CN102918609B

CN102918609B - 改进的变压器

Info

Publication number: CN102918609B
Application number: CN201180026722.9A
Authority: CN
Inventors: 马丁·冯纳格; 唐纳德·理查德·奇曼克
Original assignee: Enphase Energy Inc
Current assignee: Enphase Energy Inc
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2031-04-13
Also published as: AU2011240594A1; WO2011130394A3; US8456265B2; WO2011130394A2; CA2795949A1; CN102918609A; US20110260824A1; JP5804609B2; EP2561527A2; JP2013528932A; AU2011240594C1; AU2011240594B2

Abstract

一种变压器组件。在某些实施方式中，该变压器组件包括变压器，该变压器包括：磁芯；初级绕组，缠绕在磁芯周围，初级绕组包括单匝或两匝第一导电材料；以及次级绕组，缠绕在磁芯周围，次级绕组包括多匝第二导电材料；并且磁芯的直径的大小被设置，使得变压器通过与绕组损耗相当的磁芯损耗获得第一电感。

Description

改进的变压器

技术领域

本公开的实施方式一般涉及变压器，更具体地涉及薄型(lowprofile)、高频、高效的变压器。

背景技术

变压器被用于各种设备中以实现各种功能，诸如改变电压电平(例如，将电源电压转换为用于向电子器件供电的低电压)、电路隔离、测量电功率系统中的电压或电流、以及若干其它功能。通常，变压器将使初级绕组夹在两个次级绕组之间以减小漏电感。为了为绕组提供足够的空间，与变压器磁芯的截面积相比，变压器的绕组区域通常很大，这导致大的形状因数以及高的磁损耗。此外，大量绕组导致高的铜损耗。

通常，磁供应商试图通过允许在磁芯材料的磁损耗与绕组的铜损耗之间具有良好折衷的设计来优化这种形状因数以使效率最大化。然而，在高频(例如，数百千赫)下，使用整个磁芯窗口的设计将具有非常大的邻近效应损耗。

此外，对于采用电流和/或电压感应变压器的设备或电路，必须分配设备内或电路板上的空间来支撑感应变压器，从而增加需要被组装的部件的数量以及必须被制造的连接的数量。

因此，现有技术中需要一种改进的变压器。

发明内容

本发明的实施方式一般涉及一种变压器组件。在一个实施方式中，该变压器组件包括变压器，该变压器包括：磁芯；缠绕在磁芯周围的初级绕组，初级绕组包括一匝或两匝第一导电材料；以及缠绕在磁芯周围的次级绕组，次级绕组包括多匝第二导电材料；并且磁芯的直径的大小被设置，使得变压器通过与绕组损耗相当的磁芯损耗获得第一电感。

附图说明

为了能详细地理解本发明上述特征的方式，可以参照实施方式对上面简单概括的本发明进行更具体的描述，其中一些实施方式在附图中示出。但是，应当注意，附图仅示出了本发明的典型实施方式，因此不应视为对本发明的限制，因为本发明可以允许其它同样有效的实施方式。

图1是根据本发明的一个或多个实施方式的变压器组件的分解的立体图；

图2是根据本发明的一个或多个实施方式的组装的变压器组件的截面图；

图3是根据本发明的一个或多个实施方式的集成的变压器组件的分解的立体图；

图4是根据本发明的一个或多个实施方式的沿图3的线4-4截取的组装的集成的变压器组件的截面图；

图5是根据本发明的一个或多个实施方式的组装的集成的变压器组件的立体图；

图6是根据一个或多个可选实施方式的组装的集成的变压器组件的立体图；

图7是使用本发明的一个或多个实施方式将太阳能生成的直流功率转换为交流功率的系统的框图；以及

图8是根据本发明的一个或多个实施方式的用于创建变压器的方法的流程图。

具体实施方式

图1是根据本发明的一个或多个实施方式的变压器组件100的分解的立体图。变压器组件100包括第一极片102、绕线筒式绕组组件104、以及第二极片106。

第一极片102被描绘为已经被部分切除以示出第一极片102的结构。第一极片102由磁材料(诸如铁素体)构成并限定环形通道108，环形通道108的大小被设置为接纳绕线筒式绕组组件104；即第一极片102是其内形成有环形通道108的磁冰球。通道108限定柱110(第一极)。通道108由柱110的外表面和环形缘136的内表面限定。柱110和缘136在第一极片102的下侧分别以大体平坦的柱配合面112和大体平坦的缘配合面138终止。虽然被描绘为圆柱形，但第一极片102可以为包括前述特征的任何形状。

