CN108648899B - 一种磁集成器件、变换器、功率因数校正电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种磁集成器件、变换器、功率因数校正电路及方法，该磁集成器件包括：第一绕组、第二绕组、第三绕组、上磁芯、下磁芯、中柱磁芯以及对称位于中柱磁芯两侧的左柱磁芯和右柱磁芯；上磁芯和下磁芯上下对称设置；中柱磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯均与上磁芯和下磁芯垂直设置；第一绕组的第一部分在中柱磁芯上产生的磁通与第一绕组的第二部分在中柱磁芯上产生的磁通相互抵消；第二绕组和第三绕组在中柱磁芯绕的匝数相同且绕制方向相反。第一绕组的输入端连接交流电源，第一绕组的输出端连接第二绕组的输入端和第三绕组的输入端。能够有效降低输入电流纹波，减小整体电路的体积，增加功率密度，同时还可以使两路电流实现均衡。

Description

一种磁集成器件、变换器、功率因数校正电路及方法
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种磁集成器件、变换器、功率因数校正电路及方法。
背景技术
为降低大量高次谐波以及避免对电气设备造成谐波污染，现代供电系统中大功率电源一般采用三相功率因数校正(PFC，Power Factor Correction)电路。PFC电路用于表示负载对电能的利用效率，即功率因数越高，对电能的利用率越高。PFC电路就是为了降低谐波干扰，提高负载对电能的利用效率，使电能的利用效率更高。
目前有一种交错并联三相PFC电路，交错并联是指每相对应两路PFC电路，两路PFC电路对应开关管的相位错开180度，这样可以有效降低电流纹波。例如，每相PFC电路包括交错并联的两路Vienna电路。例如A相包括第一Vienna电路和第二Vienna电路。
但是，第一Vienna电路和第二Vienna电路存在两路电流不均衡的技术问题，另外当两路电流不均衡时，会导致Vienna电路中的开关管和二极管损耗不均衡，容易使电流较大的一路的开关管过热。另外，电流较大的一路会产生较高的电磁干扰，需要更多的滤波器件来降低这些电磁干扰，因此增加了整个电路的体积和成本。
发明内容
本申请提供了一种磁集成器件、变换器、功率因数校正电路及方法，能够有效降低电流纹波，减小整体电路的体积，增加功率密度，同时还可以使两路电流实现均衡。
第一方面，提供一种磁集成器件，包括：第一绕组、第二绕组、第三绕组、上磁芯、下磁芯、中柱磁芯以及对称位于所述中柱磁芯两侧的左柱磁芯和右柱磁芯；
其中，所述上磁芯和下磁芯上下对称设置；
所述中柱磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯均与所述上磁芯和下磁芯垂直设置；
所述第一绕组的第一部分绕在所述左柱磁芯上，所述第一绕组的第二部分绕在所述右柱磁芯上，且所述第一绕组的第一部分在中柱磁芯上产生的磁通与所述第一绕组的第二部分在中柱磁芯上产生的磁通相互抵消；
所述第二绕组和第三绕组均绕在所述中柱磁芯上；
所述第一绕组的输入端连接交流电源，所述第一绕组的输出端连接所述第二绕组的输入端和第三绕组的输入端；所述第二绕组和第三绕组在所述中柱磁芯绕的匝数相同且绕制方向相反；
所述第二绕组的输出端和第三绕组的输出端均与Vienna电路连接。
在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述左柱磁芯和右柱磁芯的形状相同且所述第一绕组的第一部分在所述左柱磁芯上绕的匝数和所述第一绕组的第二部分在所述右柱磁芯上绕的匝数相同且绕制方向相反。
本申请实施例提供的磁集成器件将电感和自耦变压器集成在一起，共用磁芯，这样可以减少磁芯数量，减小整个电路的体积，提高整个产品的功率密度。功率密度是指电路的功率与体积的比值。
结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第二种可能的实现方式中，所述上磁芯、下磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯均为第一类型材料，所述中柱磁芯为第二类型材料；
所述第一类型材料的磁导低于所述第二类型材料的磁导。
当所述上磁芯、下磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯采用第一类型材料，所述中柱磁芯采用第二类型材料时；生产制造比较方便，节省生产流程，降低制造成本。由于第一类型材料的磁导低于所述第二类型材料的磁导，第一类型材料具有较高饱和磁通密度，因此第一类型材料不容易出现磁饱和现象，各个磁芯不必开气隙。
结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第三种可能的实现方式中，所述第一类型材料为铁硅和铁硅铝中一种或两种的组合；
所述第二类型材料为铁氧体、非晶和纳米晶中的一种或多种的组合。
结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第四种可能的实现方式中，所述上磁芯、下磁芯、左柱磁芯、右柱磁芯和中柱磁芯均为第二类型材料；
所述左柱磁芯和右柱磁芯上均开有气隙，所述气隙用第一类型材料或非磁性材料填充；
所述第一类型材料的磁导低于所述第二类型材料的磁导。
结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第五种可能的实现方式中，所述左柱磁芯和右柱磁芯上各开有一个气隙，其中所述左柱磁芯开的气隙位于所述左柱磁芯和上磁芯之间，所述右柱磁芯开的气隙位于所述右柱磁芯和上磁芯之间；
