CN113162428B - 一种三相交错llc电路及电源 - Google Patents

一种三相交错llc电路及电源 Download PDF

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Abstract

本发明适用于电路技术领域，提供了一种三相交错LLC电路及电源，该电路包括：开关电路、谐振电路、磁集成变压器模块和输出电路；磁集成变压器模块包括至少两个磁集成变压器；针对任一相磁芯中柱，该相磁芯中柱对应的各个磁集成变压器中的初级绕组相串联后，串联支路的第一端与对应相谐振模块的输出端连接；串联支路的第二端与其他相初级绕组串联支路的第二端相连；各相磁芯中柱的第一次级绕组的第一端、第二次级绕组的第二端均与输出电路的第一端连接，各相磁芯中柱对应的第一次级绕组的第二端、第二次级绕组的第一端分别与输出电路的第二端连接。通过上述结构，本申请可以解决在输出低压大电流的应用场合中LLC电路成品体积过大的问题。

Description

一种三相交错LLC电路及电源
技术领域
本发明属于电路技术领域，尤其涉及一种三相交错LLC电路及电源。
背景技术
LLC拓扑由于其优越的软开关特性被广泛应用于高频开关电源领域，在LLC拓扑的衍生拓扑中，三相交错LLC拓扑由于其具备初级自主均流和次级输出低纹波的特性，在输出低压大电流的应用场合中被广泛应用，但受限于当代功率半导体的功率特性，当输出电流超过1000A以上时，LLC拓扑中需采用大量变压器实现产品功能，造成成品体积较大的问题，电源体积和整机成本也会增加。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种三相交错LLC电路及电源，以解决现有技术中在输出低压大电流的应用场合中LLC电路成品体积过大的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种三相交错LLC电路，其包括：开关模块、谐振电路、磁集成变压器模块和输出电路；
所述磁集成变压器模块包括至少两个磁集成变压器；针对任一磁集成变压器，该磁集成变压器包括公共磁芯边框和三相磁芯中柱，且各相磁芯中柱固定设置在所述公共磁芯边框内部，各相磁芯中柱上均绕制有初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组；
所述谐振电路包括三相谐振模块，各相谐振模块的输入端分别与所述开关模块对应的桥臂中点连接；
针对各个磁集成变压器中的任一相磁芯中柱，该相磁芯中柱对应的各个磁集成变压器中的初级绕组相串联后，串联支路的第一端与对应相谐振模块的输出端连接；串联支路的第二端与其他相磁芯中柱的初级绕组的串联支路的第二端相连；
各相磁芯中柱对应的第一次级绕组的第一端、第二次级绕组的第二端均与所述输出电路的第一端连接，各相磁芯中柱对应的第一次级绕组的第二端、第二次级绕组的第一端分别与所述输出电路的第二端连接。
在一个实施例中，所述磁集成变压器的各个磁芯中柱之间留有间隙。
在一个实施例中，各个磁芯中柱均包括第一中柱段和第二中柱段；
针对任一磁芯中柱，该磁芯中柱的第一中柱段的第一端与该磁芯中柱的公共磁芯边框的第一端面连接，该磁芯中柱的第二中柱段的第二端与该公共磁芯边框的第二端面连接，该第一中柱段的第二端与该第二中柱段的第一端相邻且留有空隙，所述第一端面为该公共磁芯边框内部的任一端面，所述第二端面为该公共磁芯边框内部与所述第一端面相对的端面。
在一个实施例中，所述三相交错LLC电路还包括多个第一二极管和多个第二二极管；
各个磁芯中柱对应的第一次级绕组的第一端通过对应的第一二极管与所述输出电路的第一端连接，各个磁芯中柱对应的第二次级绕组的第二端通过对应的第二二极管与所述输出电路的第一端连接。
在一个实施例中，各相谐振模块分别包括第一电感和第一电容；
针对任一谐振模块，第一电感的第一端为该谐振模块的输入端，该第一电感的第二端与第一电容的第一端连接，该第一电容的第二端为该谐振模块的输出端。
在一个实施例中，所述开关模块包括第一桥臂单元、第二桥臂单元和第三桥臂单元；