绕线筒式绕组组件104包括环形绕线筒114、初级绕组118和次级绕组122。绕线筒114由刚性绝缘材料(诸如电介质塑料等)形成，并限定绕线筒开口116，绕线筒开口116位于绕线筒114中央并延伸穿过绕线筒114的长度。绕线筒114包括围绕绕线筒114的顶部和底部周界的凸缘132，凸缘132径向地远离绕线筒开口116延伸。绕线筒114的长度被设置为使初级绕组118和次级绕组122保持在限定于凸缘132之间的通道108中的绕组区域内。

初级绕组118和次级绕组122均由缠绕在绕线筒114周围的导电材料形成。在某些实施方式中，初级绕组118由单匝导电箔(诸如，绝缘的层压箔)构成，次级绕组122由多匝导电线(诸如，7匝绝缘铜线)构成。在其它实施方式中，初级绕组118由2匝导电箔(例如，以交叉设计被采用)构成，并且次级绕组122由14匝绝缘铜线构成。

初级绕组118终止于2个初级绕组引线120，次级绕组122终止于2个次级绕组引线124。在某些实施方式中，次级绕组122可封装在绕线筒结构内，例如，绕线筒144可由塑料形成，在该塑料内封装有次级绕组122，并且从该塑料延伸出次级绕组引线124。

类同于第一极片102，第二极片106由磁材料(诸如铁素体)构成并限定环形通道128，环形通道128的大小被设置为接纳绕线筒式绕组组件104；即第二极片106是其内形成有环形通道128的磁冰球。通道128限定柱126(第二极)。通道128由柱126的外表面和环形缘140的内表面限定。缘140终止于大体平坦的缘配合面142，缘配合面142与缘配合面138配合使得绕线筒式绕组组件104被缘136和140包围；此外，第二极片106限定具有合适大小和形状的缺口150，初级绕组引线120和次级绕组引线124可延伸通过缺口150。

柱126终止于大体平坦的柱配合面130，柱配合面130通过绕线筒开口116与柱配合面112配合以形成变压器组件100的磁芯(即，如下面参照图2描述的磁芯202)。在某些实施方式中，柱配合面112和130可齐平地配合并通过粘合剂诸如环氧树脂、黏结剂、硅酮胶等粘附在一起。在其它实施方式中，柱配合面112和130分别从缘配合面138和142所在的平面凹陷。在这种实施方式中，非导电泡沫(或类似材料)可保持在柱配合面130和112之间以维持柱110和126之间的空间(即，变压器磁芯内的气隙)。例如，在变压器组件100的组装期间，泡沫可作为流体被应用在柱配合130和112之间并随后固化为硬材料以维持气隙。在某些可选实施方式中，可以在不在柱配合面130和112之间使用任何材料的情况下形成气隙(即，配合面130和112是隔开的)。

虽然被描绘为圆柱形，但第二极片106可以为包括前述特征的任何形状。

如现有技术中已知，变压器的初级线圈电感与磁芯面积成正比。根据本发明的一个或多个实施方式，柱110和126的宽度(即，变压器磁芯的宽度)被设置，使得当变压器组件100包括单匝初级绕组118或可选地包括2匝初级绕组118时可有效获得期望的电感。变压器磁芯宽度被选择，使得通过与绕组损耗相当的磁芯损耗获得期望的电感；例如，变压器磁芯可具有近似20毫米(mm)的直径。与磁芯截面相比，这种配置产生较小的绕组区域，例如绕组窗口面积可以是20平方毫米(mm²)并且磁芯截面面积为300mm²。在某些实施方式中，对于1匝的初级绕组118、7匝的次级绕组122、以及6平方厘米(cm²)的磁芯截面面积，获得3.6微亨的电感。较大的磁芯宽度和较小的绕组数量产生呈现薄型以及低的磁损耗和铜损耗(例如，低的漏电感以及低的邻近效应损耗导致绕组的损耗得到改善，尤其在诸如几百千赫的更高频率下)的变压器组件100。在一个实施方式中，在轮廓小于15mm的情况下，变压器组件100能够以99％的效率处理225瓦(W)(即，2.25W的损耗)。

