CN110634655B - 磁集成器件、功率变换电路、充电器及电动车辆 - Google Patents

磁集成器件、功率变换电路、充电器及电动车辆 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种磁集成器件、功率变换电路、充电器及电动车辆，属于电力电子技术领域。该磁集成器件包括：磁芯、第一变压器绕组和第二变压器绕组，其中，该第一变压器绕组和该第二变压器绕组分隔绕制，且该分隔处形成第一气隙。由于磁力线可以穿过该第一气隙形成漏感，该漏感可以等效为功率变换电路中的谐振电感，从而无需在磁集成器件中单独设置电感绕组，有效减小了磁集成器件的体积和重量。并且，采用该磁集成器件的功率变换电路的体积也较小，功率密度较高。

Description

磁集成器件、功率变换电路、充电器及电动车辆
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，特别涉及一种磁集成器件、功率变换电路、充电器及电动车辆。
背景技术
磁集成器件是一种集成有功率变换电路中多个分立器件(例如电感和变压器等)的器件。
磁集成器件包括磁芯、绕制在该磁芯上的电感绕组以及绕制在该磁芯上的变压器绕组。其中，变压器绕组通常包括直流母线侧绕组、高压绕组和低压绕组共三个绕组。
由于磁集成器件中的绕组较多，占用空间较大，导致磁集成器件的体积较大。
发明内容
本申请提供了一种磁集成器件、功率变换电路、充电器及电动车辆，可以解决相关技术中磁集成器件的体积较大的问题，技术方案如下：
一方面，提供了一种磁集成器件，包括：磁芯、第一变压器绕组和第二变压器绕组；
该磁芯上设置有窗口，该第一变压器绕组和该第二变压器绕组分别穿过该窗口绕制在该磁芯上；
其中，该第一变压器绕组和该第二变压器绕组分隔绕制，且该分隔处形成第一气隙。
由于磁力线可以穿过该第一气隙形成漏感，该漏感可以等效为功率变换电路中的谐振电感，从而无需在磁集成器件中单独设置电感绕组，有效减小了磁集成器件的体积和重量。并且，采用该磁集成器件的功率变换电路的体积也较小，功率密度较高。
可选的，该磁集成器件还可以包括第三变压器绕组，该第三变压器绕组穿过窗口绕制在磁芯上。相应的，该磁集成器件可以应用于三端口的功率变换电路中。
可选的，该第三变压器绕组和该第二变压器绕组层叠绕制。
该层叠绕制的绕制方式可以减少变压器绕组的占用空间，从而可以有效减小该磁集成器件的体积。并且，该绕制方式可以确保该第三变压器绕组和该第二变压器绕组之间紧密耦合。
可选的，该第三变压器绕组可以呈扁平状，且该第三变压器绕组可以覆盖该第二变压器绕组的表面。例如，可以覆盖该第二变压器绕组的部分表面，该第二变压器绕组的接线端未被第三变压器绕组覆盖，以便于与外部电路的连接。
可选的，该第一变压器绕组的匝数和该第二变压器绕组的匝数均大于该第三变压器绕组的匝数。
即该第三变压器绕组可以是用于连接电压较低的辅助电池的绕组。该第一变压器绕组和该第二变压器绕组中的一个绕组可以用于连接直流母线，另一个则可以用于连接动力电池。
可选的，该第一变压器绕组的线宽和该第二变压器绕组的线宽均小于该第三变压器绕组的线宽。
将该第三变压器绕组的线宽设置的较宽，可以减小其电阻，从而有效降低该第三变压器绕组的电压降。
可选的，该磁集成器件还包括：位于该窗口内，且位于该第一变压器绕组和该第二变压器绕组之间的磁柱；
该磁柱的一侧与该磁芯接触，该磁柱的另一侧与该磁芯之间具有间隙。例如，该磁柱与该磁芯可以为一体结构。
通过调整该磁柱的体积，可以调节该磁柱与该磁芯之间的间隙的大小，进而实现对第一气隙的大小的调节，从而实现对该磁集成器件的漏感的调节。
可选的，该磁芯包括：第一磁体和第二磁体，该第一磁体和该第二磁体中的一个或多个磁体上形成有凹槽；该第一磁体和该第二磁体相对设置并围成该窗口。
例如，该第二磁体可以为形成有凹槽的U型磁体，该第一磁体上未形成凹槽。
可选的，该磁集成器件中的每个变压器绕组均可以分别绕制在该第一磁体和该第二磁体上。并且，每个变压器绕组在第一磁体上的绕制匝数与在第二磁体上的绕制匝数可以相等。由此，可以确保该磁集成器件整体结构的对称性。
可选的，该磁芯还可以为设置有通槽的一体件，该通槽即形成为该窗口。
可选的，该磁芯的一端设置有一个或多个第二气隙，该第二气隙与该窗口连通。
