一種三相交錯并聯(lián)CLLC電路的電感與變壓器集成結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種適用于三相交錯并聯(lián)CLLC電路的電感與變壓器集成結(jié)構(gòu)，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。所述的集成結(jié)構(gòu)是由含有六個磁柱的磁芯、A相變壓器原邊繞組N

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種三相交錯并聯(lián)CLLC電路的電感與變壓器集成結(jié)構(gòu)


[0001]本專利技術(shù)屬于應(yīng)用于高頻工作環(huán)境下的變壓器磁集成
，尤其涉及一種適用于三相交錯并聯(lián)CLLC電路的諧振電感與變壓器集成結(jié)構(gòu)。

技術(shù)介紹

[0002]隨著新能源的大力發(fā)展，電動汽車、直流配電系統(tǒng)、個人移動設(shè)備等領(lǐng)域，對DC/DC變換器的效率、體積等性能指標(biāo)的需求越來越高，如何實現(xiàn)高效率、高功率密度、大容量是研究人員的重要方向,其中諧振型軟開關(guān)DC/DC變換器成為研究重點(diǎn)，其可以在寬輸入范圍，全負(fù)載范圍內(nèi)，自然實現(xiàn)原邊開關(guān)管的零電壓開通和副邊開關(guān)管的零電流關(guān)斷。同時為了實現(xiàn)大功率，擴(kuò)大容量，因此三相交錯并聯(lián)CLLC電路應(yīng)運(yùn)而生。
[0003]如上所述，三相交錯并聯(lián)CLLC電路如圖1所示，其中包括由MOSFET開關(guān)管組成的三相橋式逆變電路和三相橋式整流電路，以及由三相諧振網(wǎng)絡(luò)和三相變壓器組成，其中，三相諧振網(wǎng)絡(luò)包括六個諧振電容、六個諧振電感、三個變壓器組成。諧振變換器利用諧振腔的特性，可以實現(xiàn)零電壓開通和零電流關(guān)斷，整體提升了變換器的效率。
[0004]同時，傳統(tǒng)形式的三相交錯并聯(lián)CLLC電路需要六個諧振電感、三個變壓器，若采用獨(dú)立磁性元件，共九個磁性元件，那么嚴(yán)重違背了高效率、高功率密度的初衷。因此，如何解決三相交錯并聯(lián)CLLC電路中磁性元件數(shù)目多、損耗高的問題成為研究重點(diǎn)。
[0005]為了解決上述問題，有采用磁集成技術(shù)，常用EE型磁芯結(jié)構(gòu)可將兩個諧振電感與單相變壓器進(jìn)行磁集成到一個元件中，然而三相交錯并聯(lián)CLLC電路有六個電感和三個變壓器，采用傳統(tǒng)形式的EE型顯然無法使九個磁性元件進(jìn)行磁集成。此外有學(xué)者采用三個EE型磁芯進(jìn)行簡單的組合，甚至還有采用磁分流器以形成額外的磁路，這些辦法使得變壓器結(jié)構(gòu)變得十分復(fù)雜，并且需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行計算，同時磁芯損耗非常高，降低了變壓器效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0006]為了解決上述問題，本專利技術(shù)提供了一種基于三相交錯并聯(lián)CLLC電路的諧振電感與變壓器集成結(jié)構(gòu)，減少了諧振變換器中磁性元件的數(shù)量、體積、重量和損耗，優(yōu)化了變換器的效率和功率密度。
[0007]本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0008]本專利技術(shù)提出了一種適用于三相交錯并聯(lián)CLLC電路的諧振電感與變壓器集成結(jié)構(gòu)，所述三相交錯并聯(lián)CLLC電路包括三相橋式逆變電路、三相橋式整流電路、三相諧振網(wǎng)絡(luò)和三相變壓器，其中三相變壓器原副邊之間采用星形連接，可實現(xiàn)三相之間自動均流特性。將上述諧振網(wǎng)絡(luò)中的六個諧振電感和三個變壓器集成到一個磁性元件中，具體的，將A相變壓器的原邊繞組N
AP
和副邊繞組N
AS
分別不平均的分布繞制于磁柱1和磁柱2上，降低原副邊繞組的耦合程度，使得A相變壓器原副邊得漏感加大，替代成為A相諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊和副邊側(cè)的諧振電感，同理，將B相(C相)變壓器的原邊繞組N
BP
(N
CP
)和副邊繞組N
BS
(N
CS
)不平均的分布
繞制于磁柱3(5)和磁柱4(6)上，降低原副邊繞組的耦合程度，使得B相(C相)變壓器原副邊得漏感加大，替代成為B相(C相)諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊和副邊側(cè)的諧振電感。
[0009]所述集成磁性元件結(jié)構(gòu)包括頂層的平面磁芯蓋，中間層的諧振電感與變壓器集成繞組和底層的磁芯底座。其中，底層的磁芯底座包括底部的平面磁芯蓋和該磁芯蓋上集成的六個圓柱形磁柱，其中，三個磁柱為一排，共兩排結(jié)構(gòu)，形成2*3的矩陣形式。
[0010]進(jìn)一步的，運(yùn)用磁集成技術(shù)，將A相變壓器的原邊繞組N
AP
分布繞制于磁柱1和磁柱2上，并且使得位于磁柱1和磁柱2上的兩個A相變壓器原邊子繞組N
AP1
、N
AP2
的繞向相反、匝數(shù)不同，確保兩個子繞組產(chǎn)生的磁通閉合方向相同，以及與副邊繞組耦合度降低，增大原邊側(cè)的漏感，以便充當(dāng)原邊側(cè)的諧振電感。