第一极片102可通过U形夹160固定至第二极片106，U形夹162包括用于使第一极片102与第二极片106保持配合的凸缘162。附加地或可选地，第一极片102可通过一个或多个其它机械装置(诸如螺钉、螺栓、黏结剂、扣合特征、夹等)固定至第二极片106。

图2是根据本发明的一个或多个实施方式的组装的变压器组件100的截面图。绕线筒114分别保持在第一极片102和第二极片106的通道108和128内。绕线筒114的凸缘132限定围绕绕线筒114的绕组区域，在绕组区域内缠绕有初级绕组118和次级绕组122。如前面参照图1所述，初级绕组118由单匝导电箔(或，可选地，两匝导电箔)构成，次级绕组122由7匝导电线(诸如铜线)构成。在一个或多个可选实施方式中，初级绕组118和/或次级绕组122可由更少或更多匝构成和/或可由不同导电材料形成。

缘配合面183与缘配合面142齐平地配合。在某些实施方式中，缘配合面138可通过粘合剂(诸如硅酮胶或类似环氧树脂)粘附至缘配合面142。在某些实施方式中，非导电泡沫233被保持在柱配合面112和130之间以维持气隙。在某些可选实施方式中，可在不在柱配合面112与130之间使用任何材料的情况下，维持柱配合面112与130之间的气隙。在其它可选实施方式中，柱配合面112和130可齐平地配合；在某些这种实施方式中，柱配合面112和130可通过硅酮胶或类似环氧树脂彼此粘附。

柱110和126形成磁芯202并连同初级绕组118和次级绕组122一起形成变压器组件100的变压器204。如前面参照图1所述，磁芯202由诸如铁素体(例如，MnZNFe2O3,NiZnFe2O3等)的磁材料构成，并相对于绕组区域呈现大的截面区域。

夹160保持第一极片102和第二极片106以确保第一极片102和第二极片106牢固地配合。

图3是根据本发明的一个或多个实施方式的集成的变压器组件300的分解的立体图。变压器组件300包括第一极片302、绕线筒式绕组组件304、第二极片306和保持夹360。

第一极片302被描绘为已经被部分切除以示出第一极片302的结构。第一极片302由磁材料(诸如铁素体)构成并限定通道308和缺口309，通道308和缺口309的大小被设置为接纳绕线筒式绕组组件304。通道308为环形并通向缺口309。缺口309远离通道308延伸，并延伸至第一极片302的边缘，并且缺口309的大小和形状被适当设置，使得绕线筒式绕组组件304的感应变压器绕组组件370可被保持在第一极片302的外部，下面将详细描述。

第一极片302包括圆柱形的柱310(第一极)和缘336，使得通道308由柱310的外表面和缘336的内表面限定。柱310和缘336在第一极片302的下侧分别以大体平坦的柱配合面312和大体平坦的缘配合面338终止。

绕线筒式绕组组件304包括环形绕线筒314、初级绕组318和次级绕组322。绕线筒314由刚性绝缘材料(诸如电介质塑料等)形成，并限定绕线筒开口316，绕线筒开口316位于绕线筒314中央并延伸穿过绕线筒314的长度。绕线筒314包括围绕绕线筒314的顶部和底部周界的凸缘332，凸缘332径向地远离绕线筒开口316延伸。绕线筒314的长度被设置为使初级绕组318和次级绕组322保持在限定于凸缘332之间的通道308中的绕组区域内。在某些实施方式中，绕线筒314的大小和形状与绕线筒114相对应，并且初级绕组318由单匝导电箔(诸如绝缘的层压箔)构成，次级绕组322由多匝导电线(诸如7匝绝缘铜线)构成；可选地，初级绕组318可由2匝导电箔(例如，以交叉设计被采用)构成，并且次级绕组322由14匝绝缘铜线构成。在其它实施方式中，初级绕组318和/或次级绕组322可由不同的匝构成和/或可由不同导电材料形成。在某些实施方式中，次级绕组322可封装在绕线筒结构内；例如，绕线筒314可由塑料形成，在该塑料内封装有次级绕组322，并且从该塑料延伸出引线。

