一种适用于Buck-boost+CLCL谐振变换器的电磁元件集成装置

一种适用于buck-boost+clcl谐振变换器的电磁元件集成装置
技术领域
1.本发明公开一种适用于buck-boost+clcl谐振变换器的电磁元件集成装置。。


背景技术：

2.buck-boost+clcl谐振变换器将buck-boost和clcl谐振两路电路的开关管共用在一起，并同时保持各自的工作状态。对称结构的buck-boost交错电路工作在断续导电模式下，实现了高功率因数和低谐波失真、减小输入电流纹波、平衡开关的电流应力、降低母线电压。clcl谐振电路具有软开关特性，一次侧工作在零电压模式，二次侧工作在零电流模式。此外，由于关断电流较小，也降低了开关的关断损耗提升了系统效率。传统的buck-boost+clcl谐振变换器采用多个分立元件则会增加装置的尺寸和体积。因此，本发明引入了柔性带材无源元件集成技术，将多个电磁元件全部有效地集成在一组磁芯中，可以显著提高该谐振变换器的功率密度，所以其在一些单级led驱动器中得到了广泛的重视和研究。
3.本发明面向buck-boost+clcl谐振变换器的电磁元件集成装置有以下优点：（1）高转化效率，在整个负载范围内实现原边器件零电压开通、副边器件零电流关断；（2）降低开关损耗，提高谐振变换器的功率因数；（3）设计方便，工作频率变化范围较宽，有利于高频变压器设计；（4）噪音小，隔离变压器可有效阻断高共模噪音；高功率密度、软开关和同步整流技术可大幅提高工作频率从而显著减小电磁元件体积。


