CN107086792B - 一种交错并联Sepic电路的无源元件集成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交错并联Sepic电路的无源元件集成装置，其中包括两个集成绕组、两个变压器集成绕组、两个E型磁芯；两个E型磁芯相对设置，两个集成绕组分别绕制在两个E型磁芯中柱上；两个变压器集成绕组分别绕制在两个E型磁芯左右两侧边柱上；两个集成绕组均包括由里到外依次排列的内层铜箔绕组、电介质层、外层铜箔绕组；两个变压器集成绕组均包括由里到外依次排列的内层铜箔绕组、漏感材料层、外层铜箔绕组。本发明将交错并联Sepic电路中的升压电感、储能电容、变压器集成在一个磁性元件中，减少了无源元件的数量和体积，提高了交错并联Sepic电路的功率密度，消弱了分布参数对电路性能的影响。

Description

一种交错并联Sepic电路的无源元件集成装置
技术领域
本发明公开了一种交错并联Sepic电路的无源元件集成装置。
背景技术
能源危机的加剧和全球气候变暖等严峻现状，使得新能源技术得到大力推广，在新能源技术中光伏电池、燃料电池、蓄电池、超级电容等分布式能量单元得到了广泛应用，然而这些能量单元电压等级通常比较低，通常通过直流功率变换器来提升电压增益，实现能量从低压到高压的变换。
交错并联Sepic电路，主要由输入直流电源、升压电感、储能电容、逆变器、变压器和整流输出构成。交错并联Sepic电路可以实现能量从低压直流到高压直流的变换，为电力设备提供良好稳定的供电，使供电用户得到优质电能质量的电能。
交错并联Sepic电路中包括以下无源元件：升压电感、储能电容、变压器等。通常这些无源元件以分立元件实现，不但元件数量多，而且形状各异、大小不一，空间利用率低，采用分立元件使得电力电子设备的功率密度大大降低，甚至分立元件的寄生参数，如电感的等效并联电容、电容的引脚电感和布线布局，还会对交错并联Sepic电路的性能产生不利影响。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、体积小、空间利用率高的交错并联Sepic电路的无源元件集成装置。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种交错并联Sepic电路的无源元件集成装置，包括第一集成绕组、第二集成绕组、第一变压器集成绕组、第二变压器集成绕组、第一E型磁芯和第二E型磁芯；所述第一E型磁芯位于第二E型磁芯上方且与第二E型磁芯相对设置；第一集成绕组绕制在第一E型磁芯的中柱上，第二集成绕组绕制在第二E型磁芯的中柱上；第一变压器集成绕组绕制在第一E型磁芯和第二E型磁芯左侧边柱上；第二变压器集成绕组绕制在第一E型磁芯和第二E型磁芯右侧边柱上；所述第一集成绕组包括由里到外依次排列的第一内层铜箔绕组、第一电介质层、第一外层铜箔绕组，第二集成绕组包括由里到外依次排列的第二内层铜箔绕组、第二电介质层、第二外层铜箔绕组，第一变压器集成绕组包括由里到外依次排列的第三内层铜箔绕组、第一漏感材料层、第三外层铜箔绕组，第二变压器集成绕组包括由里到外依次排列的第四内层铜箔绕组、第二漏感材料层、第四外层铜箔绕组。
上述交错并联Sepic电路的无源元件集成装置，所述第一内层铜箔绕组的输入端与一电源正极相连，第一内层铜箔绕组的输出端与第一开关管的漏极相连，第一外层铜箔绕组的输入端悬空不接入电路，第一外层铜箔绕组的输出端与第二开关管的漏极相连；第二内层铜箔绕组的输入端与电源正极相连，第二内层铜箔绕组的输出端与第三开关管的漏极相连，第二外层铜箔绕组的输入端悬空不接入电路，第二外层铜箔绕组的输出端与第四开关管的漏极相连；第三内层铜箔绕组的输入端与第二开关管的漏极相连，第三内层铜箔绕组的输出端与第四内层铜箔绕组的输入端相连，第四内层铜箔绕组的输出端与第四开关管的漏极相连；第三外层铜箔绕组的输入端与负载端整流桥中点相连，第三外层铜箔绕组的输出端与第四外层铜箔绕组的输入端相连，第四外层铜箔绕组的输出端与负载端整流桥相连，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管构成开关电路，第一开关管、第三开关管的源极均与电源负极相连，第二开关管、第四开关管的源极均经一个电容后与电源负极相连。
