CN110462767A - 电抗器和电源电路 - Google Patents

电抗器和电源电路 Download PDF

Info

Publication number
CN110462767A
CN110462767A CN201880019681.2A CN201880019681A CN110462767A CN 110462767 A CN110462767 A CN 110462767A CN 201880019681 A CN201880019681 A CN 201880019681A CN 110462767 A CN110462767 A CN 110462767A
Authority
CN
China
Prior art keywords
core
winding
inductor
reactor
coupling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201880019681.2A
Other languages
English (en)
Inventor
小谷淳一
加藤久贺
蛭间孝之
森家制
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Publication of CN110462767A publication Critical patent/CN110462767A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/38Auxiliary core members; Auxiliary coils or windings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/30Fastening or clamping coils, windings, or parts thereof together; Fastening or mounting coils or windings on core, casing, or other support
    • H01F27/306Fastening or mounting coils or windings on core, casing or other support
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10Composite arrangements of magnetic circuits
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/06Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F37/00Fixed inductances not covered by group H01F17/00
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054Transistor switching losses
    • H02M1/0058Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0064Magnetic structures combining different functions, e.g. storage, filtering or transformation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

提供了能够小型化的电抗器以及设置有该电抗器的电源电路。根据本发明的电抗器(1)设置有:多个绕组线(2)、耦合芯(3)和电感器芯(4)。多个绕组线(2)缠绕在耦合芯(3)上,从而形成用于耦合的闭合磁路,该闭合磁路将多个绕组线(2)彼此磁耦合。电感器芯(4)包括:主部(411,421);分别从主部(411,421)的一端突出的第一突出部(412,422);以及分别从主部(411,421)的另一端突出的第二突出部(413,423)。第一突出部(412,422)和第二突出部(413,423)磁耦合到耦合芯(3)。电感器芯(4)与耦合芯(3)中的一部分一起形成用于电感器的闭合磁路,多个绕组线(2)之中的一个绕组线(2)缠绕在所述部分上。

Description

电抗器和电源电路
技术领域
本公开总体涉及一种电抗器(reactor)和电源电路,并且更具体地涉及包括芯的电抗器、以及包括该电抗器的电源电路。
背景技术
在相关技术中,公开了一种包括单个变压器和多个电感器的复合变压器(电抗器)(例如,参见专利文献1)。
根据专利文献1的复合变压器包括多个绕组、变压器芯和多个电感器芯。变压器芯包括多个变压器芯腿(leg),它们沿绕组的轴线方向延伸,并且绕组缠绕在其上。多个电感器芯包括电感器芯腿,其沿绕组的轴线方向延伸,并且绕组缠绕在其上。此外,多个电感器芯被布置为使得每个电感器芯腿在与绕组的轴线方向垂直的方向上与变压器芯腿中的一个相邻。多个绕组以使得当电流流过绕组时在变压器芯腿和电感器芯腿中产生磁通量的方式缠绕在用变压器芯腿和电感器芯腿形成的芯腿上。
