集成器件及其制作方法与直流变换器与流程

本发明涉及新能源汽车领域，特别涉及一种集成器件及其制作方法与直流变换器。

背景技术：

在新能源汽车中，作为电能转换的高压直流变换器，通常通过移相全桥整流电路实现。

图1为现有的移相全桥整流电路的原理图，图2为图1所示变压器的结构示意图，图3为图1所示电感的结构示意图。如图1至图3所示，所述移相全桥整流电路包括变压器t和电感l。变压器t将原边a-b高压侧的能量传递到副边c-d低压侧，并将原边a-b高压侧和副边c-d低压侧进行隔离。电感l起储存能量和滤除输出电流纹波的作用。

变压器t采用的制作方式是独立设计，其结构如图2所示，变压器t的原边绕组a-b以及副边绕组c-d均绕于变压器柱201上，变压器t的激磁磁通通过边柱202构成回路。而且，电感l采用的制作方式也是独立设计，其结构如图3所示，电感绕组m-n绕于电感柱301上，电感柱301开有气隙303，电感磁通通过边柱302构成回路。具体的原理为，输入的直流电压为vin经过由半导体管a、b、c、d组成的逆变电路逆变成交流电压，该交流电压经过变压器t变压后，再经过由半导体管e、f、g、h组成的整流电路整流，从而输出另一直流电压，该另一直流电压经过电感l滤波后输出直流电压vo。然而，该变压器和电感为分立式结构，即变压器和电感分开制作并非集成在一起，导致直流变换器的功率密度低、体积大、以及制造成本高。

因此，急需开发一种将变压器和电感集成在一起的集成器件。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种集成器件及其制作方法与直流变换器，通过将变压器和电感集成在一起，可以减少直流变换器上磁元件使用的数量，而且还能够减小变压器和电感的体积，从而提升直流变换器的功率密度，减小直流变换器的体积，降低制造成本。

为实现上述目的，本发明提供一种集成器件，包括一铁芯和多套绕组，所述铁芯构成有能够为所述多套绕组提供磁通回路的封闭结构，且所述铁芯上形成有至少二个芯柱，每个芯柱上绕设有至少一套绕组。

可选的，所述绕组的数量至少为三套，至少一个芯柱上绕设有两套绕组以形成一个变压器结构，至少另一个芯柱上绕设有另一套绕组以形成一个电感结构。

可选的，所述至少另一个芯柱上开设有气隙。

可选的，所述绕组的数量为三套，所述芯柱的数量为二个，所述铁芯上开设有三个通孔，相邻二个通孔之间形成有一个芯柱，所述气隙与形成一个所述电感结构的芯柱两侧的相邻二个通孔相连通。

可选的，所述封闭结构包括在所述至少二个芯柱四周所形成的包围铁芯；所述变压器结构产生的交流磁通流过其芯柱以及所述包围铁芯以形成一个磁通回路；所述电感结构产生的交流磁通流过其芯柱和所述包围铁芯以形成一个磁通回路，且所述电感结构产生的直流磁通流过其芯柱、所述包围铁芯以及所述变压器所在的芯柱以形成一个磁通回路。

可选的，形成一个所述变压器结构的所述两套绕组包括原边绕组和副边绕组。

可选的，所述芯柱为圆柱体。

可选的，形成一个所述变压器结构的所述两套绕组以及形成一个所述电感结构的所述另一套绕组中的至少一套为印刷电路板绕组。

可选的，所述印刷电路板绕组为铜箔结构或银箔结构。

进一步的，本发明还提供一种集成器件的制作方法，包括：

提供能够为多套绕组提供磁通回路的铁芯，所述铁芯上形成有至少二个芯柱；以及

在每个芯柱上绕设至少一套绕组，以形成所述集成器件。

可选的，所述制作方法还包括：将两套绕组绕设于其中一个芯柱上以形成一个变压器结构，并将另一套绕组绕设于另一个芯柱上以形成一个电感结构。

更进一步的，本发明还提供一种直流变换器，包括所述集成器件。

综上所述，本发明提供的集成器件，包括一个铁芯和多套绕组，所述铁芯构成有能够为所述多套绕组提供磁通回路的封闭结构，且所述铁芯上形成有至少二个芯柱，每个芯柱上绕设有至少一套绕组，以此形成多个电子结构集成在一起的结构，与分立式的电子结构相比，可以减少使用这些电子结构之装置上铁芯的使用量，从而减小装置的体积，而且还可以提高该装置的功率密度，并节省材料，降低制造成本。

