一种磁集成双端变换器的制造方法
【专利摘要】本发明的实施例公开了一种具有集成变压器一个三磁柱磁芯的集成磁件，仅在第二磁柱和第二磁柱上分别设置有储能气隙，集成磁件包括原边绕组、第一副边绕组以及第二副边绕组，原边绕组和第一副边绕组共同绕于第一磁柱，第二副边绕组绕于第二磁柱且流过总的输出电流；一个作用于原边绕组双端对称工作的逆变电路；一组同步整流管，其门极驱动信号分别和双端对称工作的逆变电路的一组功率开关管的门极驱动信号互补工作。本发明提供的磁集成双端变换器能够减小绕组损耗和原、副边的漏感，实现能量的高效变换。
【专利说明】一种磁集成双端变换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有集成变压器和电感器功能的磁集成双端变换器。
【背景技术】
[0002]在宽范围输入电压的直流变换器应用场合，根据功率等级的要求，可选用单端变换器(如反激变换器、正激变换器等)或双端变换器(如半桥变换器、全桥变换器、推挽变换器等)作为主功率拓扑。
[0003]附图1所示为现有的一种磁集成半桥变换器，集成磁件采用EE型磁芯，绕组Np和绕组Ns绕在EE型磁芯的中柱以构成变压器，绕组Nu和绕组队2分别绕在EE型磁芯的边柱以构成电感。
[0004]发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在绕组损耗大，漏感大的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的实施例提供了一种磁集成双端变换器，能够减小绕组损耗和原、副边的漏感，实现能量的高效变换。
[0006]本发明的实施例提供的一种磁集成双端变换器，包括:
[0007]一双端对称工作的逆变电路作用于原边绕组；
[0008]一个三磁柱磁芯的集成磁件至少包含三个绕组和一个储能气隙，其中原边绕组和第一副边绕组共同绕于第一磁柱，第二副边绕组绕于第二磁柱且流过总的输出电流；
[0009]一组同步整流管，其门极驱动信号分别和所述双端对称工作的逆变电路的一组功率开关管的门极驱动信号互补工作。
[0010]本发明的实施例提供的另一种磁集成双端变换器，包括:
[0011]一双端对称工作的逆变电路作用于原边绕组；
[0012]一个三磁柱磁芯的集成磁件至少包含三个绕组和一个储能气隙，其中原边绕组和第一副边绕组共同绕于第二磁柱和第三磁柱，第二副边绕组绕于第二磁柱且流过总的输出电流；
[0013]一组同步整流管，其门极驱动信号分别和所述双端对称工作的逆变电路的一组功率开关管的门极驱动信号互补工作。
[0014]由本发明的实施例提供的技术方案可知，通过将原边绕组和第一副边绕组绕制在相同的磁柱上，并使用同步整流管替代现有技术中的整流二极管，可以降低开关器件的导通损耗，起到对副边绕组的零压降钳位作用；这样可以采用最少的原边绕组来实现原边能量到副边的传递，减小绕组损耗和原、副边的漏感，实现能量的高效变换。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术及本发明实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。
[0016]图1为现有技术中的一种磁集成半桥变换器；
[0017]图2为本发明实施例一提供的一种磁集成半桥变换器；
[0018]图3为对本发明实施例一提供的磁集成双端变换器集成磁件的分析示意图；
[0019]图4为本发明实施例一提供的磁集成半桥变换器的工作波形示意图；
[0020]图5为本发明实施例二提供的一种磁集成半桥变换器；
[0021]图6为本发明实施例二提供的磁集成半桥变换器的工作波形示意图；
[0022]图7为本发明实施例三提供的一种磁集成半桥变换器；
[0023]图8为本发明的实施例提供的一种磁集成全桥变换器；
[0024]图9为本发明的实施例提供的一种磁集成推挽变换器；
[0025]图10为当副边绕组同时为一匝时，本发明的实施例提供的一种磁集成双端变换器的不意图；
[0026]图11为当副边绕组同时为一匝时，本发明的实施例提供的另一种磁集成双端变换器的不意图；
[0027]图12为本发明实施例四提供的一种磁集成半桥变换器。
【具体实施方式】
[0028]为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，下面结合附图并举实施例，对本发明提供的技术方案进一步详细描述。
[0029]本发明的实施例提供的一种磁集成双端变换器，包括:
[0030]一双端对称工作的逆变电路作用于原边绕组；
[0031]一个三磁柱磁芯的集成磁件至少包含三个绕组和一个储能气隙，其中原边绕组和第一副边绕组绕于第一磁柱，第二副边绕组绕于第二磁柱且流过总的输出电流；
[0032]一组同步整流管，其门极驱动信号分别和所述双端对称工作的逆变电路的一组功率开关管的门极驱动信号互补工作。
[0033]其中，双端对称工作的逆变电路可以为半桥逆变电路、全桥逆变电路或推挽电路中任一种。当双端对称工作的逆变电路为半桥逆变电路时，本发明的实施例提供的磁集成双端变换器又可称为磁集成半桥变换器；同样，当双端对称工作的逆变电路为全桥逆变电路或推挽电路时，本发明的实施例提供的磁集成双端变换器对应又可称为磁集成全桥变换器或磁集成推挽变换器。
[0034]以双端对称工作的逆变电路为半桥逆变电路为例，本发明的实施例提供的磁集成双端变换器可以有如下的具体结构。
[0035]实施例一
[0036]参见附图2，本实施例一的磁集成半桥变换器，其原边的半桥逆变电路包括分压电容Cp C2和功率开关管S1、S2。其集成磁件包含一个EE型磁芯，所述EE型磁芯包括三个绕组和两个储能气隙。其中原边绕组Np和第一副边绕组Nsl绕于第一磁柱1，第二副边绕组Ns2绕于第二磁柱2，第二磁柱2上设置有储能气隙1，第三磁柱3上设置有储能气隙2。原边绕组Np两端分别连接半桥逆变电路的功率开关管Sp S2桥臂的连接点A和分压电容CpC2的连接点B。[0037]第一副边绕组Nsl、第二副边绕组Ns2、输出滤波电容C。和第一同步整流管SR1构成副边的一功率电路；第二副边绕组Ns2、输出滤波电容C。和第二同步整流管SR2构成副边的另一功率回路。第一同步整流管SR1和第一副边绕组Nsl的串联支路和第二同步整流管SR2并联，在第二副边绕组Ns2流过的电流为同步整流管SR1和SR2的电流之和。
[0038]参见附图3和附图4，根据对称半桥的工作原理，原边的功率开关管S1和S2在相位交错180°的驱动电压Vgl和Vg2作用下，将在原边绕组Np两端形成方波逆变电压Vab ;副边的同步整流管SR1和SR2的驱动电压分别为Vgsl和Vgs2，其中，Vgsl和Vg2互补工作，Vgs2和Vgl互补工作。因此，电路的工作过程可以分为四个阶段:
[0039]阶段Utft1]:原边的功率开关管S1导通，S2截止，副边的同步整流管SR1导通，SR2截止。加在原边绕组Np两端的电压为Vin/2，原边绕组所在的第一磁柱I的O1线性上升，其他两磁柱的磁通Φ2、Φ3也相应的上升。第一副边绕组Nsl的电流iSK1等于第二副边绕组Ns2的电流
[0040]阶段2[t「t2]:原边的功率开关管Sp S2均截止，副边的同步整流管SR。SR2均导通。原边绕组电流ip为零。第一副边绕组Nsl被SR1和SR2短路，使得绕在第一磁柱I的绕组％和Nsl的电压均为零，磁通O1保持不变，第二磁柱2的磁通下降量等于第三磁柱3的磁通上升量。两副边同步整流管均导通，流过SR1的电流iSK1转移一部分到SR2,电流之和等
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[0041]阶段3[t2_t3]:原边的功率开关管S2导通，S1截止，副边的同步整流管SR2导通，SR1截止。加在原边绕组Np两端的电压为_Vin/2，原边绕组所在的第一磁柱I的O1线性下降，其他两磁柱的磁通Φ2、Φ3也相应的下降。第二副边绕组Ns2的电流全部流过同步整流管SR2。
[0042]阶段4[t3_t4]:原边的功率开关管Sp S2均截止，副边的同步整流管SR。SR2均导通。原边绕组电流ip为零。第一副边绕组Nsl被SR1和SR2短路，使得绕在第一磁柱I的绕组％和Nsl的电压均为零，磁通O1保持不变，第二磁柱2的磁通下降量等于第三磁柱3的磁通上升量。两副边同步整流管均导通，流过SR2的电流iSK2转移一部分到SR1,电流之和等
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[0043]根据磁通连续性，可以推导出输入输出电压转换比:
[0044]
【权利要求】
1.一种磁集成双端变换器，其特征在于，包括: 一个三磁柱磁芯的集成磁件，仅在第二磁柱和第二磁柱上分别设置有储能气隙，所述集成磁件包括原边绕组、第一副边绕组以及第二副边绕组，所述原边绕组和所述第一副边绕组共同绕于第一磁柱，所述第二副边绕组绕于第二磁柱且流过总的输出电流； 一个作用于所述原边绕组双端对称工作的逆变电路； 一组同步整流管，其门极驱动信号分别和所述双端对称工作的逆变电路的一组功率开关管的门极驱动信号互补工作。
2.如权利要求2所述的磁集成双端变换器，其特征在于，所述第一副边绕组和/或所述第二副边绕组的匝数为一匝。
3.如权利要求1-2任一项所述的磁集成双端变换器，其特征在于，所述双端对称工作的逆变电路为如下任一种:半桥逆变电路、全桥逆变电路或推挽电路。
4.如权利要求1-3任一项所述的磁集成双端变换器，其特征在于，所述磁芯为EE型磁芯，所述第一磁柱为位于所述EE型磁芯两侧的其中一个磁柱,所述第二磁柱为位于所述EE型磁芯两侧的另一个磁柱，所述第三磁柱为位于所述EE型磁芯中间一个磁柱。
【文档编号】H02M3/335GK103762853SQ201410045276
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2010年8月30日 优先权日:2010年1月19日
【发明者】卢增艺, 朱勇发, 白亚东, 陈为, 晋兆国 申请人:华为技术有限公司