CN108538552A - 一种集成谐振电感的磁芯装置及其变压器 - Google Patents

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李�杰
黄栋杰
董钦
温刚
张晓丽
胡永华
张海涛
马瑞
胡明珠
陈松伟
董鹤
刘荔
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XJ Electric Co Ltd
Xuji Power Co Ltd
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Abstract

本发明涉及变压器领域，具体涉及一种集成谐振电感的磁芯装置及其变压器。本发明通过在两个E型磁芯中间插入一个相配合的I型磁芯，形成漏磁通路，变压器绕组配合漏磁通路形成谐振电感。本发明可以减小装置内感性器件的总体积，有助于提高装置的功率密度；谐振电感的铁损仍然存在，但是由于和主变压器共用一个绕组，总的绕线长度却降低了很多，铁损大为减少，整机效率也会提高。

Description

一种集成谐振电感的磁芯装置及其变压器
技术领域
本发明涉及变压器领域，具体涉及一种集成谐振电感的磁芯装置及其变压器。
背景技术
近些年来随着技术的发展，特别是碳化硅器件的兴起，在电力电子变换领域，开关频率越做越高，输出功率越来越大，功率密度不断提高，对变换装置效率的要求越来越高，体积要求越来越小。而现有变压器的结构总体积较大，增加了电路布局时的困难，同时绕组的线圈长度太长，导致整机的效率较低，损耗较大。申请号为200710186467.X的专利文件公开了一种变压器和电感的磁集成结构，该结构具有“田”字型闭合磁芯，在“田”字型闭合磁芯的一个中心柱上缠绕变压器绕组，在另一个中心柱上缠绕电感绕组，缠绕变压器绕组的中心柱上设有变压器气隙，缠绕电感绕组的中心柱上设有电感气隙，该结构在一定程度上减小了变压器磁元件的体积，但是由于设置有电感绕组，导致体积依然较大，绕组线圈也较多。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成谐振电感的磁芯装置及其变压器，用以解决现有变压器技术中由于体积较大、线圈绕组过多导致器件损耗大、整机变换效率低的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种集成谐振电感的磁芯装置，包括一个I型磁芯和两个E型磁芯，所述I型磁芯的一侧接触设置有第一E型磁芯，另外一侧接触设置有第二E型磁芯，所述第一E型磁芯和第二E型磁芯的边柱以及中柱均与所述I型磁芯接触。
相应的，本发明还提供了一种集成谐振电感的变压器，包括磁芯装置，所述磁芯装置包括一个I型磁芯，所述I型磁芯的一侧设置有第一E型磁芯，另外一侧设置有第二E型磁芯，所述第一E型磁芯和第二E型磁芯的边柱以及中柱均与所述I型磁芯接触，所述第一E型磁芯的中柱上设置有原边绕组，所述第二E型磁芯的中柱上设置有副边绕组。
进一步的，所述变压器的励磁电感为：
其中，LP是励磁电感，n1是所述原边绕组的匝数，R主是主磁通路的磁阻。
进一步的，所述变压器的漏感为：
其中，L漏是励磁电感，n1是所述原边绕组的匝数，R漏是漏磁通路的磁阻。
进一步的，所述变压器的原边自感Uin为：
其中，n2为副边绕组的匝数，ip为励磁电流，Φ主为主磁通，Φ漏是漏磁。
本发明的有益效果是：通过在两个E型磁芯中间插入一个相配合的I型磁芯，形成漏磁通路，变压器绕组配合漏磁通路形成谐振电感。这样可以减小装置体积，节省线圈数量，从而降低感性器件损耗，提高整机变换效率。
附图说明
图1是本发明磁芯装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中变压器的绕组结构示意图；
图3是本发明实施例中变压器内部磁路的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明提供了一种集成谐振电感的磁芯装置及其变压器，通过在两个E型磁芯内部插入一个相配合的I型磁芯，形成漏磁通路，而变压器绕组配合漏磁通路形成谐振电感。这种方式减小了装置内感性器件的总体积，降低了PCB板的布局难度，有助于提高装置的功率密度；同时不需要另外再设置电感线圈，节省了线圈。谐振电感的铁损仍然存在，但是由于和主变压器共用一个绕组，总的绕线长度却降低了很多，铜损大为减少，整机效率也会提高。
如图1所示是磁芯装置的结构示意图，图中1至4是两个E型磁芯的边柱，5和6是两个E型磁芯的中柱，两个E型磁芯的边柱以及中柱都和I型磁芯接触设置。
下面给出一个具体的实施例。
电力电子变换中变压器的设计经常采用E型磁芯，因为E型磁芯窗口面积较大，骨架轻便，便于固定和安装。本发明也采用E型磁芯，与通常的变压器设计不同的是，本发明通过在两个相配合的E型磁芯中间放置与一个之能形成配合的I型磁芯，形成漏磁通路。变压器原边绕组在I型磁芯的一侧绕制，副边绕组在I型磁芯的另一侧绕制。
如图2所示，图中1是原边绕组，2是副边绕组，3是第一E型磁芯和4是第二E型磁芯，5是I型磁芯。I型磁芯的一侧接触设置有第一E型磁芯3，另外一侧接触设置有第二E型磁芯4，所述第一E型磁芯3和第二E型磁芯4的开口均朝向所述I型磁芯布置，所述第一E型磁芯3的中柱上设置有原边绕组，所述第二E型磁芯4的中柱上设置有副边绕组。
原边绕组与主磁通路配合形成变压器励磁电感，原边绕组与漏磁通路配合形成谐振电感，这样就巧妙地形成了一个与主变压器串联的谐振电感，可以满足当前主流的LLC和移项全桥两种主电路拓扑的需求；主磁路与漏磁路的形成如图3所示，箭头所指的虚线为漏磁通路，箭头所指的实线为主磁通路。通过调节原边匝数和I型磁芯的厚度可以调节主变压器励磁电感和串联谐振电感的电感值来满足不同的设计需求。
假定原边绕组匝数为n1，副边绕组匝数为n2，原边输入电压为Uin，励磁电流为ip，主磁通为Φ主，漏磁通为Φ漏，主磁通路磁阻为R主，漏磁通路磁阻为R漏，则根据电磁感应定律：
变压器的励磁电感为：
变压器的漏感，也就是集成的谐振电感的值为：
把公式(2)和(3)带入公式(1)中得到：
根据公式(4)可得，变压器原边的自感由两部分构成，一部分是变压器的励磁电感LP，一部分为变压器的漏感L漏，也就是集成的谐振电感。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，通过在两个E型磁芯中引入一个I型磁芯，给漏感引入一个可控磁阻的漏磁路，从而形成一个大小可控可调的漏电感，而漏感本身与谐振电感串联，这个漏感就是我们想要集成的谐振电感。
但本发明不局限于所描述的实施方式，例如将整个装置进行旋转但内部构成不变，或者基于上述结构其它计算电感的方式，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种集成谐振电感的磁芯装置，其特征在于：包括一个I型磁芯和两个E型磁芯，所述I型磁芯的一侧设置有第一E型磁芯，另外一侧设置有第二E型磁芯，所述第一E型磁芯和第二E型磁芯的边柱以及中柱均与所述I型磁芯接触。
2.一种集成谐振电感的变压器，包括磁芯装置，其特征在于：所述磁芯装置包括一个I型磁芯，所述I型磁芯的一侧设置有第一E型磁芯，另外一侧设置有第二E型磁芯，所述第一E型磁芯和第二E型磁芯的边柱以及中柱均与所述I型磁芯接触，所述第一E型磁芯的中柱上设置有原边绕组，所述第二E型磁芯的中柱上设置有副边绕组。
3.根据权利要求2所述一种集成谐振电感的变压器，其特征在于：所述变压器的励磁电感为：
其中，LP是励磁电感，n1是所述原边绕组的匝数，R主是主磁通路的磁阻。
4.根据权利要求2或3所述一种集成谐振电感的变压器，其特征在于：所述变压器的漏感为：
其中，L漏是励磁电感，n1是所述原边绕组的匝数，R漏是漏磁通路的磁阻。
5.根据权利要求4所述一种集成谐振电感的变压器，其特征在于：所述变压器的原边自感Uin为：
其中，n2为副边绕组的匝数，ip为励磁电流，Φ主为主磁通，Φ漏是漏磁通。
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