一种基于集成磁芯的谐振变换器并联均流电路

本发明涉及一种基于集成磁芯的谐振变换器并联均流电路，应用于电力电子变换器领域。

背景技术：

1、随着现代电力电子技术的不断进步、宽禁带器件的诞生及其技术快速发展，开关电源向着高频化、集成化的方向发展。开关频率的提高可以减小无源器件的体积，如电感、变压器等，提高变换器的功率密度。其中谐振变换器由于其全负载范围内原边开关管的zvs和副边整流二极管的zcs而被广泛应用于服务器电源、通信电源、新能源发电、电动汽车充电等各类场合。针对低压大电流输出应用，往往需要采用多个副边绕组并联的方案，但是由于绕组之间不可避免的寄生参数偏差，会引起各相谐振变换器的增益有偏差，从而导致各相输出电流不均，威胁到系统的可靠运行。

2、为了解决现有技术存在的问题，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案，例如，文献“d.huang，s.ji，and f.c.lee，“llc resonant converter with matrixtransformer，”ieee trans.power electron.，vol.29，no.8，pp.4339-4347，aug.2014.”和文献“c.fei，f.c.lee and q.li，″high-efficiency high-power-density llc converterwith an integrated planar matrix transformer for high-output currentapplications，″in ieee transactions on industrial electronics，vol.64，no.11，pp.9072-9082，nov.2017.”针对谐振变换器中的均流问题，通过采用原边串联副边并联的矩阵变压器结构来解决均流问题，但是这种方法会导致磁芯的数量、体积变大，本质上是牺牲了磁芯损耗换取绕组损耗，仍有进一步提升的空间。

3、为此提出一种基于集成磁芯的谐振变换器并联均流电路。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为解决采用集中变压器结构会导致的并联绕组均流问题同时避免采用矩阵变压器导致的磁芯体积损耗上升的问题，本发明提供了一种基于集成磁芯的谐振变换器并联均流电路。

2、为实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

3、一种基于集成磁芯的谐振变换器并联均流电路，包括输入直流电源vin、输入电容cin、原边开关网络、谐振电容cr、集中变压器t、副边谐振电感lrm、副边整流滤波网络、输出电容co和负载ro，所述集中变压器t和副边谐振电感lrm由原边绕组np、集成磁芯、副边绕组nsm构成，所述原边开关网络的数量为一个，所述副边整流滤波网络、副边谐振电感lrm、副边绕组nsm的数量均为m，所述m为大于一的正整数，所述输入直流电源vin与输入电容cin并联，然后接入原边开关网络，其输出与谐振电容cr以及原边绕组np相串联，第i个所述副边绕组nsi接入副边整流滤波网络，所述副边整流滤波网络的输出并联连接至输出电容co和负载ro，所述i的取值范围为1≤i≤m且i为正整数。

4、进一步地，所述原边开关网络为不对称半桥逆变电路、对称半桥逆变电路、全桥逆变电路或推挽电路。

5、进一步地，所述副边整流滤波网络为桥式整流电路、全波整流电路或倍压整流电路。

6、进一步地，所述集成磁芯包括顶磁板mpt和底磁板mpb，所述底磁板mpb顶面中部设有变压器绕线磁柱mct，所述变压器绕线磁柱mct的数量为一个，所述底磁板mpb顶面设有电感绕线磁柱mclm和非绕线磁柱mcnm，所述电感绕线磁柱mclm和非绕线磁柱mcnm的数量均为m个，所述电感绕线磁柱mclm和非绕线磁柱mcnm依次间隔围设在变压器绕线磁柱mct四周，所述顶磁板mpt设于变压器绕线磁柱mct、电感绕线磁柱mclm和非绕线磁柱mcnm的正上方。

7、进一步地，所述变压器绕线磁柱mct与顶磁板mpt之间设有变压器气隙，所述电感绕线磁柱mclm与顶磁板mpt之间设有电感气隙，所述非绕线磁柱mcnm与顶磁板mpt底面贴合设置。

8、进一步地，m个所述电感绕线磁柱mclm的大小、形状完全相同，m个所述非绕线磁柱mcnm的大小、形状完全相同，所述变压器绕线磁柱mct、电感绕线磁柱mclm和非绕线磁柱mcnm的横截面为圆形、椭圆形、多边形或月牙形。

9、进一步地，所述原边绕组np绕制于变压器磁柱mct表面，第i个所述副边绕组nsi整体绕制于变压器绕线磁柱mct表面和第i个电感绕线磁柱mcli表面。

10、进一步地，所述原边绕组np为平面型绕组或卷绕式绕组，所述副边绕组nsm的绕组类型与原边绕组np的绕组类型一致。

11、本发明的有益效果如下：

12、1、本发明通过将谐振电感拆分配置在具有多路并联输出的变压器副边，利用各路变压器副边漏感相对于谐振电感较小的性质，从而减小各路谐振腔之间的电压增益差异，实现多路并联输出之间的均流；

