CN110417237B - 一种lcc谐振变流器的电磁功率元件集成装置 - Google Patents

一种lcc谐振变流器的电磁功率元件集成装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LCC谐振变流器的电磁功率元件集成装置，其中包括三个柔性带材集成绕组、两个E型磁芯；第一柔性带材集成绕组绕制在第一E型磁芯的右边柱上；第二柔性带材集成绕组绕制第二E型磁芯的右边柱上；第三柔性带材集成绕组绕制在两个磁芯的左边柱上；第一、第二柔性带材集成绕组均由里到外依次排列为绝缘薄膜、导体薄膜、电介质薄膜、导体薄膜；第三柔性带材集成绕组均由里到外依次排列为绝缘薄膜、导体薄膜、电介质薄膜、导体薄膜、绝缘薄膜、导体薄膜、电介质薄膜、导体薄膜。本发明从实际出发，将电磁功率元件集成至一对E型磁芯中，有效的缩减了LCC谐振变流器的体积，减小了寄生参数对电路的影响，提高了电路的功率密度。

Description

一种LCC谐振变流器的电磁功率元件集成装置
技术领域
本发明公开了一种LCC谐振变流器的电磁功率元件集成装置。
背景技术
随着新能源企业的产生，现代电力电子技术与电力电子器件高频化、集成化、模块化的发展。在电能传输和电动汽车充电技术应用中，高频电力电子器件能有效地减小装置体积，而提高功率密度，能有效的提高电能传输效率，降低开关噪音，减小高频状态寄生参数对电路的影响。LCC谐振变流器在电能传输及电动汽车充电等新能源变流技术中得到广泛的研究与重视。
LCC谐振变流器中包含了四个共模电感，两个并联谐振电容，两个串联谐振电容和一个变压器。将这些分立元件集成至一对磁芯中不仅增加了共模电感间的耦合系数，甚至可以利用共模电感间的寄生电容等等。变压器和共模电感共用一对磁芯，不仅可以有效的减小装置体积，更能充分利用磁芯的有效磁路，增加电能传输效率。
电磁功率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电路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LCC谐振变流器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，电能传输效率高的LCC谐振变流器的电磁功率元件集成装置。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种LCC谐振变流器的电磁功率元件集成装置，包括第一柔性带材集成绕组、第二柔性带材集成绕组、第三柔性带材集成绕组、第一E型磁芯和第二E型磁芯；第一E型磁芯位于第二E型磁芯上方且与第二E型磁芯相对接触设置；第一柔性带材集成绕组绕制在第一E型磁芯的右侧边柱上；第二柔性带材集成绕组绕制在第二E型磁芯的右侧边柱上；第三柔性带材集成绕组绕制在第一E型磁芯和第二E型磁芯的左侧边柱上；所述的第一柔性带材集成绕组由里到外依次排列为第一绝缘薄膜、第一导体薄膜、第一电介质薄膜、第二导体薄膜；所述的第二柔性带材集成绕组由里到外依次排列为的第二绝缘薄膜、第三导体薄膜、第二电介质薄膜、第四导体薄膜；所述的第三柔性带材集成绕组由里到外依次排列为第三绝缘薄膜、第五导体薄膜、第三电介质薄膜、第六导体薄膜、第四绝缘薄膜、第七导体薄膜、第四电介质薄膜、第八导体薄膜。
上述的一种LCC谐振变流器的电磁功率元件集成装置，所述的第一导体薄膜输入端与第一开关管和第三开关管的中点相连，第一导体薄膜输出端与第五导体薄膜输入端相连，而第五导体薄膜输出端悬空不接入电路；所述的第二导体薄膜输出端与第二开关管和第四开关管的中点相连，第二导体薄膜输入端与第六导体薄膜输出端相连，而第六导体薄膜输入端悬空不接入电路；所述的第七导体薄膜输入端悬空不接入电路，第七导体薄膜输出端与第三导体薄膜输入端相连，第三导体薄膜输出端与第一二极管和第三二极管的中点相连；所述的第八导体薄膜的输出端悬空不接入电路，第八导体薄膜的输入端与第四导体薄膜的输出端相连，第四导体薄膜的输入端与第二二极管和第四二极管中点相连。