所述第一桥臂单元的第一端、所述第二桥臂单元的第一端、所述第三桥臂单元的第一端分别与电源的第一端连接，所述第一桥臂单元的第二端、所述第二桥臂单元的第二端、所述第三桥臂单元的第二端分别与所述电源的第二端连接，所述第一桥臂单元的中点、所述第二桥臂单元的中点、所述第三桥臂单元的中点分别与各自对应相谐振模块的输入端连接。
在一个实施例中，所述开关模块还包括连接在所述电源两端的第二电容。
在一个实施例中，所述输出电路包括第三电容。
本实施例的第二方面提供了一种电源，包括如上所述的三相交错LLC电路。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本实施例提供了一种三相交错LLC电路，其包括：开关模块、谐振电路、磁集成变压器模块和输出电路；所述磁集成变压器模块包括至少两个磁集成变压器；针对任一磁集成变压器，该磁集成变压器包括公共磁芯边框和三相磁芯中柱，且各相磁芯中柱固定设置在所述公共磁芯边框内部，各相磁芯中柱上均绕制有初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组；所述谐振电路包括三相谐振模块，各相谐振模块的输入端分别与所述开关模块对应的桥臂中点连接；针对各个磁集成变压器中的任一相磁芯中柱，该相磁芯中柱对应的各个磁集成变压器中的初级绕组相串联后，串联支路的第一端与对应相谐振模块的输出端连接；串联支路的第二端与其他相磁芯中柱的初级绕组的串联支路的第二端相连；各相磁芯中柱对应的第一次级绕组的第一端、第二次级绕组的第二端均与所述输出电路的第一端连接，各相磁芯中柱对应的第一次级绕组的第二端、第二次级绕组的第一端分别与所述输出电路的第二端连接。通过上述结构，本实施例可以解决在输出低压大电流的应用场合中LLC电路成品体积过大的问题，从而减小电源体积，降低成品成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种三相交错LLC电路的电路示意图；
图2是本发明实施例提供的磁集成变压器的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
在一个实施例中，如图1所示，图1示出了本发明实施例提供的一种三相交错LLC电路的电路示意图，其包括：
开关模块、谐振电路、磁集成变压器模块和输出电路；
所述磁集成变压器模块包括至少两个磁集成变压器；针对任一磁集成变压器，该磁集成变压器包括公共磁芯边框和三相磁芯中柱，且各相磁芯中柱固定设置在所述公共磁芯边框内部，各相磁芯中柱上均绕制有初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组；
所述谐振电路包括三相谐振模块，各相谐振模块的输入端分别与所述开关模块对应的桥臂中点连接；
针对各个磁集成变压器中的任一相磁芯中柱，该相磁芯中柱对应的各个磁集成变压器中的初级绕组相串联后，串联支路的第一端与对应相谐振模块的输出端连接；串联支路的第二端与其他相磁芯中柱的初级绕组的串联支路的第二端相连；
各相磁芯中柱对应的第一次级绕组的第一端、第二次级绕组的第二端均与所述输出电路的第一端连接，各相磁芯中柱对应的第一次级绕组的第二端、第二次级绕组的第一端分别与所述输出电路的第二端连接。
在一个实施例中，所述磁集成变压器的各个磁芯中柱之间留有间隙。
在一个实施例中，各个磁芯中柱均包括第一中柱段和第二中柱段；
针对任一磁芯中柱，该磁芯中柱的第一中柱段的第一端与该磁芯中柱的公共磁芯边框的第一端面连接，该磁芯中柱的第二中柱段的第二端与该公共磁芯边框的第二端面连接，该第一中柱段的第二端与该第二中柱段的第一端相邻且留有空隙，所述第一端面为该公共磁芯边框内部的任一端面，所述第二端面为该公共磁芯边框内部与所述第一端面相对的端面。
在一个实施例中，如图2所示，图2示出了本实施例提供的磁集成变压器的结构。
参见图2，磁集成变压器的每个磁芯中柱之间均存在空隙，且两边磁芯中柱和边柱之间也存在空隙。每个磁芯中柱均分为第一中柱段和第二中柱段，同一磁芯中柱的第一中柱段和第二中柱段位于一列，且第一中柱段的第一端和第二中柱段的第二端均固定连接在公共磁芯边框上。各个绕组绕制在磁芯中柱上。
