一种适用于升压交流桥式变流器的无源元件集成装置

1.本发明公开一种适用于升压交流桥式变流器的无源元件集成装置。


背景技术：

2.相比传统电路拓扑利用大电容通过两级或三级电路进行交流转交流电能转换，该升压交流桥式变流器只使用了单级电路就实现了交流转交流电能转换，从而有效减小了电路元件数量、提高了电路功率密度并提升了电路可靠性。然而，该升压交流桥式变流器使用了大量体积庞大且重量笨重的无源元件，这无疑显著增加了装置的尺寸和体积。因此，本发明引入了柔性多层带材无源元件集成技术，将一个滤波电感、两个滤波电容、两个串联谐振电感、两个串联谐振电容、两个并联谐振电容和两个变压器全部集成在一组e-i-e-e型磁芯中，可以显著减小无源元件所占体积以提高该变流器的功率密度，其在电动汽车充电领域得到了广泛的重视和研究。
3.本发明面向一种适用于升压交流桥式变流器的无源元件集成装置，具有以下优点：(1)为电网电流和输出电流提供了自然环流通路；(2) 在变压器原边产生足够高压以减小电路损耗；(3) 通过连接两个半桥的中点可实现可控的电网电流。


技术实现要素：

4.本发明解决上述问题的技术方案是：一种适用于升压交流桥式变流器的无源元件集成装置包括第一柔性多层带材集成绕组、第二柔性多层带材集成绕组、第三柔性多层带材集成绕组、第四柔性多层带材集成绕组、第五柔性多层带材集成绕组和第六柔性多层带材集成绕组、第一e型磁芯、第一i型磁芯、第二e型磁芯和第三e型磁芯；第一e型磁芯位于第一i型磁芯上方且与第一i型磁芯相对接触设置、第二e型磁芯位于第一i型磁芯下方且与第一i型磁芯相对接触设置、第三e型磁芯位于第二e型磁芯下方且与第二e型磁芯相对接触设置，第一e型磁芯左右磁柱和第二e型磁芯左右磁柱分别与第一i型磁芯之间设有气隙、第三e型磁芯左右磁柱与第二e型磁芯之间设有气隙；第一柔性多层带材集成绕组1和第三柔性多层带材集成绕组分别绕制在第一e型磁芯的左右磁柱上、第二柔性多层带材集成绕组和第五柔性多层带材集成绕组分别绕制在第二e型磁芯的左右磁柱上、第四柔性多层带材集成绕组和第六柔性多层带材集成绕组分别绕制在第三e型磁芯的左右磁柱上；所述的第一柔性多层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、第一电介质带材和第二导体带材；所述的第二柔性多层带材集成绕组由里到外依次排列为第二绝缘带材、第三导体带材、第二电介质带材和第四导体带材；所述的第三柔性多层带材集成绕组由里到外依次排列为第三绝缘带材、第五导体带材、第三电介质带材、第六导体带材、第四绝缘带材和第七导体带材；所述的第四柔性多层带材集成绕组由里到外依次排列为第五绝缘带材、第八导体带材、第四电介质带材和第九导体带材；所述的第五柔性多层带材集成绕组由里到外依次排列为第六绝缘带材、第十导体带材、第五电介质带材和第十一导体带材；所述的第六柔性多层带材集成绕组由里到外依次排列为第七绝缘带材、第十二导体带材、第
六电介质带材、第十三导体带材、第八绝缘带材和第十四导体带材。
5.所述的第一导体带材左端口与电源正极相连，其右端口与第一开关管漏极相连；所述的第二导体带材左端口悬空不接入电路，其右端口分别与第五导体带材右端口、第六导体带材右端口和第二开关管源极共同连接在一起；所述的第三导体带材左端口分别与第十导体带材左端口、第一开关管源极、第二开关管漏极、第三开关管源极和第四开关管漏极共同连接在一起，其右端口悬空不接入电路；所述的第四导体带材左端口悬空不接入电路，其右端口分别与第五导体带材左端口和第六导体带材左端口共同连接在一起；所述的第七导体带材左端口与变压器副边电路网络上端相连，其右端口与第十四导体带材左端口相连；所述的第八导体带材左端口与电源负极相连，其右端口与第三开关管漏极相连；所述的第九导体带材左端口悬空不接入电路，其右端口分别与第十二导体带材右端口、第十三导体带材右端口和第四开关管源极共同连接在一起；所述的第十导体带材右端口悬空不接入电路；所述的第十一导体带材左端口悬空不接入电路，其右端口分别与第十二导体带材左端口和第十三导体带材左端口共同连接在一起；所述的第十四导体带材右端口与变压器副边电路网络下端相连。