绕线筒314还包括感应变压器底座335，感应变压器底座335垂直地远离绕线筒314的中心延伸。感应变压器底座335的大小和形状被适当地设置为支撑感应变压器组件370。在某些实施方式中，次级绕组322终止于延伸穿过感应变压器底座335的次级绕组引线324。

感应变压器组件370包括环形感应变压器绕线筒340、第一感应变压器框架构件350(“框架构件350”)和第二感应变压器框架构件380(“框架构件380”)。类同于绕线筒314，感应变压器绕线筒340由刚性绝缘材料(诸如电介质塑料等)形成，并限定感应变压器绕线筒开口342，感应变压器绕线筒开口342位于感应变压器绕线筒340中央并延伸穿过感应变压器绕线筒340的长度。感应变压器绕线筒340包括围绕顶部和底部周界的凸缘358，凸缘358远离感应变压器绕线筒开口342延伸。

感应变压器绕线筒340由感应变压器次级绕组346缠绕，感应变压器次级绕组346终止于次级绕组引线348，次级绕组引线348通常延伸穿过感应变压器底座335。感应变压器次级绕组346由导电线(诸如铜线)形成，并且在某些实施方式中，由近似100的匝数(例如150匝)构成。在某些实施方式中，次级绕组346可封装在感应变压器绕线筒结构内，例如，感应变压器绕线筒340可由塑料形成，在该塑料内封装有次级绕组348，并且从该塑料延伸出感应变压器次级绕组引线348。

第一和第二初级腿317和319从初级绕组318延伸并且各自围绕感应变压器绕线筒340相反侧形成1/2匝绕组，从而形成围绕整个感应变压器绕线筒340的单匝绕组。初级腿317和319还延伸穿过感应变压器底座335并分别终止于初级绕组引线320和321。绕线筒314长度被设置，使得初级腿317和319以及感应变压器次级绕组346保持在限定于凸缘358之间的感应变压器绕组区域内。

框架构件350和380通常为E形，并且由诸如铁素体(例如，MnZNFe2O3、NiZnFe2O3等)的磁材料形成。在某些实施方式中，框架构件350包括圆柱形中央柱352(第一感应变压器极)，圆柱形中央柱352通过感应变压器绕线筒开口342与框架构件380的圆柱形中央柱382(第二感应变压器极)配合以形成感应变压器组件370内的磁芯(即，如下面参照图4所述的感应变压器磁芯404)。此外，感应变压器底座335限定3个挖空部386，挖空部386的大小和形状被适当地设置，使得中央柱352和382以及框架350和380的外腿可通过该挖空部386配合。框架350和380的外腿可例如通过粘合剂诸如环氧树脂、黏结剂、硅酮胶等彼此粘附。

中央柱352和382可各自分别终止于彼此齐平地配合(即，不存在气隙)的大体平坦的配合面354和384。配合面354和384例如可通过粘合剂诸如环氧树脂、黏结剂、硅酮胶等彼此粘附。在某些可选实施方式中，非导电泡沫或类似材料被保持在配合面354和384之间以在感应变压器磁芯内提供气隙；在其它可选实施方式中，可在不在配合面354和384之间使用任何材料的情况下，维持配合面354和384之间的气隙(即，配合面354和384是隔开的)。中央柱352/358连同初级腿317/319和次级绕组346一起形成感应变压器(即，如下面参照图4所述的感应变压器408)。

类同于第一极片302，第二极片306由磁材料(诸如铁素体)构成并限定通道328和缺口329，通道328和缺口329的大小被设置为接纳绕线筒式绕组组件304。通道328为环形并通向缺口329。缺口329远离通道328延伸，并延伸至第二极片306的边缘，并且缺口329的大小和形状被适当设置，使得感应变压器绕组组件370可被保持在配合的第一和第二极片302/306的外部，下面将详细描述。

