CN103700473B - 耦合电感和功率变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种耦合电感和功率变换器。该耦合电感包括：至少两个输入端、输出端、公共磁芯、至少两个第一绕组以及至少两个第二绕组。该公共磁芯包括至少两个磁柱，至少两个磁柱与至少两个输入端的数量相对应；至少两个磁柱中的每个磁柱上并行绕制一个第一绕组和一个第二绕组，至少两个磁柱上的第一绕组和第二绕组相互连接在至少两个输入端与输出端之间形成相互耦合的电感，并使得在流入至少两个输入端的电流相等时，每个磁柱上的第一绕组和第二绕组产生相反的磁势。在本发明的技术方案中，在流入输入端的电流相等时，每个磁柱上的第一绕组和第二绕组产生相反的磁势，这样，共模电流产生的磁势相互抵消，从而减少了漏磁。

Description

耦合电感和功率变换器
技术领域
本发明涉及电路领域，尤其是涉及一种耦合电感和功率变换器。
背景技术
目前，多电平并联变换器得到广泛应用。通过使用交错并联技术，多电平并联变换器可以降低输出的纹波电流、提高输出的开关频率，因此可以减小输出的电感量，进而降低电感的体积和成本。
例如，以采用两相耦合电感的五电平功率变换器为例，当共模电流流过耦合电感的两个磁柱上的线圈时，由于两个磁柱上的线圈产生的磁通方向相反，因此，上下磁轭中的共模磁通为零，而两个磁柱中的磁通会产生很大的共模磁势，从而在空气中产生漏磁，即共模电流引起的漏磁不能忽略。
由于通过较大的共模电流时，耦合电感存在较大漏磁通，漏磁通会在绕组内产生涡流损耗，并在绕组外的金属部分产生杂散损耗，同时，漏磁通还会影响周围霍尔传感器、电流互感器(current transformer，CT)等磁元件的正常工作。因此，如何减少耦合电感的漏磁是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的实施例提出了一种耦合电感和功率变换器，能够减少耦合电感的漏磁。
第一方面，提出一种耦合电感，包括：至少两个输入端、一个公共的输出端、公共磁芯、至少两个第一绕组以及至少两个第二绕组，公共磁芯包括至少两个磁柱，至少两个磁柱与所述至少两个输入端的数量相对应；至少两个磁柱中的每个磁柱上并行绕制一个第一绕组和一个第二绕组，至少两个磁柱上的第一绕组和第二绕组相互连接在所述至少两个输入端与所述输出端之间形成相互耦合的电感，并使得在流入所述至少两个输入端的电流相等时，所述每个磁柱上的第一绕组和第二绕组产生相反的磁势。
结合第一方面，在第一种可能的实现方式下，至少两个磁柱包括第一磁柱和第二磁柱，至少两个输入端包括第一输入端和第二输入端，第一磁柱上的第一绕组与第二磁柱上的第一绕组串联连接在第二输入端与输出端之间，第一磁柱上的第二绕组与第二磁柱上的第二绕组串联连接在第一输入端与输出端之间。
结合第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式下，第一磁柱上的第一绕组的第一端连接第二磁柱上的第一绕组的第二端，第一磁柱上的第一绕组的第二端连接至输出端，第一磁柱上的第二绕组的第一端连接至第二磁柱上的第二绕组的第二端，第一磁柱上的第二绕组的第二端连接第一输入端，第二磁柱上的第一绕组的第一端连接第二输入端，第二磁柱上的第二绕组的第一端连接至输出端，第一磁柱上的第一绕组的第一端和第二绕组的第一端的同名端为第二磁柱上的第一绕组的第一端和第二绕组的第一端。
结合第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式下，第一磁柱上的第一绕组的第一端连接至输出端，第一磁柱上的第一绕组的第二端连接第二磁柱上的第一绕组的第二端，第一磁柱上的第二绕组的第一端连接至第一输入端，第一磁柱上的第二绕组的第二端连接第二磁柱上第二绕组的第二端，第二磁柱上的第一绕组的第一端连接第二输入端，第二磁柱上的第二绕组的第一端连接至输出端，第一磁柱上的第一绕组的第一端和第二绕组的第一端的同名端为第二磁柱上的第一绕组的第二端和第二绕组的第二端。
结合第一方面，在第四种可能的实现方式下，至少两个磁柱包括第一磁柱和第二磁柱，至少两个输入端包括第一输入端和第二输入端，第一磁柱上的第一绕组与第二磁柱上的第一绕组并联连接在第一输入端与输出端之间，第一磁柱上的第二绕组与第二磁柱上的第二绕组并联连接在第二输入端与输出端之间。
