BR112012010900B1 - conversor com terminal duplo de integração magnética - Google Patents

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Abstract

patente de invenção: "conversor com terminal duplo de integração magnética". a presente invenção refere-se a um conversor com terminal duplo de integração magnética com uma função integrada de um transformador e um indutor que inclui: um membro magnético integrado que tem um núcleo magnètico com três colunas magnéticas, que inclui pelo menos três enrolamentos (np, ns1, ns2) e pelo um vão de ar de armazenamento de energia, onde um enrolamento primário (np) e um primeiro enrolamento secundário (ns1) são ambos enroscados ao redor de uma primeira coluna magnética ou são ambos enroscados ao redor de uma segunda coluna magnética e uma terceira coluna magnética, e um segundo enrolamento secundário (ns2) é enroscado ao redor da segunda coluna magnética e uma corrente de saída total flui através do segundo enrolamento secundário (ns2); um circuito inversor com dois terminais que funcionam simetricamente, atuando sobre o enrolamento primário (np); e um grupo de retificadores síncronos (sr1, sr2), cujos sinais de acionamento do eletrodo do portão e sinais de acionamento do eletrodo do portão de um grupo de diodos de comutação de potência (s1, s2) do circuito inversor com os dois terminais que funcionam simetricamente em mútua complementação. o conversor com terminal duplo de integração magnética pode reduzir uma perda dos enrolamentos e uma indutância de dispersão de um lado primário e um lado secundário, implantando desta forma a conversão de energia de alta eficiência.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se a um conversor com terminal duplo de integração magnética com uma função integrada de um transformador e um indutor.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Em um cenário de aplicação do conversor de corrente direta com uma tensão de entrada de vasta amplitude, de acordo com as exigências de um nível de potência, um conversor de um terminal (como um conversor flyback ou um conversor forward) ou um conversor de dois terminais (como um conversor de meia-ponte, um conversor de ponte completa, ou um conversor push-pull) pode ser utilizado como uma topologia de potência principal.
A figura 1 mostra um conversor de meia ponte de integração magnética existente, onde um membro magnético integrado é um núcleo magnético do tipo EE, um enrolamento NP e um enrolamento Ns são enrascados ao redor de uma coluna central do núcleo magnético do tipo EE para formar um transformador, e um enrolamento Nli e um enrolamento NL2 são enrascados ao redor das colunas laterais do núcleo magnético do tipo EE para formar um indutor.
Durante a implantação da presente invenção, os inventores constataram que a técnica anterior exibe pelo menos problemas quanto a uma significativa perda dos enrolamentos e grande indutância de dispersão. SUMÁRIO DA INVENÇÃO
As modalidades da presente invenção fornecem um conversor com terminal duplo de integração magnética, capaz de reduzir uma perda dos enrolamentos e uma indutância de dispersão de um lado primário e um lado secundário, e implantar uma conversão de energia de alta eficiência.
Uma modalidade da presente invenção fornece um conversor com terminal duplo de integração magnética, que inclui:
um circuito inversor com dois terminais que funcionam simetri2/17 camente, atuando sobre um enrolamento primário;
um membro magnético integrado que tem um núcleo magnético com três colunas magnéticas que inclui pelo menos três enrolamentos e pelo menos um vão de ar de armazenamento de energia, onde ambos enrolamento primário e primeiro enrolamento secundário são enrascados ao redor de uma primeira coluna magnética, um segundo enrolamento secundário é enrascado ao redor da segunda coluna magnética, e uma corrente de saída total flui através do segundo enrolamento secundário; e um grupo de retificadores síncronos, cujos sinais de acionamento do eletrodo do portão e sinais de acionamento do eletrodo do portão de um grupo de potência comutam os diodos do circuito inversor que tem os dois terminais funcionando simetricamente em mútua complementação.
Uma modalidade da presente invenção fornece outro conversor com terminal duplo de integração magnética que inclui:
um circuito inversor com dois terminais que funcionam simetricamente, atuando sobre um enrolamento primário;
um membro magnético integrado que tem um núcleo magnético com três colunas magnéticas, que inclui pelo menos três enrolamentos e pelo menos um vão de ar de armazenamento de energia, onde ambos enrolamento primário e primeiro enrolamento secundário são enrascados ao redor de uma segunda coluna magnética e uma terceira coluna magnética, um segundo enrolamento secundário é enrascado ao redor da segunda coluna magnética, e uma corrente de saída total flui através do segundo enrolamento secundário; e um grupo de retificadores síncronos, cujos sinais de acionamento do eletrodo do portão e sinais de acionamento do eletrodo do portão de um grupo de potência comutam os diodos do circuito inversor que tem os dois terminais funcionando simetricamente em mútua complementação.