在本发明的一个较佳实施例中，其中一个芯柱上绕设有二套绕组以形成一个变压器结构，在另一个芯柱上绕设有一套绕组以形成一个电感结构，从而获得变压器和电感集成在一起的集成器件，由于所述变压器结构产生的磁通与所述电感结构产生的磁通在所述铁芯内时序叠加，使得该集成器件所使用的铁芯材料，相比于分立式的变压器和电感，更少，进而可以减小铁芯体积，提高装置的功率密度。

附图说明

图1为现有的一种直流变换器的原理图；

图2为图1所示变压器的结构示意图；

图3为图1所示电感的结构示意图；

图4为现有的直流变换器的另一种原理图；

图5为本发明一实施例提供的集成器件的结构示意图；

图6为图5所示集成器件的的磁通流向图；

图7为本发明一实施例提供的直流变化器之磁路的等效电路图。

附图标记说明如下：

201-变压器柱；202/302-边柱；301-电感柱；504/303-气隙；

05-铁芯；501-变压器铁芯柱；502-电感铁芯柱；503-包围铁芯。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图5为本发明一实施例提供的集成器件的结构示意图，所述集成器件包括铁芯05、第一绕组a-b、第二绕组c-d以及第三绕组m-n，其中，所述铁芯05上形成有变压器铁芯柱501、电感铁芯柱502以及包围铁芯503。所述第一绕组a-b以及所述第二绕组c-d绕设于变压器铁芯柱501上以构成一个变压器结构，所述第三绕组m-n绕设于电感铁芯柱502上以构成一个电感结构。本文中，所述第一绕组a-b另定义为原边绕组，所述第二绕组c-d定义为副边绕组。

上述集成器件的工作原理为：首先通过所述第一绕组a-b输入电压，可在所述变压器铁芯柱501内感应出变压器磁通(即交流磁通)，进而在所述变压器磁通的作用下，所述第二绕组c-d产生输出电压，从而实现了电压的转换和能量传送；接着，所述第二绕组c-d产生的输出电压经整流后，施加在所述第三绕组m-n上，此时，在所述电感铁芯柱502内会产生电感磁通，所述电感磁通包括电感直流磁通和电感交流磁通，所述电感直流磁通流过所述电感铁芯柱502、变压器铁芯柱501以及所述包围铁芯503构成的铁芯回路，所述电感交流磁通流过所述电感铁心柱502以及所述包围铁芯503构成的铁芯回路。

所述变压器磁通与所述电感磁通在所述铁芯05内时序叠加时：

第一，在所述铁芯05的一部分区域内，变压器磁通与电感磁通的方向相反时，两者的磁通抵消一部分，那么两者的总磁通减小，相应的所需的铁芯材料就更少；

第二，在所述铁芯05的另一部分区域内，变压器磁通与电感磁通的方向相同，两者的磁通相加，由于加在所述电感结构上的电压是所述变压器结构输出电压经过整流后的电压，所以所述变压器磁通与所述电感磁通存在着一定的相位差，所述变压器磁通最大时，所述电感磁通不是最大，此时，两者的磁通时序叠加后的总磁通小于两者单独设置时的总磁通，相应的所需的铁芯材料更少。

例如，参见图6，并结合图5，图6为图5所示集成器件的磁通流向图，图6中变压器结构磁通方向与电感结构磁通方向如图中箭头标示，显然，在变压器磁通方向与电感磁通方向相同的区域内，两者的磁通相叠加；在变压器磁通方向与电感磁通方向相反的区域内，两者的磁通部分抵消。基于这样的情况，所示铁芯05所需的材料比变压器结构和电感结构单独设置时所需的材料少。

本实施例提供的集成器件，具有一铁芯和三套绕组，其中一套绕组为电感绕组，另外两套绕组为变压器绕组，所述铁芯构成有闭合的回路，将所述三套绕组绕于所述铁芯之上，从而形成变压器结构和电感结构。所述变压器结构产生的磁通与所述电感结构产生的磁通在所述铁芯内时序叠加，从而使该集成器件所需的铁芯比所述变压器结构和所述电感结构单独设置时所需的铁芯少，从而减小了铁芯体积，提高了产品的功率密度；同时，节约了材料，降低了产品的制造成本。

进一步的，如图5所示，所述电感铁芯柱502上开有气隙504，所述气隙504提高了电感结构的饱和磁通量，在不增加铁芯的情况下，使电感结构的容量得到了提高。所述气隙504与图5中相邻二个通孔相连通，该相邻二个通孔之间形成有电感铁芯柱502。可选的，所述变压器铁芯柱501和电感铁芯柱502共用一个通孔，且所述变压器铁芯柱501相应位于相邻二个通孔之间。