或，
所述左柱磁芯开的气隙位于所述左柱磁芯和下磁芯之间，所述右柱磁芯开的气隙位于所述右柱磁芯和下磁芯之间；
或，
所述左柱磁芯开的气隙位于所述左柱磁芯的中部位置，所述右柱磁芯开的气隙位于所述右柱磁芯的中部位置。
以上均是以左柱磁芯和右柱磁芯上各开有一个气隙为例进行介绍，可以理解的是，左柱磁芯和右柱磁芯上可以开设多个气隙，其中左柱磁芯和右柱磁芯上开设的气隙位置可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以在本申请实施例公开的发明思路下根据实际应用情况进行选择。
磁集成器件所有的磁芯采用相同的磁材料并且均采用高磁导材料，为了避免饱和增大磁阻需要在左柱磁芯和右柱磁芯上开有气隙，其中气隙可以用低磁导材料填充。
结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第六种可能的实现方式中，所述第一类型材料为铁硅或铁硅铝；
所述第二类型材料为第二类型材料为铁氧体、非晶和纳米晶中的一种或多种的组合。
结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第七种可能的实现方式中，所述第一绕组、第二绕组和第三绕组采用平面型绕组或卷绕式绕组。
结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第八种可能的实现方式中，上磁芯、下磁芯、中柱磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯的外形为以下形状中的任意一种：
圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、圆角矩形和圆角三角形。
本申请实施例中包括但不限定各个磁芯的以上外形，可以根据实际需要以及工艺难以程度来选择。
结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第九种可能的实现方式中，所述上磁芯、下磁芯、中柱磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯之间形成闭合磁路。
结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第十种可能的实现方式中，所述上磁芯、下磁芯、中柱磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯中的部分磁芯集成在一起。
结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第十一种可能的实现方式中，所述中柱磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯的顶部均与所述上磁芯的底部平齐，所述中柱磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯的底部均与所述下磁芯的顶部平齐；
所述上磁芯包括两部分或仅包括一部分；所述下磁芯包括两部分或仅包括一部分。
结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第十二种可能的实现方式中，所述左柱磁芯和右柱磁芯的顶部均与所述上磁芯的顶部平齐，所述左柱磁芯和右柱磁芯的底部均与所述下磁芯的底部平齐；
所述中柱磁芯的顶部与所述上磁芯的底部平齐，所述中柱磁芯的底部与所述下磁芯的顶部平齐；
所述上磁芯包括两部分或仅包括一部分；所述下磁芯包括两部分或仅包括一部分。
结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第十三种可能的实现方式中，所述上磁芯包括两部分，所述下磁芯仅包括一部分，所述上磁芯的两部分关于所述中柱磁芯左右对称设置；
所述中柱磁芯的顶部与所述上磁芯的顶部平齐，所述中柱磁芯的底部与所述下磁芯的顶部平齐；
所述左柱磁芯和右柱磁芯的顶部均与所述上磁芯的顶部平齐，所述左柱磁芯和右柱磁芯的底部均与所述下磁芯的底部平齐。
结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第十四种可能的实现方式中，所述上磁芯和下磁芯均包括两部分，所述上磁芯的两部分关于所述中柱磁芯左右对称设置，所述下磁芯的两部分关于所述中柱磁芯左右对称设置；所述中柱磁芯的顶部与所述上磁芯的顶部平齐，所述中柱磁芯的底部与所述下磁芯的底部平齐；
所述左柱磁芯和右柱磁芯的顶部均与所述上磁芯的底部平齐，所述左柱磁芯和右柱磁芯的底部均与所述下磁芯的顶部平齐。
结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第十五种可能的实现方式中，所述上磁芯和下磁芯均包括两部分，所述上磁芯的两部分关于所述中柱磁芯左右对称设置，所述和下磁芯的两部分关于所述中柱磁芯左右对称设置；所述中柱磁芯的顶部与所述上磁芯的顶部平齐，所述中柱磁芯的底部与所述下磁芯的底部平齐；
所述左柱磁芯和右柱磁芯的顶部均与所述上磁芯的顶部平齐，所述左柱磁芯和右柱磁芯的底部均与所述下磁芯的底部平齐。
以上介绍了几种磁芯的结构，另外，还可以包括上磁芯仅包括一部分，下磁芯包括两部分。所述下磁芯的两部分关于所述中柱磁芯左右对称设置；所述中柱磁芯的顶部与所述上磁芯的底部平齐，所述中柱磁芯的底部与所述下磁芯的底部平齐。所述左柱磁芯和右柱磁芯的顶部均与所述上磁芯的顶部平齐，所述左柱磁芯和右柱磁芯的底部均与所述下磁芯的底部平齐。