A partir das soluções técnicas fornecidas pelas modalidades da presente invenção é possível saber que o enrolamento primário e o primeiro enrolamento secundário são enrascados ao redor da mesma coluna magnética, e o retificador síncrono substitui um diodo do retificador na técnica ante
3/17 rior, reduzindo assim uma perda de ligar de um dispositivo de comutação, e desempenhando um papel na fixação da queda de tensão a zero do enrolamento secundário. Deste modo, pelo menos os enrolamentos primários podem ser adotados para implantar a transferência de energia do lado primário para o lado secundário, reduzindo assim uma perda dos enrolamentos e uma indutância de dispersão do lado primário e lado secundário, e implantar uma conversão de energia de alta eficiência.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Para ilustrar as soluções técnicas de acordo com as modalidades da presente invenção mais claramente, consta a seguir uma breve introdução dos desenhos em anexo para descrever a técnica anterior e as modalidades da presente invenção.
A figura 1 mostra um conversor de meia ponte de integração magnética na técnica anterior;
A figura 2 mostra um conversor de meia ponte de integração magnética fornecido na modalidade 1 da presente invenção;
A figura 3 é um diagrama de análise esquemática de um membro magnético integrado que tem um conversor com terminal duplo de integração magnética fornecido na modalidade 1 da presente invenção;
A figura 4 é um diagrama esquemático de uma forma de onda de funcionamento do conversor de meia ponte de integração magnética fornecido na modalidade 1 da presente invenção;
A figura 5 mostra um conversor de meia ponte de integração magnética fornecido na modalidade 2 da presente invenção;
A figura 6 é um diagrama esquemático de uma forma de onda de funcionamento do conversor de meia ponte de integração magnética fornecido na modalidade 2 da presente invenção;
A figura 7 mostra um conversor de meia ponte de integração magnética fornecido na modalidade 3 da presente invenção;
A figura 8 mostra um inversor de ponte completa de integração magnética fornecido em uma modalidade da presente invenção;
A figura 9 mostra um conversor push-pull de integração magnéti4/17 ca fornecido em uma modalidade da presente invenção;
Afigura 10 é um diagrama esquemático de um conversor com terminal duplo de integração magnética fornecido em uma modalidade da presente invenção quando cada um dos enrolamentos secundários tem uma volta;
Afigura 11 é um diagrama esquemático de outro conversor com terminal duplo de integração magnética fornecido em uma modalidade da presente invenção quando cada um dos enrolamentos secundários tem uma volta; e
Afigura 12 mostra um conversor de meia ponte de integração magnética fornecido na modalidade 4 da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES
Com o intuito de tornar mais compreensível os objetivos, soluções técnicas, e vantagens da presente invenção, as soluções técnicas fornecido na presente invenção são descritas com mais pormenores abaixo fazendo referência às modalidades e desenhos que a acompanham.
Uma modalidade da presente invenção fornece um conversor com terminal duplo de integração magnética, que inclui:
um circuito inversor com dois terminais que funcionam simetricamente, atuando sobre um enrolamento primário;
um membro magnético integrado que tem um núcleo magnético com três colunas magnéticas, que inclui pelo menos três enrolamentos e pelo menos um vão de ar de armazenamento de energia, onde o enrolamento primário e um primeiro enrolamento secundário são enroscados ao redor de uma primeira coluna magnética, um segundo enrolamento secundário é enroscado ao redor de uma segunda coluna magnética, e uma corrente de saída total flui através do segundo enrolamento secundário; e um grupo de retificadores síncronos, cujos sinais de acionamento do eletrodo do portão e sinais de acionamento do eletrodo do portão de um grupo de potência comutam os diodos do circuito inversor que tem os dois terminais funcionando simetricamente em mútua complementação.
O circuito inversor com os dois terminais que funcionam simetri
5/17 camente pode ser qualquer um entre um circuito inversor de meia ponte, um circuito inversor de ponte completa, e um circuito push-pull. Quando o circuito inversor com os dois terminais que funcionam simetricamente é o circuito inversor de meia ponte, o conversor com terminal duplo de integração magnética fornecido na modalidade da presente invenção pode ser ainda denominado um inversor de meia-ponte de integração magnética; similarmente, quando o circuito inversor com os dois terminais que funcionam simetricamente é o circuito inversor de ponte completa ou o circuito push-pull, o conversor com terminal duplo de integração magnética fornecido na modalidade da presente invenção pode ser ainda denominado um inversor de ponte completa de integração magnética ou inversor push-pull de integração magnético, por conseguinte.
Em um exemplo em que o circuito inversor com os dois terminais que funcionam simetricamente é o circuito inversor de meia ponte, o conversor com terminal duplo de integração magnética fornecido na modalidade da presente invenção pode ter a estrutura específica adiante.
