CN101860235B - 磁集成变换电路系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了磁集成变换电路系统，应用于供电技术领域。本发明实施例的磁集成电路系统中包括：主源电压获得单元和至少一个辅助源电压获得单元；其中主源电压获得单元包括具有至少三个磁柱的集成磁件、原边绕组、至少两个主副边绕组及主源电压稳压输出电路；辅助源电压获得单元包括次副边绕组和辅助源电压输出电路；原边绕组的两端与输入电源连接，至少两个主副边绕组分别绕于所述集成磁件中的至少两个磁柱上，并与主源电压稳压输出电路连接；次副边绕组绕于集成磁件中具有储能气隙的磁柱上，且与辅助源电压输出电路连接。减少了电源的辅助电路的空间体积，从而实现高功率电源的简洁化。

Description

磁集成变换电路系统

技术领域

本发明涉及供电技术领域，特别涉及磁集成变换电路系统。

背景技术

随着对功率密度要求的提高，开关电源在为负载供电时，在实现功率转换性能的高效率的同时，在体积上要求更加的紧凑和小型化，这就需要对功率器件如半导体开关器件和磁性元件进行结构上的优化设计，并对辅助源电路、控制电路等实现空间应用的最小化。

磁集成技术可以有效地减小磁性元件的体积和重量，成为开关电源高功率密度发展趋势的重要途径。采用磁集成技术，开关电源中的变压器和电感可以由一个磁性元件完成，电源体积得到减小，例如：

参见图1，为一种磁集成半桥倍流整流电路系统，包括主源电压获得单元和辅助源电压获得单元。主源电压获得单元包括一个具有3个磁柱的EE型集成磁件，集成磁件的左右两个磁柱都绕有原边绕组和主副边绕组，且分别具有储能气隙g₁和g₂。其中，图中磁件左侧的磁柱以所隙g₁为分界线上下两部分分别绕有副边绕组N_s1和原边绕组N_p1；图中磁件右侧的磁柱以所隙g₂为分界线上下两部分分别绕有副边绕组N_s2和原边绕组N_p2。原边绕组N_p1和N_p2串联连接后的两端与U_dc通过半桥变换器形成的输入电源U_AB连接。

副边绕组N_s1和N_s2分别与整流二极管D₁和D₂，及滤波电容C_o连接，最后得到主源电压U_o。

辅助源电压获得单元连接于主源电压获得单元中主副边绕组的两端，并通过整流二极管D_a1和D_a2对主副边绕组N_s1和N_s2进行整流，再通过滤波电容C_a进行滤波得到辅助源电压U_a。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在如下缺点：

由于原边输入的电压并不稳定，会在一定范围内波动，因此，如果辅助源电压获得单元中想要输出稳定的电压，还增加额外的稳压电路(图中没有画出)，这些稳压电路要占用一定的空间，使得电源的辅助电路体积较大。

发明内容

本发明实施例提供磁集成变换电路系统，能减小电源的辅助电路的空间体积，从而实现高功率电源的简洁化。

其中，本发明实施例提供了一种磁集成变换电路系统，包括：主源电压获得单元和至少一个辅助源电压获得单元；

所述主源电压获得单元包括具有至少三个磁柱的集成磁件、原边绕组、至少两个主副边绕组及主源电压稳压输出电路；

所述辅助源电压获得单元包括次副边绕组和辅助源电压输出电路；

所述原边绕组的两端与输入电源连接，所述至少两个主副边绕组分别绕于所述集成磁件中至少两个磁柱上，所述主副边绕组的两端与所述主源电压稳压输出电路连接；

所述次副边绕组绕于所述集成磁件中具有储能气隙的磁柱上，所述次副边绕组的两端与所述辅助源电压输出电路连接。

本发明实施例还提供了一种磁集成变换电路系统，包括：主源电压获得单元和至少一个辅助源电压获得单元；

所述主源电源获得单元包括具有至少三个磁柱的集成磁件、原边绕组、至少两个主副边绕组及主源电压稳压输出电路；

所述辅助源电压获得单元包括次副边绕组和辅助源电压输出电路；

所述原边绕组的两端与输入电源连接，所述至少两个主副边绕组分别绕于所述集成磁件中至少两个磁柱上，所述主副边绕组的两端与所述主源电压稳压输出电路连接；

所述次副边绕组绕于所述集成磁件中具有储能气隙的磁柱上，且所述次副边绕组的一端与主源电压稳压输出电路的一个稳压电压输出端连接，所述次副边绕组的另一端与所述辅助源电压输出电路串联连接到所述主源电压输出电路的另一稳压电压输出端。