上述交错并联Sepic电路的无源元件集成装置，所述整流桥包括第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第三电容，所述第一二极管的负极与负载一端相连，第一二极管的正极与第二二极管的负极相连并作为整流桥的中点，第二二极管的正极与负载另一端相连，所述第一电容一端与第一二极管的负极相连，第一电容另一端与第二电容一端相连并共同连接至第四外层铜箔绕组的输出端，第二电容另一端与第二二极管的正极相连，所述第三电容并接在负载两端。
上述交错并联Sepic电路的无源元件集成装置，所述第一集成绕组中第一内层铜箔绕组构成第一升压电感，第一电介质层构成第一储能电容；第二集成绕组中第二内层铜箔绕组构成第二升压电感，第二电介质层构成第二储能电容；第一变压器集成绕组的第三内层铜箔绕组与第二变压器集成绕组的第四内层铜箔绕组串联构成变压器原边，第一变压器集成绕组的第三外层铜箔绕组与第二变压器集成绕组的第四外层铜箔绕组串联构成变压器副边，第一漏感材料层与第二漏感材料层用于调节漏感大小。
上述交错并联Sepic电路的无源元件集成装置，所述第一集成绕组与第二集成绕组绕向相同；第一变压器集成绕组与第二变压器集成绕组绕向相反。
上述交错并联Sepic电路的无源元件集成装置，所述第一集成绕组形成集总参数模型为第一升压电感与第一储能电容的三端网络；第二集成绕组形成集总参数模型为第二升压电感与第二储能电容的三端网络；第一变压器集成绕组与第二变压器集成绕组共同形成的集总参数模型为一个漏感、一个变压器的四端网络。
本发明的有益效果在于：本发明将交错并联Sepic电路中的升压电感、储能电容、变压器全部集成在一个磁性元件中，有效提高了电感与电容元件的空间利用率，减少了交错并联Sepic电路中的无源元件数量和体积，提高了交错并联Sepic电路的功率密度，消弱了元件分布参数的寄生振荡对电路性能的影响。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的爆炸结构示意图。
图3为本发明的工作结构示意图。
图4为本发明的两个集成绕组与两个变压器集成绕组分布参数模型结构示意图。
图5为本发明的两个集成绕组与两个变压器集成绕组合并前的集总参数模型结构示意图。
图6为本发明的两个集成绕组与两个变压器集成绕组合并后的集总参数模型结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-图3所示，包括第一集成绕组17、第二集成绕组18、第一变压器集成绕组15、第二变压器集成绕组16、第一E型磁芯1和第二E型磁芯2；所述第一E型磁芯1位于第二E型磁芯2上方且与第二E型磁芯2相对设置；第一集成绕组17绕制在第一E型磁芯1的中柱上，第二集成绕组18绕制在第二E型磁芯2的中柱上；第一变压器集成绕组15绕制在第一E型磁芯1和第二E型磁芯2左侧边柱上；第二变压器集成绕组16绕制在第一E型磁芯1和第二E型磁芯2右侧边柱上；所述第一集成绕组17包括由里到外依次排列的第一内层铜箔绕组9、第一电介质层10、第一外层铜箔绕组11，第二集成绕组18包括由里到外依次排列的第二内层铜箔绕组12、第二电介质层13、第二外层铜箔绕组14，第一变压器集成绕组15包括由里到外依次排列的第三内层铜箔绕组6、第一漏感材料层7、第三外层铜箔绕组8，第二变压器集成绕组16包括由里到外依次排列的第四内层铜箔绕组3、第二漏感材料层4、第四外层铜箔绕组5。