Modalidade 1
A figura 2 mostra um conversor de meia ponte de integração magnética na Modalidade 1, onde um circuito inversor de meia ponte em um lado primário inclui capacitores para divisão de tensão Ci e C2 e diodos de comutação de potência Si e S2. Um membro magnético integrado do conversor de meia ponte de integração magnética inclui um núcleo magnético do tipo EE. O núcleo magnético do tipo EE inclui três enrolamentos e dois vãos de ar de armazenamento de energia. Um enrolamento primário Np e um primeiro enrolamento secundário Nsi são enrascados ao redor de uma primeira coluna magnética 1, um segundo enrolamento secundário Ns2 é enrascado ao redor de uma segunda coluna magnética 2, um vão de ar de armazenamento de energia 1 é disposto na segunda coluna magnética 2, e um vão de ar de armazenamento de energia 2 é disposto em uma terceira coluna magnética 3. Dois terminais do enrolamento primário Np são conectados respectivamente a um ponto de conexão A dos braços da ponte dos diodos de comutação de potência S1 e S2 do circuito inversor de meia ponte e um
6/17 ponto de conexão B d capacitares para divisão de tensão Ci e C2 do circuito inversor de meia ponte.
O primeiro enrolamento secundário Ns1, o segundo enrolamento secundário NS2, um capacitor de filtragem de saída Co, e um primeiro retificador síncrono SRi formam um circuito de potência em um lado secundário; o segundo enrolamento secundário Ns2, o capacitar de filtragem de saída Co, e um segundo retificador síncrono SR2 formam outro circuito de potência no lado secundário. Uma ramificação em série do primeiro retificador síncrono SRi e do primeiro enrolamento secundário Nsi é conectada ao segundo retificador síncrono SR2 em paralelo. Uma corrente que flui através do segundo enrolamento secundário Ns2 é uma soma das correntes dos retificadores síncronos SRi e SR2.
Fazendo referência à figura 3 e à figura 4, de acordo com um princípio de funcionamento de uma meia ponte simétrica, os diodos de comutação de potência S1 e S2 no lado primário experimentam as tensões de acionamento Vg1 e Vg2 que têm uma diferença de fase de 180° para formar uma tensão que inverte a onda quadrada Vab nos dois terminais do enrolamento primário Np. As tensões de acionamento dos retificadores síncronos SRi e SR2 no lado secundário são respectivamente Vgs1 e Vgs2, onde Vgsi e Vg2 são complementares entre si, e Vgs2 e Vgi são complementares entre si. Portanto, um processo de funcionamento do circuito pode ser dividido em quatro estágios.
Estágio 1 [to-ti]: O diodo de comutação de potência S1 no lado primário é ligado e S2 é desligado, e o retificador síncrono SRi no lado secundário é ligado e SR2 é desligado. Uma tensão aplicada nos dois terminais do enrolamento primário Np é Vin/2, Φ-ι da primeira coluna magnética 1 onde o enrolamento primário está localizado é aumentada linearmente, e os fluxos magnéticos Φ2 e Φ3 de outras duas colunas magnéticas são aumentados por conseguinte. Uma corrente ísri do primeiro enrolamento secundário Nsi é igual a uma corrente iout do segundo enrolamento secundário Ns2.
Estágio 2 [ti-t2]: Os diodos de comutação de potência S1 e S2 no lado primário são ambos desligados, e os retificadores síncronos SR1 e SR2
7/17 no lado secundário são ambos ligados. Uma corrente ip do enrolamento primário é zero. O primeiro enrolamento secundário Nsi é encurtado por SRi e SR2, de modo que as tensões dos enrolamentos Np e Nsi enroscados ao redor da primeira coluna magnética 1 são zero, o fluxo magnético Φι permanece inalterado, e uma redução no fluxo magnético da segunda coluna magnética 2 é igual a um aumento no fluxo magnético da terceira coluna magnética 3. Os dois retificadores síncronos no lado secundário são ambos ligados, uma parte da corrente ísri que flui através de SRi é transferida a SR2, e uma soma das correntes é igual a iout·
Estágio 3 [t2-ts]: O diodo de comutação de potência S2 no lado primário é ligado e Si é desligado, e o retificador síncrono SR2 no lado secundário é ligado e SRi é desligado. A tensão aplicada nos dois terminais do enrolamento primário Np é -Vin/2, Φ1 da primeira coluna magnética 1 onde o enrolamento primário está localizado é reduzida linearmente, e os fluxos magnéticos Φ2 e Φ3 das outras duas colunas magnéticas são reduzidas por conseguinte. A corrente iout do segundo enrolamento secundário Ns2 flui totalmente através do retificador síncrono SR2.
Estágio 4 [ts-t4]: Os diodos de comutação de potência S1 e S2 no lado primário são ambos desligados, e os retificadores síncronos SR1 e SR2 no lado secundário são ambos ligados. A corrente ip do enrolamento primário é zero. O primeiro enrolamento secundário Ns1 é encurtado por SR1 e SR2, de modo que as tensões dos enrolamentos Np e Nsi enroscados ao redor da primeira coluna magnética 1 são zero, o fluxo magnético Φ1 permanece inalterado, e uma redução no fluxo magnético da segunda coluna magnética 2 é igual a um aumento no fluxo magnético da terceira coluna magnética 3. Os dois retificadores síncronos no lado secundário são ambos ligados, uma parte da corrente ísr2 que flui através de SR2 é transferida a SR1, e uma soma das correntes é igual a iout·
De acordo com a continuidade de um fluxo magnético, uma razão de conversão da tensão de entrada em relação à tensão de saída pode ser derivada:
8/17
Vin Np 2 ’ onde
D se refere a um ciclo de trabalho, que é obtido dividindo um tempo de ligar do diodo de comutação de potência Si por um período de comutação.