技术实现要素：

4.本发明解决上述问题的技术方案是：buck-boost+clcl谐振变换器的电磁元件集成装置包括第一柔性带材集成绕组、第二柔性带材集成绕组、第三柔性带材集成绕组、第四柔性带材集成绕组、第一e型磁芯、第二e型磁芯和第一i型磁芯；第一e型磁芯和第二e型磁芯分别位于第一i型磁芯的下上方且相对设置，同时第一e型磁芯和第二e型磁芯的左右边柱与第一i型磁芯之间都设有气隙；第一柔性带材集成绕组和第二柔性带材集成绕组分别绕制在第一e型磁芯左右边柱上，第三柔性带材集成绕组和第四柔性带材集成绕组分别绕制在第二e型磁芯的左右边柱上；所述的第一柔性带材集成绕组由里到外依次排列为第一绝缘带材、第一导体带材、第一电介质带材、第二导体带材、第二电介质带材、第三导体带材；所述的第二柔性带材集成绕组由里到外依次排列为第二绝缘带材、第四导体带材、第一漏感带材、第三绝缘带材、第五导体带材、第四绝缘带材、第六导体带材；所述的第三柔性带材集成绕组由里到外依次排列为第五绝缘带材、第七导体带材、第六绝缘带材、第八导体带材；所述的第四柔性带材集成绕组由里到外依次排列为第七绝缘带材、第九导体带材、第三电介质带材、第十导体带材。
5.所述的buck-boost+clcl谐振变换器的电磁元件集成装置，其特征在于：所述的第一导体带材输入端与第一开关管s1和第二开关管s2的中点相连，其输出端悬空不接入电路；所述的第二导体带材输入端悬空不接入电路，其输出端与第四导体带材输入端相连；所述的第三导体带材输入端与第八二极管d8的阴极相连，其输出端悬空不接入电路；所述的第四导体带材输入端与第二导体带材的输出端相连，其输出端与第二电容c3和第三电容c4的中点相连；所述的第五导体带材输入端与第九二极管d
s1
的阳极相连，其输出端与第一电容co的负极相连；所述的第六导体带材输入端与第一电容co的负极相连，其输出端与第十二极管d
s2
的阳极相连；所述的第七导体带材输入端与第五二极管d5和第七二极管d7的中点相连，其输出端与第一开关管s1的漏极相连；所述的第八导体带材输入端与第六二极管d6和第八二极管d8的中点相连，其输出端与第二开关管s2的源极相连；所述的第九导体带材输入端与第一输入电源vin的输入端相连，其输出端与第一二极管d1和第三二极管d3的中点相连；所述的第十导体带材输入端悬空不接入电路，其输出端与第二二极管d2和第四二极管d4的中点相连。
6.所述的buck-boost+clcl谐振变换器的电磁元件集成装置，其特征在于：所述的第一导体带材、第一电介质带材、第二导体带材共同构成第一谐振电容cr；所述的第二导体带材构成第一谐振电感lr；所述的第二导体带材、第二电介质带材、第三导体带材共同构成第二谐振电容cs；所述的第四导体带材、第五导体带材和第六导体带材分别构成变压器t的第一原边、第一副边和第二副边；所述的第一漏感带材通过设置其厚度来调节变压器t漏感大小，此变压器漏感替代第二谐振电感ls；所述的第一e型磁芯左侧磁柱和第一i型磁芯通过设置气隙高度来调节变压器t激磁电感lm大小；所述的第七导体带材和第八导体带材分别构成第一储能电感l1和第二储能电感l2；所述的第九导体带材、第三电介质带材、第十导体带材共同构成第一滤波电容cf；所述的第九导体带材构成第一滤波电感lf。
7.buck-boost+clcl谐振变换器的电磁元件集成装置，其特征在于：所述的第一柔性带材集成绕组形成的集总参数模型为第一谐振电容cr、第一谐振电感lr和第二谐振电容cs；所述的第二柔性带材集成绕组形成的集总参数模型为变压器t的第一原边、第一副边、第二副边、第二谐振电感ls和激磁电感lm；所述的第三柔性带材集成绕组形成的集总参数模型为第一储能电感l1和第二储能电感l2；所述的第四柔性带材集成绕组形成的集总参数模型为第一滤波电感lf和第一滤波电容cf。
8.本发明的有益效果在于：从实际需求出发，buck-boost+clcl谐振变换器的电磁元件集成装置，其采用柔性带材集成技术以提高功率密度为目标，提升集成单元在电力电子装置中的可靠性与安全性。
附图说明
9.图1为本发明的整体结构示意图。
10.图2为本发明的爆炸结构示意图。
11.图3为本发明的工作结构示意图。
12.图4为本发明的装置分布参数模型结构示意图。
具体实施方式
13.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
14.如图1-图3所示，buck-boost+clcl谐振变换器的电磁元件集成装置包括第一柔性带材集成绕组4、第二柔性带材集成绕组5、第三柔性带材集成绕组6、第四柔性带材集成绕组7、第一e型磁芯1、第二e型磁芯3和第一i型磁芯2；第一e型磁芯1和第二e型磁芯3分别位于第一i型磁芯2的下上方且相对设置，同时第一e型磁芯1和第二e型磁芯3的左右边柱与第一i型磁芯2之间都设有气隙；第一柔性带材集成绕组4和第二柔性带材集成绕组5分别绕制在第一e型磁芯1左右边柱上，第三柔性带材集成绕组6和第四柔性带材集成绕组7分别绕制在第二e型磁芯3的左右边柱上；所述的第一柔性带材集成绕组4由里到外依次排列为第一绝缘带材8、第一导体带材9、第一电介质带材10、第二导体带材11、第二电介质带材12、第三导体带材13；所述的第二柔性带材集成绕组5由里到外依次排列为第二绝缘带材14、第四导体带材15、第一漏感带材16、第三绝缘带材17、第五导体带材18、第四绝缘带材19、第六导体带材20；所述的第三柔性带材集成绕组6由里到外依次排列为第五绝缘带材21、第七导体带材22、第六绝缘带材23、第八导体带材24；所述的第四柔性带材集成绕组7由里到外依次排列为第七绝缘带材25、第九导体带材26、第三电介质带材27、第十导体带材28。
15.所述的buck-boost+clcl谐振变换器的电磁元件集成装置，其特征在于：所述的第一导体带材9输入端与第一开关管s140和第二开关管s241的中点64相连，其输出端悬空不接入电路；所述的第二导体带材11输入端悬空不接入电路，其输出端与第四导体带材15输入端相连；所述的第三导体带材13输入端与第八二极管d843的阴极65相连，其输出端悬空不接入电路；所述的第四导体带材15输入端与第二导体带材11的输出端相连，其输出端与第二电容c355和第三电容c456的中点69相连；所述的第五导体带材18输入端与第九二极管d
s1
53的阳极66相连，其输出端与第一电容co52的负极67相连；所述的第六导体带材20输入端与第一电容co52的负极67相连，其输出端与第十二极管d
s2
54的阳极68相连；所述的第七导体带材22输入端与第五二极管d536和第七二极管d738的中点60相连，其输出端与第一开关管s141的漏极62相连；所述的第八导体带材24输入端与第六二极管d637和第八二极管d843的中点61相连，其输出端与第二开关管s241的源极63相连；所述的第九导体带材26输入端与第一输入电源v
in
29的输入端57相连，其输出端与第一二极管d132和第三二极管d333的中点58相连；所述的第十导体带材28输入端悬空不接入电路，其输出端与第二二极管d234和第四二极管d435的中点59相连。
16.所述的buck-boost+clcl谐振变换器的电磁元件集成装置，其特征在于：所述的第一导体带材9、第一电介质带材10、第二导体带材11共同构成第一谐振电容cr44；所述的第二导体带材11构成第一谐振电感lr45；所述的第二导体带材11、第二电介质带材12、第三导体带材13共同构成第二谐振电容cs46；所述的第四导体带材15、第五导体带材18和第六导体带材20分别构成变压器t的第一原边48、第一副边50和第二副边51；所述的第一漏感带材16通过设置其厚度来调节变压器t漏感大小，此变压器漏感替代第二谐振电感ls47；所述的第一e型磁芯1左侧磁柱和第一i型磁芯2通过设置气隙高度来调节变压器t激磁电感lm49大小；所述的第七导体带材22和第八导体带材24分别构成第一储能电感l139和第二储能电感l242；所述的第九导体带材26、第三电介质带材27、第十导体带材28共同构成第一滤波电容cf31；所述的第九导体带材26构成第一滤波电感lf30。