本发明实施例的磁集成电路系统中，次级副边绕组与其中一个主副边绕组绕于同一磁柱上，通过辅助源电压输出电路输出的辅助源电压与主源电压成一定的匝比关系；又由于主源电压获得单元可以通过稳压输出电路输出稳定的电压，因此只要主源电压输出稳定，辅助源电压的输出也将稳定；从而不需要再设计稳压电路对辅助源电压获得单元获得的电压进行稳压，减少了电源的辅助电路的空间体积，实现了高功率电源的简洁化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是磁集成半桥倍流整流电路系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的磁集成变换电路系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种磁集成变换电路系统的结构示意图；

图4是本发明实施例二提供的磁集成变换电路系统的结构示意图；

图5是本发明实施例三提供的磁集成变换电路系统的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种磁集成变换电路系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

系统实施例一

一种磁集成变换电路系统，结构示意图如图2所示，包括：主源电压获得单元10和至少一个(本实施例中以一个为例)辅助源电压获得单元11，其中：

主源电压获得单元10包括具有至少三个磁柱(本发明实施例以三个磁柱a、b和c为例)的集成磁件、原边绕组N_p(包括图中N_p1、N_p2)、至少两个(本发明实施例以两个为例)主副边绕组N_s1和N_s2及主源电压稳压输出电路100；

辅助源电压获得单元11包括次副边绕组N_a和辅助源电压输出电路110；

原边绕组N_p的两端A和B与输入电源连接，具体地，原边绕组N_p的两端A和B可以与半桥变换器、全桥变换器或推挽变换器等的交流电源输出端连接。

至少两个主副边绕组N_s1和N_s2分别绕于集成磁件中至少两个磁柱a和b上，且主副边绕组N_s1和N_s2的两端与主源电压稳压输出电路100连接，由主源电压稳压输出电路100输出主源电压；需要说明的是，如果集成磁件中包括多于三个的磁柱，可以将主副边绕组绕于这些磁柱中的至少两个上面(例如有4个磁柱，则可以绕于其中的2个，或3个磁柱)。

次副边绕组N_a绕于集成磁件中具有储能气隙的磁柱a或b上，次副边绕组N_a的两端与辅助源电压输出电路110连接，由辅助源电压输出电路110输出辅助源电压。需要说明的是，本发明实施例也可以包括两个次副边绕组，分别绕于磁柱a和磁柱b上。

具体地，如图2所示，原边绕组N_p可以包括两个原边子绕组N_p1和N_p2，分别绕于磁柱a和b上；在绕有原边子绕组N_p1和主副边绕组N_s1的磁柱a有储能气隙g₁，在绕有原边子绕组N_p2和主副边绕组N_s2的磁柱b也有储能气隙g₂；且次副边绕组N_a绕于磁柱a上，与其中一个主副边绕组绕于相同磁柱。

原边绕组N_p也可以包括一个绕组，绕于集成磁件的中磁柱a，或者磁柱c上；此外，除绕有次副边绕组的磁柱需要开气隙外，其余磁柱可以根据系统参数决定是否开气隙。

原边绕组在磁芯内部产生磁通Φ₃，由主副边绕组N_s1接收磁通Φ₁，由主副边绕组N_s2接收磁通Φ₂，而Φ₃＝Φ₁+Φ₂，通过主副边绕组N_s1和N_s2的结合能接收原边绕组产生的全部磁通；对于其中一个主副边绕组N_s1或N_s2只接收到原边绕组产生的部分磁通；而次副边绕组N_a绕于其中一个主副边绕组绕于相同的磁柱，也能接收原边绕组产生的部分磁通Φ₂。

这里需要说明的是，为了表述方便，上面用一个理论公式来进行说明，可以理解的是，实际使用过程中，由于各种原因(如气隙的存在)，会造成原边产生的磁通不能全部被副边吸收，本领域技术人员可以根据这种情况并结合实际应用来进行系统设计。

在本实施例中电路系统中，假设主副边绕组N_s1和N_s2的匝数都为N_s时，根据绕组所在磁柱磁通的连续性，可得出辅助源电压输出电路110输出的辅助源电压U_a和主源电压稳压输出电路100输出的主源电压U_o的关系为

可见，辅助源电压与主源电压呈匝比关系，这样只要主源电压稳压输出，不需要将获得的辅助源电压进行稳压处理，即可得到稳定的辅助源电压输出。

本发明实施例的磁集成电路系统中，次副边绕组与其中一个主副边绕组绕于同一磁柱上，通过辅助源电压输出电路输出的辅助源电压与主源电压成一定的匝比关系；又由于主源电压获得单元可以通过稳压输出电路输出稳定的电压，因此只要主源电压输出稳定，辅助源电压的输出也将稳定；从而不需要再设计稳压电路对辅助源电压获得单元获得的电压进行稳压，减少了电源的辅助电路的空间体积，实现了高功率电源的简洁化。