Modalidade 2
A figura 5 mostra um conversor de meia ponte de integração magnética da Modalidade 2. A diferença entre o conversor de meia ponte de integração magnética da Modalidade 2 e o conversor de meia ponte de integração magnética da modalidade 1 é que, um núcleo magnético do tipo EE da Modalidade 2 inclui três enrolamentos e um vão de ar de armazenamento de energia. Um enrolamento primário Np e um primeiro enrolamento secundário Nsi são enrascados ao redor de uma primeira coluna magnética 1, um segundo enrolamento secundário NS2 é enrascado ao redor de uma segunda coluna magnética 2, um vão de ar de armazenamento de energia 1 é disposto em uma terceira coluna magnética 3, e o número de voltas do primeiro enrolamento secundário Ns1 é duas vezes o número de voltas do segundo enrolamento secundário Ns2.
Fazendo referência à figura 5, um processo de funcionamento do circuito da Modalidade 2 também pode ser dividido em quatro estágios:
Estágio 1 [to-ti]: O diodo de comutação de potência S1 no lado primário é ligado e S2 é desligado, e o retificador síncrono SRi no lado secundário é ligado e SR2 é desligado. Uma tensão aplicada nos dois terminais do enrolamento primário Np é Vjn/2, Φι da primeira coluna magnética 1 onde o enrolamento primário está localizado é aumentada linearmente, um fluxo magnético Φ2 da segunda coluna magnética 2 é aumentado linearmente, e um fluxo magnético Φ3 da terceira coluna magnética 3 é reduzido linearmente. Uma corrente ísri do primeiro enrolamento secundário Nsi é igual a uma corrente iout do segundo enrolamento secundário Ns2.
Estágio 2 [ti-t2]: Os diodos de comutação de potência S1 e S2 no lado primário são ambos desligados, e os retificadores síncronos SR1 e SR2
9/17 no lado secundário são ambos ligados. A corrente ip do enrolamento primário é zero. O primeiro enrolamento secundário Nsi é encurtado por SRi e SR2, de modo que as tensões dos enrolamentos Np e Nsi enroscados ao redor da primeira coluna magnética 1 são zero, o fluxo magnético Φτ permanece inalterado, e uma redução no fluxo magnético da segunda coluna magnética 2 é igual a um aumento no fluxo magnético da terceira coluna magnética 3. Os dois retificadores síncronos no lado secundário são ambos ligados, a corrente ísri que flui através de SR1 é igual a uma corrente ísr2 que flui através de SR2, e uma soma das duas correntes é igual a ioutEstágio 3 [Ϊ2-Ϊ3]: O diodo de comutação de potência S2 no lado primário é ligado e S1 é desligado, e o retificador síncrono SR2 no lado secundário é ligado e SR1 é desligado. A tensão aplicada nos dois terminais do enrolamento primário Np é -Vin/2, Φ1 da primeira coluna magnética 1 onde o enrolamento primário está localizado é reduzida linearmente, e os fluxos magnéticos Φ2 e Φ3 de outro duas colunas magnéticas são reduzidos linearmente. A corrente iout do segundo enrolamento secundário Ns2 flui totalmente através do retificador síncrono SR2.
Estágio 4 [ts-tzj: Os diodos de comutação de potência S1 e S2 no lado primário são ambos desligados, e os retificadores síncronos SR1 e SR2 no lado secundário são ambos ligados. A corrente ip do enrolamento primário é zero. O primeiro enrolamento secundário Ns1 é encurtado por SR1 e SR2, de modo que as tensões dos enrolamentos Np e Nsi enroscados ao redor da primeira coluna magnética 1 são zero, o fluxo magnético Φ1 permanece inalterado, e uma redução no fluxo magnético da segunda coluna magnética 2 é igual a um aumento no fluxo magnético da terceira coluna magnética 3. Os dois retificadores síncronos no lado secundário são ambos ligados, a corrente ísri que flui através de SR1 é igual a uma corrente ísr2 que flui através de SR2, e uma soma das duas correntes é igual a iout·
De acordo com a continuidade de um fluxo magnético, uma razão de conversão da tensão de entrada em relação à tensão de saída pode ser derivada:
10/17 vm Np 2 ’ onde
D se refere a um ciclo de trabalho, que é obtido dividindo um tempo de ligar d diodo de comutação de potência Si por um período de comutação.
Não há qualquer vão de ar de armazenamento de energia disposto na primeira coluna magnética 1 e na segunda coluna magnética 2, portanto, pode-se considerar que a resistência magnética equivalente das colunas magnéticas é zero. Portanto, uma indutância de filtragem de saída equivalente Lout da Modalidade 2 pode ser representada como:
N 1
L = s2· out p ’ onde
Rm3 é a resistência magnética equivalente da terceira coluna magnética 3.