所述第一内层铜箔绕组9的输入端与电源19的正极23相连，第一内层铜箔绕组9的输出端与第一开关管S1的漏极24相连，第一外层铜箔绕组11的输入端悬空不接入电路，第一外层铜箔绕组11的输出端与第二开关管S2的漏极25相连；第二内层铜箔绕组12的输入端与电源19的正极23相连，第二内层铜箔绕组12的输出端与第三开关管S3的漏极26相连，第二外层铜箔绕组14的输入端悬空不接入电路，第二外层铜箔绕组14的输出端与第四开关管S4的漏极27相连；第三内层铜箔绕组6的输入端与第二开关管S2的漏极25相连，第三内层铜箔绕组6的输出端30与第四内层铜箔绕组3的输入端相连，第四内层铜箔绕组3的输出端与第四开关管S4的漏极27相连；第三外层铜箔绕组8的输入端与负载端整流桥22中点28相连，第三外层铜箔绕组8的输出端31与第四外层铜箔绕组5的输入端相连，第四外层铜箔绕组5的输出端与负载端整流桥22相连。所述第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4以及两个电感L2、L4和两个电容C2、C4构成开关电路20，第一开关管S1、第三开关管S3的源极均与电源19的负极相连，第二开关管S2、第四开关管S4的源极分别经电容C2、C4后与电源19的负极相连。
所述整流桥22包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C5、第二电容C6、第三电容Cout，所述第一二极管D1的负极与负载R L 一端相连，第一二极管D1的正极与第二二极管D2的负极相连并作为整流桥22的中点28，第二二极管D2的正极与负载R L 另一端相连，所述第一电容C5一端与第一二极管D1的负极相连，第一电容C5另一端29与第二电容C6一端相连并共同连接至第四外层铜箔绕组5的输出端，第二电容C6另一端与第二二极管D2的正极相连，所述第三电容Cout并接在负载R L 两端。
所述第一集成绕组17中第一内层铜箔绕组9构成第一升压电感，第一电介质层10构成第一储能电容；第二集成绕组18中第二内层铜箔绕组12构成第二升压电感，第二电介质层13构成第二储能电容；第一变压器集成绕组15的第三内层铜箔绕组6与第二变压器集成绕组16的第四内层铜箔绕组3串联构成变压器原边，第一变压器集成绕组15的第三外层铜箔绕组8与第二变压器集成绕组16的第四外层铜箔绕组5串联构成变压器副边，第一漏感材料层7与第二漏感材料层4用于调节漏感大小。
所述第一集成绕组17与第二集成绕组18绕向相同；第一变压器集成绕组15与第二变压器集成绕组16绕向相反。
如图4所示，所述第一集成绕组17形成分布参数模型为第一升压电感与第一储能电容的三端网络23-24-25；第二集成绕组18形成分布参数模型为第二升压电感与第二储能电容的三端网络23-26-27；第一变压器集成绕组15等效形成一个漏感与变压器原边串联的二端网络25-30、变压器副边网络28-31；第二变压器集成绕组16等效形成一个漏感与变压器原边串联的二端网络30-27、变压器副边网络31-29。
如图5所示，第一变压器集成绕组15等效形成一个漏感与变压器原边串联的二端网络25-30；第二变压器集成绕组16等效形成一个漏感与变压器原边串联的二端网络30-27；第一变压器集成绕组15与第二变压器集成绕组16共同形成变压器一个副边网络28-31-29。
如图6所示，第一集成绕组17形成的集总参数模型为第一升压电感与第一储能电容相连的三端网络23-24-25；第二集成绕组18形成的集总参数模型为第二升压电感与第二储能电容相连的三端网络23-26-27；第一变压器集成绕组15与第二变压器集成绕组16形成的集总参数模型为一个漏感、一个变压器四端网络25-27-28-29。

Claims (5)