为了防止受到在变压器芯和电感器芯中的每一个中产生的磁场的影响,根据专利文献1的复合变压器还包括插入在变压器芯和电感器芯之间的磁绝缘片。
在电抗器领域中,期望进一步减小电抗器的大小。
引用列表
专利文献
专利文献1:JP 2012-54484 A
发明内容
本发明是鉴于上述原因而完成的,其目的在于提供一种能够小型化的电抗器、以及包括该电抗器的电源电路。
根据本公开第一方面的电抗器包括多个绕组、耦合芯和电感器芯。电抗器包括:耦合芯,被配置为形成将多个绕组磁耦合的耦合闭合磁路,多个绕组缠绕在耦合芯上;电感器芯与耦合芯的一部分一起形成电感器闭合磁路,耦合芯的所述一部分上缠绕有多个绕组中的一个绕组。
根据本公开的第二方面的电抗器在第一方面中包括多个电感器芯,并且多个绕组的数量和多个电感器芯的数量相同。
在根据本公开的第三方面的电抗器中,在第二方面中,多个绕组的数量和多个电感器芯的数量均是2。
在根据本公开的第四方面的电抗器中,在第三方面中,两个绕组具有相同的匝数。
在根据本公开的第五方面的电抗器中,在第一方面至第四方面中的任何一个方面中,耦合芯的磁导率高于电感器芯的磁导率。
在根据本公开的第六方面的电抗器中,在第一方面至第五方面中的任何一个方面中,耦合芯和电感器芯由不同的材料形成。电感器芯的饱和磁通量密度高于耦合芯的饱和磁通量密度。
根据本公开第七方面的电源电路包括第一方面至第六方面中任一方面的电抗器、以及控制器。控制器被配置为控制流过多个绕组的电流。
在根据本公开的第八方面的电源电路中,在第七方面中,控制器使流过多个绕组的纹波电流的相位发生偏移,被偏移的纹波电流的相位彼此不同。
附图说明
图1是根据本公开实施例的电抗器的外部透视图。
图2是包括上述电抗器的电源电路的电路图。
图3是上述电抗器的正视图。
图4是根据本公开实施例的修改示例的电抗器的正视图。
图5是包括上述电抗器的电源电路的电路图。
具体实施方式
现在,将参考附图描述本公开的实施例。然而,应该注意,下面要描述的实施例仅是本公开各种实施例之一。只要可以实现本公开的目的,可以根据设计和其他这样的因素对以下实施例进行各种修改。
(1)概述
图1中示出了根据该实施例的电抗器1的外部透视图。根据该实施例的电抗器1包括多个(在该实施例中为两个)绕组2、耦合芯3和多个(在该实施例中为两个)电感器芯4。当两个绕组2被区分描述时,一个绕组2被描述为“第一绕组21”,而另一个绕组2被描述为“第二绕组22”。此外,当两个电感器芯4被区分描述时,一个电感器芯4被描述为“第一电感器芯41”,而另一个电感器芯4被描述为“第二电感器芯42”。
根据该实施例的电抗器1是两相磁耦合电抗器,并且具有将两个绕组2进行磁耦合的磁耦合功能、以及存储磁能的电感器功能。
耦合芯3形成为矩形框架形状,并且被两个绕组2缠绕。耦合芯3形成闭合磁路以将两个绕组2磁耦合。电感器芯4与绕组2具有一对一的关系。电感器芯4被形成为大致C形,并且被布置为与耦合芯3中其上缠绕有对应的绕组2的部分形成闭合磁路。电感器芯4被配置为存储当允许电流流过对应的绕组2时产生的磁通量作为磁能。
该实施例中的电抗器1用于电源电路100中,该电源电路100例如设置在用于汽车、住宅或非住宅的电力调节器、电子设备等中。换句话说,根据该实施例的电源电路100包括电抗器1。图2中示出了根据该实施例的电源电路100的电路图。
根据该实施例的电源电路100是多相升压斩波电路,其被配置为对输入电压Vi进行升压并输出。电源电路100包括电抗器1、两个开关元件(第一开关元件111和第二开关元件112)、两个二极管(第一二极管121和第二二极管122)、电容器131和控制器141。
在根据该实施例的电源电路100中,DC输入电压Vi施加在一对输入端子151和152之间。在一对输入端子151和152之间,电抗器1的第一绕组21和第一开关元件111的串联电路、以及电抗器1的第二绕组22和第二开关元件112的串联电路并联电连接。
第一绕组21和第二绕组22通过耦合芯3彼此磁耦合。此外,第一绕组21和第二绕组22电连接到高电位侧输入端子151,使得其缠绕方向彼此相反。
例如,第一开关元件111和第二开关元件112中的每一个开关元件由金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)形成。第一开关元件111的一端经由第一绕组21电连接到高电位侧输入端子151,另一端电连接到低电位侧输入端子152。第二开关元件112的一端经由第二绕组22电连接到高电位侧输入端子151,另一端电连接到低电位侧输入端子152。控制器141控制第一开关元件111和第二开关元件112接通/断开。
在第一开关元件111的两端之间,电连接有第一二极管121和电容器131的串联电路。在第二开关元件112的两端之间,电连接有第二二极管122和电容器131的串联电路。换句话说,在电容器131的两端之间,第一开关元件111和第一二极管121的串联电路以及第二开关元件112和第二二极管122的串联电路彼此并联电连接。
