一种三相交错并联CLLC电路的电感与变压器集成结构制造技术

本发明专利技术提供了一种适用于三相交错并联CLLC电路的电感与变压器集成结构，属于电力电子技术领域。所述的集成结构是由含有六个磁柱的磁芯、A相变压器原边绕组N

【技术实现步骤摘要】
一种三相交错并联CLLC电路的电感与变压器集成结构


[0001]本专利技术属于应用于高频工作环境下的变压器磁集成
，尤其涉及一种适用于三相交错并联CLLC电路的谐振电感与变压器集成结构。

技术介绍

[0002]随着新能源的大力发展，电动汽车、直流配电系统、个人移动设备等领域，对DC/DC变换器的效率、体积等性能指标的需求越来越高，如何实现高效率、高功率密度、大容量是研究人员的重要方向,其中谐振型软开关DC/DC变换器成为研究重点，其可以在宽输入范围，全负载范围内，自然实现原边开关管的零电压开通和副边开关管的零电流关断。同时为了实现大功率，扩大容量，因此三相交错并联CLLC电路应运而生。
[0003]如上所述，三相交错并联CLLC电路如图1所示，其中包括由MOSFET开关管组成的三相桥式逆变电路和三相桥式整流电路，以及由三相谐振网络和三相变压器组成，其中，三相谐振网络包括六个谐振电容、六个谐振电感、三个变压器组成。谐振变换器利用谐振腔的特性，可以实现零电压开通和零电流关断，整体提升了变换器的效率。
[0004]同时，传统形式的三相交错并联CLLC电路需要六个谐振电感、三个变压器，若采用独立磁性元件，共九个磁性元件，那么严重违背了高效率、高功率密度的初衷。因此，如何解决三相交错并联CLLC电路中磁性元件数目多、损耗高的问题成为研究重点。
[0005]为了解决上述问题，有采用磁集成技术，常用EE型磁芯结构可将两个谐振电感与单相变压器进行磁集成到一个元件中，然而三相交错并联CLLC电路有六个电感和三个变压器，采用传统形式的EE型显然无法使九个磁性元件进行磁集成。此外有学者采用三个EE型磁芯进行简单的组合，甚至还有采用磁分流器以形成额外的磁路，这些办法使得变压器结构变得十分复杂，并且需要复杂的数学公式进行计算，同时磁芯损耗非常高，降低了变压器效率。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于三相交错并联CLLC电路的谐振电感与变压器集成结构，减少了谐振变换器中磁性元件的数量、体积、重量和损耗，优化了变换器的效率和功率密度。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0008]本专利技术提出了一种适用于三相交错并联CLLC电路的谐振电感与变压器集成结构，所述三相交错并联CLLC电路包括三相桥式逆变电路、三相桥式整流电路、三相谐振网络和三相变压器，其中三相变压器原副边之间采用星形连接，可实现三相之间自动均流特性。将上述谐振网络中的六个谐振电感和三个变压器集成到一个磁性元件中，具体的，将A相变压器的原边绕组N
AP
和副边绕组N
AS
分别不平均的分布绕制于磁柱1和磁柱2上，降低原副边绕组的耦合程度，使得A相变压器原副边得漏感加大，替代成为A相谐振网络中原边和副边侧的谐振电感，同理，将B相(C相)变压器的原边绕组N
BP
(N
CP
)和副边绕组N
BS
(N
CS
)不平均的分布
绕制于磁柱3(5)和磁柱4(6)上，降低原副边绕组的耦合程度，使得B相(C相)变压器原副边得漏感加大，替代成为B相(C相)谐振网络中原边和副边侧的谐振电感。
[0009]所述集成磁性元件结构包括顶层的平面磁芯盖，中间层的谐振电感与变压器集成绕组和底层的磁芯底座。其中，底层的磁芯底座包括底部的平面磁芯盖和该磁芯盖上集成的六个圆柱形磁柱，其中，三个磁柱为一排，共两排结构，形成2*3的矩阵形式。
[0010]进一步的，运用磁集成技术，将A相变压器的原边绕组N
AP
分布绕制于磁柱1和磁柱2上，并且使得位于磁柱1和磁柱2上的两个A相变压器原边子绕组N
AP1
、N
AP2
的绕向相反、匝数不同，确保两个子绕组产生的磁通闭合方向相同，以及与副边绕组耦合度降低，增大原边侧的漏感，以便充当原边侧的谐振电感。
[0011]进一步的，B相变压器的原边绕组N
BP
也同样分别不平均的绕制于磁柱3、4上。并且使得位于磁柱3和磁柱4上的两个B相变压器原边子绕组N
BP1
、N
BP2