上述的一种LCC谐振变流器的电磁功率元件集成装置，所述的第一导体薄膜、第一电介质薄膜、第二导体薄膜共同构成第一共模电感、第二共模电感和第一并联谐振电容；所述的第三导体薄膜、第二电介质薄膜、第四导体薄膜共同构成第三共模电感、第四共模电感和第二并联谐振电容；所述的第五导体薄膜、第三电介质薄膜、第六导体薄膜共同构成第一串联谐振电容和变压器原边；所述的第七导体薄膜、第四电介质薄膜、第八导体薄膜共同构成第二串联谐振电容和变压器副边。
上述的一种LCC谐振变流器的电磁功率元件集成装置，所述的第一柔性带材集成绕组形成集总参数模型为第一共模电感、第一并联谐振电容、第二共模电感组成的四端网络；所述的第二柔性带材集成绕组形成的集总参数模型为第三共模电感、第二并联谐振电容、第四共模电感组成的四端网络；所述的第三柔性带材集成绕组形成集总参数模型为第一串联谐振电容、变压器原边、变压器副边、第二串联谐振电容组成的四端网络。
本发明的有益效果在于：本发明将LCC谐振变流器电路中的四个共模电感、两个串联谐振电容、两个并联谐振电容和一个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LCC谐振变流器电路中的电磁功率元件数量和体积，提高了LCC谐振变流器电路的功率密度和电能传输效率，消弱了分立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为本发明的集成装置分布参数模型结构示意图。
图5为本发明的三个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案例对本发明作进一步的说明。
如图1至图3所示，包括第一柔性带材集成绕组1、第二柔性带材集成绕组2、第三柔性带材集成绕组3、第一E型磁芯4和第二E型磁芯5；第一E型磁芯4位于第二E型磁芯5上方且与第二E型磁芯5相对接触设置；第一柔性带材集成绕组1绕制在第一E型磁芯4的右侧边柱上；第二柔性带材集成绕组2绕制在第二E型磁芯5的右侧边柱上；第三柔性带材集成绕组3绕制在第一E型磁芯4和第二E型磁芯5的左侧边柱上；所述的第一柔性带材集成绕组1由里到外依次排列为第一绝缘薄膜6、第一导体薄膜7、第一电介质薄膜8、第二导体薄膜9；所述的第二柔性带材集成绕组2由里到外依次排列为的第二绝缘薄膜10、第三导体薄膜11、第二电介质薄膜12、第四导体薄膜13；所述的第三柔性带材集成绕组3由里到外依次排列为第三绝缘薄膜14、第五导体薄膜15、第三电介质薄膜16、第六导体薄膜17、第四绝缘薄膜18、第七导体薄膜19、第四电介质薄膜20、第八导体薄膜21。
所述的第一导体薄膜7输入端与第一开关管26和第三开关管28的中点24相连，第一导体薄膜7输出端与第五导体薄膜15输入端相连，而第五导体薄膜15输出端悬空不接入电路；所述的第二导体薄膜9输出端与第二开关管27和第四开关管29的中点25相连，第二导体薄膜9输入端与第六导体薄膜17输出端相连，而第六导体薄膜17输入端悬空不接入电路；所述的第七导体薄膜19输入端悬空不接入电路，第七导体薄膜19输出端与第三导体薄膜11输入端相连，第三导体薄膜11输出端与第一二极管36和第三二极管38的中点34相连；所述的第八导体薄膜21的输出端悬空不接入电路，第八导体薄膜21的输入端与第四导体薄膜13的输出端相连，第四导体薄膜13的输入端与第二二极管37和第四二极管39中点35相连。
如图4至图5所示，所述的第一导体薄膜7、第一电介质薄膜8、第二导体薄膜9共同构成第一共模电感40、第二共模电感41和第一并联谐振电容42；所述的第三导体薄膜11、第二电介质薄膜12、第四导体薄膜13共同构成第三共模电感46、第四共模电感47和第二并联谐振电容45；所述的第五导体薄膜15、第三电介质薄膜16、第六导体薄膜17共同构成第一串联谐振电容43和变压器原边48；所述的第七导体薄膜19、第四电介质薄膜20、第八导体薄膜21共同构成第二串联谐振电容44和变压器副边49。
所述的第一柔性带材集成绕组1形成集总参数模型为第一共模电感40、第一并联谐振电容42、第二共模电感41组成的四端网络24-25-30-31；所述的第二柔性带材集成绕组2形成的集总参数模型为第三共模电感46、第二并联谐振电容45、第四共模电感47组成的四端网络32-33-34-35；所述第三柔性带材集成绕组3形成集总参数模型为第一串联谐振电容43、变压器原边48、变压器副边49、第二串联谐振电容44组成的四端网络30-31-32-33。