电容器131是平滑电容器,并且电连接在一对输出端子161和162之间。第一二极管121具有电连接到在第一绕组21和第一开关元件111之间的节点的阳极、以及电连接到电容器131的阴极。第二二极管122具有电连接到在第二绕组22和第二开关元件112之间的节点的阳极、以及电连接到电容器131的阴极。
控制器141被配置为直接或经由驱动电路控制第一开关元件111和第二开关元件112,以接通/断开第一开关元件111和第二开关元件112。控制器141控制第一开关元件111和第二开关元件112以接通/断开第一开关元件111和第二开关元件112,从而控制流过第一绕组21和第二绕组22中的每一个的电流。当第一开关元件111接通时,允许电流流过第一绕组21,并且与第一绕组21相对应的第一电感器芯41存储从第一绕组21产生的磁通量作为磁能。当第一开关元件111断开时,存储在第一电感器芯41中的磁能放电,结果允许电流流过电容器131以对电容器131充电。当第二开关元件112接通/断开时执行的操作类似于当第一开关元件111接通/断开时执行的操作,因此省略其描述。当第一开关元件111和第二开关元件112接通/断开时,在电容器131的两端之间产生通过对输入电压Vi进行升压而获得的输出电压Vo。
控制器141控制第一开关元件111和第二开关元件112以交替地接通第一开关元件111和第二开关元件112。换句话说,控制器141控制第一开关元件111和第二开关元件112,使得流过第一绕组21的纹波电流的相位和流过第二绕组22的纹波电流的相位彼此偏移180°。
缠绕在耦合芯3上的第一绕组21和第二绕组22被配置为使得其缠绕方向彼此相反。因此,由第一绕组21在耦合芯3的闭合磁路中产生的直流磁通量(磁通量的直流分量)和由第二绕组22在耦合芯3的闭合磁路中产生的直流磁通量方向彼此相反,从而彼此抵消。换句话说,在根据该实施例的电源电路100中,电抗器1用作磁性抵消电抗器。
在根据该实施例的电源电路100中,电容器131以第一开关元件111和第二开关元件112的开关周期的两倍的周期被重复地充电和放电。结果,可以减小电容器131的大小。
(2)细节
现在,参考图1和图3描述根据该实施例的电抗器1的详细配置。在图3中,示意性地示出了绕组2(第一绕组21和第二绕组22)的配置。
根据该实施例的电抗器1包括两个绕组2(第一绕组21和第二绕组22)、耦合芯3和两个电感器芯4(第一电感器芯41和第二电感器芯42)。
当从正面观察时,耦合芯3具有大致矩形的外形,并且被形成为具有通孔30的框架形状,该通孔30具有大致矩形的孔形状。耦合芯3包括在第一方向D1上彼此相对的第一轴部31和第二轴部32、以及在与第一方向D1正交的第二方向D2上彼此相对的第一连接部33和第二连接部34。通孔30被形成为在与第一方向D1和第二方向D2正交的第三方向D3上穿透耦合芯3。
第一轴部31和第二轴部32中的每一个被形成为沿第二方向D2的方柱形状。第一绕组21缠绕在第一轴部31上。第二绕组22缠绕在第二轴部32上。第一连接部33和第二连接部34中的每一个被形成为沿第一方向D1的方柱形状。第一连接部33被形成为将第一轴部31和第二轴部32在第二方向D2上的一个端部(在图3中,上端部)彼此连接。第二连接部34被形成为将第一轴部31和第二轴部32在第二方向D2上的另一端部(在图3中,下端部)彼此连接。
耦合芯3通过第一轴部31、第二轴部32、第一连接部33和第二连接部34形成耦合闭合磁路,以将第一绕组21和第二绕组22磁耦合。
第一绕组21是以第一轴部31为轴缠绕在第一轴部31上的导线(线圈)。第二绕组22是以第二轴部32为轴缠绕在第二轴部32上的导线(线圈)。当从第一绕组21和第二绕组22的轴线方向(第二方向D2)观察时,第一绕组21和第二绕组22中的每一个被缠绕成方管形状从而成为大致方形框架。第一绕组21的匝数和第二绕组22的匝数相同。第一绕组21和第二绕组22中的每一个的匝数可以根据设计和其他因素适当地改变。
如图1中所示,第一绕组21具有从在第二方向D2上的一侧(在图1中,下侧)抽出的一对端部211和212。第二绕组22具有从在第二方向D2上的一侧(在图1中,下侧)抽出的一对端部221和222。第一绕组21和第二绕组22具有类似的配置。第一绕组21和第二绕组22的缠绕方向由与电连接到第一绕组21和第二绕组22的组件之间的连接关系确定。在该实施例中,在一对端部211和212中,第一绕组21的一个端部211电连接到高电位侧输入端子151,并且另一个端部212电连接到在第一开关元件111和第一二极管121之间的节点(参见图2)。此外,在一对端部221和222中,第二绕组22的一个端部221电连接到在第二开关元件112和第二二极管122之间的节点,并且另一个端部222电连接到高电位侧输入端子151(参见图2)。结果,第一绕组21和第二绕组22的缠绕方向彼此相反。换句话说,流过第一绕组21的电流的方向和流过第二绕组22的电流的方向相对于耦合芯3彼此相反。因此,在由耦合芯3形成的耦合闭合磁路中,由第一绕组21产生的直流磁通量和由第二绕组22产生的直流磁通量彼此相反而相互抵消。在图3中,在耦合闭合磁路中,由第一绕组21产生的直流磁通量的方向概念性地由虚线箭头Y11指示,并且由第二绕组22产生的直流磁通量的方向概念性地由虚线箭头Y12指示。在图3中,由虚线箭头Y11和Y12指示的由第一绕组21和第二绕组22产生的直流磁通量的方向仅是一个示例,并且可以是相反的方向。
