CN106160496A - 一种用于新能源汽车的平面变压器磁集成串并联电源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于新能源汽车的平面变压器磁集成串并联电源系统，属于新能源汽车领域。一种用于新能源汽车的平面变压器磁集成串并联电源系统，所述平面变压器磁集成串并联电源系统为LLC谐振转换器，所述LLC谐振转换器包括一个带MOSFET管的控制器、一个谐振网络、一个整流器网络和滤波网络，所述谐振网络包括两个谐振电容、四个钳位二极管和两个变压器，所述整流网络包括两组并联的MOSFET管同步整流器，所述滤波网络由并联的滤波电容组成。本发明减少了磁性元器件的数量，同时也笨重的变压器等磁性元器件的高度尽量降低，也增强了磁性元器件的散热，提高了电源系统效率，减小了汽车震动风险，大大提高了电源在复杂工作条件下的适应能力和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车领域，尤其涉及一种用于新能源汽车的平面变压器磁集成串并联电源系统。
背景技术
随着我国经济社会发展水平的不断提高，汽车的保有量持续攀升。因此，大力发展电动汽车这类新能源汽车，既能够加快燃油替代，减少汽车尾气排放，又可保障能源安全、促进节能减排、防治大气污染，对推动我国从汽车大国迈向汽车强国具有重要意义。电动汽车是用电能作为汽车前进的动力，它需要车载DC/DC电源把锂电池或铅酸电池的能量转化成汽车驱动器需要的电能，驱动汽车。因此车载电源是电动汽车的必备关键的设备。未来车载DC/DC的发展趋势应是宽电压输入280VDC-880VDC，具备CAN通讯功能，以及隔离的使能控制信号，关键器件如电解电容、MOS、整流管、续流管、核心的控制芯片都须是汽车级，同时变压器设计工艺未来必然是平板变压器方式。市场上也有不少类似的电源产品，通常采用正激有源箝位或全桥移相的方案，这些方案有下列问题：对电池包电压的适应性较差，在电池充满电和放电过程中，电池包的输出电压会发生很大变化，一般只能适应400-700V电压输入,因此前期产品在市场上应用,会出现很多车载电源损坏的问题,究其原因都是因为车辆启停时候,产生的瞬间高压击穿电源MOS管所致；效率较低，特别是当高压电池包的电压变化时，效率变化较大，有的低压输入时效率很低，有的高压输入效率很低；可靠性较低，由于原有电源的方案不能实现软开关，所以电源中的功率管在开关过程中的应力很高，导致功率管的可靠性大大降低；大电流发热问题也是其中很重要的问题，热量比较集中而且不容易散热。
发明内容
本发明针对现有技术的输出大电流发热、发热集中、散热效果不好效率低下和可靠性差的缺陷，提供了一种用于新能源汽车的平面变压器磁集成串并联电源系统，本发明有效地解决了热的问题、提高了电源系统效率，减小了汽车 震动风险，大大提高了产品的可靠性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种用于新能源汽车的平面变压器磁集成串并联电源系统，所述平面变压器磁集成串并联电源系统为LLC谐振转换器，所述LLC谐振转换器包括一个带MOSFET管的控制器、一个谐振网络、一个整流器网络和滤波网络，所述谐振网络包括两个谐振电容、四个钳位二极管和两个变压器，所述整流网络包括两组并联的MOSFET管同步整流器，所述滤波网络由并联的滤波电容组成。
优选地，所述变压器为磁集成平面变压器，所述变压器为磁集成平面变压器，所述磁集成平面变压器包括磁芯、上绝缘环氧板、下绝缘环氧板、原边绕组线圈、次边输出绕组和变压器绕组引出线，所述上绝缘环氧板、原边绕组线圈、次边输出绕组和下绝缘环氧板依次设置在所述磁芯上，所述原边绕组线圈两端的引线分别与次边输出绕组的引线连接后继续延伸形成变压器绕组引出线。
优选地，所述两个磁集成变压器一次侧串联，二次侧先并联后再串联。
优选地，所述变压器采用平板工艺制作。
优选地，所述MOSFET管同步整流器包括三个并联的低压MOSFET管。
优选地，所述磁芯包括上磁芯和下磁芯，所述上磁芯和下磁芯通过引力吸附在一起，所述上磁芯和下磁芯均包括底座、芯柱和外环，所述芯柱位于底座端面的中心，所述外环位于底座端面的边缘，所述原边绕组线圈、次边输出绕组和绝缘环氧板均套在芯柱上；所述外环上开有供线圈与外界连通的开口。
优选地，所述次边输出绕组为印制在PCB板上的线圈所形成的绕组线板。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
本发明减少了磁性元器件的数量，同时也笨重的变压器等磁性元器件的高度尽量降低，也增强了磁性元器件的散热，提高了电源系统效率，减小了汽车震动风险，大大提高了电源在复杂工作条件下的适应能力和可靠性。
附图说明
如图1所示为本发明提供的一种用于新能源汽车的平面变压器磁集成串并联电源系统的电路原理图；
如图2所示为本发明提供的一种磁集成平面变压器的拆分结构示意图；
如图3所示为本发明提供的一种磁集成平面变压器的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
结合图1对本发明进行说明，该电路是一种用于新能源汽车的平面变压器磁集成串并联电源系统的电路，该电路主要为LLC谐振电路，包括一个带MOSFET管的控制器、一个谐振网络、一个整流器网络和滤波网络。