在一个具体的实施例中，系统可以通过至少两个主副边绕组的变压，得到原边绕组的全部磁通，并通过一定的整流电路，获得稳定的主源电压输出，参见图3所示，主源电压稳压输出电路100可以包括整流电路，即：第一整流二极管D₁、第二整流二极管D₂和第一滤波电容C_o，电容C_o的电压U_o即为稳定的主源电压；其中：

第一整流二极管D₁和第二整流二极管D₂分别与第一滤波电容C_o串联连接于两个主副边绕组N_s1和N_s2的两端。

而系统通过次副边绕组N_a的变压，接收原边绕组的部分磁通，并获得辅助源电压输出，如图3所示，辅助源电压输出电路110可以包括整流电路，即：第三整流二极管D_a和第二滤波电容C_a；第三整流二极管D_a和第二滤波电容C_a串联连接于次副边绕组N_a的两端连接。

可以理解，上述主源电压稳压输出电路100和辅助源电压输出电路110的实现比较简单，还可以通过其他的方式来实现，其具体实现结构并不能构成对本发明的限制。

系统实施例二

一种磁集成变换电路系统，本实施例中电路系统中包括两个辅助源电压获得单元，结构示意图如图4所示，包括：主源电压获得单元和两个辅助源电压获得单元，其中：

主源电压获得单元中包括具有三个磁柱的集成磁件、两个原边子绕组N_p1和N_p2连接而成的原边绕组N_p、两个主副边绕组N_s1和N_s2及主源电压稳压输出电路；其中主源电压稳压输出电路通过如下结构实现：

将第一整流二极管D₁和主副边绕组N_s1串联构成回路1，且第二整流二极管D₂和主副边绕组N_s2串联构成回路2，回路1和回路2并联至滤波电容C_o两端，得到稳定电压U_o。原边绕组在磁芯内部产生磁通Φ₃，由主副边绕组N_s1接收磁通Φ₁，由主副边绕组N_s2接收磁通Φ₂，而Φ₃＝Φ₁+Φ₂，这样通过主副边绕组N_s1和N_s2的结合能接收原边绕组产生的全部磁通。

辅助电压获得单元包括两个次副边绕组N_a1和N_a2，和辅助源电压输出电路；其中辅助源电压输出电路通过如下结构实现：

将整流二极管D_a1与次副边绕组N_a1串联整流，经过滤波电容C_a1获得第一辅助源U_a1，且整流二极管D_a2与次副边绕组N_a2串联整流，经过滤波电容C_a2获得第一辅助源U_a2；

原边绕组的两端与交流电源连接，两个主副边绕组N_s1和N_s2分别绕于具有储能气隙g₁和g₂的两个不同磁柱上，且两个主副边绕组N_s1和N_s2的两端与主源电压稳压输出电路连接；这样主副边绕组N_s1和N_s2结合起来能接收原边绕组的全部磁通；

两个次副边绕组N_a1和N_a2分别与两个主副边绕组N_s1和N_s2绕于相同磁柱，且次副边绕组N_a1和N_a2的两端与辅助源电压输出电路连接；这样次副边绕组N_a1和N_a2分别接收原边绕组的部分磁通。

可以理解，在绕有原边子绕组N_p1，和主副边绕组N_s1及次副边绕组N_a1的磁柱中有储能气隙g₁；在绕有原边子绕组N_p2，和主副边绕组N_s2及次副边绕组N_a2的磁柱中也有储能气隙g₂。原边绕组产生的磁通全部由主副边绕组N_s1和N_s2接收；次副边绕组接收部分原边绕组产生的磁通，这样使得在绕有主副边绕组的同一磁柱上都绕有次副边绕组，并通过辅助源电压输出电路输出与主源电压呈匝比关系的辅助源电压，在主源电压通过稳压电路稳定后，不需要增加对辅助源电压的稳定处理，即可得到稳定的辅助源电压，减小了电源的辅助电路的空间体积，从而实现高功率电源的简洁化；

另外，同一个电路系统中可以获得多个辅助源电压输出，使得变换电路系统得到扩展。

系统实施例三

一种磁集成变换电路系统，结构示意图如图5所示，包括：主源电压获得单元20和至少一个(本实施例中以一个为例)辅助源电压获得单元21，其中：

主源电压获得单元20包括具有至少三个(本实施例中以三个磁柱A、B和C为例)磁柱的集成磁件、原边绕组N_p(包括N_p1和N_p2)、两个以上(本实施例中以两个为例)主副边绕组N_s1和N_s2及主源电压稳压输出电路200；辅助源电压获得单元21包括次副边绕组N_a和辅助源电压输出电路210；

原边绕组N_p(包括N_p1、N_p2)的两端E和F与输入电源连接，至少两个以上主副边绕组N_s1和N_s2分别绕于集成磁件中至少两个具有储能气隙g₁和g₂的磁柱A和B上，且主副边绕组N_s1和N_s2的两端与主源电压稳压输出电路200连接；

可以理解，原边绕组N_p的两端E和F可以与半桥变换器、或全桥变换器或推挽变换器等的交流电源输出端连接。

次副边绕组N_a绕于集成磁件中具有储能气隙的磁柱A或B上，且次副边绕组N_a的一端与主源电压稳压输出电路200的一个稳压电压输出端c连接，次副边绕组N_a的另一端与辅助源电压输出电路210串联连接到主源电压输出电路200的另一稳压电压输出端d。

具体地，如图5所示，原边绕组N_p可以包括两个原边子绕组N_p1和N_p2，分别绕于磁柱A和B上；在绕有原边子绕组N_p1和主副边绕组N_s1的磁柱A之间有储能气隙g₁，在绕有原边子绕组N_p2和主副边绕组N_s2的磁柱B之间也有储能气隙g₂；且至少一个次副边绕组N_a绕于磁柱A和/或B上，与其中一个主副边绕组绕于相同磁柱。

原边绕组N_p也可以包括一个绕组，绕于集成磁件的中磁柱A，或者磁柱C上；此外，除绕有次副边绕组的磁柱需要开气隙外，其余磁柱可以根据系统参数决定是否开气隙。

原边绕组在磁芯内部产生磁通Φ₃，由主副边绕组N_s1接收磁通Φ₁，由主副边绕组N_s2接收磁通Φ₂，而Φ₃＝Φ₁+Φ₂，这样通过主副边绕组N_s1和N_s2的结合能接收原边绕组产生的全部磁通，而对于其中一个主副边绕组N_s1或N_s2只接收到原边绕组产生的部分磁通；而次副边绕组N_a于其中一个主副边绕组绕于相同的磁柱，也能接收原边绕组产生的部分磁通。

在本实施例中电路系统中，假设主副边绕组N_s1和N_s2的匝数都为N_s时，根据绕组所在磁柱磁通的连续性，可得出辅助源电压输出电路210输出的辅助源电压U_a和主源电压稳压输出电路200输出的主源电压U_o的关系为

可见，辅助源电压U_a是在主源电压U_o的基础上叠加，这样只要主源电压稳压输出，不需要将获得的辅助源电压进行稳压处理，即可得到稳定的辅助源电压输出；且与本发明实施例一和二相比，在得到相同辅助源电压的情况下，能减少次副边绕组N_a所需的匝数。

本发明实施例的磁集成电路系统中，次副边绕组与其中一个主副边绕组绕于同一磁柱上，辅助源电压输出电路输出的辅助源电压与主源电压成一定的匝比关系；又由于主源电压获得单元可以通过主源稳压输出电路输出稳定的电压，因此只要主源电压输出稳定，辅助源电压的输出也将稳定；从而不需要再设计稳压电路对辅助源电压获得单元获得的电压进行稳压，减少了电源的辅助电路的空间体积，实现了高功率电源的简洁化。

同时，由于本实施例中的辅助源电压是在主源电压的基础上叠加，能减少次副边绕组Na所需的匝数。

在一个具体的实施例中，系统可以通过至少两个主副边绕组的变压，得到原边绕组的全部磁通，并通过一定的整流滤波电路，获得稳定的主源电压输出，参见图6所示，主源电压稳压输出电路200可以包括整流电路，即：第一整流二极管D₁、第二整流二极管D₂和第一滤波电容C_o，电容C_o的电压U_o即为稳定的主源电压；其中：

第一整流二极管D₁和第二整流二极端D₂分别与第一滤波电容C_o串联连接于两个主副边绕组的两端。

而系统通过次副边绕组N_a的变压，接收原边绕组的部分磁通，并获得辅助源电压输出，如图6所示，辅助源电压输出电路210可以包括整流电路，即：第三整流二极管D_a和第二滤波电容C_a；第三整流二极管D_a和第二滤波电容C_a串联连接于次副边绕组N_a的一端及主源电压稳压输出电路210的一个稳压电压输出端(图中为U_o负极)之间；N_a的另一端与主源电压输出另一端相连(图中为U_o正极)。