Modalidade 3
A figura 7 mostra um conversor de meia ponte de integração magnética da Modalidade 3. Com base na modalidade 2, um terceiro enrolamento secundário Ns3 é adicionado em uma terceira coluna magnética 3. Especificamente, um núcleo magnético do tipo EE da Modalidade 3 inclui quatro enrolamentos e um vão de ar de armazenamento de energia. Um enrolamento primário Np e um primeiro enrolamento secundário Nsi são enrascados ao redor de uma primeira coluna magnética 1, um segundo enrolamento secundário Ns2 é enrascado ao redor de uma segunda coluna magnética 2, o terceiro enrolamento NS3 é enrascado ao redor da terceira coluna magnética 3, um vão de ar de armazenamento de energia 1 é definido na terceira coluna magnética 3, e o número de voltas do primeiro enrolamento secundário Nsi é duas vezes o número de voltas do segundo enrolamento secundário NS2.
Nesse caso, o primeiro enrolamento secundário Ns1, o segundo enrolamento secundário NS2, o terceiro enrolamento secundário Ns3) um capacitor de filtragem de saída Co, e um primeiro retificador síncrono SRi for
11/17 mam um circuito de potência no lado secundário; o segundo enrolamento secundário Ns2, o terceiro enrolamento secundário NS3, o capacitor de filtragem de saída Co, e um segundo retificador síncrono SR2 formam outro circuito de potência no lado secundário. Uma ramificação em série do primeiro retificador síncrono SRi e do primeiro enrolamento secundário Nsi é conectada ao segundo retificador síncrono SR2 em paralelo. O segundo enrolamento secundário Ns2 e o terceiro enrolamento secundário NS3 são conectados em paralelo, de modo a aumentar uma indutância de filtragem de saída. Uma corrente que flui através do segundo enrolamento secundário Ns2 e do terceiro enrolamento secundário NS3 é uma soma das correntes dos retificadores síncronos SRi e SR2.
Em comparação com a modalidade 2, na Modalidade 3, o terceiro enrolamento secundário NS3 é adicionado na terceira coluna magnética 3, de modo a aumentar a indutância de filtragem de saída do circuito sem influenciar o modo de funcionamento do circuito. Portanto, para o tempo de funcionamento do circuito do retificador síncrono e do circuito de saída, é possível citar a figura 6. Nesse caso, uma indutância de filtragem de saída equivalente Lout da modalidade 3 pode ser representada como:
T Ans2 + ns3)2 ^m3 onde
Rm3 é a resistência magnética equivalente da terceira coluna magnética 3.
Modalidade 4
A figura 12 mostra um conversor de meia ponte de integração magnética da modalidade 4. A diferença entre o conversor de meia ponte de integração magnética da modalidade 4 e o conversor de meia ponte de integração magnética da modalidade 1 é que, um núcleo magnético do tipo EE da modalidade 4 inclui três enrolamentos e um vão de ar de armazenamento de energia. Um enrolamento primário Np e um primeiro enrolamento secundário Nsi são enrascados ao redor de uma primeira coluna magnética 1, um segundo enrolamento secundário Ns2 é enrascado ao redor de uma terceira coluna magnética 3, um vão de ar de armazenamento de energia 1 é dispôs
12/17 to na terceira coluna magnética 3, o número de voltas do primeiro enrolamento secundário Ns1 é duas vezes o número de voltas do segundo enrolamento secundário Ns2, e o primeiro enrolamento secundário Nsi é extraído do segundo enrolamento secundário NS2Um processo de funcionamento do circuito da modalidade 4 é idêntico ao da modalidade 2.
Em suma, no exemplo em que o circuito inversor com os dois terminais que funcionam simetricamente é o circuito inversor de meia ponte, no conversor com terminal duplo de integração magnética fornecido na modalidade da presente invenção, o enrolamento primário e o primeiro enrolamento secundário são enroscados ao redor da mesma coluna magnética, e um retificador síncrono substitui um diodo do retificador na técnica anterior, reduzindo assim uma perda de ligar de um dispositivo de comutação, e fixando a tensão do primeiro enrolamento secundário Nsi a 0 nos estágios 2 e 4, de modo a desempenhar um papel na fixação da queda de tensão em zero do enrolamento secundário. Deste modo, pelo menos os enrolamentos primários podem ser adotados para implantar a transferência de energia do lado primário para o lado secundário, reduzindo assim uma perda dos enrolamentos e uma indutância de dispersão do lado primário e do lado secundário, e implantar a conversão de energia de alta eficiência.
É possível compreender que, de acordo com as diferentes estruturas de topologia de inversores de circuito, o circuito inversor com os dois terminais que funcionam simetricamente também pode ser o circuito inversor de ponte completa e o circuito push-pull, por exemplo, um inversor de ponte completa de integração magnética na figura 8 e um conversor push-pull de integração magnética na figura 9.