结合第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式下，第一磁柱上的第一绕组的第一端和第二磁柱上的第一绕组的第一端连接至第一输入端，第一磁柱上的第二绕组的第二端和第二磁柱上的第二绕组的第二端连接至第二输入端，第一磁柱上的第二绕组的第一端、第二磁柱上的第二绕组的第一端、第一磁柱上第一绕组的第二端和第二磁柱上的第一绕组的第二端连接至输出端，第一磁柱上的第一绕组的第一端和第二绕组的第一端的同名端为第二磁柱上的第一绕组的第一端和第二绕组的第一端。
结第一方面，在第六种可能的实现方式下，至少两个磁柱包括N个磁柱，至少两个输入端包括N个输入端，在n为奇数时，第n个磁柱上的第一绕组的第二端连接第n+1个磁柱上的第一绕组的第二端，第n个磁柱上的第一绕组的第一端连接第n个输入端，在n为偶数时，第n个磁柱上的第二绕组的第二端连接第n+1个磁柱上的第二绕组的第二端，第n个磁柱上的第二绕组的第一端连接第n个输入端，当N为奇数时，第N个磁柱上的第一绕组的第一端连接第N个输入端，第N个磁柱上的第一绕组的第二端连接第1个磁柱上的第二绕组的第二端，当N为偶数时，第N个磁柱上的第二绕组的第一端连接第N个输入端，第N个磁柱上的第二绕组的第二端连接第1个磁柱上的第二绕组的第二端，N为整数，n＝1，2，3，...，N-1。
结合第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式下，N个磁柱中包括第一磁柱、第二磁柱和第三磁柱，至少两个输入端包括第一输入端、第二输入端和第三输入端，第一磁柱上的第一绕组的第一端连接至第一输入端，第二磁柱上的第二绕组的第一端连接至第二输入端，第三磁柱上的第一绕组的第一端连接至第三输入端，第一磁柱上的第二绕组的第一端、第二磁柱上的第一绕组的第一端和第三磁柱上的第二绕组的第一端连接至输出端，第一磁柱上的第一绕组的第二端连接第二磁柱上的第一绕组的第二端，第二磁柱上的第二绕组的第二端连接第三磁柱上的第二绕组的第二端，第三磁柱上的第一绕组的第二端连接第一磁柱上的第二绕组的第二端。
结合第一方面或上述任何一种可能的实现方式下，至少两个磁柱相互连接，至少两个磁柱中每个磁柱上的第一绕组和第二绕组的缠绕方向相同。
结合第一方面或上述任何一种可能的实现方式下，第一绕组的匝数和第二绕组的匝数相同。
第二方面，提供了一种功率变换器，包括：输入端；输出端；如第一方面的任一种可能的实现方式下的耦合电感，耦合电感的输出端耦合至功率变换器的输出端；至少两路多电平桥臂，分别与耦合电感的至少两个输入端相连接，用于以交错并联方式工作，在至少两路多电平桥臂中的每路多电平桥臂的交流电节点产生随时间变化的多个电平。
结合第二方面，在第一种可能的实现方式下，第二方面的功率变换器还包括：驱动电路，用于产生驱动信号，控制至少两路多电平桥臂以相位错开的方式进行工作。
结合第二方面或第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式下，第二方面的功率变换器还包括：滤波电路，与耦合电感的输出端相连接，用于对交流电进行滤波；分压电路，与功率变换器的输入端相连接，用于对直流电进行分压。
在本发明的实施例的技术方案中，可以在耦合电感的每个磁柱上并行绕制两个绕组，每个磁柱上并行绕制的两个绕组与耦合电感的至少两个输入端和输出端的连接被设置成使得在流入输入端的电流相等时，每个磁柱上的第一绕组和第二绕组产生相反的磁势，这样，电流产生的磁势相互抵消，从而减少了漏磁。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明的一个实施例的一种耦合电感的结构的示意图。
图2是根据本发明的另一实施例的一种耦合电感的等效电路图的示意图。
图3是图2的实施例的耦合电感的结构示意图。
图4是根据本发明的又一实施例的一种耦合电感的等效电路图的示意图。
图5是图4的实施例的耦合电感的结构示意图。
图6是根据本发明的再一实施例的一种耦合电感的等效电路图的示意图。
图7是图6的实施例的耦合电感的结构示意图。
图8是根据本发明的另一实施例的一种耦合电感的结构的示意图。
图9是根据本发明的又一实施例的一种耦合电感的等效电路图的示意图。
图10是图9的实施例的耦合电感的结构示意图。
图11是根据本发明的实施例的一种功率变换器的结构示意图。
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。
图1是根据本发明的一个实施例的一种耦合电感100的结构的示意图。