可以理解，上述主源电压稳压输出电路200和辅助源电压输出电路210的实现比较简单，还可以通过其他的方式来实现，其具体实现结构并不能构成对本发明的限制。

需要说明的是，如果在主源电压获得单元的集成磁件中包括大于三个如N个磁柱时，该电路系统中的主副边绕组可以包括N-1个，分别绕于集成磁件中N-1个磁柱上；且可以包括N-1个辅助电压获得单元。具体连接方法可以参考上述实施例，在此不再赘述。

本发明实施例的磁集成电路系统中，次副边绕组与其中一个主副边绕组绕于同一磁柱上，通过辅助源电压输出电路输出的辅助源电压与主源电压成一定的匝比关系；又由于主源电压获得单元可以通过稳压输出电路输出稳定的电压，因此只要主源电压输出稳定，辅助源电压的输出也将稳定；从而不需要再设计稳压电路对辅助源电压获得单元获得的电压进行稳压，减少了电源的辅助电路的空间体积，实现了高功率电源的简洁化。

以上对本发明实施例所提供的磁集成变换电路系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例说明只是用于帮助理解本发明的系统及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种磁集成变换电路系统，其特征在于，包括：主源电压获得单元和至少一个辅助源电压获得单元；

所述主源电压获得单元包括具有至少三个磁柱a、b和c的集成磁件、原边绕组、至少两个主副边绕组及主源电压稳压输出电路；

所述辅助源电压获得单元包括次副边绕组和辅助源电压输出电路；

所述原边绕组的两端与输入电源连接，所述至少两个主副边绕组分别绕于所述集成磁件中至少两个磁柱a和b上，每个所述主副边绕组的两端与所述主源电压稳压输出电路连接；

所述次副边绕组绕于所述集成磁件中具有储能气隙的磁柱a或b上，所述次副边绕组的两端与所述辅助源电压输出电路连接，使得所述辅助源电压输出电路输出的辅助源电压与主源电压稳压输出电路输出的主源电压呈匝比关系，其中所述磁柱c不具有储能气隙。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主源电压获得单元包括两个主副边绕组；所述主源电压稳压输出电路包括第一整流二极管、第二整流二极管和第一滤波电容；

所述第一整流二极管与第一滤波电容串联连接于所述其中一个主副边绕组的两端，所述第二整流二极管与所述第一滤波电容串联连接于所述另一主副边绕组的两端。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述辅助源电压输出电路包括第三整流二极管和第二滤波电容；

所述第三整流二极管和第二滤波电容串联连接于所述次副边绕组的两端连接。

4.如权利要求1至3任一项所述的系统，其特征在于，所述原边绕组的两端与半桥变换器、或全桥变换器或推挽变换器的交流电源输出端连接。

5.一种磁集成变换电路系统，其特征在于，包括：主源电压获得单元和至少一个辅助源电压获得单元；

所述主源电源获得单元包括具有至少三个磁柱A、B和C的集成磁件、原边绕组、至少两个主副边绕组及主源电压稳压输出电路；

所述辅助源电压获得单元包括次副边绕组和辅助源电压输出电路；

所述原边绕组的两端与输入电源连接，所述至少两个主副边绕组分别绕于所述集成磁件中至少两个磁柱A和B上，每个所述主副边绕组的两端与所述主源电压稳压输出电路连接；

所述次副边绕组绕于所述集成磁件中具有储能气隙的磁柱A和/或B上，且所述次副边绕组的一端与主源电压稳压输出电路的一个稳压电压输出端连接，所述次副边绕组的另一端与所述辅助源电压输出电路串联连接到所述主源电压输出电路的另一稳压电压输出端，使得所述辅助源电压输出电路输出的辅助电压是在所述主源电压稳压输出电路输出的主源电压的基础上叠加的，所述磁柱C不具有储能气隙。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述主源电压获得单元包括两个主副边绕组；所述主源电压稳压输出电路包括第一整流二极管、第二整流二极管和第一滤波电容；

所述第一整流二极管与第一滤波电容串联连接于所述其中一个主副边绕组的两端，所述第二整流二极管与所述第一滤波电容串联连接于所述另一主副边绕组的两端。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述辅助源电压输出电路包括第三整流二极管和第二滤波电容；所述第三整流二极管和第二滤波电容串联连接于所述次副边绕组的一端及主源电压稳压输出电路的一个稳压电压输出端之间。

8.如权利要求5至7任一项所述的系统，其特征在于，所述原边绕组的两端与半桥变换器、或全桥变换器或推挽变换器的交流电源输出端连接。

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