[0011]進(jìn)一步的，B相變壓器的原邊繞組N
BP
也同樣分別不平均的繞制于磁柱3、4上。并且使得位于磁柱3和磁柱4上的兩個B相變壓器原邊子繞組N
BP1
、N
BP2
的繞向相反、匝數(shù)不同，確保兩個子繞組產(chǎn)生的磁通閉合方向相同，以及與副邊繞組耦合度降低，增大原邊側(cè)的漏感，以便充當(dāng)原邊側(cè)的諧振電感。
[0012]進(jìn)一步的，C相變壓器的原邊繞組N
CP
也同樣分別不平均的繞制于磁柱5、6上。并且使得位于磁柱5和磁柱6上的兩個C相變壓器原邊子繞組N
CP1
、N
CP2
的繞向相反、匝數(shù)不同，確保兩個子繞組產(chǎn)生的磁通閉合方向相同，以及與副邊繞組耦合度降低，增大原邊側(cè)的漏感，以便充當(dāng)原邊側(cè)的諧振電感。
[0013]進(jìn)一步的，運(yùn)用磁集成技術(shù)，將A相變壓器的副邊繞組N
AS
分布繞制于磁柱1和磁柱2上，并且位于磁柱1和磁柱2上的兩個副邊子繞組N
AS2
、N
AS1
的繞向相反、匝數(shù)不同，確保兩個子繞組產(chǎn)生的磁通閉合方向相同，以及與原邊繞組耦合度降低，增大副邊側(cè)的漏感，以便充當(dāng)副邊側(cè)的諧振電感。
[0014]進(jìn)一步的，同理B相和C相的副邊繞組也同樣分別不平均的繞制于磁柱3、4上和磁柱5、6上。使得增大副邊側(cè)的漏感，以便充當(dāng)B相和C相副邊側(cè)的漏感。
[0015]同時確保各相變壓器在上下對稱磁柱上的原邊繞組N
P
和副邊繞組N
S
實現(xiàn)完全交錯排布的形式，以便減小交流繞組損耗，和降低變換器EMI干擾問題。
[0016]進(jìn)一步的，A、B、C三相變壓器不僅本身獨(dú)立變壓器原副邊繞組之間存在耦合，而且每一相原副邊繞組之間(A相與B相，B相與C相，C相與A相)也存在耦合，耦合程度可用互感M表示。以各相變壓器變比為1，所需原副邊側(cè)漏感大小相同進(jìn)行推導(dǎo)，則根據(jù)集成磁性元件的原副邊繞組示意圖如圖3所示，可得矩陣方程：
[0017][0018]式中L
ii
為各相變壓器原邊繞組自感，同理M
ij
依次為各自繞組之間的互感；例如M
13
為A相變壓器原邊繞組與B相變壓器原邊繞組的互感，其他依次類推
[0019]根據(jù)集成磁性元件的磁路等效模型如圖4所示，以A相變壓器為例進(jìn)行推導(dǎo)，運(yùn)用磁路的歐姆定律，可以求出：
[0020][0021]式中N1+N2為原副邊繞組總匝數(shù)之和，例如N1為A相變壓器原邊繞組分配于磁柱1上的繞組匝數(shù)，N2為原邊繞組分配與磁柱2上的繞組匝數(shù)；L1為各繞組自感，M1為各相變壓器原副邊之間的互感，M2為不同相位繞組之間的互感
[0022]進(jìn)一步的，由于三相交錯并聯(lián)CLLC電路的驅(qū)動信號相位依次相差120度的電角度，三相諧振電流相位也相差120度電角度，可以得到：
[0023][0024]式中I
AP
、I
BP
、I
CP本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種適用于三相交錯并聯(lián)CLLC電路的電感與變壓器集成結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述三相交錯并聯(lián)CLLC電路包括三相橋式逆變電路、三相橋式整流電路、三相諧振網(wǎng)絡(luò)和三相變壓器，其中三相變壓器原副邊采用星形連接，可實現(xiàn)三相之間自動均流特性。將上述諧振網(wǎng)絡(luò)中的六個諧振電感和三相變壓器集成到一個磁性元件中，具體的，將A相變壓器的原邊繞組N
AP
和副邊繞組N
AS
分別不平均的分布繞制于磁柱1和磁柱2上，降低原副邊繞組的耦合程度，使得A變壓器原副邊得漏感加大，替代成為A相諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊和副邊側(cè)的諧振電感，同理，將B相(C相)變壓器的原邊繞組N
BP
(N
CP
)和副邊繞組N
BS
(N
CS
)也分別不平均的分布繞制于磁柱3(5)和磁柱4(6)上，降低原副邊繞組的耦合程度，使得B相(C相)變壓器原副邊得漏感加大，替代成為B相(C相)諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊和副邊側(cè)的諧振電感。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的集成磁性元件結(jié)構(gòu)包括頂層的平面磁芯蓋，中間層的諧振電感與變壓器集成繞組和底層的磁芯底座。其中，底層的磁芯底座包括底部的平面磁芯蓋和該磁芯蓋上集成的六個圓柱形磁柱，其中，三個磁柱為一排，共兩排結(jié)構(gòu)，形成2*3的矩陣形式。3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的集成結(jié)構(gòu)，其特征在于，A相變壓器的原邊繞組N
AP
分布繞制于磁柱1和磁柱2上，并且位于磁柱1和磁柱2上的兩個原邊子繞組N
AP1
、N
AP2
的繞向相反、匝數(shù)不同，確保兩個子繞組產(chǎn)生的磁通閉合方向相同，以及與副邊繞組耦合度降低，增大原邊側(cè)的漏感，以便充當(dāng)原邊側(cè)的諧振電感。同理，B相變壓器的原邊繞組N
BP<...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：程鶴，王亞偉，李朋圣，張政，
申請(專利權(quán))人：中國礦業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：