耦合电感100包括：至少两个输入端121、122、…、12n、一个公共的输出端130、公共磁芯、至少两个第一绕组L11、L21、…、L31和至少两个第二绕组L12、L22、…、L32。公共磁芯包括至少两个磁柱111、112、…、11n，至少两个磁柱111、112、…、11n与至少两个输入端121、122、…、12n的数量相对应。至少两个磁柱121、122、…、12n中的每个磁柱上并行绕制一个第一绕组和一个第二绕组，至少两个磁柱上的第一绕组L11、L21、…、Ln1和第二绕组L12、L22、…、Ln2设置成相互连接在至少两个输入端121、122、…、12n与输出端130之间形成相互耦合的电感，并使得在流入至少两个输入端121、122、…、12n的电流相等时，每个磁柱上的第一绕组L11、L21、…、Ln1和第二绕组L12、L22、…、Ln2产生相反的磁势。
具体而言，耦合电感100的至少两个输入端分别接收例如功率变换器输出的交流电作为输入，例如，耦合电感100的第一输入端121接收电压为v1、电流为i1的输入，第二输入端122接收电压为v2、电流为i2的输入，…，第n输入端12n接收电压为vn、电流为in的输入，而耦合电感100的输出端130将电压vo、电流io输出至负载。公共磁芯包括的至少两个磁柱111、112、…、11n可以相互耦合，使得每个磁柱上产生的磁通能够在各个磁柱上流通。第一输入端121对应于第一磁柱111，第一绕组L11和第二绕组L12缠绕在第一磁柱111上，第二输入端122对应于第二磁柱112，第一绕组L21和第二绕组L22缠绕在第二磁柱112上，依次类推，第n输入12n对应于第n磁柱11n，第一绕组Ln1和第二绕组Ln2缠绕在第n磁柱11n上。第一绕组L11、L21、…、Ln1和第二绕组L12、L22、…、Ln2耦合在第一输入端121、第二输入端122、…、第n输入端12n与输出端130之间。例如，每个磁柱上的第一绕组与另一磁柱上的第一绕组串联或并联连接在输入端与输出端之间，每个磁柱上的第二绕组与另一磁柱上的第二绕组串联或并联连接在输入端与输出端之间。。
根据本发明的实施例，可以在耦合电感的每个磁柱上并行绕制两个绕组，每个磁柱上并行绕制的两个绕组与耦合电感的至少两个输入端和输出端的连接被设置成使得在流入输入端的电流相等时，每个磁柱上的第一绕组和第二绕组产生相反的磁势，这样，共模电流产生的磁势相互抵消，从而减少了漏磁。
根据本发明的实施例，上述至少两个磁柱110相互连接，至少两个磁柱110中每个磁柱上的第一绕组L11、L21、…、Ln1和第二绕组L12、L22、…、Ln2的缠绕方向相同。例如，可以采用两个磁轭分别连接每个磁柱的两端，从而形成相互连通的方框形结构，每个磁柱上的两个绕组可以沿相同的方向绕制，这样可以简化绕组的绕制过程，同时简化绕组的连接。应理解，本发明的实施例的公共磁芯并不限于方框形结构，也可以是其它形状的结构，例如，多边形或圆形。
根据本发明的实施例，耦合电感可以被设置成第一绕组的匝数与第二绕组的匝数相同，这样，能够在两个绕组中产生大小相同，方向相反的共模磁势，使得第一绕组和第二绕组中产生的共模磁势尽可能多地相互抵消，从而尽可能多地减少漏磁，这样，能够减小漏磁在绕组内产生的涡流损耗，并消除绕组外的金属部分产生杂散损耗，同时确保耦合电感周围的霍尔传感器、CT等磁元件的正常工作。
应理解，本发明的实施例提出的无漏感的交错并联耦合电感的绕线形式，可以应用于两相、三相以及多相耦合电感，使得耦合电感内的共模磁势相互抵消，从而使得设计出的耦合电感的漏感很小，解决了耦合电感漏感引起的问题。
图2是根据本发明的另一实施例的一种耦合电感200的等效电路图的示意图。图3是图2的实施例的耦合电感200的结构示意图。耦合电感200是耦合电感100的例子，在此适当省略详细的描述。
根据本发明的实施例，耦合电感200的至少两个磁柱包括第一磁柱211和第二磁柱212，耦合电感200的至少两个输入端包括第一输入端221和第二输入端222，第一磁柱211上的第一绕组L11与第二磁柱212上的第一绕组L21串联连接在第二输入端222与输出端230之间，第一磁柱211上的第二绕组L12与第二磁柱212上的第二绕组L22串联连接在第一输入端221与输出端230之间。第一磁柱211上的第一绕组L11、第二绕组L12以及第二磁柱212上的第一绕组L21、第二绕组L22设置成在第一输入端221和第二输入端222与输出端230之间形成相互耦合的电感，并使得在流入至少第一输入端221和第二输入端222的电流相等时，第一磁柱211上的第一绕组L11和第二绕组L12产生相反的磁势，并且第二磁柱212上的第一绕组L21和第二绕组L22产生相反的磁势。
具体而言，第一磁柱上211的第一绕组L11的第一端连接第二磁柱212上的第一绕组L21的第二端，第一磁柱211上的第一绕组L11的第二端连接至输出端230，第一磁柱211上的第二绕组L12的第一端连接至第二磁柱212上的第二绕组L22的第二端，第一磁柱211上的第二绕组L12的第二端连接第一输入端221，第二磁柱212上的第一绕组L21的第一端连接第二输入端222，第二磁柱212上的第二绕组L22的第一端连接至输出端230，第一磁柱211上的第一绕组L11的第一端和第二绕组L12的第一端的同名端为第二磁柱212上的第一绕组L21的第一端和第二绕组L22的第一端。