Claims (4)

1.一种LCC谐振变流器的电磁功率元件集成装置，其特征在于：包括第一柔性带材集成绕组、第二柔性带材集成绕组、第三柔性带材集成绕组、第一E型磁芯和第二E型磁芯；第一E型磁芯位于第二E型磁芯上方且与第二E型磁芯相对接触设置；第一柔性带材集成绕组绕制在第一E型磁芯的右侧边柱上；第二柔性带材集成绕组绕制在第二E型磁芯的右侧边柱上；第三柔性带材集成绕组绕制在第一E型磁芯和第二E型磁芯的左侧边柱上；所述的第一柔性带材集成绕组由里到外依次排列为第一绝缘薄膜、第一导体薄膜、第一电介质薄膜、第二导体薄膜；所述的第二柔性带材集成绕组由里到外依次排列为的第二绝缘薄膜、第三导体薄膜、第二电介质薄膜、第四导体薄膜；所述的第三柔性带材集成绕组由里到外依次排列为第三绝缘薄膜、第五导体薄膜、第三电介质薄膜、第六导体薄膜、第四绝缘薄膜、第七导体薄膜、第四电介质薄膜、第八导体薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种LCC谐振变流器的电磁功率元件集成装置，其特征在于：所述的第一导体薄膜输入端与第一开关管和第三开关管的中点相连，第一导体薄膜输出端与第五导体薄膜输入端相连，而第五导体薄膜输出端悬空不接入电路；所述的第二导体薄膜输出端与第二开关管和第四开关管的中点相连，第二导体薄膜输入端与第六导体薄膜输出端相连，而第六导体薄膜输入端悬空不接入电路；所述的第七导体薄膜输入端悬空不接入电路，第七导体薄膜输出端与第三导体薄膜输入端相连，第三导体薄膜输出端与第一二极管和第三二极管的中点相连；所述的第八导体薄膜的输出端悬空不接入电路，第八导体薄膜的输入端与第四导体薄膜的输出端相连，第四导体薄膜的输入端与第二二极管和第四二极管中点相连。
3.根据权利要求1所述的一种LCC谐振变流器的电磁功率元件集成装置，其特征在于：所述的第一导体薄膜、第一电介质薄膜、第二导体薄膜共同构成第一共模电感、第二共模电感和第一并联谐振电容；所述的第三导体薄膜、第二电介质薄膜、第四导体薄膜共同构成第三共模电感、第四共模电感和第二并联谐振电容；所述的第五导体薄膜、第三电介质薄膜、第六导体薄膜共同构成第一串联谐振电容和变压器原边；所述的第七导体薄膜、第四电介质薄膜、第八导体薄膜共同构成第二串联谐振电容和变压器副边。
4.根据权利要求1所述的一种LCC谐振变流器的电磁功率元件集成装置，其特征在于：所述的第一柔性带材集成绕组形成集总参数模型为第一共模电感、第一并联谐振电容、第二共模电感组成的四端网络；所述的第二柔性带材集成绕组形成的集总参数模型为第三共模电感、第二并联谐振电容、第四共模电感组成的四端网络；所述第三柔性带材集成绕组形成集总参数模型为第一串联谐振电容、变压器原边、变压器副边、第二串联谐振电容组成的四端网络。
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