的绕向相反、匝数不同，确保两个子绕组产生的磁通闭合方向相同，以及与副边绕组耦合度降低，增大原边侧的漏感，以便充当原边侧的谐振电感。
[0012]进一步的，C相变压器的原边绕组N
CP
也同样分别不平均的绕制于磁柱5、6上。并且使得位于磁柱5和磁柱6上的两个C相变压器原边子绕组N
CP1
、N
CP2
的绕向相反、匝数不同，确保两个子绕组产生的磁通闭合方向相同，以及与副边绕组耦合度降低，增大原边侧的漏感，以便充当原边侧的谐振电感。
[0013]进一步的，运用磁集成技术，将A相变压器的副边绕组N
AS
分布绕制于磁柱1和磁柱2上，并且位于磁柱1和磁柱2上的两个副边子绕组N
AS2
、N
AS1
的绕向相反、匝数不同，确保两个子绕组产生的磁通闭合方向相同，以及与原边绕组耦合度降低，增大副边侧的漏感，以便充当副边侧的谐振电感。
[0014]进一步的，同理B相和C相的副边绕组也同样分别不平均的绕制于磁柱3、4上和磁柱5、6上。使得增大副边侧的漏感，以便充当B相和C相副边侧的漏感。
[0015]同时确保各相变压器在上下对称磁柱上的原边绕组N
P
和副边绕组N
S
实现完全交错排布的形式，以便减小交流绕组损耗，和降低变换器EMI干扰问题。
[0016]进一步的，A、B、C三相变压器不仅本身独立变压器原副边绕组之间存在耦合，而且每一相原副边绕组之间(A相与B相，B相与C相，C相与A相)也存在耦合，耦合程度可用互感M表示。以各相变压器变比为1，所需原副边侧漏感大小相同进行推导，则根据集成磁性元件的原副边绕组示意图如图3所示，可得矩阵方程：
[0017][0018]式中L
ii
为各相变压器原边绕组自感，同理M
ij
依次为各自绕组之间的互感；例如M
13
为A相变压器原边绕组与B相变压器原边绕组的互感，其他依次类推
[0019]根据集成磁性元件的磁路等效模型如图4所示，以A相变压器为例进行推导，运用磁路的欧姆定律，可以求出：
[0020][0021]式中N1+N2为原副边绕组总匝数之和，例如N1为A相变压器原边绕组分配于磁柱1上的绕组匝数，N2为原边绕组分配与磁柱2上的绕组匝数；L1为各绕组自感，M1为各相变压器原副边之间的互感，M2为不同相位绕组之间的互感
[0022]进一步的，由于三相交错并联CLLC电路的驱动信号相位依次相差120度的电角度，三相谐振电流相位也相差120度电角度，可以得到：
[0023][0024]式中I
AP
、I
BP
、I
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于三相交错并联CLLC电路的电感与变压器集成结构，其特征在于，所述三相交错并联CLLC电路包括三相桥式逆变电路、三相桥式整流电路、三相谐振网络和三相变压器，其中三相变压器原副边采用星形连接，可实现三相之间自动均流特性。将上述谐振网络中的六个谐振电感和三相变压器集成到一个磁性元件中，具体的，将A相变压器的原边绕组N
AP
和副边绕组N
AS
分别不平均的分布绕制于磁柱1和磁柱2上，降低原副边绕组的耦合程度，使得A变压器原副边得漏感加大，替代成为A相谐振网络中原边和副边侧的谐振电感，同理，将B相(C相)变压器的原边绕组N
BP
(N
CP
)和副边绕组N
BS
(N
CS
)也分别不平均的分布绕制于磁柱3(5)和磁柱4(6)上，降低原副边绕组的耦合程度，使得B相(C相)变压器原副边得漏感加大，替代成为B相(C相)谐振网络中原边和副边侧的谐振电感。2.根据权利要求1所述的集成结构，其特征在于，所述的集成磁性元件结构包括顶层的平面磁芯盖，中间层的谐振电感与变压器集成绕组和底层的磁芯底座。其中，底层的磁芯底座包括底部的平面磁芯盖和该磁芯盖上集成的六个圆柱形磁柱，其中，三个磁柱为一排，共两排结构，形成2*3的矩阵形式。3.根据权利要求1、2所述的集成结构，其特征在于，A相变压器的原边绕组N
AP
分布绕制于磁柱1和磁柱2上，并且位于磁柱1和磁柱2上的两个原边子绕组N
AP1
、N
AP2
的绕向相反、匝数不同，确保两个子绕组产生的磁通闭合方向相同，以及与副边绕组耦合度降低，增大原边侧的漏感，以便充当原边侧的谐振电感。同理，B相变压器的原边绕组N
BP<...

【专利技术属性】
技术研发人员：程鹤，王亚伟，李朋圣，张政，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：