No inversor de ponte completa de integração magnética na figura 8, salvo por uma estrutura de topologia do circuito inversor no lado primário que é diferente daquela do conversor de meia ponte de integração magnética na figura 2, figura 5, ou figura 7, os enrolamentos no lado primário e no lado secundário são iguais aos do conversor de meia ponte de integração magnética na figura 2, figura 5, ou figura 7. O conversor push-pull de inte
13/17 gração magnética na figura 9 tem dois enrolamentos primários, que são respectivamente Npi e NP2, ou seja, tem um enrolamento primário a mais que a ponte completa e meia-ponte, mas os enrolamentos primários Npi e Np2 são enrascados ao redor da mesma coluna magnética, e ao mesmo tempo, a estrutura do enrolamento no lado secundário é igual à do inversor de meiaponte de integração magnética. Portanto, o tempo de funcionamento e os fluxos magnéticos internos Φ-ι, Φ2, e Φ3 de formação dos núcleos magnéticos do inversor de ponte completa de integração magnética na figura 8 e do conversor push-pull de integração magnética na figura 9 são respectivamente iguais aos do conversor de meia ponte de integração magnética da presente invenção.
Quando o enrolamento primário Np e o primeiro enrolamento secundário Nsi são enrascados ao redor da primeira coluna magnética 1, e o segundo enrolamento secundário Ns2 é enrascado ao redor da segunda coluna magnética 2, em referência à figura 10, se cada um dos enrolamentos secundários Ns1 e Ns2 tiver uma volta, uma região sombreada na figura 10 representa uma folha de cobre de um ciclo de potência do enrolamento secundário com a forma de E com uma abertura para cima e que inclui três partes, onde duas partes da folha de cobre passam através de uma janela do núcleo magnético e são respectivamente os enrolamentos Nsi e Ns2, a terceira parte é conectada ao retificador secundário SR2 fora do núcleo magnético e é uma parte traço. O enrolamento primário Np é enrascado ao redor da primeira coluna magnética 1. Uma parte do enrolamento primário Np está na mesma janela do enrolamento que Ns1; e uma parte do enrolamento primário Np está exposta fora da janela do núcleo magnético, de modo a garantir uma relação de acoplamento satisfatória entre a parte do enrolamento primário Np e o traço. Deste modo, a comutação de energia de alta eficiência do enrolamento primário Np para os enrolamentos secundários Nsi e Ns2 pode ser implantada, e uma função efetiva de fixação de queda de tensão de zero de SR1 e SR2 nos enrolamentos secundários pode ser assegurada.
O vão de ar de armazenamento de energia do núcleo magnético
14/17 em forma de E é disposto na segunda coluna magnética 2 e na terceira coluna magnética 3 ou é disposto somente na terceira coluna magnética 3, e, portanto, para mais eficazmente controlar a distribuição do campo magnético fora do membro magnético integrado, no conversor com terminal duplo de integração magnética fornecido na modalidade da presente invenção, o enrolamento primário Np e o primeiro enrolamento secundário Nsi também podem ser enroscados ao redor da segunda coluna magnética 2 e da terceira coluna magnética 3 ao mesmo tempo, e as demais estruturas permanecem inalteradas.
Quando o enrolamento primário Np e o primeiro enrolamento secundário Nsi são enroscados ao redor da segunda coluna magnética 2 e da terceira coluna magnética 3 ao mesmo tempo, e o segundo enrolamento secundário NS2 θ enroscado ao redor da segunda coluna magnética 2, fazendo referência à figura 11, se cada um dos enrolamentos secundários Nsi e Ns2 tiver uma volta, uma região sombreada na figura 11 representa uma folha de cobre de um ciclo de potência do enrolamento secundário em forma de E com uma abertura para cima e que inclui três partes, onde duas partes da folha de cobre passam através de uma janela do núcleo magnético e são respectivamente os enrolamentos Nsi e Ns2, a terceira parte é conectada ao retificador secundário SR2 fora do núcleo magnético e é uma parte traço. O enrolamento primário Np é enroscado ao redor da segunda coluna magnética 2 e a terceira coluna magnética 3. Uma parte do enrolamento primário Np está na mesma janela do enrolamento que Ns1; e uma parte do enrolamento primário Np está exposta fora da janela do núcleo magnético, de modo a garantir uma relação de acoplamento satisfatória entre a parte do enrolamento primário Np e o traço. A diferença entre a figura 11 e a figura 10 é que, a parte traço acompanha 0 lado externo do enrolamento primário Np que enroscada ao redor da segunda coluna magnética 2, de modo a garantir a manutenção de um acoplamento satisfatório com a parte primária.
Com base na descrição acima, uma modalidade da presente invenção fornece outro conversor com terminal duplo de integração magnética que inclui:
15/17 um circuito inversor com dois terminais que funcionam simetricamente, atuando sobre um enrolamento primário;
um membro magnético integrado que tem um núcleo magnético com três colunas magnéticas, que inclui pelo menos três enrolamentos e pelo menos um vão de ar de armazenamento de energia, onde ambos enrolamento primário e primeiro enrolamento secundário são enrascados ao redor de uma segunda coluna magnética e de uma terceira coluna magnética, um segundo enrolamento secundário é enrascado ao redor da segunda coluna magnética, e uma corrente de saída total flui através do segundo enrolamento secundário; e um grupo de retificadores síncronos, cujos sinais de acionamento do eletrodo do portão e sinais de acionamento do eletrodo do portão de um grupo de potência comutam os diodos do circuito inversor que tem os dois terminais funcionando simetricamente em mútua complementação.