通过在磁芯上开设第二气隙，一方面可以减小磁芯的减小磁导率，另一方面可以避免在交流大信号或直流偏置下的磁饱和现象，更好地控制磁集成器件的电感量。
可选的，该窗口可以为矩形窗口。
另一方面，提供了一种功率变换电路，该功率变换电路可以包括：如上述方面提供的磁集成器件；
该磁集成器件中，第一变压器绕组与可以与该功率变换电路的第一端口连接，第二变压器绕组可以与该功率变换电路的第二端口连接，且该第一变压器绕组和该第二变压器绕组能够通过电磁互感来相互传递能量。
可选的，该功率变换电路还可以包括：穿过窗口绕制在磁芯上的第三变压器绕组；
该第三变压器绕组与该功率变换电路的第三端口连接，该第三变压器绕组和该第一变压器绕组能够通过电磁互感来相互传递能量，该第三变压器绕组和该第二变压器绕组能够通过电磁互感来相互传递能量。
可选的，该功率变换电路还可以包括：三个斩波子电路；第一变压器绕组、第二变压器绕组和第三变压器绕组中的每个变压器绕组通过一个斩波子电路与一个端口连接。其中，该斩波子电路可以为桥式整流电路。
可选的，该功率变换电路还可以包括：谐振元件，该谐振元件与该磁集成器件中的第一变压器绕组或第二变压器绕组连接。即该功率变换电路可以为谐振或准谐振的功率变换电路。
可选的，该谐振元件可以包括：电容；该电容可以与该磁集成器件中的第一变压器绕组或第二变压器绕组串联。
可选的，该谐振元件可以包括：第一电容和第二电容；该第一电容与该磁集成器件中的第一变压器绕组串联，该第二电容与该磁集成器件中的第二变压器绕组串联。
可选的，该谐振元件可以包括：电容和电感；该电容与该磁集成器件中的第一变压器绕组或第二变压器绕组串联；该电感与该第一变压器绕组或该第二变压器绕组并联。
又一方面，提供了一种功率变换电路，该功率变换电路具有三个端口，该功率变换电路包括：谐振元件、第一变压器和第二变压器；
该第一变压器的原边与该谐振元件串联，该第一变压器的副边与该三个端口中的第一端口连接；该第二变压器的原边与串联后的该第一变压器和该谐振元件并联，且与该三个端口中的第二端口连接，该第二变压器的副边与该三个端口中的第三端口连接。
由于该第一变压器和该谐振元件串联后，再与该第二变压器的原边并联，由此可以避免该谐振元件对该第二变压器的副边的输出电压的影响，确保该第二变压器的副边的输出电压的波动范围较小，输出电压的稳定性较高，减小了后级电路的调压压力。
再一方面，提供了一种充电器，包括：交流直流转换电，路以及如上述方面提供的功率变换电路，该功率变换电路的第二端口与该交流直流转换电路连接。
再一方面，提供了一种电动车辆，包括：动力电池、辅助电池以及如上述方面提供的充电器；该充电器中功率变换电路的第一端口与该动力电池连接，第三端口与该辅助电池连接。
综上所述，本发明实施例提供了一种磁集成器件、功率变换电路、充电器及电动车辆，该磁集成器件中的两个变压器绕组可以分隔绕制，且该分隔处形成第一气隙。由于磁力线可以穿过该第一气隙形成漏感，该漏感可以等效为功率变换电路中的谐振电感，从而无需在磁集成器件中单独设置电感绕组，有效减小了磁集成器件的体积和重量。并且，采用该磁集成器件的功率变换电路的体积也较小，功率密度较高。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种充电器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种充电器的充电方式示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种充电器的充电方式示意图；
图4是本发明实施例提供的又一种充电器的充电方式示意图；
图5是本发明实施例提供的再一种充电器的充电方式示意图；
图6是本发明实施例提供的再一种充电器的充电方式示意图；
图7是本发明实施例提供的再一种充电器的充电方式示意图；
图8是本发明实施例提供的一种磁集成器件的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的一种磁集成器件的等效电路图；
图10是本发明实施例提供的另一种磁集成器件的结构示意图；
图11是本发明实施例提供的另一种磁集成器件的等效电路图；
图12是本发明实施例提供的又一种磁集成器件的结构示意图；
图13是本发明实施例提供的一种磁体的结构示意图；
图14是本发明实施例提供的另一种磁体的结构示意图；
图15是本发明实施例提供的又一种磁体的结构示意图；
图16是本发明实施例提供的一种功率变换电路的电路图；
图17是本发明实施例提供的另一种功率变换电路的电路图；
图18是本发明实施例提供的又一种功率变换电路的电路图；
图19是本发明实施例提供的再一种功率变换电路的电路图；
图20是本发明实施例提供的再一种功率变换电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图详细介绍本申请实施例提供的磁集成器件。
图1是本发明实施例提供的一种充电器的结构示意图，如图1所示，该充电器01可以包括交流直流(alternating current/direct current，AC/DC)转换电路011，以及功率变换电路012，该功率变换电路012也可以称为DCDC功率变换器。其中，该AC/DC的一端可以与交流电源连接，另一端可以与直流母线连接，该直流母线与该功率变换电路012连接。
为了提升功率密度，如图1所示，充电器01中所采用的DCDC功率变换器012可以为三端口的DCDC功率变换器。该DCDC功率变换器012的三个端口可以分别用于连接直流母线、动力电池02和辅助电池03，且该DCDC功率变换器012能够实现任意两个端口之间的功率转换。其中，动力电池02可以用于为电力驱动设备的驱动电机供电，其电压较高，一般为300伏特(V)至600V，因此动力电池02也可以称为高压电池。辅助电池03可以用于为电力驱动设备中的其他用电设备(例如电动车辆的电子刹车系统、仪表盘和灯光控制系统等)供电，其电压较低，一般为12V至15V，因此辅助电池03也可以称为低压电池。
由于该DCDC功率变换器012能够实现任意两个端口之间的功率转换，因此如图2所示，集成有该DCDC功率变换器012的充电器01可以实现交流电源与动力电池02之间的双向供电。或者，如图3所示，该充电器01可以实现交流电源与辅助电池03之间的双向供电。或者，如图4所示，该充电器01可以实现动力电池02与辅助电池03之间的双向供电。或者，如图5所示，该充电器01可以实现交流电源同时为动力电池02和辅助电池03供电。或者，如图6所示，该充电器01可以实现辅助电池03同时为交流电源和动力电池02供电。又或者，如图7所示，该充电器01可以实现动力电池02同时为交流电源和辅助电池03供电。
在本发明实施例中，为了提升该DCDC功率变换器012的功率变换效率和功率密度，该DCDC功率变换器012可以采用谐振或者准谐振的三端口DCDC功率变换器。并且，为了进一步减小器件体积、提升功率密度、改善功率变换器的交调特性以及提高功率变换器的稳压能力，该谐振或者准谐振的三端口DCDC功率变换器中的谐振电感和变压器可以采用磁集成器件实现。
可选的，本发明实施例提供的充电器01可以为应用于电动车辆中的车载充电器(on board charger，OBC)。或者，该充电器01还可以应用于其他电力驱动设备中，例如还可以应用于扫地机器人中。
图8是本发明实施例提供的一种磁集成器件的结构示意图，该磁集成器件可以应用于图1至图7中任一附图所示的功率变换电路012中。参考图8，该磁集成器件可以包括：磁芯10、第一变压器绕组20和第二变压器绕组30。
该磁芯10上设置有窗口100，该第一变压器绕组20和该第二变压器绕组30可以分别穿过该窗口100绕制在该磁芯10上。例如，如图1所示，该窗口100可以为开设在磁芯10上的通槽。
该第一变压器绕组20和该第二变压器绕组30可以分隔绕制在磁芯10上，且该分隔处可以形成第一气隙10a。
该第一变压器绕组20产生的磁力线，以及该第二变压器绕组30产生的磁力线可以穿过该第一气隙10a形成漏感，该漏感可以等效为功率变换电路中的谐振电感。因此，该磁集成器件中无需单独设置电感绕组，有效减小了磁集成器件的体积和重量。
示例的，图9是本发明实施例提供的一种磁集成器件的等效电路图，参考图9可以看出，该第一变压器绕组20和第二变压器绕组30可以等效为一个两端口的功率变换器。并且，第一变压器绕组20和第二变压器绕组30之间的第一气隙10a形成的漏感可以等效为与该第二变压器绕组30串联的谐振电感L0。
综上所述，本发明实施例提供了一种磁集成器件，该磁集成器件中的两个变压器绕组可以分隔绕制，且该分隔处形成第一气隙。由于磁力线可以穿过该第一气隙形成漏感，该漏感可以等效为功率变换电路中的谐振电感，从而无需在磁集成器件中单独设置电感绕组，有效减小了磁集成器件的体积和重量。并且，采用该磁集成器件的功率变换电路的体积也较小，功率密度较高。
可选的，图10是本发明实施例提供的另一种磁集成器件的结构示意图，如图10所示，该磁集成器件还可以包括：第三变压器绕组40。该第三变压器绕组40可以穿过该窗口100 绕制在该磁芯10上。
相应的，该第一变压器绕组20、第二变压器绕组30以及第三变压器绕组40可以等效为一个三端口的功率变换器。
可选的，如图10所示，该第三变压器绕组40和该第二变压器绕组30可以层叠绕制。即该第三变压器绕组40和该第二变压器绕组30可以采用同芯方式绕制。该层叠绕制的绕制方式可以减少变压器绕组的占用空间，从而可以有效减小该磁集成器件的体积。
图11是本发明实施例提供的一种第二变压器绕组和第三变压器绕组层叠绕制时，磁集成器件的等效电路图，参考图11可以看出，该绕制方式可以确保该第三变压器绕组40和该第二变压器绕组30之间紧密耦合，两者之间没有漏感或者仅有较小的漏感，从而可以有效减少两者之间功率传输的损耗，提高两者之间的功率传输效率。
当然，该第三变压器绕组40也可以与该第二变压器绕组30或者第一变压器绕组20分隔绕制。例如，该第一变压器绕组20、第二变压器绕组30和第三变压器绕组40可以依次分隔绕制在磁芯10上。本发明实施例对该第三变压器绕组40的绕制位置不做限定。
在本发明实施例中，该第一变压器绕组20和该第二变压器绕组30中的一个绕组可以是用于连接直流母线的绕组，另一个绕组可以是用于连接动力电池02或者辅助电池03的绕组。
图12是本发明实施例提供的又一种磁集成器件的结构示意图，结合图10和图12可以看出，该第一变压器绕组20的匝数和该第二变压器绕组30的匝数可以均大于该第三变压器绕组40的匝数。即该第三变压器绕组40可以是用于连接电压较低的辅助电池03的绕组。
可选的，该第一变压器绕组20可以用于连接动力电池02，该第二变压器绕组30可以用于连接直流母线。结合图11可以看出，当第三变压器绕组40和该第二变压器绕组30层叠绕制时，可以使得该第三变压器绕组40(即辅助电池03侧的绕组)跳过谐振电感L0直接与直流母线耦合。
由于直流母线的电压较为稳定，因此可以确保该辅助电池03侧的绕组的电压也较为稳定，避免了谐振电感L0对低压侧的电压的影响，减小了该低压侧的电压波动范围，从而减小了后级DCDC稳压电路的调压压力。
在本发明实施例中，由于该第三变压器绕组40可以用于连接辅助电池03，该第三变压器绕组40中的电流相对较小，因此如图10所示，该第一变压器绕组20的线宽和该第二变压器绕组30的线宽可以均小于该第三变压器绕组40的线宽。即该第三变压器绕组40的线宽可以较宽，电阻可以较小，从而可以有效降低该第三变压器绕组40的电压降。
示例的，继续参考图10，该第三变压器绕组40可以呈扁平状，即该第三变压器绕组40可以为弯折的片状结构，且该第三变压器绕组40的匝数可以等于1或2。该第三变压器绕组40可以覆盖第二变压器绕组30的表面，即该第三变压器绕组40可以绕制在该第二变压器绕组30远离磁芯10的一侧。例如，该扁平状的第三变压器绕组40可以覆盖第二变压器绕组30的部分表面，第二变压器绕组30的接线端可以未被该第三变压器绕组40覆盖，以便于与外部电路连接。
由于该第三变压器绕组40的匝数较少，且线宽较宽，而第二变压器绕组30的匝数较多，且线宽较窄，因此将该第三变压器绕组40绕制在该第二变压器绕组30远离磁芯10的一侧，即将该第三变压器绕组40绕制在该第二变压器绕组30外侧，可以便于各个绕组的绕制以及后级电路的连接。
可选的，如图10和图12所示，该磁芯10可以包括：第一磁体101和第二磁体102，该第一磁体101和该第二磁体102中的一个或多个磁体上设置有凹槽，即两个磁体102中的至少一个磁体上形成有凹槽。该第一磁体101和该第二磁体102相对设置并围成该窗口100。并且，该第一磁体101和该第二磁体102可以粘接固定。
示例的，参考图10和图12可以看出，该第二磁体102上可以形成有一个凹槽，即该第二磁体102可以为U型磁体。该第一磁体101上未形成凹槽，并且，该第一磁体101可以位于第二磁体102形成有凹槽的一侧，从而与该第二磁体102围成该窗口100。