为了减小第一绕组21和第二绕组22之间的磁阻,优选地,耦合芯3被形成为具有更高的磁导率。同时,在根据该实施例的电抗器1中,由耦合芯3形成的耦合闭合磁路被配置为使得由第一绕组21产生的直流磁通量和由第二绕组22产生的直流磁通量彼此抵消,由此耦合芯3的饱和磁通量密度可以较低。因此,本实施例中的耦合芯3由例如含有锰锌(Mn-Zn)或镍锌(Ni-Zn)作为材料的铁氧体来形成。
电感器芯4在第一方向D1上与耦合芯3并排布置。两个电感器芯4以一对一的关系对应于两个绕组2。具体地,第一电感器芯41与缠绕在耦合芯3的第一轴部31上的第一绕组21相对应。第一电感器芯41在第一方向D1上布置在耦合芯3的第一轴部31侧(在图3中,左侧),并且与第一轴部31一起形成电感器闭合磁路(第一电感器闭合磁路)。第二电感器芯42与缠绕在耦合芯3的第二轴部32上的第二绕组22相对应。第二电感器芯42在第一方向D1上布置在耦合芯3的第二轴部32侧(在图3中,右侧),并且与第二轴部32一起形成电感器闭合磁路(第二电感器闭合磁路)。
当从正面观察时,第一电感器芯41具有大致C外形,并且第一电感器芯41在第二方向D2和第三方向D3上的尺寸分别与耦合芯3在第二方向D2和第三方向D3上的尺寸大致相同。第一电感器芯41包括主部411、第一突出部412和第二突出部413。
主部411被形成为沿第二方向D2的方柱形状,并且相对于第一轴部31向第一方向D1上的一侧(在图3中,左侧)分离。
第一突出部412和第二突出部413被形成为从主部411在第二方向D2上的两个端部朝向耦合芯3突出。第一突出部412被形成为从主部411在第二方向D2上的一个端部(在图3中,上端部)朝向耦合芯3突出。第一突出部412被形成为沿第一方向D1的方柱形状,并且具有与耦合芯3中的与第一方向D1正交的一个表面35(在图3中,左表面)相对的远端表面414(在图3中,右端表面)。第二突出部413被形成为从主部411在第二方向D2上的另一端部(在图3中,下端部)朝向耦合芯3突出。第二突出部413被形成为沿第一方向D1的方柱形状,并且具有与耦合芯3中的与第一方向D1正交的一个表面35相对的远端表面415(在图3中,右端表面)。
第一电感器芯41与耦合芯3中的由第一绕组21缠绕的部分一起形成第一电感器闭合磁路。具体地,第一电感器芯41的主部411、第一突出部412和第二突出部413以及耦合芯3的第一轴部31形成第一电感器闭合磁路,由第一绕组21产生的磁通量通过该第一电感器闭合磁路。耦合芯3的第一轴部31兼作耦合闭合磁路和第一电感器闭合磁路。在图3中,在第一电感器闭合磁路中,由第一绕组21产生的直流磁通量的方向概念性地由虚线箭头Y21指示。
在第一电感器闭合磁路中,第一突出部412的远端表面414与耦合芯3的一个表面35之间的间隙、以及第二突出部413的远端表面415与耦合芯3的一个表面35之间的间隙形成磁隙。在该实施例中,第一电感器芯41被布置为使得第一突出部412和第二突出部413的远端表面414和415靠近耦合芯3的一个表面35。例如,第一电感器芯41和耦合芯3可以通过粘合剂彼此接合。
第一电感器芯41被配置为存储从第一绕组21产生的磁通量作为磁能。由第一绕组21在第一电感器芯41中产生的直流磁通量不被抵消。因此,优选的是,第一电感器芯41被形成为具有更高的饱和磁通量密度。同时,第一电感器芯41可以具有低磁导率。因此,本实施例中的第一电感器芯41例如由包含铁硅铝(Fe-Si-Al)、铁镍(Fe-Ni)、铁硅(Fe-Si)或其他合金作为材料的压粉铁芯(dust core)形成。
如上所述,在根据该实施例的电抗器1中,耦合芯3由铁氧体形成,并且第一电感器芯41由压粉铁芯形成。当耦合芯3和第一电感器芯41彼此进行比较时,耦合芯3的磁导率高于第一电感器芯41的磁导率。此外,当耦合芯3和第一电感器芯41彼此进行比较时,形成第一电感器芯41的材料的饱和磁通量密度高于形成耦合芯3的材料的饱和磁通量密度。第一电感器芯41的磁通量密度和电感的大小也可以通过第一电感器芯41的截面积的大小来调整。
第二电感器芯42包括主部421、第一突出部422和第二突出部423,并且布置在耦合芯3的与第一电感器芯41相反的一侧(在图3中,右侧)。第二电感器芯42具有与第一电感器芯41的配置类似的配置,因此省略其详细描述。
第二电感器芯42与耦合芯3中的由第二绕组22缠绕的部分一起形成第二电感器闭合磁路。具体地,第二电感器芯42的主部421、第一突出部422和第二突出部423以及耦合芯3的第二轴部32形成第二电感器闭合磁路,由第二绕组22产生的磁通量通过该第二电感器闭合磁路。耦合芯3的第二轴部32兼作耦合闭合磁路和第二电感器闭合磁路。在图3中,在第二电感器闭合磁路中,由第二绕组22产生的直流磁通量的方向概念性地由虚线箭头Y22指示。
(3)优点
接下来,描述根据该实施例的电抗器1的优点。首先,描述用于与根据该实施例的电抗器1相比较的、根据第一比较示例和第二比较示例的电抗器。