进一步，上述实施例中的集成器件可用于制作直流变换器，以通过集成器件进行电能转换。再进一步的，该直流变换器可用于新能源汽车。

图7为本发明一实施例提供的直流变化器之磁路的等效电路图，如图7所示，r1为所电感铁芯柱502的等效磁阻、r2为所述变压器铁芯柱501的等效磁阻、包围铁芯503的等效磁阻为r31、r32、以及r4。所述第三绕组m-n中的电流包含交流分量和直流分量，且在所述电感铁芯502上分别产生交流磁势i1acn1和直流磁势i1dcn1，变压器结构激磁电流在变压器铁芯501上产生交流磁势i2acn2。交流磁势i1acn1、直流磁势i1dcn1以及交流磁势i2acn2产生的磁通通过铁芯的各部位构成磁通回路，不同的磁势产生的磁通在铁芯各部位时序叠加，其中，φ1为流过所述电感铁心柱502的磁通、φ2为流过所述变压器铁芯柱501的磁通。φ31和和φ32为流过所述包围铁芯503的磁通、φ4为流过所述电感铁芯柱502以及所述包围铁芯503的磁通。在电路中可控制第一绕组a-b和第三绕组m-n中电流的流通方向，从而控制磁势产生的磁通在所述铁芯05各部位的流向。

更进一步的，所述变压器铁芯501和所述电感铁芯502为圆柱体结构，这种结构便于绕线，在产生相同磁通量的情况下，在圆柱形结构上绕线的用材量低于在其他形状结构上绕线的用材量，节约了材料，降低了成本。

此外，所述第一绕组a-b、所述第二绕组c-d以及所述第三绕组m-n中的至少一套可以是印刷电路板绕组，所述印刷电路板绕组的绕组材料为铜箔或银箔。这种将绕组集成在印刷电路板上的方式，使得所述集成器件的尺寸得到了降低，同时也降低了成本，所述印刷电路板的绕组为铜箔时，它具有比铜丝更大的载流量，使得所述集成器件的尺寸减小的同时，不会使自身的容量降低；所述印刷电路板的绕组为银箔时，由于银为超导电材料，且发热量低，能够使所述集成器件的尺寸进一步的减小的同时，不会使其容量降低。

再进一步的，上述实施例中所述的集成器件的制作方法包括：

提供能够为多套绕组提供磁通回路的铁芯，所述铁芯上形成有至少二个芯柱；以及

在每个芯柱上绕设至少一套绕组，以形成所述集成器件。

本实施例中，在其中一个芯柱绕设有二套绕组以形成一个变压器结构，另在一个芯柱上绕设有一套绕组以形成一个电感结构，从而制成具备变压器和电感功能的集成器件，然而，本发明包括但不限于制备具有变压器和电感功能的集成器件，本领域技术人员在本申请文件公开内容的基础上，应当知晓如何将多套绕组进行集成以制备集成多个电子结构的集成器件，本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

最后，需要说明的是，所述集成器件的适用范围不限于图5所示的直流变换器的电路，还可用于图4所示的直流变化器的电路，当然，涉及到其他直流变换器的电路时，所述集成器件同样适用。此外，本发明的较佳实施例如上所述，但不限于上述实施例所公开的范围，例如，所述集成器件绕组的材料还可以是其他性能更好的材料。

综上所述，本发明提供的集成器件，包括一个铁芯和多套绕组，所述铁芯构成有能够为所述多套绕组提供磁通回路的封闭结构，且所述铁芯上形成有至少二个芯柱，每个芯柱上绕设有至少一套绕组，以此形成多个电子结构集成在一起的结构，与分立式的电子结构相比，可以减少使用这些电子结构之装置上铁芯的使用量，从而减小装置的体积，而且还可以提高该装置的功率密度，并节省材料，降低制造成本。

在本发明的一个较佳实施例中，所述集成器件具有一铁芯和三套绕组，其中一套绕组为电感绕组，另外两套绕组为变压器绕组，所述铁芯构成有闭合的回路，将所述三套绕组绕于所述铁芯之上，从而形成变压器结构和电感结构。所述变压器结构产生的磁通与所述电感结构产生的磁通在所述铁芯内时序叠加，从而使该集成器件所需的铁芯比所述变压器结构和所述电感结构单独设置时所需的铁芯少，从而减小了铁芯体积，提高了产品的功率密度，同时，节约了材料，降低了产品的制造成本。采用在电感铁芯上开气隙的方式，提升了电感的感量，进而也节减少了铁芯材料的使用。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。