以上实施例介绍的均是左柱磁芯和右柱磁芯长度相同的情况，实际中左柱磁芯和右柱磁芯长度也可以不相同，例如可以左柱磁芯和中柱磁芯长度相同，右柱磁芯比左柱磁芯长。同理，还可以右柱磁芯和中柱磁芯长度相同，左柱磁芯比右柱磁芯长。
第二方面，提供一种磁集成变换器，包括所述的磁集成变换器，还包括Vienna电路。
第三方面，提供一种功率因数校正电路，包括所述的磁集成变换器，还包括交流电源；
所述交流电源的每相连接一个所述磁集成变换器的输入端；
所述交流电源为交流三相电源或交流单相电源。
本实施例提高的功率因数校正电路，由于采用了磁集成器件，因此，可以有效降低体积，提高功率密度。并且能够有效降低电流纹波。第四方面，提供一种磁集成器件的制造方法，应用于对以下磁集成器件进行制造，该磁集成器件包括：第一绕组、第二绕组、第三绕组、上磁芯、下磁芯、中柱磁芯以及对称位于所述中柱磁芯两侧的左柱磁芯和右柱磁芯；该方法包括：
将所述第一绕组的第一部分绕在所述左柱磁芯上，所述第一绕组的第二部分绕在所述右柱磁芯上且所述第一绕组的第一部分在中柱磁芯上产生的磁通与所述第一绕组的第二部分在中柱磁芯上产生的磁通相互抵消；
将所述第二绕组和第三绕组均绕在所述中柱磁芯上；
将所述第一绕组的输入端连接交流电源，所述第一绕组的输出端连接所述第二绕组的输入端和第三绕组的输入端；所述第二绕组和第三绕组在所述中柱磁芯绕的匝数相同且绕制方向相反；
将所述第二绕组的输出端和第三绕组的输出端均连接Vienna电路。
需要说明的是，以上第一绕组、第二绕组和第三绕组的绕制不分先后顺序，例如可以先绕制第二绕组，再绕制第三绕组，最后绕制第一绕组。本领域技术人员可以根据工艺流程的难易程度选择各个绕组绕制的先后顺序。
采用该方法制造的磁集成器件，将电感和自耦变压器集成在一起形成磁集成器件，电感和自耦变压器共用磁芯，起到滤波电感的作用又实现两路均流的作用，该磁集成器件减少了磁柱的个数，因此降低了包括该磁集成器件的整个变换器的体积，提高了功率密度。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
该磁集成器件包括：第一绕组、第二绕组、第三绕组、上磁芯、下磁芯、中柱磁芯以及对称位于中柱磁芯两侧的左柱磁芯和右柱磁芯；上磁芯和下磁芯上下对称设置；第一绕组的一部分绕在左柱磁芯上，第一绕组的另一部分绕在右柱磁芯上；所述左柱磁芯上绕的绕组在中柱磁芯上产生的磁通与所述右柱磁芯上绕的绕组在中柱磁芯上产生的磁通相互抵消；第二绕组和第三绕组均绕在中柱磁芯上；第一绕组的输入端连接交流电源，第一绕组的输出端连接第二绕组的输入端和第三绕组的输入端；第二绕组和第三绕组在中柱磁芯绕的匝数相同方向相反；第二绕组的输出端和第三绕组的输出端均连接Vienna电路。
本实施例中提供的磁集成器件仅包括三个磁芯柱，PFC电感和自耦变压器的两个绕组共用磁芯柱，减少了磁芯柱的数量，该磁集成器件在实现两路电流均衡的同时，可以减小电路的体积，从而提高包括该磁集成器件的变换器的功率密度。并且通过控制每个磁芯柱上绕组的匝数和绕制绕向可以达到PFC电感和自耦变压器的共同效果，因为第一绕组产生的磁通在中柱磁芯抵消，因此第一绕组对于中柱磁芯没有磁通影响。而且第二绕组和第三绕组在中柱磁芯绕的匝数相同但绕制方向相反，由于第二绕组和第三绕组上的电流几乎相等，因此第二绕组和第三绕组对于左柱磁芯和右柱磁芯磁通影响很小，几乎没有影响。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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它的附图。
图1为交错并联三相PFC电路示意图；
图2为带有自耦变压器的交错并联三相PFC电路示意图；
图3为本申请实施例提供的一种磁集成器件的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种磁集成变换器示意图；
图5为本申请实施例提供的一种带有气隙的磁集成器件的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的另一种带有气隙的磁集成器件的结构示意图；
图7a为本申请实施例提供的另一种磁集成器件的结构示意图；
图7b为与图7a对应的一种磁集成器件的结构示意图；
图8a为本申请实施例提供的又一种磁集成器件的结构示意图；
图8b与图8a对应的一种磁集成器件的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的再一种磁集成器件的结构示意图；
图10本申请实施例提供的一种磁集成器件制造方法流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅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做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。
为了使本领域技术人员更好地理解本申请提供的技术方案，下面以三相供电系统为例结合附图对交错并联三相PFC电路进行简单介绍。
参见图1，该图为交错并联三相PFC电路示意图。
图1所示电路包括三相PFC电路，每相PFC电路包括交错并联的两路Vienna电路。
例如A相包括第一Vienna电路和第二Vienna电路。
第一Vienna电路的输入端和第二Vienna电路的输入端均连接A相电源，第一Vienna电路的输出端和第二Vienna电路的输出端连接在一起。