根据第一比较示例的电抗器与根据本实施例的电抗器1的不同之处在于:各自都被形成为矩形框架形状的耦合芯和电感器芯并排布置,并且绕组是以一体方式缠绕在耦合芯的轴部和电感器芯的轴部这两者上。为了防止耦合芯和电感器芯中产生的磁场彼此影响,除了根据第一比较示例的电抗器的配置之外,根据第二比较示例的电抗器还包括设置在耦合芯和电感器芯之间的磁绝缘构件。
在根据第一比较示例的电抗器中,绕组缠绕在耦合芯和电感器芯两者上。因此,在根据第一比较示例的电抗器中,在耦合芯和电感器芯中,由绕组产生的磁通量集中在具有更高磁导率的耦合芯中。在根据第二比较示例的电抗器中,磁绝缘构件插入在耦合芯和电感器芯之间,由绕组在耦合芯中产生的磁通量的磁通量密度与由绕组在每个电感器芯中产生的磁通量的磁通量密度之间的差减小。
在根据该实施例的电抗器1中,在耦合芯3和电感器芯4中,绕组2仅缠绕在耦合芯3上。因此,在根据该实施例的电抗器1中,不需要第二比较示例中的电抗器的磁绝缘构件(磁绝缘片),因此可以实现小型化。此外,在根据第二比较示例的电抗器中,磁通量(漏磁通量)集中在磁绝缘构件中,并且漏磁通量有可能与绕组连锁而增加涡流损耗。根据该实施例的电抗器1不包括磁绝缘构件,因此不产生漏磁通量,结果可以减小绕组2的涡流损耗。
<修改示例>
接下来,描述根据该实施例的电抗器1的修改示例。在以下描述中,与上述电抗器1的组件共同的组件由相同的附图标记表示,并且省略其描述。
绕组2的数量不限于两个,并且可以是多个(例如,三个或更多个)。此外,电感器芯4的数量不限于两个,并且可以是多个(例如,三个或更多个)。此外,例如,在包括含有三个绕组的电抗器在内的电源电路中,优选地,被配置为控制流过三个绕组的电流的控制器被配置为使流过三个绕组的纹波电流的相位发生偏移,使得这些相位彼此相差120°。
在上述电抗器1中,绕组2的数量和电感器芯4的数量相同,但是绕组2的数量和电感器芯4的数量可以是不同的数量。此外,包括电抗器1的电源电路100的配置不限于多相升压斩波电路(参见图2)。图4是根据修改示例的电抗器1A的正视图。图5是包括根据修改示例的电抗器1A在内的电源电路100A的等效电路图。
电抗器1A包括两个绕组2(第一绕组21和第二绕组22)、耦合芯3和一个电感器芯4(第一电感器芯41)。换句话说,电抗器1A具有从上述电抗器1(参见图1和图3)中省略第二电感器芯42的配置。
电源电路100A是LLC电流谐振转换器电路,其包括电抗器1A和控制器142。电源电路100A还包括第一开关元件113、第二开关元件114、第一二极管123、第二二极管124、第一电容器132和第二电容器133。
在施加有输入电压Vi的一对输入端子151和152之间,电连接有第一开关元件113和第二开关元件114的串联电路。第一开关元件113和第二开关元件114中的每一个例如由MOSFET形成,并且受控制器142控制而接通/断开。在第二开关元件114的两端之间,电连接有第一电容器132和电抗器1A的第一绕组21的串联电路。此外,图5中的附图标记“171”指示电抗器1A的漏电感。例如,可以通过电抗器1A的第一电感器芯41的截面积的大小来调整漏电感171的大小。在电源电路100A中,漏电感171用作谐振电感器。第一电容器132是谐振电容器。
电抗器1A具有设置在第二绕组22中的中心抽头。在第二绕组22的一端和中心抽头之间,电连接有第一二极管123和第二电容器133的串联电路,并且在第二绕组22的另一端和中心抽头之间,电连接有第二二极管124和第二电容器133的串联电路。第二电容器133是平滑电容器,并且电连接在一对输出端子161和162之间。第一二极管123具有电连接到第二绕组22的一端的阳极、以及电连接到第二电容器133的阴极。第二二极管124具有电连接到第二绕组22的另一端的阳极、以及电连接到第二电容器133的阴极。
控制器142控制第一开关元件113和第二开关元件114以接通/断开第一开关元件113和第二开关元件114,以控制流过第一绕组21和第二绕组22中的每一个的电流。控制器142控制第一开关元件113和第二开关元件114以交替地接通第一开关元件113和第二开关元件114。结果,在第二电容器133的两端之间产生输出电压Vo。
现在,描述电抗器1的另一修改示例。
电抗器1可以具有这样的配置:两个绕组2、耦合芯3和两个电感器芯4由树脂或其他密封构件整体地密封。结果,可以抑制绕组2的绕组移位。
此外,电抗器1可以具有包括绕线管(bobbin)的配置。设置绕线管使得绕组2缠绕在其上,并且耦合芯3的轴部(第一轴部31和第二轴部32)穿过其中。
此外,电抗器1不限于耦合芯3和电感器芯4中的每一个一体形成的配置,而是可以具有耦合芯3和电感器芯4中的每一个被分割成多个部分的配置。例如,电抗器1可以具有这样的配置:耦合芯3和电感器芯4中的每一个在第二方向D2上被分割为两个部分。
此外,在电抗器1中,耦合芯3和电感器芯4可以由相同的材料形成。在这种情况下,耦合芯3和电感器芯4可以一体地形成。
(4)概要