在本发明实施例中，从图10和图12中可以看出，该磁集成器件中的每个变压器绕组均可以分别绕制在该第一磁体101和第二磁体102上。例如，参考图12，该磁集成器件包括的第一变压器绕组20、第二变压器绕组30和第三变压器绕组40均分别绕制在第一磁体 101和第二磁体102上，且第二变压器绕组30绕制在每个磁体上的部分均被该第三变压器绕组40覆盖。
可选的，该磁集成器件中的每个变压器绕组在该第一磁体101上的绕制匝数与在该第二磁体102上的绕制匝数可以相等或相近，例如每个变压器绕组在两个磁体上的绕制匝数的差值可以小于匝数阈值，该匝数阈值可以为2或者5，本发明实施例对此不做限定。
通过使得每个变压器绕组在两个磁体上的绕制匝数相等或者相近，可以确保该磁集成器件整体结构的对称性。
需要说明的是，在本发明实施例中，每个变压器绕组的匝数可以为该变压器绕组在两个磁体上的绕制匝数之和。
可选的，如图8、图10和图12所示，该磁芯10中形成的窗口100可以为矩形窗口，即该窗口100在其开口所在平面的正投影的形状可以为矩形。当然，该窗口100还可以为圆形窗口或其他多边形窗口，本发明实施例对该窗口的形状不做限定。
需要说明的是，在本发明实施例中，该第一磁体101和第二磁体102的结构可以根据情况灵活设置。例如，该第一磁体101和第二磁体102中的任一磁体可以为如图13所示的E型磁体，或者可以为如图14所示的U型磁体，又或者可以为如图15所示的PQ型磁体，本发明实施例对每个磁体的形状不做限定。其中，当第一磁体101和第二磁体102中的任一磁体为E型磁体或者PQ型磁体时，该两个磁体围成的窗口100可以为不规则的多边形。
还需要说明的是，在本发明实施例中，该磁芯10还可以为一个设置有通槽的一体件。例如，参考图8，该磁芯10可以为设置有通槽的立方体结构，即该磁芯10可以为“口”字型结构。该通槽即形成为窗口100。
可选的，参考图10和图12，该磁集成器件还可以包括：磁柱50。该磁柱50可以位于窗口100内，且位于第一变压器绕组20和第二变压器绕组30之间。该磁柱50的一侧与该磁芯10接触，另一侧与该磁芯10之间具有间隙。间隙即为第一变压器绕组20和第二变压器绕组30之间的第一气隙10a。
示例的，如图10和12所示，该磁柱50可以位于该第一磁体101靠近该第二磁体102的一侧，且与该第二磁体102之间具有间隙。
或者，该磁柱50也可以位于该第二磁体102靠近该第一磁体101的一侧，且与该第一磁体101之间具有间隙。
又或者，该磁集成器件可以包括两个磁柱50，其中一个磁柱50位于该第一磁体101靠近该第二磁体102的一侧，另一个磁柱50位于该第二磁体102靠近该第一磁体101的一侧。并且，该两个磁柱50之间具有间隙，以确保第一变压器绕组20和第二变压器绕组30之间可以形成第一气隙10a。
在本发明实施例中，该磁柱50可以为立方体结构。并且，可以通过该磁集成器件所应用的功率变换电路中对谐振电感的大小的需求，调整该磁柱50的体积，进而调节该磁柱50与磁芯10之间的间隙(即第一气隙10a)的大小，从而实现对该磁集成器件的漏感的调节。
示例的，当该磁柱50的体积较小，磁柱50与磁芯10之间的间隙较大时，该磁集成器件的漏感较大。当该磁柱50的体积较大，磁柱50与磁芯10之间的间隙较小时，该磁集成器件的漏感较小。
可选的，该磁柱50与该磁芯10可以为一体结构，即两者可以一体成型。例如，如图10和图12所示，该磁柱50与该第一磁体101可以为T型的一体结构。
在本发明实施例中，如图10和图12所示，该磁芯10的一端还可以设置有一个或多个第二气隙10b，该第二气隙10b可以与该窗口100连通。
其中，该第二气隙10b可以设置在磁芯10靠近第一变压器绕组20的一端，或者也可以设置在磁芯10靠近第二变压器绕组30的一端，又或者，该磁芯10的两端可以均设置有第二气隙10b。
示例的，在图10和图12所示的磁集成器件中，磁芯10靠近第一变压器绕组20的一端开设有一个第二气隙10b。该第二气隙10b可以由第一磁体101与第二磁体102之间的间隙形成。
通过在磁芯10上开设第二气隙10b，一方面可以减小磁芯10的减小磁导率，另一方面可以避免在交流大信号或直流偏置下的磁饱和现象，更好地控制磁集成器件的电感量。