第一Vienna电路和第二Vienna电路均包括一个双向开关，所述双向开关由对应的电感电流控制开通和关断，第一Vienna电路的双向开关的驱动信号与所述第二Vienna电路的双向开关的驱动信号同频率同幅值、占空比各自独立、相位错开180度。
其中，第一Vienna电路包括第一双向开关S1以及由第一电容C1和第二电容C2串联组成的输出电容。输出电容的两端并联有串联在一起的第一二极管D1和第二二极管D2，S1的第一端连接第一电感L1的第一端，L1的第二端连接电源A相，S1的第二端连接C1和C2电容的中间节点，L1和S1的中间节点连接D1和D2的中间节点。
同理，第二Vienna电路包括第四双向开关S4以及由第三电容C3和第四电容C4串联组成的输出电容，输出电容的两端并联有串联在一起的第七二极管D7和第八二极管D8，S4的第一端连接第四电感L4的第一端，L4的第二端连接电源A相，S4的第二端连接C3和C4电容的中间节点，L4和S4的中间节点连接D7和D8的中间节点。
以上以A相为例进行了说明，B相和C相连接关系类似，在此不再赘述。
结合图1可以看出，每相对应两路Vienna电路，由于两路开关管的驱动信号的相位错开180度，因此可以有效降低电流纹波。但是，两路Vienna电路之间参数的不完全一致，例如电感感量的偏差，或者两路Vienna电路的阻抗不一致均会造成两路Vienna电路之间会出现电流不均衡，进而引起开关管损耗不均匀，电流较大的一路将导致开关管过热。另外电流较大的一路还会引起较大的电磁干扰。为了解决以上出现的问题，在电感后级可以增加一个自耦变压器，以使两路电流均衡。具体可以参见图2，该图为另一种交错并联三相PFC电路示意图。
图2所示的交错并联三相PFC电路，在图1的基础上进行了改进，将图1中每相对应的两个独立的电感复用为一个电感，例如图1A相对应的L1和L4复用为图2中的L1。另外增加了自耦变压器T1，T1包括两个绕组，其匝数一致但绕向相反。两个绕组的输入端均连接电感，两个绕组的输出端分别连接两个Vienna电路。以A相为例，电感L1的第一端连接A相电源，电感L1的第二端连接自耦变压器T1的两个绕组N1和N2的输入端。N1的输出端连接双向开关S1的第一端，N2的输出端连接双向开关S2的第一端。S1的驱动信号与S2的驱动信号同频率同幅值、占空比各自独立、相位错开180度。
因为自耦变压器的工作特性使流过N1和N2的电流相等，这样可以均衡两路的电流，以达到均流效果。
发明人研究发现，图2对应的技术方案虽然解决了均流的问题，但由于添加了自耦变压器，同时存在电感和自耦变压器，增大了硬件电路的体积，降低了整个产品的功率密度。
因此，为了解决以上技术存在的问题，本申请实施例提供一种磁集成器件，包括：第一绕组、第二绕组、第三绕组、上磁芯、下磁芯、中柱磁芯以及对称位于所述中柱磁芯两侧的左柱磁芯和右柱磁芯；所述上磁芯和下磁芯上下对称设置；所述中柱磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯均与所述上磁芯和下磁芯垂直设置；所述第一绕组的第一部分绕在所述左柱磁芯上，所述第一绕组的第二部分绕在所述右柱磁芯上，且所述第一绕组的第一部分在中柱磁芯上产生的磁通与所述第一绕组的第二部分在中柱磁芯上产生的磁通相互抵消；所述第二绕组和第三绕组均绕在所述中柱磁芯上；所述第一绕组的输入端连接交流电源，所述第一绕组的输出端连接所述第二绕组的输入端和第三绕组的输入端；所述第二绕组和第三绕组在所述中柱磁芯绕的匝数相同且绕制方向相反；所述第二绕组的输出端和第三绕组的输出端均与Vienna电路连接。
本申请实施例提供的磁集成器件将电感和自耦变压器集成在一起，共用磁芯，这样可以减少磁芯数量，减小整个电路的体积，提高整个产品的功率密度。功率密度是指电路的功率与体积的比值。
参见图3，为本实施例提供的一种磁集成器件示意图。
本实施例提供的磁集成器件可以应用于包括维也纳Vienna电路的变换器中。下面重点介绍磁集成器件，具体可以参见图3所示的磁集成器件剖面图。
本申请实施例提供的磁集成器件可以应用于三相变换器电路，也可以应用于单相变换器电路，下面以图4所示的三相变换器电路为例进行介绍，每相电路对应一个磁集成器件，如图4所示A相对应T1，B相对应T2，C相对应T3。各相的连接关系相同。由于本申请实施例中对于Vienna电路中双向开关、二极管以及电容的连接关系没有改进，其结构与图1和图2相同，因此在此不再详细赘述。
该磁集成器件包括：
第一绕组NL、第二绕组N1、第三绕组N2、上磁芯401、下磁芯402、中柱磁芯403以及对称位于所述中柱磁芯403两侧的左柱磁芯404和右柱磁芯405；
所述上磁芯401和下磁芯402上下对称设置；
所述中柱磁芯403、左柱磁芯404和右柱磁芯405均与所述上磁芯401和下磁芯402垂直设置；
如图4所示，上磁芯401和下磁芯402横向平行或几乎平行放置，中柱磁芯403、左柱磁芯404和右柱磁芯405竖向平行或几乎平行放置。上磁芯401、下磁芯402、中柱磁芯403、左柱磁芯404和右柱磁芯405之间形成闭合磁路。另外，所述上磁芯401、下磁芯402、中柱磁芯403、左柱磁芯404和右柱磁芯405可以通过粘合剂连接在一起，粘合剂可以为胶水，例如环氧胶。
所述第一绕组NL的第一部分绕在所述左柱磁芯404上，所述第一绕组NL的第二部分绕在所述右柱磁芯405上；所述第一绕组NL的第一部分在中柱磁芯403上产生的磁通与所述第一绕组NL的第二部分在中柱磁芯403上产生的磁通相互抵消；
如果实现第一绕组产生的磁通在中柱磁芯抵消，可以采用如下方式：
第一种方式：