第二极片306包括圆柱形的柱326(第二极)和缘327，使得通道328由柱326的外表面和缘327的内表面限定。缘327终止于大体平坦的缘配合面331，缘配合面331与第一极片302的缘配合面338配合，使得绕线筒式绕组组件304的不包括感应变压器组件370的部分被缘306和327包围。柱326终止于大体平坦的柱配合面330，柱配合面330通过绕线筒开口316与柱配合面312配合。柱310和326形成穿过绕线筒开口316的电源变压器磁芯(即，如下面参照图4所述的磁芯402)，并连同初级绕组318和次级绕组322一起形成电源变压器(即，如下面参照图4所述的电源变压器406)。在某些实施方式中，在某些实施方式中，柱配合面312和330可齐平地配合并通过粘合剂(诸如环氧树脂、黏结剂、硅酮胶等)粘附在一起。在其它实施方式中，柱配合面312和330分别从缘配合面338和331所在的平面凹陷。在这种实施方式中，非导电泡沫或类似材料可保持在柱配合面330和312之间以维持柱310和326之间的空间(即，变压器磁芯内的气隙)。在某些可选实施方式中，可以在不在柱配合面330和312之间使用任何材料的情况下形成气隙(即，配合面330和312是隔开的)。

第一极片302可通过U形夹360固定至第二极片306，U形夹362包括用于使第一极片302与第二极片306保持配合的凸缘362。附加地或可选地，第一极片302可通过一个或多个其它机械装置(诸如螺钉、螺栓、黏结剂、扣合特征、夹等)固定至第二极片306。虽然被示为矩形，但第一极片302和/或第二极片306可为包括前述特征的任何形状。

根据本发明的一个或多个实施方式，集成的感应变压器组件300集成了电流感应变压器(即，由中央柱352和382连同初级腿317/319和次级绕组346形成的变压器)和电源变压器(即，由初级和次级绕组318和322、以及由柱310和326形成的电源变压器磁芯形成的变压器)。各初级腿317和319的围绕感应变压器绕线筒340相反侧的1/2匝绕组形成单匝绕组，使得流过初级绕组318的电流电磁耦合至感应变压器次级绕组346。随后可测量所产生的流过感应变压器次级绕组346的电流以确定流过电源变压器的初级绕组318的电流水平。

图4是根据本发明的一个或多个实施方式的沿图3的线4-4截取的组装的集成的变压器组件300的截面图。绕线筒314保持在分别位于第一极片302和第二极片306上的通道308和328内。绕线筒314的凸缘332限定围绕绕线筒314的绕组区域，在绕组区域内缠绕有初级绕组318和次级绕组322。如前面参照图3所述，初级绕组318由“P”匝导电箔构成，次级绕组322由“S”匝导电线(诸如铜线)构成。在一个或多个可选实施方式中，初级绕组318和/或次级绕组322可由更少或更多匝构成和/或可由不同导电材料形成。次级绕组322终止于延伸穿过感应变压器底座335的次级绕组引线324。

缘配合面338与缘配合面331齐平地配合。在某些实施方式中，缘配合面338和331可通过粘合剂(诸如硅酮胶或类似环氧树脂)彼此粘附。非导电泡沫433(或类似材料)可保持在内部配合面312和330之间；例如，泡沫433在组装期间可作为流体被应用在内部配合面312和330之间并随后固化为硬材料。在某些可选实施方式中，可以在不使用任何材料的情况下维持内部配合面312和330之间的气隙(即，配合面312和330是隔开的)。在其它可选实施方式中，内部配合面312和330可齐平地配合；在某些这种实施方式中，内部配合面312和330可通过硅酮胶或类似环氧树脂彼此粘附。

柱310和326形成电源变压器磁芯402并连同初级绕组318和次级绕组322一起形成变压器组件300的电源变压器406。在某些实施方式中，电源变压器406类同于上面描述的变压器204。