Em uma modalidade, o membro magnético integrado que tem o núcleo magnético com as três colunas magnéticas inclui três enrolamentos e dois vãos de ar de armazenamento de energia, onde o enrolamento primário e o primeiro enrolamento secundário são ambos enrascados ao redor da segunda coluna magnética e da terceira coluna magnética, o segundo enrolamento secundário é enrascado ao redor da segunda coluna magnética, a corrente de saída total flui através do segundo enrolamento secundário, e os vãos de ar de armazenamento de energia são respectivamente dispostos na segunda coluna magnética e na terceira coluna magnética. Nesta modalidade, o número de voltas do primeiro enrolamento secundário e o número de voltas do segundo enrolamento secundário não é limitado e podem ser iguais ou diferentes.
Em outra modalidade, o membro magnético integrado que tem o núcleo magnético com as três colunas magnéticas inclui três enrolamentos e um vão de ar de armazenamento de energia, onde o enrolamento primário e o primeiro enrolamento secundário são ambos enrascados ao redor da segunda coluna magnética e da terceira coluna magnética, o segundo enrolamento secundário é enrascado ao redor da segunda coluna magnética, a
16/17 corrente de saída total flui através do segundo enrolamento secundário, e o vão de ar de armazenamento de energia é disposto somente na terceira coluna magnética. Nesta modalidade, é requerido que o número de voltas do primeiro enrolamento secundário seja duas vezes o número de voltas do segundo enrolamento secundário.
Em mais uma modalidade, o membro magnético integrado que tem o núcleo magnético com as três colunas magnéticas inclui quatro enrolamentos e um vão de ar de armazenamento de energia, onde o enrolamento primário e o primeiro enrolamento secundário são ambos enroscados ao redor da segunda coluna magnética e da terceira coluna magnética, o segundo enrolamento secundário é enroscado ao redor da segunda coluna magnética, o terceiro enrolamento secundário é enroscado ao redor da terceira coluna magnética, o terceiro enrolamento secundário é conectado ao segundo enrolamento secundário em série, a corrente de saída total flui através do terceiro enrolamento secundário e o segundo enrolamento secundário, e o vão de ar de armazenamento de energia é disposto somente na terceira coluna magnética. Nesta modalidade, é requerido que o número de voltas do primeiro enrolamento secundário é também seja duas vezes o número de voltas do segundo enrolamento secundário.
É possível perceber ainda, o circuito inversor com os dois terminais que funcionam simetricamente incluído no conversor com terminal duplo de integração magnética pode ser qualquer um entre o circuito inversor de meia ponte, o circuito inversor de ponte completa, e o circuito push-pull, e pode geral um sinal de tensão de onda quadrada que atua sobre o enrolamento primário.
Vale ressaltar que, independente de o enrolamento primário e o primeiro enrolamento secundário serem ambos enroscados ao redor da primeira coluna magnética sem o vão de ar de armazenamento de energia ou de serem ambos enroscados ao redor da segunda coluna magnética e da terceira coluna magnética com pelo menos um vão de ar de armazenamento de energia disposto, quando o primeiro enrolamento secundário e/ou o segundo enrolamento secundário tem uma volta, o comprimento do enrolamen
17/17 to é reduzido, de modo que a condição efetiva é satisfeita, e ao mesmo tempo, a perda do enrolamento pode ser reduzida.
Para finalizar, vale ressaltar que o conversor com terminal duplo de integração magnética fornecido na modalidade da presente invenção po5 de ser aplicável a um módulo de potência secundária de corrente diretacorrente direta (DC-DC) como um dispositivo de comunicação.
As modalidades descritas não têm o objetivo de limitar a presente invenção. Para os indivíduos versados na técnica, qualquer modificação, substituição equivalente, e aperfeiçoamento praticado sem desviar do princí10 pio da presente invenção deverá estar inserido no escopo de proteção da presente invenção.

Claims (9)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Conversor com terminal duplo de integração magnética caracterizado pelo fato de que compreende:
    um circuito inversor com dois terminais que funcionam simetricamente, atuando sobre um enrolamento primário (Np);
    um membro magnético integrado que tem um núcleo magnético com três colunas magnéticas, que compreende pelo menos três enrolamentos (Np, Nsi, Ns2) e um vão de ar de armazenamento de energia, em que ambos enrolamento primário (Np) e primeiro enrolamento secundário (Nsi) são enroscados ao redor de uma primeira coluna magnética (1), um segundo enrolamento secundário (NS2) é enroscado ao redor de uma segunda coluna magnética (2), e uma corrente de saída total flui através do segundo enrolamento secundário (NS2), em que o vão de ar de armazenamento de energia está disposto somente em uma terceira coluna magnética (3), e o número de voltas do primeiro enrolamento secundário (NS1) é duas vezes o número de voltas do segundo enrolamento secundário (NS2); e um grupo de retificadores síncronos (SR1, SR2), cujos sinais de acionamento do eletrodo do portão e sinais de acionamento do eletrodo do portão de um grupo de potência comutam os diodos do circuito inversor que tem os dois terminais funcionando simetricamente em mútua complementação.