通过上述结构，由于中柱气隙的存在，磁阻远远大于边柱磁阻，使各相变压器的磁场均通过边柱形成回路。
参见图1和图2，本实施例提供的磁集成变压器能够将三相对应的三个变压器集成在一个磁集成变压器中实现，具体地，以图1中虚线框中的三个变压器为例，将虚线框中的三个变压器集成在一个磁集成变压器中。
具体地，变压器T1的初级绕组(两个端点分别为T1-1、T1-2的绕组)、第一次级绕组(两个端点分别为T1-3、T1-4的绕组)和第二次级绕组(两个端点分别为T1-5、T1-6的绕组)绕制在磁集成变压器中左边磁芯中柱上，变压器T4的初级绕组(两个端点分别为T4-1、T4-2的绕组)、第一次级绕组(两个端点分别为T4-3、T4-4的绕组)和第二次级绕组(两个端点分别为T4-5、T4-6的绕组)绕制在磁集成变压器中中间磁芯中柱上，变压器T7的初级绕组(两个端点分别为T7-1、T7-2的绕组)、第一次级绕组(两个端点分别为T7-3、T7-4的绕组)和第二次级绕组(两个端点分别为T7-5、T7-6的绕组)绕制在磁集成变压器中右边磁芯中柱上。
同样地，T2、T5、T8可以组成一个磁集成变压器，T3、T6、T9可以组成一个磁集成变压器。
需要说明的是，上述磁集成变压器的集成方式仅仅为一种示例，实际过程中可以在每一相中取任一变压器，组成一个磁集成变压器，且一个磁集成变压器中不能绕制同一相中两个及两个以上的变压器，一个磁芯中柱上仅能绕制同一变压器对应的初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组。
在本实施例中，三相交错LLC在工作时，各相功率回路中初级电流波形为近似正弦波，且波形相位相差120°。在数学模型中三相相位相差120°的正弦波，任意时刻三相之和相加为零，故三相交错LLC拓扑中三相交错120°工作时，共用磁芯边柱不会影响各相的正常工作，同时共用磁芯边柱不会造成磁芯偏磁现象，不会造成磁芯饱和或局部发热严重的问题。
本实施例提供的三相交错LLC电路中的三相通过共用边柱实现变压器的磁集成，从而达到减小电源体积，降低成本的目的。
在一个实施例中，所述三相交错LLC电路还包括多个第一二极管和多个第二二极管；
各个磁芯中柱对应的第一次级绕组的第一端通过对应的第一二极管与所述输出电路的第一端连接，各个磁芯中柱对应的第二次级绕组的第二端通过对应的第二二极管与所述输出电路的第一端连接。
在本实施例中，信号通过第一次级绕组和第二次级绕组输出后，再通过各个变压器对应的第一二极管、第二二极管(D1-D18)整流，到达输出电路。
在一个实施例中，各相谐振模块分别包括第一电感和第一电容；
针对任一谐振模块，第一电感的第一端为该谐振模块的输入端，该第一电感的第二端与第一电容的第一端连接，该第一电容的第二端为该谐振模块的输出端。
在本实施例中，A相谐振模块包括电感L1和电容C1，B相谐振模块包括电感L2和电容C2，C相谐振模块包括电感L3和电容C3。
在一个实施例中，所述开关模块包括第一桥臂单元、第二桥臂单元和第三桥臂单元；
所述第一桥臂单元的第一端、所述第二桥臂单元的第一端、所述第三桥臂单元的第一端分别与电源的第一端连接，所述第一桥臂单元的第二端、所述第二桥臂单元的第二端、所述第三桥臂单元的第二端分别与所述电源的第二端连接，所述第一桥臂单元的中点、所述第二桥臂单元的中点、所述第三桥臂单元的中点分别与各自对应相谐振模块的输入端连接。
在本实施例中，第一桥臂单元包括第一开关管V1和第二开关管V2，第二桥臂单元包括第三开关管V3和第四开关管V4，第三桥臂单元包括第五开关管V5和第六开关管V6。
在一个实施例中，所述开关模块还包括连接在所述电源两端的第二电容CD1。
在一个实施例中，所述输出电路包括第三电容CD2。