根据本公开的第一方面的电抗器(1,1A)包括多个绕组(2,21,22)、耦合芯(3,3A)和电感器芯(4,41,42)。耦合芯(3,3A)被配置为形成将多个绕组(2,21,22)磁耦合的耦合闭合磁路,多个绕组(2,21,22)缠绕在耦合芯(3,3A)上。电感器芯(4,41,42)包括主部(411,421)、从主部(411,421)的一端突出的第一突出部(412,422)以及从主部(411,421)的另一端突出的第二突出部(413,423),并且第一突出部(412,422)和第二突出部(413,423)中的每一个磁连接到耦合芯(3,3A)。电感器芯(4,41,42)与耦合芯(3,3A)的缠绕有多个绕组(2,21,22)中的一个绕组(2,21)的一部分形成电感器闭合磁路。
根据这种配置,绕组(2,21,22)仅缠绕在耦合芯(3,3A)和电感器芯(4,41,42)之中的耦合芯(3,3A)上,因此可以减小电抗器(1,1A)的大小。
根据第二方面的电抗器(1)在第一方面中包括多个电感器芯(4,41,42),并且多个绕组(2,21,22)的数量和多个电感器芯(4,41,42)的数量是相同的。
根据该配置,可以实现将由多个绕组(2,21,22)中的每一个产生的磁通量存储为磁能的电感器功能。
在根据第三方面的电抗器(1)中,在第二方面中,多个绕组(2,21,22)的数量和多个电感器芯(4,41,42)的数量中均是2。
根据该配置,可以实现两相磁耦合电抗器。
在根据第四方面的电抗器(1)中,在第三方面中,两个绕组(2,21,22)具有相同的匝数。
根据该配置,耦合闭合磁路可以被配置为使得由两个绕组(2,21,22)产生的直流磁通量彼此抵消,并且可以减小耦合芯(3)的大小。
在根据第五方面的电抗器(1,1A)中,在第一方面至第四方面中的任何一个中,耦合芯(3,3A)的磁导率高于电感器芯(4,41,42)的磁导率。
根据该配置,可以减小多个绕组(2,21,22)之间的磁阻。
在根据第六方面的电抗器(1,1A)中,在第一方面至第五方面中的任何一个方面中,耦合芯(3,3A)和电感器芯(4,41,42)由不同材料形成。电感器芯(4,41,42)的饱和磁通量密度高于耦合芯(3,3A)的饱和磁通量密度。
根据该配置,可以减小电感器芯(4,41,42)的大小。
根据本公开第七方面的电源电路(100,100A)包括根据第一方面至第六方面中任一方面的电抗器(1,1A)和控制器(141,142)。控制器(141,142)被配置为控制流过多个绕组(2,21,22)的电流。
根据该配置,可以减小包括电抗器(1,1A)在内的电源电路(100,100A)的大小。
在根据第八方面的电源电路(100,100A)中,在第七方面中,控制器(141,142)使流过多个绕组(2,21,22)的纹波电流的相位发生偏移,被偏移的纹波电流的相位彼此不同。
根据该配置,可以抑制耦合芯(3,3A)的磁饱和。
附图标记列表
1、1A 电抗器,
2 绕组,
3、3A 耦合芯,
4 电感器芯,
411、421 主部,
412、422 第一突出部,
413、423 第二突出部,
100、100A 电源电路,
141、142 控制器。

Claims (8)

1.一种电抗器,包括:
多个绕组;
耦合芯,被配置为形成将所述多个绕组磁耦合的耦合闭合磁路,所述多个绕组缠绕在所述耦合芯上;以及
电感器芯,包括主部、从所述主部的一端突出的第一突出部、以及从所述主部的另一端突出的第二突出部,所述第一突出部和所述第二突出部中的每一个磁连接到所述耦合芯,
所述电感器芯与所述耦合芯的一部分一起形成电感器闭合磁路,所述耦合芯的所述一部分上缠绕有所述多个绕组中的一个绕组。
2.根据权利要求1所述的电抗器,包括多个所述电感器芯,以及
其中,所述多个绕组的数量和所述多个电感器芯的数量相同。
3.根据权利要求2所述的电抗器,其中,所述多个绕组的数量和所述多个电感器芯的数量均是2。
4.根据权利要求3所述的电抗器,其中,所述两个绕组具有相同的匝数。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电抗器,其中,所述耦合芯的磁导率高于所述电感器芯的磁导率。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电抗器,
其中,所述耦合芯和所述电感器芯由不同的材料形成,并且
其中,所述电感器芯的饱和磁通量密度高于所述耦合芯的饱和磁通量密度。
7.一种电源电路,包括:
根据权利要求1至6中任一项所述的电抗器;以及
控制器,被配置为控制流过所述多个绕组的电流。
8.根据权利要求7所述的电源电路,其中,所述控制器使流过所述多个绕组的纹波电流的相位发生偏移,
被偏移的纹波电流的相位彼此不同。
CN201880019681.2A 2017-03-23 2018-03-15 电抗器和电源电路 Pending CN110462767A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-058097 2017-03-23
JP2017058097 2017-03-23