13、2、本发明通过将变压器与电感集成在一个磁芯中，大幅减小了磁芯的体积和损耗，同时，变压器次级绕组和电感绕组采用一体化绕制方式，也有效降低了绕组的交流损耗。

技术特征：

1.一种基于集成磁芯的谐振变换器并联均流电路，其特征在于，包括输入直流电源(vin)、输入电容(cin)、原边开关网络、谐振电容(cr)、集中变压器(t)、副边谐振电感(lrm)、副边整流滤波网络、输出电容(co)和负载(ro)，所述集中变压器(t)和副边谐振电感(lrm)由原边绕组(np)、集成磁芯、副边绕组(nsm)构成，所述原边开关网络的数量为一个，所述副边整流滤波网络、副边谐振电感(lrm)、副边绕组(nsm)的数量均为m，所述m为大于一的正整数，所述输入直流电源(vin)与输入电容(cin)并联，然后接入原边开关网络，其输出与谐振电容(cr)以及原边绕组(np)相串联，第i个所述副边绕组(nsi)接入副边整流滤波网络，所述副边整流滤波网络的输出并联连接至输出电容(co)和负载(ro)，所述i的取值范围为1≤i≤m且i为正整数。

2.根据权利要求1所述的一种基于集成磁芯的谐振变换器并联均流电路，其特征在于，所述原边开关网络为不对称半桥逆变电路、对称半桥逆变电路、全桥逆变电路或推挽电路。

3.根据权利要求1所述的一种基于集成磁芯的谐振变换器并联均流电路，其特征在于，所述副边整流滤波网络为桥式整流电路、全波整流电路或倍压整流电路。

4.根据权利要求1所述的一种基于集成磁芯的谐振变换器并联均流电路，其特征在于，所述集成磁芯包括顶磁板(mpt)和底磁板(mpb)，所述底磁板(mpb)顶面中部设有变压器绕线磁柱(mct)，所述变压器绕线磁柱(mct)的数量为一个，所述底磁板(mpb)顶面设有电感绕线磁柱(mclm)和非绕线磁柱(mcnm)，所述电感绕线磁柱(mclm)和非绕线磁柱(mcnm)的数量均为m个，所述电感绕线磁柱(mclm)和非绕线磁柱(mcnm)依次间隔围设在变压器绕线磁柱(mct)四周，所述顶磁板(mpt)设于变压器绕线磁柱(mct)、电感绕线磁柱(mclm)和非绕线磁柱(mcnm)的正上方。

5.根据权利要求4所述的一种基于集成磁芯的谐振变换器并联均流电路，其特征在于，所述变压器绕线磁柱(mct)与顶磁板(mpt)之间设有变压器气隙，所述电感绕线磁柱(mclm)与顶磁板(mpt)之间设有电感气隙，所述非绕线磁柱(mcnm)与顶磁板(mpt)底面贴合设置。

6.根据权利要求5所述的一种基于集成磁芯的谐振变换器并联均流电路，其特征在于：所述m个所述电感绕线磁柱(mclm)的大小、形状完全相同，m个所述非绕线磁柱(mcnm)的大小、形状完全相同，所述变压器绕线磁柱(mct)、电感绕线磁柱(mclm)和非绕线磁柱(mcnm)的横截面为圆形、椭圆形、多边形或月牙形。

7.根据权利要求6所述的一种基于集成磁芯的谐振变换器并联均流电路，其特征在于：所述原边绕组(np)绕制于变压器磁柱(mct)表面，第i个所述副边绕组(nsi)整体绕制于变压器绕线磁柱(mct)表面和第i个电感绕线磁柱(mcli)表面。

8.根据权利要求7所述的一种基于集成磁芯的谐振变换器并联均流电路，其特征在于：所述原边绕组(np)为平面型绕组或卷绕式绕组，所述副边绕组(nsm)的绕组类型与原边绕组(np)的绕组类型一致。

技术总结
本发明公开了一种基于集成磁芯的谐振变换器并联均流电路，属于电力电子领域。所述基于集成磁芯的谐振变换器均流电路包括输入直流电源、输入电容、原边开关网络，谐振电容、集中变压器、多个副边谐振电感、多个副边整流滤波网络、输出电容和负载。其中，集中变压器和多个副边谐振电感由原边绕组、集成磁芯和多个副边绕组实现。原边绕组与谐振电容串联后接入原边开关网络，每个副边绕组接入各自的整流滤波网络后再并联接入输出电容和负载。由于谐振电感被配置在了变压器副边，因此，多个变压器副边绕组之间的漏感差异被最小化，从而自动实现并联多路输出之间的均流，同时，变压器与谐振电感集成在一个磁芯中，也减小了功率磁件的体积重量，有助于提高变换器功率密度。

技术研发人员：刘越,王云飞,吴红飞
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14