综上所述，本发明实施例提供了一种磁集成器件，该磁集成器件中的两个变压器绕组可以分隔绕制，且分隔处形成第一气隙。由于磁力线可以穿过该第一气隙形成漏感，该漏感可以等效为功率变换电路中的谐振电感，从而无需在磁集成器件中单独设置电感绕组，有效减小了磁集成器件的体积和重量。并且，采用该磁集成器件的功率变换电路的体积也较小，功率密度较高，且该功率变换电路的交调特性较好，稳压能力较高。
图16是本发明实施例提供的一种功率变换电路的电路图，如图16所示，该功率变换电路可以包括：如上述实施例所提供的磁集成器件001，该磁集成器件001可以为图8、图10或图12所示的磁集成器件。参考图16，该功率变换电路至少可以具有A和B两个端口，即该功率变换电路至少可以为两端口的功率变换电路。该磁集成器件001中第一变压器绕组20与可以与该功率变换电路的第一端口A连接，第二变压器绕组30与可以与该功率变换电路的第二端口 B连接。并且，该第一变压器绕组20和第二变压器绕组30能够通过电磁互感来相互传递能量，并实现功率变换。
可选的，参考图16，该功率变换电路还可以包括第三端口C，该磁集成器件001还可以包括第三变压器绕组40。该第三变压器绕组40与可以与该第三端口C连接。
并且，该第三变压器绕组40与该第一变压器绕组20能够通过电磁互感来相互传递能量，并实现功率变换。该第三变压器绕组40与该第二变压器绕组30也能够通过电磁互感来相互传递能量，并实现功率变换。
可选的，如图16所示，该功率变换电路还可以包括三个斩波子电路002。其中，每个斩波子电路002可以与分别与一个端口以及磁集成器件001中的一个变压器绕组连接。也即是，每个变压器绕组可以通过一个斩波子电路002与该功率变换电路的一个端口连接。
示例的，参考图16，假设该功率变换电路的第一端口A用于连接动力电池，第二端口B用于连接直流母线，第三端口C用于连接辅助电池。则连接在第一端口A和该第一变压器绕组20 之间的斩波子电路002，以及连接在第二端口B和第二变压器绕组30之间的斩波子电路002均可以为桥式整流电路，该桥式整流电路可以包括四个桥式连接的开关器件。连接在该第三端口C和该第三变压器绕组40之间的斩波子电路002可以为包括两个开关器件的双半波整流电路，或者也可以为桥式整流电路。
其中，该开关器件可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxidesemiconductor field effect transistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(insulatedgate bipolar transistor，IGBT) 或者氮化镓(GaN)基高电子迁移率晶体管(HighElectron Mobility Transistor，HEMT)等，该MOSFET可以为碳化硅(SiC)MOSFET等。
可选的，继续参考图16，该功率变换电路还可以包括三个滤波电容C0。每个滤波电容C0 可以并联在一个斩波子电路002的输入端。
在本发明实施例中，该功率变换电路还可以包括：谐振元件，该谐振元件可以与该磁集成器件001连接，构成谐振电路。也即是，该功率变换电路可以为谐振或者准谐振的功率变换电路。
作为一种可选的实现方式，如图17所示，该谐振元件可以包括：电容C1，该电容C1可以与该磁集成器件001中的第一变压器绕组20或者第二变压器绕组30串联。例如，在图17所示的电路图中，该电容C1与该第二变压器绕组30串联。
采用该结构的功率变换电路可以称为LLC谐振功率变换电路，也可以称为串并联谐振功率变换电路。其中，L表示电感，C表示电容。
作为另一种可选的实现方式，如图18所示，该谐振元件可以包括：第一电容C2和第二电容C3。其中，该第一电容C2可以与该磁集成器件001中的第一变压器绕组20串联，该第二电容C3可以与该磁集成器件001中的第二变压器绕组30串联。
采用该结构的功率变换电路也可以称为CLLC谐振功率变换电路。
作为再一种可选的实现方式，如图19所示，该谐振元件可以包括：电容C4和电感L1。该电容C4可以与该磁集成器件001中的第一变压器绕组20或第二变压器绕组30串联，该电感 L1可以与该第一变压器绕组20或该第二变压器绕组30并联。例如，在图19所示的结构中，电容C4与第二变压器绕组30串联，该电感L1与该第二变压器绕组30并联。
采用该结构的功率变换电路可以称为L-LLC谐振功率变换电路。