根据本发明的实施例，耦合电感可以被设置成第一绕组的匝数与第二绕组的匝数相同，这样，能够在两个绕组中产生大小相同，方向相反的共模磁势，使得第一绕组和第二绕组中产生的共模磁势尽可能多地相互抵消，从而尽可能多地减少漏磁，这样，能够减小漏磁在绕组内产生的涡流损耗，并消除绕组外的金属部分产生杂散损耗，同时确保耦合电感周围的霍尔传感器、CT等磁元件的正常工作。
图4是根据本发明的又一实施例的一种耦合电感400的等效电路图的示意图。图5是图4的实施例的耦合电感400的结构示意图。耦合电感400是耦合电感100的例子，在此适当省略详细的描述。
根据本发明的实施例，耦合电感400的至少两个磁柱包括第一磁柱411和第二磁柱412，至少两个输入端包括第一输入端421和第二输入端422，第一磁柱411上的第一绕组L11与第二磁柱412上的第一绕组L21串联连接在第二输入端422与输出端430之间，第一磁柱411上的第二绕组L12与第二磁柱412上的第二绕组L22串联连接在第一输入端421与输出端430之间。第一磁柱411上的第一绕组L11、第二绕组L12以及第二磁柱412上的第一绕组L21、第二绕组L22设置成在第一输入端421和第二输入端422与输出端430之间形成相互耦合的电感，并使得在流入至少第一输入端421和第二输入端422的电流相等时，第一磁柱411上的第一绕组L11和第二绕组L12产生相反的磁势，并且第二磁柱412上的第一绕组L21和第二绕组L22产生相反的磁势。
具体而言，第一磁柱411上的第一绕组L11的第一端连接至输出端430，第一磁柱411上的第一绕组L11的第二端连接第二磁柱412上的第一绕组L21的第二端，第一磁柱411上的第二绕组L12的第一端连接至第一输入端421，第一磁柱411上的第二绕L12组的第二端连接第二磁柱412上第二绕组L22的第二端，第二磁柱412上的第一绕组L21的第一端连接第二输入端422，第二磁柱412上的第二绕组L22的第一端连接至输出端430，第一磁柱L11上的第一绕组411的第一端和第二绕组L12的第一端的同名端为第二磁柱412上的第一绕组L21的第二端和第二绕组L22的第二端。
根据本发明的实施例，耦合电感可以被设置成第一绕组的匝数与第二绕组的匝数相同，这样，能够在两个绕组中产生大小相同，方向相反的共模磁势，使得第一绕组和第二绕组中产生的共模磁势尽可能多地相互抵消，从而尽可能多地减少漏磁，这样，能够减小漏磁在绕组内产生的涡流损耗，并消除绕组外的金属部分产生杂散损耗，同时确保耦合电感周围的霍尔传感器、CT等磁元件的正常工作。
图6是根据本发明的再一实施例的一种耦合电感600的等效电路图的示意图。图7是图6的实施例的耦合电感600的结构示意图。耦合电感600是耦合电感100的例子，在此适当省略详细的描述。
根据本发明的实施例，耦合电感600的至少两个磁柱包括第一磁柱611和第二磁柱612，至少两个输入端包括第一输入端621和第二输入端622，第一磁柱611上的第一绕组L11与第二磁柱612上的第一绕组L21并联连接在第一输入端621与输出端630之间，第一磁柱611上的第二绕组L12与第二磁柱612上的第二绕组L22并联连接在第二输入端622与输出端630之间。第一磁柱611上的第一绕组L11、第二绕组L12以及第二磁柱612上的第一绕组L21、第二绕组L22设置成在第一输入端621和第二输入端622与输出端630之间形成相互耦合的电感，并使得在流入至少第一输入端621和第二输入端622的电流相等时，第一磁柱611上的第一绕组L11和第二绕组L12产生相反的磁势，并且第二磁柱612上的第二绕组L21和第二绕组L22产生相反的磁势。
具体而言，第一磁柱611上的第一绕组L11的第一端和第二磁柱612上的第一绕组L21的第一端连接至第一输入端621，第一磁柱611上的第二绕组L12的第二端和第二磁柱612上的第二绕组L22的第二端连接至第二输入端622，第一磁柱611上的第二绕组L12的第一端、第二磁柱612上的第二绕组L22的第一端、第一磁柱611上第一绕组L11的第二端和第二磁柱612上的第一绕组L21的第二端连接至输出端630，第一磁柱611上的第一绕组L11的第一端和第二绕组L12的第一端的同名端为第二磁柱612上的第一绕组L21的第一端和第二绕组L22的第一端。