本实施例的第二方面提供了一种电源，包括如上所述的三相交错LLC电路。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本实施例提供了一种三相交错LLC电路，其包括：开关模块、谐振电路、磁集成变压器模块和输出电路；所述磁集成变压器模块包括至少两个磁集成变压器；针对任一磁集成变压器，该磁集成变压器包括公共磁芯边框和三相磁芯中柱，且各相磁芯中柱固定设置在所述公共磁芯边框内部，各相磁芯中柱上均绕制有初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组；所述谐振电路包括三相谐振模块，各相谐振模块的输入端分别与所述开关模块对应的桥臂中点连接；针对各个磁集成变压器中的任一相磁芯中柱，该相磁芯中柱对应的各个磁集成变压器中的初级绕组相串联后，串联支路的第一端与对应相谐振模块的输出端连接；串联支路的第二端与其他相磁芯中柱的初级绕组的串联支路的第二端相连；各相磁芯中柱对应的第一次级绕组的第一端、第二次级绕组的第二端均与所述输出电路的第一端连接，各相磁芯中柱对应的第一次级绕组的第二端、第二次级绕组的第一端分别与所述输出电路的第二端连接。通过上述结构，本实施例可以解决在输出低压大电流的应用场合中LLC电路成品体积过大的问题，从而减小电源体积，降低成品成本。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三相交错LLC电路，其特征在于，包括：开关模块、谐振电路、磁集成变压器模块和输出电路；
所述磁集成变压器模块包括至少两个磁集成变压器；针对任一磁集成变压器，该磁集成变压器包括公共磁芯边框和三相磁芯中柱，且各相磁芯中柱固定设置在所述公共磁芯边框内部，各相磁芯中柱上均绕制有初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组；
所述谐振电路包括三相谐振模块，各相谐振模块的输入端分别与所述开关模块对应的桥臂中点连接；
针对各个磁集成变压器中的任一相磁芯中柱，该相磁芯中柱对应的各个磁集成变压器中的初级绕组相串联后，串联支路的第一端与对应相谐振模块的输出端连接；串联支路的第二端与其他相磁芯中柱的初级绕组的串联支路的第二端相连；
各相磁芯中柱对应的第一次级绕组的第一端、第二次级绕组的第二端均与所述输出电路的第一端连接，各相磁芯中柱对应的第一次级绕组的第二端、第二次级绕组的第一端分别与所述输出电路的第二端连接；
所述磁集成变压器的各个磁芯中柱之间留有间隙；
各个磁芯中柱均包括第一中柱段和第二中柱段；
针对任一磁芯中柱，该磁芯中柱的第一中柱段的第一端与该磁芯中柱的公共磁芯边框的第一端面连接，该磁芯中柱的第二中柱段的第二端与该公共磁芯边框的第二端面连接，该第一中柱段的第二端与该第二中柱段的第一端相邻且留有空隙，所述第一端面为该公共磁芯边框内部的任一端面，所述第二端面为该公共磁芯边框内部与所述第一端面相对的端面。
2.如权利要求1所述的三相交错LLC电路，其特征在于，所述三相交错LLC电路还包括多个第一二极管和多个第二二极管；
各个磁芯中柱对应的第一次级绕组的第一端通过对应的第一二极管与所述输出电路的第一端连接，各个磁芯中柱对应的第二次级绕组的第二端通过对应的第二二极管与所述输出电路的第一端连接。
3.如权利要求1所述的三相交错LLC电路，其特征在于，各相谐振模块分别包括第一电感和第一电容；
针对任一谐振模块，第一电感的第一端为该谐振模块的输入端，该第一电感的第二端与第一电容的第一端连接，该第一电容的第二端为该谐振模块的输出端。
4.如权利要求1所述的三相交错LLC电路，其特征在于，所述开关模块包括第一桥臂单元、第二桥臂单元和第三桥臂单元；
所述第一桥臂单元的第一端、所述第二桥臂单元的第一端、所述第三桥臂单元的第一端分别与电源的第一端连接，所述第一桥臂单元的第二端、所述第二桥臂单元的第二端、所述第三桥臂单元的第二端分别与所述电源的第二端连接，所述第一桥臂单元的中点、所述第二桥臂单元的中点、所述第三桥臂单元的中点分别与各自对应相谐振模块的输入端连接。
5.如权利要求4所述的三相交错LLC电路，其特征在于，所述开关模块还包括连接在所述电源两端的第二电容。
6.如权利要求4所述的三相交错LLC电路，其特征在于，所述输出电路包括第三电容。
7.一种电源，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的三相交错LLC电路。
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