作为又一种可选的实现方式，如图16所示，该功率变换电路中也可以无需额外设置谐振元件，该磁集成器件中的漏感可以等效为两个谐振电感，该两个谐振电感分别与第一变压器绕组20和第二变压器绕组30串联。采用该结构的功率变换电路也可以称为双有源全桥(dual active bridge，DAB)功率变换电路。
综上所述，本发明实施例提供了一种功率变换电路，由于该功率变换电路采用的磁集成器件中，两个变压器绕组可以分隔绕制，且该分隔处形成第一气隙。磁力线可以穿过该第一气隙形成漏感，该漏感可以等效为功率变换电路中的谐振电感，从而无需在磁集成器件中单独设置电感绕组，有效减小了磁集成器件的体积和重量，从而使得采用该磁集成器件的功率变换电路的体积也较小，功率密度较高。
图20是本发明实施例提供的再一种功率变换电路的电路图，如图20所示，该功率变换电路具有A、B和C共三个端口，即该功率变换电路为三端口的功率变换电路。该功率变换电路可以包括：谐振元件003、第一变压器T1和第二变压器T2。
其中，该第一变压器T1的原边可以与该谐振元件003串联，且串联后的该第一变压器 T1和该谐振元件003可以与该三个端口中的第二端口B连接，该第一变压器T1的副边可以与三个端口中的第一端口A连接。
该第二变压器T2的原边可以与串联后的该第一变压器T1和该谐振元件003并联。示例的，在图20所示的结构中，该谐振元件003可以为电感L2。并且，该第二变压器T2的原边还与三个端口中的第二端口B连接，该第二变压器T2的副边可以与三个端口中的第三端口C连接。
由于该第一变压器T1和该谐振元件003串联后，再与该第二变压器T2的原边并联，由此可以避免该谐振元件003对该第二变压器T2的副边的输出电压的影响，确保该第二变压器T2的副边的输出电压的波动范围较小，输出电压的稳定性较高，减小了后级电路的调压压力。
根据上述分析可知，在本发明实施例中，还可以采用分立器件实现上述采用磁集成器件的功率变换电路的拓扑。
可选的，在本发明实施例中，该功率变换电路的第二端口B可以用于连接直流母线，第一端口A可以用于连接动力电池，第三端口C可以用于连接辅助电池。
需要说明的是，除了谐振元件003之外，该功率变换电路还可以包括其他谐振元件，例如还可以包括电感和电容等，以实现图16至图19任一所示的功率变换电路的拓扑，本发明实施例对此不再赘述。
本发明实施例还提供了一种充电器，如图1至图7所示，该充电器可以包括：交流直流转换电路011，以及功率变换电路012。该功率变换电路012可以为如图16至图20任一所示的电路。该功率变换电路012的第二端口B可以与该交流直流转换电路011连接，例如可以通过直流母线与该交流直流转换电路011连接。
可选的，该充电器可以应用于电动车辆中，或者还可以应用于其他电力驱动设备中，例如还可以应用于扫地机器人中。
本发明实施例还提供了一种电动车辆，参考图1至图7，该电动车辆可以包括：动力电池02、辅助电池03以及充电器01。该充电器01可以分别与该动力电池02和该辅助电池03连接。例如，该充电器01所包括的功率变换电路012的第一端口A可以与该动力电池02连接，该充电器01所包括的功率变换电路012的第三端口C可以与该辅助电池03连接。
可选的，该电动车辆可以为电动汽车、电动摩托车或者电动自行车等，本发明实施例对此不做限定。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种磁集成器件，其特征在于，应用于电动车辆的充电器，所述磁集成器件包括：磁芯、第一变压器绕组、第二变压器绕组和第三变压器绕组，且所述磁集成器件不包括电感绕组；
所述磁芯上设置有窗口，所述第一变压器绕组、所述第二变压器绕组和所述第三变压器绕组分别穿过所述窗口绕制在所述磁芯上，所述第三变压器绕组和所述第二变压器绕组层叠绕制，且所述第三变压器绕组不与所述第一变压器绕组层叠；
其中，所述第一变压器绕组和所述第二变压器绕组分隔绕制，分隔处形成第一气隙；
所述第三变压器绕组呈扁平状，且所述第三变压器绕组覆盖所述第二变压器绕组的部分表面，所述第二变压器绕组靠近所述第一气隙的一匝线圈，以及所述第二变压器绕组的接线端所连接的一匝线圈未被所述第三变压器绕组覆盖，其中，所述接线端相对于所述第三变压器绕组远离所述第一气隙。
2.根据权利要求1所述的磁集成器件，其特征在于，所述第一变压器绕组的匝数和所述第二变压器绕组的匝数均大于所述第三变压器绕组的匝数。