根据本发明的实施例，耦合电感可以被设置成第一绕组的匝数与第二绕组的匝数相同，这样，能够在两个绕组中产生大小相同，方向相反的共模磁势，使得第一绕组和第二绕组中产生的共模磁势尽可能多地相互抵消，从而尽可能多地减少漏磁，这样，能够减小漏磁在绕组内产生的涡流损耗，并消除绕组外的金属部分产生杂散损耗，同时确保耦合电感周围的霍尔传感器、CT等磁元件的正常工作。
图8是根据本发明的另一实施例的一种耦合电感800的结构的示意图。耦合电感800是耦合电感100的例子，在此适当省略详细的描述。
根据本发明的实施例，耦合电感800的至少两个磁柱包括N个磁柱，至少两个输入端包括N个输入端，例如，接收输入v1、v2，,,,，vn，在n为奇数时，第n个磁柱上的第一绕组的第二端连接第n+1个磁柱上的第一绕组的第二端，第n个磁柱上的第一绕组的第一端连接第n个输入端，在n为偶数时，第n个磁柱上的第二绕组的第二端连接第n+1个磁柱上的第二绕组的第二端，第n个磁柱上的第二绕组的第一端连接第n个输入端，当N为奇数时，第N个磁柱上的第一绕组的第一端连接第N个输入端，第N个磁柱上的第一绕组的第二端连接第1个磁柱上的第二绕组的第二端，当N为偶数时，第N个磁柱上的第二绕组的第一端连接第N个输入端，第N个磁柱上的第二绕组的第二端连接第1个磁柱上的第二绕组的第二端，N为整数，n＝1，2，3，...，N-1。上述至少两个磁柱上的所有绕组的缠绕方向可以相同。
根据本发明的实施例，耦合电感可以被设置成第一绕组的匝数与第二绕组的匝数相同，这样，能够在两个绕组中产生大小相同，方向相反的共模磁势，使得第一绕组和第二绕组中产生的共模磁势尽可能多地相互抵消，从而尽可能多地减少漏磁，这样，能够减小漏磁在绕组内产生的涡流损耗，并消除绕组外的金属部分产生杂散损耗，同时确保耦合电感周围的霍尔传感器、CT等磁元件的正常工作。
图9是根据本发明的又一实施例的一种耦合电感900的等效电路图的示意图。图10是图9的实施例的耦合电感900的结构示意图。耦合电感900是耦合电感100和耦合电感800的例子，在此适当省略详细的描述。
根据本发明的实施例，耦合电感900包括第一磁柱911、第二磁柱912和第三磁柱913，至少两个输入端包括第一输入端921、第二输入端922和第三输入端923，第一磁柱911上的第一绕组L11的第一端连接至第一输入端921，第二磁柱912上的第二绕组L22的第一端连接至第二输入端922，第三磁柱913上的第一绕组L31的第一端连接至第三输入端923，第一磁柱上的第二绕组L12的第一端、第二磁柱912上的第一绕组L21的第一端和第三磁柱913上的第二绕组L32的第一端连接至输出端930，第一磁柱911上的第一绕组L11的第二端连接第二磁柱912上的第一绕组L21的第二端，第二磁柱912上的第二绕组L22的第二端连接第三磁柱913上的第二绕组L32的第二端，第三磁柱913上的第一绕组L31的第二端连接第一磁柱911上的第二绕组L12的第二端。第一磁柱911上的第一绕组L11、第二绕组L12以及第二磁柱912上的第一绕组L21、第二绕组L22和第三磁柱913上的第一绕组L31、第二绕组L32上设置成在第一输入端921、第二输入端922和第二输入端923与输出端930之间形成相互耦合的电感，并使得在流入至少第一输入端921、第二输入端922和第三输入端923的电流相等时，第一磁柱911上的第一绕组L11和第二绕组L12产生相反的磁势，第二磁柱912上的第二绕组L21和第二绕组L22产生相反的磁势，并且第二磁柱913上的第二绕组L31和第二绕组L32产生相反的磁势。
根据本发明的实施例，耦合电感可以被设置成第一绕组的匝数与第二绕组的匝数相同，这样，能够在两个绕组中产生大小相同，方向相反的共模磁势，使得第一绕组和第二绕组中产生的共模磁势尽可能多地相互抵消，从而尽可能多地减少漏磁，这样，能够减小漏磁在绕组内产生的涡流损耗，并消除绕组外的金属部分产生杂散损耗，同时确保耦合电感周围的霍尔传感器、CT等磁元件的正常工作。
图11是根据本发明的实施例的一种功率变换器1100的结构示意图。功率变换器1100包括：输入端、输出端、如上述实施例的耦合电感和至少两路多电平桥臂。
耦合电感1120的输出端耦合至功率变换器1100的输出端；至少两路多电平桥臂1110，分别与耦合电感1120的至少两个输入端相连接，用于以交错并联方式工作，在至少两路多电平桥臂1110中的每路多电平桥臂的交流电节点产生随时间变化的多个电平。
以两路多电平桥臂1110为例，每个多电平桥臂可以包括：开关管T1、二极管D1、开关管T2、二极管D2、开关管T3、二极管D3、开关管T4和二极管D4。