  2. 2. Conversor com terminal duplo de integração magnética, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um terceiro enrolamento secundário (NS3) é adicionado na terceira coluna magnética (3), o terceiro enrolamento secundário (NS3) é conectado ao segundo enrolamento secundário (NS2) em série, e a corrente de saída total flui através do terceiro enrolamento secundário (NS3) e do segundo enrolamento secundário (NS2).
  3. 3. Conversor com terminal duplo de integração magnética, de acordo a reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o circuito inversor com os dois terminais que funcionam simetricamente é qualquer um entre um circuito inversor de meia ponte, um circuito inversor de ponte com-
    Petição 870190069737, de 23/07/2019, pág. 4/10
    2/4 pleta, e um circuito push-pull.
  4. 4. Conversor com terminal duplo de integração magnética caracterizado pelo fato de que compreende:
    um circuito inversor com dois terminais que funcionam simetricamente, atuando sobre um enrolamento primário (NP);
    um membro magnético integrado que tem um núcleo magnético com três colunas magnéticas, que compreende pelo menos três enrolamentos (Np, Nsi, Ns2) e um vão de ar de armazenamento de energia, em que ambos enrolamento primário (Np) e primeiro enrolamento secundário (Nsi) são enroscados ao redor de uma primeira coluna magnética (1), um segundo enrolamento secundário (NS2) é enroscado ao redor de uma segunda coluna magnética (2), e uma corrente de saída total flui através do segundo enrolamento secundário (NS2), em que o vão de ar de armazenamento de energia está disposto somente em uma segunda coluna magnética (2), e o número de voltas do primeiro enrolamento secundário (Nsi) é duas vezes o número de voltas do segundo enrolamento secundário (Ns2); e um grupo de retificadores síncronos (SR1, SR2), cujos sinais de acionamento do eletrodo do portão e sinais de acionamento do eletrodo do portão de um grupo de potência comutam os diodos do circuito inversor que tem os dois terminais funcionando simetricamente em mútua complementação.
  5. 5. Conversor com terminal duplo de integração magnética, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que um terceiro enrolamento secundário (Ns3) é adicionado na segunda coluna magnética (2), o terceiro enrolamento secundário (Ns3) é conectado ao segundo enrolamento secundário (Ns2) em série, e a corrente de saída total flui através do terceiro enrolamento secundário (Ns3) e do segundo enrolamento secundário (NS2).
  6. 6. Conversor com terminal duplo de integração magnética, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o circuito inversor com os dois terminais que funcionam simetricamente é qualquer um entre um circuito inversor de meia ponte, um circuito inversor de ponte
    Petição 870190069737, de 23/07/2019, pág. 5/10
    3/4 completa, e um circuito push-pull.
  7. 7. Conversor com terminal duplo de integração magnética caracterizado pelo fato de que compreende:
    um circuito inversor com dois terminais que funcionam simetricamente, atuando sobre um enrolamento primário (Np);
    um membro magnético integrado que tem um núcleo magnético com três colunas magnéticas, que compreende pelo menos três enrolamentos (Np, Nsi, Ns2) e um vão de ar de armazenamento de energia, em que ambos enrolamento primário (Np) e primeiro enrolamento secundário (Nsi) são enroscados ao redor de uma segunda coluna magnética (2) e uma terceira coluna magnética (3), um segundo enrolamento secundário (NS2) é enroscado ao redor da segunda coluna magnética (2), e uma corrente de saída total flui através do segundo enrolamento secundário (NS2), em que o vão de ar de armazenamento de energia está disposto somente em uma terceira coluna magnética (3), e o número de voltas do primeiro enrolamento secundário (NS1) é duas vezes o número de voltas do segundo enrolamento secundário (NS2); e um grupo de retificadores síncronos (SR1, SR2), cujos sinais de acionamento do eletrodo do portão e sinais de acionamento do eletrodo do portão de um grupo de potência comutam os diodos do circuito inversor que tem os dois terminais funcionando simetricamente em mútua complementação.
  8. 8. Conversor com terminal duplo de integração magnética, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que um terceiro enrolamento secundário (NS3) é adicionado na terceira coluna magnética (3), o terceiro enrolamento secundário (NS3) é conectado ao segundo enrolamento secundário (NS2) em série, e a corrente de saída total flui através do terceiro enrolamento secundário (NS3) e do segundo enrolamento secundário (NS2).
  9. 9. Conversor com terminal duplo de integração magnética, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o circuito inversor com os dois terminais que funcionam simetricamente é qualquer
    Petição 870190069737, de 23/07/2019, pág. 6/10
    4/4 um entre um circuito inversor de meia ponte, um circuito inversor de ponte completa, e um circuito push-pull.
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