原边、副边谐振电感磁柱上绕制谐振电感绕组，在变压器磁柱上绕制变压器绕组，其中，谐振电感绕组均按相反方向绕制在原边、副边谐振电感磁柱的两根磁柱上，变压器绕组顺时针绕制在变压器磁柱的四根磁柱上。4.根据权利要求3所述的适用于双向谐振变换器的谐振电感与变压器磁芯集成方法，其特征在于，所述谐振电路包括第一谐振电容C
r1
、第二谐振电容C
r2
、第一谐振电感L
...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦海鸿，谢斯璇，张方华，赵絮，徐祯祥，陈志辉，朱春玲，聂新，王逸斌，张震宇，王珑，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：