根据本发明的实施例，耦合电感可以被设置成第一绕组的匝数与第二绕组的匝数相同，这样，能够在两个绕组中产生大小相同，方向相反的共模磁势，使得第一绕组和第二绕组中产生的共模磁势尽可能多相互抵消，从而尽可能多地减少漏磁，从而能够减小漏磁在绕组内产生的涡流损耗，并消除绕组外的金属部分产生杂散损耗，同时确保耦合电感周围的霍尔传感器、CT等磁元件的正常工作。
图11是以两路五电平桥臂为例进行说明，本发明的实施例并不限于此，本发明的实施例的耦合电感可以与多路多电平桥臂连接，每路多电平桥臂对应于耦合电感的一个输入端。
可选地，作为另一实施例，功率变换器1100还包括：驱动电路(未示出)。驱动电路用于产生驱动信号，控制至少两路多电平桥臂以相位错开的方式进行工作。驱动电路可以与多电平桥臂的开关管的栅极相连接，用于驱动开关管按照预设的开关周期导能和关断。
可选地，作为另一实施例，功率变换器1100还包括：滤波电路1130和分压电路1140。滤波电路1130与耦合电感1120的输出端相连接，用于对交流电进行滤波。分压电路1140与功率变换器1100的输入端相连接，用于对直流电进行分压。
分压电路1140包括并联连接的两个电容C1和C2，C1连接在正输入端DC+与中点DC-M之间，C2连接在负输入端DC-与中点DC-M之间。
滤波电路1130包括电感L。可选地，滤波电路1130还可以包括与电感L并联连接的电容。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种耦合电感，其特征在于，包括：至少两个输入端、一个公共的输出端、公共磁芯、至少两个第一绕组以及至少两个第二绕组，
所述公共磁芯包括至少两个磁柱，所述至少两个磁柱与所述至少两个输入端的数量相对应；
所述至少两个磁柱中的每个磁柱上并行绕制一个第一绕组和一个第二绕组，所述至少两个磁柱上的第一绕组和第二绕组相互连接在所述至少两个输入端与所述输出端之间形成相互耦合的电感，并使得在流入所述至少两个输入端的电流相等时，所述每个磁柱上的第一绕组和第二绕组产生相反的磁势。
2.根据权利要求1所述的耦合电感，其特征在于，所述至少两个磁柱包括第一磁柱和第二磁柱，所述至少两个输入端包括第一输入端和第二输入端，所述第一磁柱上的第一绕组与所述第二磁柱上的第一绕组串联连接在所述第二输入端与所述输出端之间，所述第一磁柱上的第二绕组与所述第二磁柱上的第二绕组串联连接在所述第一输入端与所述输出端之间。
3.根据权利要求2所述的耦合电感，其特征在于，所述第一磁柱上的第一绕组的第一端连接所述第二磁柱上的第一绕组的第二端，所述第一磁柱上的第一绕组的第二端连接至所述输出端，所述第一磁柱上的第二绕组的第一端连接至所述第二磁柱上的第二绕组的第二端，所述第一磁柱上的第二绕组的第二端连接所述第一输入端，所述第二磁柱上的第一绕组的第一端连接所述第二输入端，所述第二磁柱上的第二绕组的第一端连接至所述输出端，所述第一磁柱上的第一绕组的第一端的同名端为所述第二磁柱上的第一绕组的第一端，所述第一磁柱上的第二绕组的第一端的同名端为所述第二磁柱上的第二绕组的第一端。
4.根据权利要求2所述的耦合电感，其特征在于，所述第一磁柱上的第一绕组的第一端连接至所述输出端，所述第一磁柱上的第一绕组的第二端连接所述第二磁柱上的第一绕组的第二端，所述第一磁柱上的第二绕组的第一端连接至所述第一输入端，所述第一磁柱上的第二绕组的第二端连接所述第二磁柱上第二绕组的第二端，所述第二磁柱上的第一绕组的第一端连接所述第二输入端，所述第二磁柱上的第二绕组的第一端连接至所述输出端，所述第一磁柱上的第一绕组的第一端的同名端为所述第二磁柱上的第一绕组的第二端，所述第一磁柱上的第二绕组的第一端的同名端为所述第二磁柱上的第二绕组的第二端。
5.根据权利要求1所述的耦合电感，其特征在于，所述至少两个磁柱包括第一磁柱和第二磁柱，所述至少两个输入端包括第一输入端和第二输入端，所述第一磁柱上的第一绕组与第二磁柱上的第一绕组并联连接在所述第一输入端与所述输出端之间，所述第一磁柱上的第二绕组与所述第二磁柱上的第二绕组并联连接在所述第二输入端与所述输出端之间。
6.根据权利要求5所述的耦合电感，其特征在于，所述第一磁柱上的第一绕组的第一端和所述第二磁柱上的第一绕组的第一端连接至所述第一输入端，所述第一磁柱上的第二绕组的第二端和所述第二磁柱上的第二绕组的第二端连接至所述第二输入端，所述第一磁柱上的第二绕组的第一端、所述第二磁柱上的第二绕组的第一端、所述第一磁柱上第一绕组的第二端和所述第二磁柱上的第一绕组的第二端连接至所述输出端，所述第一磁柱上的第一绕组的第一端的同名端为所述第二磁柱上的第一绕组的第一端，所述第一磁柱上的第二绕组的第一端的同名端为所述第二磁柱上的第二绕组的第一端。