感应变压器底座335和初级腿317和319延伸穿过由缺口309和329形成的通道。感应变压器绕线筒340位于感应变压器底座335上并保持在配合的框架构件350和380之间；在某些实施方式中，框架构件350可例如通过螺钉、螺栓、黏结剂、扣合特征、夹、或类似机械装置固定至感应变压器底座335。配合面354和384齐平地配合，使得中央柱352和382形成穿过感应变压器绕线筒开口342的感应变压器磁芯404。在某些实施方式中，配合面354和384可例如通过粘合剂彼此粘附。在某些可选实施方式中，诸如非导电泡沫的材料(或类似材料)可保持在配合面354和384之间，以在感应变压器磁芯404内提供气隙；在其它可选实施方式中，可在不在配合面354和384之间使用任何材料的情况下维持配合面354和384之间的气隙(即，配合面354和384是隔开的)。感应变压器磁芯404连同来自腿317/319的1/2匝绕组和感应变压器次级绕组346一起形成电流感应变压器408。

感应变压器绕线筒340的凸缘358限定围绕感应变压器绕线筒340的绕组区域，在绕组区域内缠绕有感应变压器次级绕组346。如前面参照图3所述，感应变压器次级绕组346由导电线(诸如，铜线)形成，并且在某些实施方式中由近似100的匝数构成。感应变压器次级绕组346终止于延伸穿过感应变压器底座335的感应变压器次级绕组引线348。

各初级腿317和319形成围绕感应变压器绕线筒340相反侧的1/2匝绕组，从而形成围绕感应变压器绕线筒340的单匝绕组。初级腿317和319穿过感应变压器底座335并分别终止于初级绕组引线320和321。

夹360保持第一极片302和第二极片306以确保第一极片302和第二极片306保持牢固的配合。

图5是根据本发明的一个或多个实施方式的组装的集成的变压器组件300的立体图。第一极片302和第二极片306齐平地配合并由夹360固定。感应变压器底座335和感应变压器组件370延伸穿过缺口309/329并远离配合的第一极片302和第二极片306的侧面水平地延伸。感应变压器绕线筒340由感应变压器底座335支撑并保持在框架构件350/380之间，如前所述。柱352和382延伸至感应变压器绕线筒开口342内以形成感应变压器磁芯404。

感应变压器次级绕组346缠绕在感应变压器绕线筒340周围并终止于延伸穿过感应变压器底座335的感应变压器次级引线348。初级腿317和319延伸穿过由缺口309/329形成的通道并且各自形成围绕感应变压器绕线筒340相反侧的1/2匝绕组，从而形成围绕整个感应变压器绕线筒340的单匝绕组。初级腿317和319穿过感应变压器底座335并分别终止于初级绕组引线320和321。此外，次级绕组引线324从配合的极片302/306内的绕线筒314延伸并穿过感应变压器底座335。

图6是根据一个或多个可选实施方式的组装的集成的变压器组件600的立体图。集成的变压器组件600包括与集成的变压器组件300相同的部件和结构，除了感应变压器组件370之外。

在集成的变压器组件600中，第一极片302和第二极片306齐平地配合并由夹360固定。感应变压器底座335水平地延伸穿过由缺口309和329形成的通道并远离配合的第一极片302和第二极片306延伸。配合的框架构件350/380和感应变压器绕线筒340被定向为垂直于配合的第一极片302和第二极片306的侧面(即绕线筒340与感应变压器底座335共面)。配合的框架构件350/380例如通过螺钉、螺栓、粘合剂、扣合特征、夹、或类似机械装置固定至感应变压器底座335。配合的中央柱352/382延伸至感应变压器绕线筒开口342内以形成感应变压器磁芯404。

感应变压器次级绕组346缠绕在变压器绕线筒340周围并终止于延伸穿过感应变压器底座335的感应变压器次级引线348。初级腿317和319延伸穿过由缺口309和320形成的通道。初级腿317和319中的每一个均朝着感应变压器绕线筒340弯曲90°角，并在耦合的框架构件350/380和感应变压器绕线筒340之间穿过以形成围绕感应变压器绕线筒340相反侧的1/2绕组。(即，初级腿317和319形成围绕整个感应变压器绕线筒340的单匝绕组)。初级腿317和319穿过感应变压器底座335并分别终止于初级绕组引线320和321。此外，次级绕组引线324从配合的极片302/306内的绕线筒314延伸并穿过感应变压器底座335。