所述左柱磁芯404和右柱磁芯405的形状相同且所述第一绕组NL的第一部分在所述左柱磁芯404上绕的匝数和所述第一绕组NL的第二部分在所述右柱磁芯405上绕的匝数相同且绕制方向相反。即第一绕组NL的一半匝数绕制在所述左柱磁芯404上，第一绕组NL的另一半匝数绕制在所述右柱磁芯405上。
第二种方式：
由于磁芯的截面积大小不同，即使绕组匝数相同，产生的磁通大小也不相同。因此，可以选择左柱磁芯404和右柱磁芯405的形状不同，控制第一绕组在左柱磁芯404和右柱磁芯405上绕组匝数也不相同，也可以实现第一绕组产生的磁通在中柱磁芯抵消，即第一绕组产生的磁通对中柱磁芯没有磁通影响。例如，可以选择左柱磁芯404的横截面积大于右柱磁芯405的横截面积，控制第一绕组在左柱磁芯404绕的匝数小于第一绕组在右柱磁芯405上绕的匝数。
由于第一绕组NL中一半匝数绕制在左柱磁芯404上，另一半匝数绕组绕制在右柱磁芯405上，因此，使得左柱磁芯404和右柱磁芯405上的绕组在中柱磁芯403产生的磁通互相抵消，即本实施例提供的磁集成器件中第一绕组NL对于中柱磁芯403没有磁通影响。
所述第二绕组N1和第三绕组N2均绕在所述中柱磁芯403上；所述第二绕组N1和第三绕组N2在所述中柱磁芯403绕的匝数相同方向相反；即N1和N2形成耦合变压器的两个绕组，由于N1和N2上流过的电流可以相互感应，即强制两路的电流一致，因此可以实现两路电流的均衡。
由于第二绕组N1和第三绕组N2在所述中柱磁芯403绕制的匝数相同但方向相反，第二绕组N1和第三绕组N2上的电流几乎相等，因此，第二绕组N1和第三绕组N2产生的磁通在左柱磁芯404几乎互相抵消，即第二绕组N1和第三绕组N2在左柱磁芯404对于左柱磁芯404磁通影响很小，几乎没有磁通影响。同理，第二绕组N1和第三绕组N2产生的磁通在右柱磁芯405几乎互相抵消，即第二绕组N1和第三绕组N2对于右柱磁芯405磁通影响很小，几乎没有磁通影响。
所述第一绕组NL的输入端连接交流电源，所述第一绕组NL的输出端连接所述第二绕组N1的输入端和第三绕组N2的输入端；
所述第二绕组N1的输出端和第三绕组N2的输出端均与所述Vienna电路连接。
所述第一绕组NL、第二绕组N1和第三绕组N2可以采用平面型绕组或卷绕式绕组或其他形式的绕组，本实施例中不做具体限定。
第一绕组NL、第二绕组N1和第三绕组N2的具体产品可以使用励磁线、铜线或铜带等来实现，本实施例中也不做具体限定。
其中NL相当于PFC电感，N1和N2为自耦变压器的两个绕组。本实施例中将NL、N1和N2共用磁芯，从而降低了磁性的数量，减小了磁芯的体积。
本实施例中使用磁集成器件替代图2中的PFC电感和自耦变压器，图2中的PFC电感包括两个磁芯柱，自耦变压器又包括三个磁芯柱，即图2中共包括五个磁芯柱，而本实施例提供的磁集成器件仅包括三个磁芯柱，PFC电感和自耦变压器的两个绕组共用磁芯柱，减少了磁芯柱的数量，该磁集成变换器在实现两路电流均衡的同时，可以减小电路的体积，提高变换器的功率密度。并且通过控制每个磁芯柱上绕组的匝数和绕向可以实现图2中PFC电感和自耦变压器的共同效果，因为NL产生的磁通在中柱磁芯抵消对于中柱磁芯没有影响。而且N1和N2在中柱磁芯绕的匝数相同但绕制方向相反，N1和N2上的电流几乎相等，因此N1和N2对于左柱磁芯和右柱磁芯磁通影响很小，几乎没有磁通影响。
下面介绍以上实施例提供的磁集成器件中各个磁芯的磁材料和磁导率的搭配方式，至少可以分为以下两种：
第一种实现方式中，所述上磁芯、下磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯均为第一类型材料，所述中柱磁芯为第二类型材料；所述第一类型材料的磁导低于所述第二类型材料的磁导。例如，第一类型材料为金属磁粉芯材料，例如为可以为铁硅或铁硅铝中的一种或两种的组合；第二类型材料可以是铁氧体、非晶和纳米晶中一种或多种的组合。
由于第一种实现方式中，所述第一类型材料的磁导低于所述第二类型材料的磁导，第一类型材料具有较高饱和磁通密度，因此第一类型材料不容易出现磁饱和现象，各个磁芯不必开气隙。
第二种实现方式中，所述上磁芯、下磁芯、左柱磁芯、右柱磁芯和中柱磁芯均为第二类型材料；所述左柱磁芯和右柱磁芯上均开有气隙，具体可以参见图5，本申请实施例提供的一种带有气隙的磁集成器件的结构示意图。
图5与图4的区别仅是左柱磁芯和右柱磁芯上均开有气隙，如图5所述，左柱磁芯404上开有第一气隙A(A位于左柱磁芯404和上磁芯401之间)，右柱磁芯上开有第二气隙B(B位于右柱磁芯405和上磁芯401之间)。
所述第一气隙A和第二气隙B可以使用第一类型材料或非磁性材料填充；所述第一类型材料的磁导低于所述第二类型材料的磁导。其中，第二类型材料可以是铁氧体、非晶和纳米晶中一种或多种的组合。第一类型材料为金属磁粉芯材料，例如可以为铁硅或铁硅铝中的一种或两种的组合。
针对第二种实现方式，磁集成器件所有的磁芯采用相同的磁材料并且均采用高磁导材料，为了避免饱和增大磁阻需要在左柱磁芯和右柱磁芯上开有气隙，其中气隙可以用低磁导材料填充。
图5示意的是左柱磁芯和右柱磁芯的上部开均有气隙，另外，还可以是左柱磁芯和右柱磁芯的下部均开有气隙；还可以是左柱磁芯和右柱磁芯的中部均开有气隙；还可以是以上几种中的至少两种的组合，例如左柱磁芯和右柱磁芯分别开设两个气隙，具体可以左柱磁芯的上部和中部均开有气隙，且右柱磁芯的上部和中部均开有气隙。
如图6所示，当左柱磁芯和右柱磁芯分别开设两个气隙时，可以左柱磁芯404的上部和下部各开一个气隙分别为A和C。右柱磁芯405的上部和下部各开一个气隙分别为B和D。
图5所示的是左柱磁芯和右柱磁芯的上部开有全气隙，即完全开通，气隙的径向大小与磁芯的径向大小相同。除此之外，还可以开有部分气隙，即部分开通，气隙的径向大小小于磁芯的径向大小。