PCT/JP2018/010120 WO2018173900A1 (ja) 2017-03-23 2018-03-15 リアクトル、電源回路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110462767A true CN110462767A (zh) 2019-11-15

Family

ID=63586077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880019681.2A Pending CN110462767A (zh) 2017-03-23 2018-03-15 电抗器和电源电路

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11581129B2 (zh)
JP (1) JP7126210B2 (zh)
CN (1) CN110462767A (zh)
DE (1) DE112018001496T5 (zh)
WO (1) WO2018173900A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113808818A (zh) * 2020-06-17 2021-12-17 爱三工业株式会社 电抗器
CN115691972A (zh) * 2021-07-29 2023-02-03 中兴通讯股份有限公司 电感器、电压控制电路、电压控制电路的检测及控制方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220158562A1 (en) * 2016-01-25 2022-05-19 Delta Electronics (Shanghai) Co., Ltd Integrated inductor and a power conversion module including the integrated inductor
CN111684552B (zh) 2018-01-17 2022-04-26 松下知识产权经营株式会社 电抗器、芯构件以及电源电路
JPWO2020203353A1 (zh) * 2019-03-29 2020-10-08
WO2020208936A1 (ja) * 2019-04-10 2020-10-15 ソニー株式会社 直流変換装置
JP7099407B2 (ja) * 2019-06-13 2022-07-12 株式会社明電舎 双方向絶縁型dc-dcコンバータ
DE102020007840A1 (de) 2020-12-21 2021-11-04 Daimler Ag Aufwärtswandler zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, sowie Fahrzeug und Verfahren

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001118728A (ja) * 1999-10-20 2001-04-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 積層インダクタアレイ
US20120056704A1 (en) * 2010-09-03 2012-03-08 Honda Motor Co., Ltd. Composite transformer
CN102956344A (zh) * 2012-11-02 2013-03-06 华为技术有限公司 一种复合磁芯结构及磁性元件
CN103971894A (zh) * 2014-05-27 2014-08-06 田村(中国)企业管理有限公司 磁耦合电感器及其磁芯
CN205080958U (zh) * 2015-11-09 2016-03-09 雅达电子国际有限公司 多相非耦合电感器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0491412A (ja) * 1990-08-02 1992-03-24 Mitsubishi Electric Corp ノイズフィルタ用コイル装置
JPH065448A (ja) 1992-06-22 1994-01-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd チョークコイルおよび電源装置
JP2568382Y2 (ja) 1992-06-29 1998-04-08 株式会社トーキン ノイズフィルタ用チョークコイル並びにそのコイルボビン
JPH11144971A (ja) * 1997-11-14 1999-05-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd コイル部品およびそれを用いた電源装置
JP3534011B2 (ja) 1999-09-24 2004-06-07 松下電器産業株式会社 チョークコイル
JP5081063B2 (ja) 2008-05-22 2012-11-21 本田技研工業株式会社 複合型変圧器、および電力変換回路