图7是使用本发明的一个或多个实施方式将太阳能生成的直流功率变换为交流功率的系统700的框图。该图仅描绘了可利用本发明的无数种可能的系统配置和设备中的一个变型。本发明可被用于需要变压器的任何系统或设备和用于通过变压器测量电流水平的装置，诸如DC/DC变换器、DC/AC变换器等。在某些可选实施方式中，系统700可包括用于将接收到的太阳能转换为直流功率的DC/DC变换器而非DC/AC逆变器。在这种实施方式中，DC/DC变换器均包括根据本发明的集成的变压器组件。

系统700包括：多个逆变器702-1、702-2、702-3…702-N(统称为逆变器702)；多个PV模块704-1、704-2、704-3…704-N(统称为PV模块704)；控制器706；以及AC总线708；以及负载中心710。

各逆变器702-1、702-2、702-3…702-N分别联接至PV模块704-1、704-2、704-3…704-N。逆变器702经由AC总线708联接至控制器706。控制器706能够与逆变器702通信以提供逆变器702的操作控制。逆变器702还经由AC总线708联接至负载中心710。

逆变器702将由PV模块704生成的直流功率变换为与商用电网兼容的交流功率，并将交流功率联接至负载中心710。所生成的交流功率可从负载中心710进一步联接至一个或多个电气用具和/或商用电网。附加地或可选地，所生成的能量可被储存以供以后使用；例如，所生成的能量可利用电池、加热的水、水力发电泵送、水-氢转换等来进行储存。

逆变器702中的每一个均包括集成的变压器组件300(即，逆变器702-1、702-2、702-3…702-N分别包括集成的变压器组件300-1、300-2、300-3…300-N)，变压器组件300用于将直流功率变换成交流功率。例如，集成的变压器组件300包括电源变压器406和电流感应变压器408，其中电源变压器406可用于逆变器702的功率变换阶段，而电流感应变压器408可测量流过电源变压器的电流以合理地控制功率变换。在某些可选实施方式中，一个或多个逆变器702可包括集成的变压器组件600而不是集成的变压器组件300。在其它可选的实施方式中，一个或多个逆变器702可包括代替集成的变压器组件300的变压器(诸如变压器组件100)和单独的电流感应变压器。

在某些实施方式中，DC/DC变换器可联接在各PV模块704与各逆变器702之间(即，每个PV模块704对应一个变换器)。可选地，多个PV模块704可联接至单个逆变器702(即，集中式逆变器)，并且在某些这种实施方式中，DC/DC变换器可联接在PV模块704与集中式逆变器之间。

图8是根据本发明的一个或多个实施方式的用于创建变压器的方法800的流程图。方法800可用于设计和创建呈现薄型以及低的磁损耗和铜损耗的高效变压器，诸如变压器204或变压器406。

方法800开始于步骤802并进入步骤804。在步骤804中，为变压器确定期望的电感。方法800进入步骤806，在步骤806中，选择绕组结构。选择初级绕组的匝数(例如1匝或2匝)，以及对应的次级绕组的匝数。在某些实施方式中，初级绕组可被选择为1匝导电箔(诸如绝缘的层压箔)，并且次级绕组可被选择为7匝绝缘铜线。在其它实施方式中，初级绕组可被选择为2匝导电箔(例如，以交叉设计被采用)，并且次级绕组可被选择为14匝绝缘铜线。初级和次级绕组可缠绕在环形绕线筒(诸如绕线筒114或绕线筒314)周围。

方法800进入步骤808。在步骤808中，选择变压器磁芯的磁芯直径。磁芯直径被选择，使得当具有1匝或2匝初级绕组时可有效地获得期望的电感；在某些实施方式中，对于1匝的初级绕组、7匝的次级绕组以及6cm²的磁芯截面面积，获得3.6微亨的电感。变压器磁芯直径被选择，使得通过与绕组损耗相当的芯损耗获得期望的电感；在某些实施方式中，变压器芯直径可被选择为近似20mm。与芯截面相比，这种结构导致较小的绕组区域，因此产生呈现薄型以及低的磁损耗和铜损耗的变压器。在一个实施方式中，在轮廓小于15mm的情况下，变压器组件100能够以99％的效率处理225瓦(W)(即，2.25W损耗)。