其中左柱磁芯和右柱磁芯上开设的气隙位置可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以在本申请实施例公开的发明思路下根据实际应用情况进行选择。对于气隙的位置和个数本申请实施例中不做具体限定。
在产品实现时，上磁芯、下磁芯、中柱磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯的外形可以以下形状中的任意一种：
圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、圆角矩形和圆角三角形。
可以理解的是，图4所示的是各个磁芯主视图对应的剖面图，而以上所说的各种外形形状是指各个磁芯的俯视时对应的形状。例如，上磁芯401和下磁芯402可以为板状，板的形状可以为以上形状。
中柱磁芯403、左柱磁芯404和右柱磁芯405可以为柱状，其截面可以为以上形状。例如圆柱形、椭圆形柱或棱柱形均可以，其中棱柱形可以为三棱柱、四棱柱、五棱柱或六棱柱等。
而上磁芯和下磁芯一般可以采用板状，例如长方体板或者正方体板。
下面结合附图详细介绍本申请实施例提供的四种磁集成器件的实现方式。
第一种，继续参见图4。
本实施例提供的磁集成器件中，所述中柱磁芯403、左柱磁芯404和右柱磁芯405的顶部均与所述上磁芯401的底部平齐，所述中柱磁芯403、左柱磁芯404和右柱磁芯405的底部均与所述下磁芯402的顶部平齐。
即本实施例中上磁芯401和下磁芯402的长短相同，而且中柱磁芯403、左柱磁芯404和右柱磁芯405的长短相同，并且，中柱磁芯403、左柱磁芯404和右柱磁芯405均设置在上磁芯401和下磁芯402之间。
第二种，参见图7a，该图为本实施例提供的另一种磁集成器件示意图。
本实施例提供的磁集成器件中，所述左柱磁芯404和右柱磁芯405的顶部均与所述上磁芯401的顶部平齐，所述左柱磁芯404和右柱磁芯405的底部均与所述下磁芯402的底部平齐；
所述中柱磁芯403的顶部与所述上磁芯401的底部平齐，所述中柱磁芯403的底部与所述下磁芯402的顶部平齐。
本实施例中上磁芯401和下磁芯402的长短相同，左柱磁芯404和右柱磁芯405的长短相同，而且中柱磁芯403比左柱磁芯404的长度短，并且，中柱磁芯403设置在上磁芯401和下磁芯402之间。左柱磁芯404和右柱磁芯405设置在所述上磁芯401和下磁芯402的两端。
图7a对应的磁集成器件上磁芯401仅包括一部分，下磁芯402也仅包括一部分。还有一种实现方式可以参见图7b，上磁芯401包括两部分，下磁芯402也包括两部分。另外，还可以是上磁芯401包括两部分，下磁芯402仅包括一部分。还可以是上磁芯401仅包括一部分，下磁芯402包括两部分。
第三种，参见图8a，该图为本实施例提供的又一种磁集成器件示意图。
本实施例提供的磁集成器件中，所述上磁芯401和下磁芯402均包括两部分，所述上磁芯401的两部分关于所述中柱磁芯403左右对称设置，下磁芯402的两部分关于所述中柱磁芯403左右对称设置；所述中柱磁芯403的顶部与所述上磁芯401的顶部平齐，所述中柱磁芯403的底部与所述下磁芯402的底部平齐；
如图8a所示，所述上磁芯401的两部分分别设置在所述中柱磁芯403左右两侧，且与所述中柱磁芯403的顶部平齐。所述下磁芯402的两部分同理设置。
所述左柱磁芯404和右柱磁芯405的顶部均与所述上磁芯401的底部平齐，所述左柱磁芯404和右柱磁芯405的底部均与所述下磁芯402的顶部平齐。
本实施例中上磁芯401和下磁芯402的长短相同，左柱磁芯404和右柱磁芯405的长短相同，而且中柱磁芯403比左柱磁芯404的长度长，并且，左柱磁芯404和右柱磁芯405设置在所述上磁芯401和下磁芯402之间。
图8a对应的磁集成器件中，左柱磁芯404和右柱磁芯405的长短相同，而且中柱磁芯403比左柱磁芯404的长度长，还有另外的实现方式参见图8b所示，左柱磁芯404和中柱磁芯403的长短相同，中柱磁芯403比右柱磁芯405的长度长。图8b中左柱磁芯404的顶部与上磁芯401的顶部平齐，左柱磁芯404的底部与下磁芯402的底部平齐。
第四种，参见图9，该图为本实施例提供的再一种磁集成器件示意图。
本实施例提供的磁集成器件中，所述上磁芯401和下磁芯402均包括两部分，所述上磁芯401的两部分关于所述中柱磁芯403左右对称设置，下磁芯402的两部分关于所述中柱磁芯403左右对称设置；所述中柱磁芯403的顶部与所述上磁芯401的顶部平齐，所述中柱磁芯403的底部与所述下磁芯402的底部平齐；
所述左柱磁芯404和右柱磁芯405的顶部均与所述上磁芯401的顶部平齐，所述左柱磁芯404和右柱磁芯405的底部均与所述下磁芯402的底部平齐。
本实施例中上磁芯401和下磁芯402的长短相同，中柱磁芯403、左柱磁芯404和右柱磁芯405的长短相同，并且，上磁芯401和下磁芯402的两部分分别设置在左柱磁芯404和中柱磁芯403之间以及中柱磁芯403和右柱磁芯405之间。
以上结合附图描述了磁集成器件的四种实现方式，除了以上列举的四种以外也可以采用其他形状和布局的磁集成器件。而且以上各个磁芯的实现方式对应的绕组形式与磁集成器件实施例介绍的相同，在此不再赘述。
以上实施例介绍的磁集成器件中的各个磁芯可以独立设置，也可以部分磁芯集成设置，当部分磁芯集成设置时可以集成在一起一体成型。例如上磁芯401、中柱磁芯403、左柱磁芯404和右柱磁芯405集成在一起一体成型，而下磁芯402单独设置，这样形成的磁芯为EI型。另外，还可以为下磁芯402、中柱磁芯403、左柱磁芯404和右柱磁芯405集成在一起，而上磁芯401单独设置，这样形成的磁芯也为EI型。
为了制造方便，集成在一起的各个磁芯可以在制造时一体成型，前提是一体成型的各个磁芯的材料需要相同。
本申请以上实施例提供的磁集成器件，将电感和自耦变压器集成在一起形成磁集成器件，电感和自耦变压器共用磁芯，起到滤波电感的作用又实现两路均流的作用，该磁集成器件减少了磁柱的个数，因此降低了包括该磁集成器件的整个变换器的体积，提高了功率密度。
基于以上实施例提供的一种磁集成器件，本申请实施例还提供一种磁集成变换器，该磁集成变换器包括以上实施例介绍的磁集成器件，具体可以参见图4所示，该变换器包括磁集成器件和Vienna电路。
本实施例提供的磁集成变换器，将电感和自耦变压器集成在一起形成磁集成器件，电感和自耦变压器共用磁芯，起到滤波电感的作用又实现两路均流的作用，该磁集成变换器减少了磁柱的个数，因此降低了整个变换器的体积，提高了功率密度。
基于以上实施例提供的一种磁集成变换器，本发明实施例还提供一种功率因数校正电路。该功率因数校正电路，包括以上实施例介绍的磁集成变换器，还包括交流电源；
所述交流电源的每相连接一个所述磁集成变换器的输入端；
所述交流电源为交流三相电源或交流单相电源。
该功率因数校正电路，仅包括三个磁芯柱，PFC电感和自耦变压器的两个绕组共用磁芯柱，减少了磁芯柱的数量，该功率因数校正电路在实现两路电流均衡的同时，可以减小电路的体积，提高变换器的功率密度，提高功率因数。并且通过控制每个磁芯柱上绕组的匝数和绕向可以PFC电感和自耦变压器的效果，因为第一绕组在左右磁芯柱上各绕一半匝数方向相反，第一绕组产生的磁通在中柱磁芯抵消对于中柱磁芯没有影响。而且第二绕组和第三绕组在中柱磁芯绕的匝数相同但方向相反，因此第二绕组和第三绕组对于左柱磁芯和右柱磁芯没有磁通影响。
基于以上实施例提供的一种磁集成器件，本申请实施例还提供一种磁集成器件的制造方法，下面结合附图进行具体介绍。
参见图10，该图为本申请实施例提供的磁集成器件的制造方法流程图。
该磁集成器件的制造方法，应用于对以下磁集成器件进行制造，该磁集成器件包括：第一绕组、第二绕组、第三绕组、上磁芯、下磁芯、中柱磁芯以及对称位于所述中柱磁芯两侧的左柱磁芯和右柱磁芯；所述上磁芯和下磁芯上下对称设置；所述中柱磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯均与所述上磁芯和下磁芯垂直设置；
该方法包括：
S1001：将所述第一绕组的第一部分绕在所述左柱磁芯上，所述第一绕组的第二部分绕在所述右柱磁芯上且所述第一绕组的第一部分在中柱磁芯上产生的磁通与所述第一绕组的第二部分在中柱磁芯上产生的磁通相互抵消；
S1002：将所述第二绕组和第三绕组均绕在所述中柱磁芯上；
S1003：将所述第一绕组的输出端连接所述第二绕组的输入端和第三绕组的输入端；所述第二绕组和第三绕组在所述中柱磁芯绕的匝数相同且绕制方向相反；所述第一绕组的输入端连接交流电源，所述第二绕组的输出端和第三绕组的输出端均连接Vienna电路。
需要说明的是，以上第一绕组、第二绕组和第三绕组的绕制不分先后顺序，例如可以先绕制第二绕组，再绕制第三绕组，最后绕制第一绕组。本领域技术人员可以根据工艺流程的难易程度选择各个绕组绕制的先后顺序。
采用该方法制造的磁集成器件，将电感和自耦变压器集成在一起形成磁集成器件，电感和自耦变压器共用磁芯，起到滤波电感的作用又实现两路均流的作用，该磁集成器件减少了磁柱的个数，因此降低了包括该磁集成器件的整个变换器的体积，提高了功率密度。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (18)

1.一种磁集成器件，其特征在于，包括：第一绕组、第二绕组、第三绕组、上磁芯、下磁芯、中柱磁芯以及对称位于所述中柱磁芯两侧的左柱磁芯和右柱磁芯；所述第一绕组为PFC电路的电感，所述第二绕组和所述第三绕组均为自耦变压器的绕组；
其中，所述上磁芯和下磁芯上下对称设置；
所述中柱磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯均与所述上磁芯和下磁芯垂直设置；
所述第一绕组的第一部分绕在所述左柱磁芯上，所述第一绕组的第二部分绕在所述右柱磁芯上，且所述第一绕组的第一部分在中柱磁芯上产生的磁通与所述第一绕组的第二部分在中柱磁芯上产生的磁通相互抵消；
所述第二绕组和第三绕组均绕在所述中柱磁芯上；
所述第一绕组的输入端连接交流电源，所述第一绕组的输出端连接所述第二绕组的输入端和第三绕组的输入端；所述第二绕组和第三绕组在所述中柱磁芯绕的匝数相同且绕制方向相反；
所述第二绕组的输出端和第三绕组的输出端均用于与Vienna电路连接。
2.根据权利要求1所述的磁集成器件，其特征在于，所述左柱磁芯和右柱磁芯的形状相同且所述第一绕组的第一部分在所述左柱磁芯上绕的匝数和所述第一绕组的第二部分在所述右柱磁芯上绕的匝数相同且绕制方向相反。
3.根据权利要求1所述的磁集成器件，其特征在于，所述上磁芯、下磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯均为第一类型材料，所述中柱磁芯为第二类型材料；
所述第一类型材料的磁导低于所述第二类型材料的磁导。
4.根据权利要求3所述的磁集成器件，其特征在于，所述第一类型材料为铁硅和铁硅铝中一种或两种的组合；
所述第二类型材料为铁氧体、非晶和纳米晶中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1所述的磁集成器件，其特征在于，所述上磁芯、下磁芯、左柱磁芯、右柱磁芯和中柱磁芯均为第二类型材料；