1.一种交错并联Sepic电路的无源元件集成装置，其特征在于：包括第一集成绕组、第二集成绕组、第一变压器集成绕组、第二变压器集成绕组、第一E型磁芯和第二E型磁芯；所述第一E型磁芯位于第二E型磁芯上方且与第二E型磁芯相对设置；第一集成绕组绕制在第一E型磁芯的中柱上，第二集成绕组绕制在第二E型磁芯的中柱上；第一变压器集成绕组绕制在第一E型磁芯和第二E型磁芯左侧边柱上；第二变压器集成绕组绕制在第一E型磁芯和第二E型磁芯右侧边柱上；所述第一集成绕组包括由里到外依次排列的第一内层铜箔绕组、第一电介质层、第一外层铜箔绕组，第二集成绕组包括由里到外依次排列的第二内层铜箔绕组、第二电介质层、第二外层铜箔绕组，第一变压器集成绕组包括由里到外依次排列的第三内层铜箔绕组、第一漏感材料层、第三外层铜箔绕组，第二变压器集成绕组包括由里到外依次排列的第四内层铜箔绕组、第二漏感材料层、第四外层铜箔绕组。
2.根据权利要求1所述的交错并联Sepic电路的无源元件集成装置，其特征在于：所述第一内层铜箔绕组的输入端与电源正极相连，第一内层铜箔绕组的输出端与第一开关管的漏极相连，第一外层铜箔绕组的输入端悬空不接入电路，第一外层铜箔绕组的输出端与第二开关管的漏极相连；第二内层铜箔绕组的输入端与电源正极相连，第二内层铜箔绕组的输出端与第三开关管的漏极相连，第二外层铜箔绕组的输入端悬空不接入电路，第二外层铜箔绕组的输出端与第四开关管的漏极相连；第三内层铜箔绕组的输入端与第二开关管的漏极相连，第三内层铜箔绕组的输出端与第四内层铜箔绕组的输入端相连，第四内层铜箔绕组的输出端与第四开关管的漏极相连；第三外层铜箔绕组的输入端与负载端整流桥中点相连，第三外层铜箔绕组的输出端与第四外层铜箔绕组的输入端相连，第四外层铜箔绕组的输出端与负载端整流桥相连，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管构成开关电路，第一开关管、第三开关管的源极均与电源负极相连，第二开关管的源极经电容Ⅰ后与电源负极相连，第四开关管的源极经电容Ⅱ后与电源负极相连；
所述整流桥包括第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第三电容，所述第一二极管的负极与负载一端相连，第一二极管的正极与第二二极管的负极相连并作为整流桥的中点，第二二极管的正极与负载另一端相连，所述第一电容一端与第一二极管的负极相连，第一电容另一端与第二电容一端相连并共同连接至第四外层铜箔绕组的输出端，第二电容另一端与第二二极管的正极相连，所述第三电容并接在负载两端。
3.根据权利要求2所述的交错并联Sepic电路的无源元件集成装置，其特征在于：所述第一集成绕组中第一内层铜箔绕组构成第一升压电感，第一电介质层构成第一储能电容；第二集成绕组中第二内层铜箔绕组构成第二升压电感，第二电介质层构成第二储能电容；第一变压器集成绕组的第三内层铜箔绕组与第二变压器集成绕组的第四内层铜箔绕组串联构成变压器原边，第一变压器集成绕组的第三外层铜箔绕组与第二变压器集成绕组的第四外层铜箔绕组串联构成变压器副边，第一漏感材料层与第二漏感材料层用于调节漏感大小。
4.根据权利要求2所述的交错并联Sepic电路的无源元件集成装置，其特征在于：所述第一集成绕组与第二集成绕组绕向相同；第一变压器集成绕组与第二变压器集成绕组绕向相反。
5.根据权利要求2所述的交错并联Sepic电路的无源元件集成装置，其特征在于：所述第一集成绕组形成集总参数模型为第一升压电感与第一储能电容的三端网络；第二集成绕组形成集总参数模型为第二升压电感与第二储能电容的三端网络；第一变压器集成绕组与第二变压器集成绕组共同形成的集总参数模型为一个漏感、一个变压器的四端网络。
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