6.所述的第一导体带材构成第一滤波电感；所述的第一导体带材、第一电介质带材和第二导体带材共同构成第一滤波电容；所述的第三导体带材、第二电介质带材和第四导体带材共同构成第一串联谐振电容；所述的第四导体带材构成第一串联谐振电感；所述的第五导体带材、第三电介质带材和第六导体带材共同构成第一并联谐振电容；所述的第六导体带材构成第一变压器原边；所述的第七导体带材构成第一变压器副边；所述的第八导体带材构成第二滤波电感；所述的第八导体带材、第四电介质带材和第九导体带材共同构成第二滤波电容；所述的第十导体带材、第五电介质带材和第十一导体带材共同构成第二串联谐振电容；所述的第十一导体带材构成第二串联谐振电感；所述的第十二导体带材、第六电介质带材和第十三导体带材共同构成第二并联谐振电容；所述的第十三导体带材构成第二变压器原边；所述的第十四导体带材构成第二变压器副边。
7.所述的第一柔性多层带材集成绕组和第四柔性多层带材集成绕组形成的集总参数模型为第一滤波电容、第二滤波电容、以及由第一滤波电感和第二滤波电感串联形成的第三滤波电感；所述的第二柔性多层带材集成绕组形成的集总参数模型为第一串联谐振电容和第一串联谐振电感；所述的第三柔性多层带材集成绕组形成的集总参数模型为第一并联谐振电容、第一变压器原边和第一变压器副边；所述的第五柔性多层带材集成绕组形成的集总参数模型为第二串联谐振电容和第二串联谐振电感；所述的第六柔性多层带材集成绕组形成的集总参数模型为第二并联谐振电容、第二变压器原边和第二变压器副边。
8.本发明的有益效果在于：从实际需求出发，提出一种适用于升压交流桥式变流器的无源元件集成装置，其采用柔性多层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和图5为本发明装置的集总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，一种适用于升压交流桥式变流器的无源元件集成装置包括第一柔性多层带材集成绕组1、第二柔性多层带材集成绕组2、第三柔性多层带材集成绕组3、第四柔性多层带材集成绕组4、第五柔性多层带材集成绕组5和第六柔性多层带材集成绕组6、第一e型磁芯7、第一i型磁芯8、第二e型磁芯9和第三e型磁芯10；第一e型磁芯7位于第一i型磁芯8上方且与第一i型磁芯8相对接触设置、第二e型磁芯9位于第一i型磁芯8下方且与第一i型磁芯8相对接触设置、第三e型磁芯10位于第二e型磁芯9下方且与第二e型磁芯9相对接触设置，第一e型磁芯7左右磁柱和第二e型磁芯9左右磁柱分别与第一i型磁芯8之间设有气隙、第三e型磁芯10左右磁柱与第二e型磁芯9之间设有气隙；第一柔性多层带材集成绕组1和第三柔性多层带材集成绕组3分别绕制在第一e型磁芯7的左右磁柱上、第二柔性多层带材集成绕组2和第五柔性多层带材集成绕组5分别绕制在第二e型磁芯9的左右磁柱上、第四柔性多层带材集成绕组4和第六柔性多层带材集成绕组6分别绕制在第三e型磁芯10的左右磁柱上；所述的第一柔性多层带材集成绕组1由里到外依次排列为第一绝缘带材11、第一导体带材12、第一电介质带材13和第二导体带材14；所述的第二柔性多层带材集成绕组2由里到外依次排列为第二绝缘带材15、第三导体带材16、第二电介质带材17和第四导体带材18；所述的第三柔性多层带材集成绕组3由里到外依次排列为第三绝缘带材19、第五导体带材20、第三电介质带材21、第六导体带材22、第四绝缘带材23和第七导体带材24；所述的第四柔性多层带材集成绕组4由里到外依次排列为第五绝缘带材25、第八导体带材26、第四电介质带材27和第九导体带材28；所述的第五柔性多层带材集成绕组5由里到外依次排列为第六绝缘带材29、第十导体带材30、第五电介质带材31和第十一导体带材32；所述的第六柔性多层带材集成绕组6由里到外依次排列为第七绝缘带材33、第十二导体带材34、第六电介质带材35、第十三导体带材36、第八绝缘带材37和第十四导体带材38。
15.所述的第一导体带材12左端口45与电源39正极相连，其右端口46与第一开关管40漏极相连；所述的第二导体带材14左端口悬空不接入电路，其右端口49分别与第五导体带材20右端口、第六导体带材22右端口和第二开关管41源极共同连接在一起；所述的第三导体带材16左端口47分别与第十导体带材30左端口、第一开关管40源极、第二开关管41漏极、第三开关管42源极和第四开关管43漏极共同连接在一起，其右端口悬空不接入电路；所述的第四导体带材18左端口悬空不接入电路，其右端口48分别与第五导体带材20左端口和第六导体带材22左端口共同连接在一起；所述的第七导体带材24左端口50与变压器副边电路网络44上端相连，其右端口51与第十四导体带材38左端口相连；所述的第八导体带材26左端口52与电源39负极相连，其右端口53与第三开关管42漏极相连；所述的第九导体带材28左端口悬空不接入电路，其右端口55分别与第十二导体带材34右端口、第十三导体带材36右端口和第四开关管43源极共同连接在一起；所述的第十导体带材30右端口悬空不接入电路；所述的第十一导体带材32左端口悬空不接入电路，其右端口54分别与第十二导体带材34左端口和第十三导体带材36左端口共同连接在一起；所述的第十四导体带材38右端口56与变压器副边电路网络44下端相连。
16.如图3-图5所示，所述的第一导体带材12构成第一滤波电感57；所述的第一导体带材12、第一电介质带材13和第二导体带材14共同构成第一滤波电容58；所述的第三导体带材16、第二电介质带材17和第四导体带材18共同构成第一串联谐振电容59；所述的第四导体带材18构成第一串联谐振电感60；所述的第五导体带材20、第三电介质带材21和第六导体带材22共同构成第一并联谐振电容61；所述的第六导体带材22构成第一变压器原边62；所述的第七导体带材24构成第一变压器副边63；所述的第八导体带材26构成第二滤波电感64；所述的第八导体带材26、第四电介质带材27和第九导体带材28共同构成第二滤波电容65；所述的第十导体带材30、第五电介质带材31和第十一导体带材32共同构成第二串联谐振电容66；所述的第十一导体带材32构成第二串联谐振电感67；所述的第十二导体带材34、第六电介质带材35和第十三导体带材36共同构成第二并联谐振电容68；所述的第十三导体带材36构成第二变压器原边69；所述的第十四导体带材38构成第二变压器副边70。
17.所述的第一柔性多层带材集成绕组1和第四柔性多层带材集成绕组4形成的集总参数模型为第一滤波电容58、第二滤波电容65、以及由第一滤波电感57和第二滤波电感64串联形成的第三滤波电感71；所述的第二柔性多层带材集成绕组2形成的集总参数模型为第一串联谐振电容59和第一串联谐振电感60；所述的第三柔性多层带材集成绕组3形成的集总参数模型为第一并联谐振电容61、第一变压器原边62和第一变压器副边63；所述的第五柔性多层带材集成绕组5形成的集总参数模型为第二串联谐振电容66和第二串联谐振电感67；所述的第六柔性多层带材集成绕组6形成的集总参数模型为第二并联谐振电容68、第二变压器原边69和第二变压器副边70。