所述左柱磁芯和右柱磁芯上均开有气隙，所述气隙用第一类型材料或非磁性材料填充；所述第一类型材料为铁硅和铁硅铝中一种或两种的组合；
所述第一类型材料的磁导低于所述第二类型材料的磁导；所述第二类型材料为铁氧体、非晶和纳米晶中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的磁集成器件，其特征在于，所述左柱磁芯和右柱磁芯上各开有一个气隙，其中所述左柱磁芯开的气隙位于所述左柱磁芯和上磁芯之间，所述右柱磁芯开的气隙位于所述右柱磁芯和上磁芯之间；
或，
所述左柱磁芯开的气隙位于所述左柱磁芯和下磁芯之间，所述右柱磁芯开的气隙位于所述右柱磁芯和下磁芯之间；
或，
所述左柱磁芯开的气隙位于所述左柱磁芯的中部位置，所述右柱磁芯开的气隙位于所述右柱磁芯的中部位置。
7.根据权利要求1所述的磁集成器件，其特征在于，所述第一绕组、第二绕组和第三绕组采用平面型绕组或卷绕式绕组。
8.根据权利要求1所述的磁集成器件，其特征在于，上磁芯、下磁芯、中柱磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯的外形为以下形状中的任意一种：
圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、圆角矩形和圆角三角形。
9.根据权利要求1所述的磁集成器件，其特征在于，所述上磁芯、下磁芯、中柱磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯之间形成闭合磁路。
10.根据权利要求1所述的磁集成器件，其特征在于，所述上磁芯、下磁芯、中柱磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯中的部分磁芯集成在一起。
11.根据权利要求1-10任一项所述的磁集成器件，其特征在于，所述中柱磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯的顶部均与所述上磁芯的底部平齐，所述中柱磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯的底部均与所述下磁芯的顶部平齐；
所述上磁芯包括两部分或仅包括一部分；所述下磁芯包括两部分或仅包括一部分。
12.根据权利要求1-10任一项所述的磁集成器件，其特征在于，所述左柱磁芯和右柱磁芯的顶部均与所述上磁芯的顶部平齐，所述左柱磁芯和右柱磁芯的底部均与所述下磁芯的底部平齐；
所述中柱磁芯的顶部与所述上磁芯的底部平齐，所述中柱磁芯的底部与所述下磁芯的顶部平齐；
所述上磁芯包括两部分或仅包括一部分；所述下磁芯包括两部分或仅包括一部分。
13.根据权利要求1-10任一项所述的磁集成器件，其特征在于，所述上磁芯包括两部分，所述下磁芯仅包括一部分，所述上磁芯的两部分关于所述中柱磁芯左右对称设置；
所述中柱磁芯的顶部与所述上磁芯的顶部平齐，所述中柱磁芯的底部与所述下磁芯的顶部平齐；
所述左柱磁芯和右柱磁芯的顶部均与所述上磁芯的顶部平齐，所述左柱磁芯和右柱磁芯的底部均与所述下磁芯的底部平齐。
14.根据权利要求1-10任一项所述的磁集成器件，其特征在于，所述上磁芯和下磁芯均包括两部分，所述上磁芯的两部分关于所述中柱磁芯左右对称设置，所述下磁芯的两部分关于所述中柱磁芯左右对称设置；所述中柱磁芯的顶部与所述上磁芯的顶部平齐，所述中柱磁芯的底部与所述下磁芯的底部平齐；
所述左柱磁芯和右柱磁芯的顶部均与所述上磁芯的底部平齐，所述左柱磁芯和右柱磁芯的底部均与所述下磁芯的顶部平齐。
15.根据权利要求1-10任一项所述的磁集成器件，其特征在于，所述上磁芯和下磁芯均包括两部分，所述上磁芯的两部分关于所述中柱磁芯左右对称设置，所述和下磁芯的两部分关于所述中柱磁芯左右对称设置；所述中柱磁芯的顶部与所述上磁芯的顶部平齐，所述中柱磁芯的底部与所述下磁芯的底部平齐；
所述左柱磁芯和右柱磁芯的顶部均与所述上磁芯的顶部平齐，所述左柱磁芯和右柱磁芯的底部均与所述下磁芯的底部平齐。
16.一种磁集成变换器，其特征在于，包括权利要求1-15任一项所述磁集成器件，还包括Vienna电路；
所述磁集成器件与所述Vienna电路连接。
17.一种功率因数校正电路，其特征在于，包括权利要求16所述磁集成变换器，还包括交流电源；
所述交流电源的每相连接一个所述磁集成变换器的输入端；
所述交流电源为交流三相电源或交流单相电源。
18.一种磁集成器件的制造方法，其特征在于，应用于对以下磁集成器件进行制造，该磁集成器件包括：第一绕组、第二绕组、第三绕组、上磁芯、下磁芯、中柱磁芯以及对称位于所述中柱磁芯两侧的左柱磁芯和右柱磁芯；所述第一绕组为PFC电路的电感，所述第二绕组和所述第三绕组均为自耦变压器的绕组；所述上磁芯和下磁芯上下对称设置；所述中柱磁芯、左柱磁芯和右柱磁芯均与所述上磁芯和下磁芯垂直设置；
该方法包括：
将所述第一绕组的第一部分绕在所述左柱磁芯上，所述第一绕组的第二部分绕在所述右柱磁芯上且所述第一绕组的第一部分在中柱磁芯上产生的磁通与所述第一绕组的第二部分在中柱磁芯上产生的磁通相互抵消；
将所述第二绕组和第三绕组均绕在所述中柱磁芯上；
将所述第一绕组的输出端连接所述第二绕组的输入端和第三绕组的输入端；所述第二绕组和第三绕组在所述中柱磁芯绕的匝数相同且绕制方向相反；所述第一绕组的输入端连接交流电源，所述第二绕组的输出端和第三绕组的输出端均用于与Vienna电路连接。
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