7.根据权利要求1所述的耦合电感，其特征在于，所述至少两个磁柱包括N个磁柱，所述至少两个输入端包括N个输入端，在n为奇数时，第n个磁柱上的第一绕组的第二端连接第n+1个磁柱上的第一绕组的第二端，第n个磁柱上的第一绕组的第一端连接第n个输入端，在n为偶数时，第n个磁柱上的第二绕组的第二端连接第n+1个磁柱上的第二绕组的第二端，第n个磁柱上的第二绕组的第一端连接第n个输入端，当N为奇数时，第N个磁柱上的第一绕组的第一端连接第N个输入端，第N个磁柱上的第一绕组的第二端连接第1个磁柱上的第二绕组的第二端，当N为偶数时，第N个磁柱上的第二绕组的第一端连接第N个输入端，第N个磁柱上的第二绕组的第二端连接第1个磁柱上的第二绕组的第二端，N为整数，n＝1，2，3，...，N-1。
8.根据权利要求7所述的耦合电感，其特征在于，所述N个磁柱中包括第一磁柱、第二磁柱和第三磁柱，所述至少两个输入端包括第一输入端、第二输入端和第三输入端，所述第一磁柱上的第一绕组的第一端连接至第一输入端，所述第二磁柱上的第二绕组的第一端连接至第二输入端，所述第三磁柱上的第一绕组的第一端连接至第三输入端，所述第一磁柱上的第二绕组的第一端、所述第二磁柱上的第一绕组的第一端和所述第三磁柱上的第二绕组的第一端连接至所述输出端，所述第一磁柱上的第一绕组的第二端连接所述第二磁柱上的第一绕组的第二端，所述第二磁柱上的第二绕组的第二端连接所述第三磁柱上的第二绕组的第二端，所述第三磁柱上的第一绕组的第二端连接所述第一磁柱上的第二绕组的第二端。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的耦合电感，所述至少两个磁柱相互连接，所述至少两个磁柱中每个磁柱上的第一绕组和第二绕组的缠绕方向相同。
10.根据权利要求1至8中的任一项所述的耦合电感，其特征在于，所述第一绕组的匝数和所述第二绕组的匝数相同。
11.一种功率变换器，其特征在于，包括：
输入端；
输出端；
如权利要求1至9中的任一项所述的耦合电感，所述耦合电感的输出端耦合至所述功率变换器的输出端；
至少两路多电平桥臂，分别与所述耦合电感的至少两个输入端相连接，用于以交错并联方式工作，在所述至少两路多电平桥臂中的每路多电平桥臂的交流电节点产生随时间变化的多个电平。
12.根据权利要求11所述的功率变换器，其特征在于，还包括：
驱动电路，用于产生驱动信号，控制所述至少两路多电平桥臂以相位错开的方式进行工作。
13.根据权利要求11或12所述的功率变换器，其特征在于，还包括：
滤波电路，与所述耦合电感的输出端相连接，用于对所述交流电进行滤波；
分压电路，与所述功率变换器的输入端相连接，用于对直流电进行分压。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104079195B (zh) * 2014-06-30 2017-01-25 华为技术有限公司 功率变换电路和功率变换系统
DK3399630T3 (da) * 2015-12-29 2022-05-09 Ingeteam Power Tech Sa Udgangsfilter til et strømkonverteringssystem og strømkonverteringssystem
CN112700961A (zh) * 2016-02-26 2021-04-23 维谛技术有限公司 用于降低耦合电感的工频磁通密度的电感绕制方法和低工频磁通密度的耦合电感
CN107302298B (zh) * 2016-03-31 2023-08-29 台达电子企业管理（上海）有限公司 具有两路或多路输出电压的电源模块
CN107946047B (zh) * 2016-10-12 2020-04-14 赤多尼科两合股份有限公司 一种夹层绕法电感
CN106487018A (zh) * 2016-11-30 2017-03-08 广东电网有限责任公司茂名供电局 绕组绕制方式改变的配电网中性线零序谐波抑制装置
CN106505573A (zh) * 2016-11-30 2017-03-15 广东电网有限责任公司茂名供电局 磁通补偿型配电网中性线零序谐波抑制装置
CN109286329A (zh) * 2017-07-22 2019-01-29 中兴通讯股份有限公司 一种用于三相电的整流电路装置及实现方法
US10644612B2 (en) * 2017-11-30 2020-05-05 General Electric Company System of input current sharing for compact architecture in a power converter