3.根据权利要求2所述的磁集成器件，其特征在于，所述第一变压器绕组的线宽和所述第二变压器绕组的线宽均小于所述第三变压器绕组的线宽。
4.根据权利要求1至3任一所述的磁集成器件，其特征在于，所述磁集成器件还包括：位于所述窗口内，且位于所述第一变压器绕组和所述第二变压器绕组之间的磁柱；
所述磁柱的一侧与所述磁芯接触，所述磁柱的另一侧与所述磁芯之间具有间隙，且所述磁柱的体积基于所述磁集成器件所应用的功率变换电路对谐振电感的大小的需求而确定。
5.根据权利要求4所述的磁集成器件，其特征在于，所述磁柱与所述磁芯为一体结构。
6.根据权利要求1至3任一所述的磁集成器件，其特征在于，所述磁芯包括：第一磁体和第二磁体，所述第一磁体和所述第二磁体中的一个或多个磁体上形成有凹槽；
所述第一磁体和所述第二磁体相对设置并围成所述窗口。
7.根据权利要求6所述的磁集成器件，其特征在于，所述磁集成器件中的每个变压器绕组均分别绕制在所述第一磁体和所述第二磁体上。
8.根据权利要求7所述的磁集成器件，其特征在于，每个变压器绕组在所述第一磁体上的绕制匝数与在所述第二磁体上的绕制匝数相等。
9.根据权利要求1至3任一所述的磁集成器件，其特征在于，所述磁芯为设置有通槽的一体件，所述通槽形成为所述窗口。
10.根据权利要求1至3任一所述的磁集成器件，其特征在于，所述磁芯的一端设置有一个或多个第二气隙，所述第二气隙与所述窗口连通。
11.根据权利要求1至3任一所述的磁集成器件，其特征在于，所述窗口为矩形窗口。
12.一种功率变换电路，其特征在于，应用于电动车辆的充电器，所述功率变换电路包括：磁芯、第一变压器绕组、第二变压器绕组和第三变压器绕组，且所述功率变换电路不包括电感绕组；
所述磁芯上设置有窗口，所述第一变压器绕组、所述第二变压器绕组和所述第三变压器绕组分别穿过所述窗口绕制在所述磁芯上，且所述第一变压器绕组和所述第二变压器绕组分隔绕制，分隔处形成第一气隙，所述第三变压器绕组和所述第二变压器绕组层叠绕制，且所述第三变压器绕组不与所述第一变压器绕组层叠；
其中，所述第一变压器绕组与所述功率变换电路的第一端口连接，所述第二变压器绕组与所述功率变换电路的第二端口连接，且所述第一变压器绕组和所述第二变压器绕组能够通过电磁互感来相互传递能量；
所述第三变压器绕组与所述功率变换电路的第三端口连接，所述第三变压器绕组和所述第一变压器绕组能够通过电磁互感来相互传递能量，且所述第三变压器绕组和所述第二变压器绕组能够通过电磁互感来相互传递能量；
所述第三变压器绕组呈扁平状，且所述第三变压器绕组覆盖所述第二变压器绕组的部分表面，所述第二变压器绕组靠近所述第一气隙的一匝线圈，以及所述第二变压器绕组的接线端所连接的一匝线圈未被所述第三变压器绕组覆盖，其中，所述接线端相对于所述第三变压器绕组远离所述第一气隙。
13.根据权利要求12所述的功率变换电路，其特征在于，还包括：三个斩波子电路；
所述第一变压器绕组、所述第二变压器绕组和所述第三变压器绕组中的每个变压器绕组通过一个所述斩波子电路与一个端口连接。
14.根据权利要求12或13所述的功率变换电路，其特征在于，还包括：谐振元件，所述谐振元件与所述第一变压器绕组或所述第二变压器绕组连接。
15.根据权利要求14所述的功率变换电路，其特征在于，所述谐振元件包括：电容；
所述电容与所述第一变压器绕组或所述第二变压器绕组串联。
16.根据权利要求14所述的功率变换电路，其特征在于，所述谐振元件包括：第一电容和第二电容；
所述第一电容与所述第一变压器绕组串联，所述第二电容与所述第二变压器绕组串联。
17.根据权利要求14所述的功率变换电路，其特征在于，所述谐振元件包括：电容和电感；
所述电容与所述第一变压器绕组或所述第二变压器绕组串联；
所述电感与所述第一变压器绕组或所述第二变压器绕组并联。
18.一种充电器，其特征在于，应用于电动车辆，所述充电器包括：交流直流转换电路，以及与如权利要求12至17任一所述的功率变换电路，所述功率变换电路的第二端口与所述交流直流转换电路连接。
19.一种电动车辆，其特征在于，包括：动力电池、辅助电池以及如权利要求18所述的充电器；
所述充电器中功率变换电路的第一端口与所述动力电池连接，所述功率变换电路的第三端口与所述辅助电池连接。
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