JP5403005B2 (ja) * 2010-10-20 2014-01-29 株式会社デンソー 電力変換装置
JP5887886B2 (ja) 2011-11-30 2016-03-16 株式会社デンソー 複合磁気部品
US20130301327A1 (en) * 2012-05-14 2013-11-14 General Electric Company System and method of parallel converter current sharing

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001118728A (ja) * 1999-10-20 2001-04-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 積層インダクタアレイ
US20120056704A1 (en) * 2010-09-03 2012-03-08 Honda Motor Co., Ltd. Composite transformer
CN102956344A (zh) * 2012-11-02 2013-03-06 华为技术有限公司 一种复合磁芯结构及磁性元件
CN103971894A (zh) * 2014-05-27 2014-08-06 田村(中国)企业管理有限公司 磁耦合电感器及其磁芯
CN205080958U (zh) * 2015-11-09 2016-03-09 雅达电子国际有限公司 多相非耦合电感器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113808818A (zh) * 2020-06-17 2021-12-17 爱三工业株式会社 电抗器
CN115691972A (zh) * 2021-07-29 2023-02-03 中兴通讯股份有限公司 电感器、电压控制电路、电压控制电路的检测及控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018173900A1 (ja) 2018-09-27
US11581129B2 (en) 2023-02-14
JPWO2018173900A1 (ja) 2020-01-30
US20210110970A1 (en) 2021-04-15
JP7126210B2 (ja) 2022-08-26
DE112018001496T5 (de) 2019-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110462767A (zh) 电抗器和电源电路
US11251713B2 (en) Multiple parallel-connected resonant converter, inductor-integrated magnetic element and transformer-integrated magnetic element
US10971290B2 (en) Magnetic assembly and power supply system with same
CN108364761B (zh) 集成磁性组件和切换模式功率转换器
US9406419B2 (en) Integrated magnetic component
US8400250B2 (en) Composite transformer
JP6826794B2 (ja) 薄型高電流対応複合体の変圧器
JP2013515377A (ja) 多巻回インダクタ
JP2009146955A (ja) 複合リアクトルおよび電源装置
CN105518810A (zh) 集成磁性组件及其组装方法
JP2014535172A (ja) 誘導部品及び使用方法
US8988182B2 (en) Transformers and methods for constructing transformers
US20150016150A1 (en) Multi-phase converter
Chan et al. Study on magnetic materials used in power transformer and inductor
US11955267B2 (en) Reactor, core member, and power supply circuit
US20220130588A1 (en) Reactor and electric power conversion device
KR20200094420A (ko) E-타입 코어를 갖는 자성체 소자
WO2020054809A1 (ja) 結合インダクタおよびスイッチング回路
JP2011229396A (ja) 電源装置
JP2000150270A (ja) チョークコイル
JPH0236671A (ja) フライバックトランス回路、可飽和リアクトル付コンデンサおよびフライバックトランス

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20191115