US11671030B2 (en) * 2019-06-12 2023-06-06 Abb Schweiz Ag Interleaved converter
EP4008051A1 (en) 2019-08-02 2022-06-08 Eaton Intelligent Power Limited Resonant power converter for wide range voltage switching
CN111341544B (zh) * 2020-03-20 2022-12-13 杭州电子科技大学 一种全耦合磁性元件
CN113472176B (zh) 2020-03-30 2023-03-14 台达电子工业股份有限公司 功率转换系统
WO2022027619A1 (en) * 2020-08-07 2022-02-10 Abb Schweiz Ag Multi-level power convertor and method for multi-level power convertor
CN112821747B (zh) * 2020-12-24 2022-06-21 深圳科士达科技股份有限公司 一种基于耦合电感的三相交错并联pfc电路及控制系统
CN113363061B (zh) * 2021-04-08 2023-01-24 华为数字能源技术有限公司 一种集成磁器件、变压器及电源系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2065354U (zh) * 1990-03-19 1990-11-07 沈阳变压器厂 对称式磁饱和调压器
CN101145477A (zh) * 2007-08-14 2008-03-19 华中科技大学 并联型断路器
CN201298441Y (zh) * 2008-10-27 2009-08-26 魏明 稳压变压器
CN201498341U (zh) * 2009-06-08 2010-06-02 赵国生 单相调压式磁控电抗器
CN201812650U (zh) * 2010-09-30 2011-04-27 华锐风电科技(集团)股份有限公司 使用了z型曲折绕组的风电机组变压器

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7315463B2 (en) * 2004-09-30 2008-01-01 Intel Corporation Apparatus and method for multi-phase transformers
DE102004052700B4 (de) * 2004-10-29 2007-04-12 Brinkmann Gmbh & Co. Kg Mehrphasen-Netzfilter
JP4266951B2 (ja) * 2005-03-31 2009-05-27 Ｔｄｋ株式会社 磁気素子および電源装置
JP5026029B2 (ja) * 2006-08-30 2012-09-12 陽三 飯田 電流バランサおよび低圧配電システム
CN101944839B (zh) * 2010-09-28 2012-11-07 中国科学院电工研究所 单相五电平功率变换器
CN102074331B (zh) * 2010-12-13 2012-07-04 山东大学 一种磁饱和电抗器
US9281748B2 (en) * 2012-03-02 2016-03-08 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Operating a DC-DC converter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2065354U (zh) * 1990-03-19 1990-11-07 沈阳变压器厂 对称式磁饱和调压器
CN101145477A (zh) * 2007-08-14 2008-03-19 华中科技大学 并联型断路器
CN201298441Y (zh) * 2008-10-27 2009-08-26 魏明 稳压变压器
CN201498341U (zh) * 2009-06-08 2010-06-02 赵国生 单相调压式磁控电抗器
CN201812650U (zh) * 2010-09-30 2011-04-27 华锐风电科技(集团)股份有限公司 使用了z型曲折绕组的风电机组变压器

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