方法800进入步骤810，在步骤810中，基于选择的参数构建变压器。然后方法800进入步骤812，在步骤812中，方法800结束。

本发明的实施方式的前面描述包括多个执行各种上述功能的元件、设备、电路和/或组件。这些元件、设备、电路和/或组件是用于执行它们的分别描述的功能的手段的示例性实施。

虽然前面的内容针对本发明的实施方式，但在不背离本发明的基本范围的情况下，可想到本发明的其它实施方式，并且本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims

1.一种集成的变压器组件，包括：

感应变压器，包括：

感应变压器磁芯，具有中央柱；以及

感应变压器次级绕组，缠绕在所述感应变压器磁芯的中央柱周围，其中所述感应变压器次级绕组包括多匝第二导电材料；

以及

电源变压器，物理地和电磁地耦合至所述感应变压器，所述电源变压器包括：

电源变压器磁芯；

电源变压器初级绕组，缠绕在所述电源变压器磁芯周围，其中所述电源变压器初级绕组包括一匝或两匝第一导电材料；

以及

电源变压器次级绕组，缠绕在所述电源变压器磁芯周围，其中所述电源变压器初级绕组的第一端和所述电源变压器初级绕组的第二端沿所述感应变压器磁芯的中央柱的相反侧设置以形成感应变压器初级绕组，以及所述第一端和所述第二端是所述电源变压器初级绕组的相反端。

2.如权利要求1所述的集成的变压器组件，其中所述第一端和所述第二端形成单匝所述感应变压器初级绕组。

3.如权利要求2所述的集成的变压器组件，其中所述第一端和所述第二端在所述感应变压器磁芯的中央柱的相反侧各自形成半匝绕组以形成单匝所述感应变压器初级绕组。

4.如权利要求1所述的集成的变压器组件，还包括电源变压器绕线筒，其中(i)所述电源变压器磁芯设置在所述电源变压器绕线筒的开口内，(ii)所述电源变压器初级绕组和所述电源变压器次级绕组缠绕在所述电源变压器绕线筒周围，以及(iii)所述电源变压器绕线筒的凸缘延伸作为支撑所述感应变压器的底座。

5.如权利要求4所述的集成的变压器组件，其中所述电源变压器磁芯由第一极片和第二极片形成，所述第一极片和所述第二极片配合以形成配合的第一极片和第二极片，其中所述电源变压器绕线筒被保持在所述配合的第一极片和第二极片内。

6.如权利要求5所述的集成的变压器组件，其中所述第一极片和所述第二极片分别包括第一极和第二极，并且所述第一极和所述第二极形成所述电源变压器磁芯。

7.如权利要求6所述的集成的变压器组件，其中所述第一极和所述第二极隔开以维持气隙。

8.如权利要求5所述的集成的变压器组件，其中所述底座延伸穿过所述配合的第一极片和第二极片并设置在所述配合的第一极片和第二极片的外部。

9.如权利要求4所述的集成的变压器组件，其中所述感应变压器磁芯由第一框架构件和第二框架构件形成，其中所述第一框架构件和所述第二框架构件的至少一个基本为E形并且所述感应变压器的绕线筒被保持在所述第一框架构件和所述第二框架构件之间。

10.如权利要求9所述的集成的变压器组件，其中所述第一框架构件和所述第二框架构件配合，并且所述电源变压器初级绕组的第一端穿过配合的所述第一框架构件和所述第二框架构件的第一开口，所述电源变压器初级绕组的第二端穿过配合的所述第一框架构件和所述第二框架构件的第二开口。

11.如权利要求9所述的集成的变压器组件，其中所述第一框架构件和所述第二框架构件通过所述底座配合。

12.如权利要求1所述的集成的变压器组件，其中所述电源变压器次级绕组包括7匝。

13.如权利要求2所述的集成的变压器组件，其中所述第一导电材料是层压箔并且所述第二导电材料是绝缘铜线。

14.如权利要求4所述的集成的变压器组件，其中所述感应变压器能够保持与所述底座近似垂直或近似平行。