结合图2对本发明进行说明，本发明所用的变压器为磁集成平面变压器，包括磁芯1、绝缘环氧板2、原边绕组线圈3、次边输出绕组4、绝缘环氧板5、磁芯6和变压器绕组引出线11，磁芯1和磁芯6均包括芯柱8、底座和外环(底座和外环图中未示出)；绝缘环氧板5、次边输出绕组4、原边绕组线圈3、绝缘环氧板5一次套在芯柱8和芯柱10上连接置于磁芯1和磁芯6内；绝缘环氧板2和绝缘环氧板5分别设置在磁芯1和原边绕组线圈3、磁芯6和次边输出绕组4之间；次边输出绕组4采用PCB制作工艺制作而成，把绕组线圈印制在PCB板上，形成并联的PCB绕组线板。
结合图3对本发明进行说明，如图3所示为磁集成平面变压器的整体结构示意图，两个磁芯芯柱相对的两个端面为两个磁芯的接触面，两个磁芯通过吸引力连接，变压器绕组引出线11包括原边绕组线圈引出线7和次边输出绕组引出线9，原边绕组线圈引出线7通过次边输出绕组连接次边输出绕组引出线9。
本发明的电路原理图中，带MOSFET管的控制器包括两个串联的MOSFET管Q6、Q7，一端接地一端接高电平，两个MOSFET管Q6、Q7起开关作用。谐振网络包括两个谐振电容C139和C140、四个钳位二极管D24、D44、D32、D45和两个变压器T1和T3，谐振电容139和C140串联之后和两个MOSFET管Q6、Q7连接，四个钳位二极管D24和D44、D32和D45两两并联然后再串联，串联之后和两个MOSFET管Q6、Q7连接，两个谐振电容C139、C140之间和串联的钳位二极管之间连接，两个变压器T1、T3的一次侧T1-A、T3-A串联，二次侧T1-B和T3-B、T1-C和T3-C并联。本发明使用了磁集成的变压器T1、T3，将谐振电感集成在平面变压器中，这样节约了PCB的面积、减小了变压器的体积并提高了功率密度，钳位二极管起保护电路的的作用，变压器的连接方式解决了输出电流大而集中在一个变压器时热过于集中的问题，一方面解决了散热问题，另一方面也提高了电源的效率。整流器网络包括两组三个并联相接的MOSFET管组成的整流 器，同步整流，两组并联的MOSFET管分别为Q31、Q32、Q33和Q28、Q29、Q30，采用低压MOSFET管代替传统的肖特基整流二极管，大大降低了输出侧的导通压降而提高了效率，这两组分别连接于变压器的二次侧T1-B、T3-B和T1-C、T3-C。滤波网络包括多个并联相接的滤波电容，C27、C25、C22、C170、C33等并联滤波，将高频方波滤成直流输出。实测电源整机在额定电压输入、输出满额条件下，效率＞96％。
本实施例的工作原理如下：
电压通过主功率MOSFET管到谐振网络，平面变压器将次边输出绕组(T1B、T3B、T1C、T3C)采用PCB制作工艺，尽量减小输出绕组的厚度，而调节原边绕组线包与次边PCB的距离来调节变压器所需要的漏感，从而调节LLC谐振电感，这样就达到了谐振电感和变压器磁集成的目的。由于输出电流较大，通过两个变压器的原边串联、次边并联的方式，将大输出电流由两个变压器共同输出，使热量平均分布在两个变压器中，整流器网络通过并联同步整流大大降低了输出侧导通压降，这样也提高了电源的效率，最后通过滤波网络将高频方波虑成直流，然后输出。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种用于新能源汽车的平面变压器磁集成串并联电源系统，所述平面变压器磁集成串并联电源系统为LLC谐振转换器，所述LLC谐振转换器包括一个带MOSFET管的控制器、一个谐振网络、一个整流器网络和滤波网络，其特征在于，所述谐振网络包括两个谐振电容、四个钳位二极管和两个变压器，所述整流网络包括两组并联的MOSFET管同步整流器，所述滤波网络由并联的滤波电容组成。
2.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车的平面变压器磁集成串并联电源系统，其特征在于，所述变压器为磁集成平面变压器，所述磁集成平面变压器包括磁芯、上绝缘环氧板、下绝缘环氧板、原边绕组线圈、次边输出绕组和变压器绕组引出线，所述上绝缘环氧板、原边绕组线圈、次边输出绕组和下绝缘环氧板依次设置在所述磁芯上，所述原边绕组线圈两端的引线分别与次边输出绕组的引线连接后继续延伸形成变压器绕组引出线。
3.根据权利要求2所述的一种用于新能源汽车的平面变压器磁集成串并联电源系统，其特征在于，所述两个磁集成变压器一次侧串联，二次侧先并联后再串联。
4.根据权利要求2所述的一种用于新能源汽车的平面变压器磁集成串并联电源系统，其特征在于，所述变压器采用平板工艺制作。
5.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车的平面变压器磁集成串并联电源系统，其特征在于，所述MOSFET管同步整流器包括三个并联的低压MOSFET管。
6.根据权利要求2所述的一种用于新能源汽车的平面变压器磁集成串并联电源系统，其特征在于，所述磁芯包括上磁芯和下磁芯，所述上磁芯和下磁芯通过引力吸附在一起，所述上磁芯和下磁芯均包括底座、芯柱和外环，所述芯柱位于底座端面的中心，所述外环位于底座端面的边缘，所述原边绕组线圈、次边输出绕组和绝缘环氧板均套在芯柱上；所述外环上开有供线圈与外界连通的开口。
7.根据权利要求2所述的一种用于新能源汽车的平面变压器磁集成串并联电源系统，其特征在于，所述次边输出绕组为印制在PCB板上的线圈所形成的绕组线板。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161123 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |