CN113871154B - 集成谐振电感的变压器、谐振腔、谐振电路以及调节方法 - Google Patents

集成谐振电感的变压器、谐振腔、谐振电路以及调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种集成谐振电感的变压器、谐振腔、谐振电路以及调节方法，集成谐振电感的变压器包括独立磁芯组、共用磁芯组、原边绕组和副边绕组；原边绕组绕制在共用磁芯组和独立磁芯组上，副边绕组绕制在共用磁芯组上；其中，通过调节独立磁芯组中的独立磁芯的气隙大小，以调节变压器的漏感值，使变压器的漏感值等于漏感需求值；漏感需求值为谐振电感的电感需求值。本发明可以使变压器集成谐振电感，变压器的漏感相当于谐振电感，在谐振腔中无需再设置一个谐振电感，可以减小谐振腔的体积，有利于提高功率密度。

Description

集成谐振电感的变压器、谐振腔、谐振电路以及调节方法
技术领域
本发明涉及谐振技术领域，尤其涉及一种集成谐振电感的变压器、谐振腔、谐振电路以及调节方法。
背景技术
逆变电源包括前级DC-DC模块和后级DC-AC模块。前级DC-DC模块通常采用BOOST电路和LLC谐振电路的拓扑，后级DC-AC模块通常采用T型三电平拓扑。LLC谐振电路包括谐振腔。
目前，谐振腔包括励磁电感、谐振电感和谐振电容，而励磁电感是由变压器提供，因此，谐振腔需要三个元件构成，分别为谐振电感、谐振电容和变压器，而三个元件构成的谐振腔体积较大，不利于提高功率密度。
发明内容
本发明实施例提供了一种集成谐振电感的变压器、谐振腔、谐振电路以及调节方法，以解决三个元件构成的谐振腔体积较大，不利于提高功率密度的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种集成谐振电感的变压器，包括独立磁芯组、共用磁芯组、原边绕组和副边绕组；
原边绕组绕制在共用磁芯组和独立磁芯组上，副边绕组绕制在共用磁芯组上；
其中，通过调节独立磁芯组中的独立磁芯的气隙大小，以调节变压器的漏感值，使变压器的漏感值等于漏感需求值；漏感需求值为谐振电感的电感需求值。
在一种可能的实现方式中，独立磁芯组包括至少一个独立磁芯；
独立磁芯包括两个面对面设置的第一E型磁芯；
通过调节两个面对面设置的第一E型磁芯之间的距离，以调节独立磁芯的气隙大小。
在一种可能的实现方式中，通过调节共用磁芯组中的共用磁芯的气隙大小，以调节变压器的励磁参数值，使变压器的励磁参数值等于励磁参数需求值。
在一种可能的实现方式中，共用磁芯组包括至少一个共用磁芯；
共用磁芯包括两个面对面设置的第二E型磁芯；
通过调节两个面对面设置的第二E型磁芯之间的距离，以调节共用磁芯的气隙大小。
在一种可能的实现方式中，原边绕组包括至少一个绕组。
在一种可能的实现方式中，副边绕组包括至少一个绕组。
第二方面，本发明实施例提供了一种谐振腔，包括谐振电容和如第一方面或第一方面任一种可能的实现方式中所述的集成谐振电感的变压器；
谐振电容与集成谐振电感的变压器的原边绕组连接。
第三方面，本发明实施例提供了一种谐振电路，包括如第二方面所述的谐振腔。
第四方面，本发明实施例提供了一种调节方法，应用于第一方面或第一方面任一种可能的实现方式中所述的集成谐振电感的变压器；该调节方法包括：
获取励磁参数需求值和漏感需求值；
通过调节共用磁芯组中的共用磁芯的气隙大小，以调节变压器的励磁参数值，使变压器的励磁参数值等于励磁参数需求值；
在变压器的励磁参数值等于励磁参数需求值时，保持共用磁芯组中的共用磁芯的气隙大小不变，通过调节独立磁芯组中的独立磁芯的气隙大小，以调节变压器的漏感值，使变压器的漏感值等于漏感需求值。
在一种可能的实现方式中，调节方法还包括：
将副边绕组输出短接，通过测量原边绕组的输入端，得到变压器的当前漏感值；
将副边绕组输出设置为开路，通过测量原边绕组的输入端，得到变压器的当前励磁参数值和当前漏感值的和；
根据变压器的当前励磁参数值和当前漏感值的和以及变压器的当前漏感值，得到变压器的当前励磁参数值。
本发明实施例提供一种集成谐振电感的变压器、谐振腔、谐振电路以及调节方法，通过将原边绕组绕制在共用磁芯组和独立磁芯组上，副边绕组绕制在共用磁芯组上，通过调节独立磁芯组中的独立磁芯的气隙大小，以调节变压器的漏感值，使变压器的漏感值等于漏感需求值；漏感需求值为谐振电感的电感需求值，从而可以使变压器集成谐振电感，变压器的漏感相当于谐振电感，在谐振腔中无需再设置一个谐振电感，可以减小谐振腔的体积，有利于提高功率密度。
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集成谐振电感的变压器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的独立磁芯的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的谐振腔的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，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，都应当属于本方案保护的范围。
本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：
图1为本发明实施例提供的一种集成谐振电感的变压器的结构示意图。参照图1，集成谐振电感的变压器包括独立磁芯组10、共用磁芯组20、原边绕组30和副边绕组40；
原边绕组30绕制在共用磁芯组20和独立磁芯组10上，副边绕组40绕制在共用磁芯组20上；
其中，通过调节独立磁芯组10中的独立磁芯11的气隙大小，以调节变压器的漏感值，使变压器的漏感值等于漏感需求值；漏感需求值为谐振电感的电感需求值。
需要说明的是，图1只是一个示意图，示意原边绕组30绕制在共用磁芯组20和独立磁芯组10上，副边绕组40绕制在共用磁芯组20上，但是原边绕组30是如何绕制在共用磁芯组20和独立磁芯组10上以及副边绕组40是如何绕制在共用磁芯组20上，都是基于变压器绕制规则绕制的，图1并未具体示出。
谐振电路的谐振腔通常包括谐振电感和变压器，本实施例将谐振电感集成在变压器中，用该变压器的漏感值代替谐振电感的电感值，一个集成谐振电感的变压器即可相当于现有的谐振电感和变压器。
在本实施例中，独立磁芯组10可以包括至少一个独立磁芯11。为了使集成谐振电感的变压器的漏感值满足需求，即等于谐振电感的电感需求值，可以通过调节独立磁芯组10的各个独立磁芯11的气隙大小，来调节该变压器的漏感值，使其满足需求。
由上述描述可知，本实施例通过将原边绕组30绕制在共用磁芯组20和独立磁芯组10上，副边绕组40绕制在共用磁芯组20上，通过调节独立磁芯组10中的独立磁芯11的气隙大小，以调节变压器的漏感值，使变压器的漏感值等于漏感需求值；漏感需求值为谐振电感的电感需求值，从而可以使变压器集成谐振电感，变压器的漏感相当于谐振电感，在谐振腔中无需再设置一个谐振电感，可以减小谐振腔的体积，有利于提高功率密度。
在一些实施例中，参见图1和图2，独立磁芯组10包括至少一个独立磁芯11；
独立磁芯11包括两个面对面设置的第一E型磁芯12；
通过调节两个面对面设置的第一E型磁芯12之间的距离，以调节独立磁芯11的气隙13大小。
独立磁芯组10包括几个独立磁芯11，可以根据实际需求进行具体设置，在此不做限制。示例性地，图1所示的独立磁芯组10中包括两个独立磁芯11。
在一种可能的实现方式中，上述通过调节两个面对面设置的第一E型磁芯12之间的距离，以调节独立磁芯11的气隙13大小，包括：
通过调节两个面对面设置的第一E型磁芯12的中柱之间的距离，以调节独立磁芯11的气隙13大小。
参见图2，图2示出了一个独立磁芯11的示意图，其包括两个面对面设置的第一E型磁芯12，两个E型磁芯的中柱之间的距离即为独立磁芯11的气隙13。通过调节两个E型磁芯的中柱之间的距离即可调节独立磁芯11的气隙大小，进而可以调节变压器的漏感值。
其中，E型磁芯的中柱为E型磁芯的三个磁柱中位于中间位置的磁柱。
在一些实施例中，通过调节共用磁芯组20中的共用磁芯21的气隙大小，以调节变压器的励磁参数值，使变压器的励磁参数值等于励磁参数需求值。
在本实施例中，共用磁芯组20可以包括至少一个共用磁芯21，通过调节共用磁芯组20的各个共用磁芯21的气隙大小，可以调节变压器的励磁参数值(具体是励磁电感值)，使变压器的励磁参数值等于励磁参数需求值。
在一些实施例中，共用磁芯组20包括至少一个共用磁芯21；
共用磁芯21包括两个面对面设置的第二E型磁芯；
通过调节两个面对面设置的第二E型磁芯之间的距离，以调节共用磁芯21的气隙大小。
共用磁芯21的结构与独立磁芯11的结构类似，均包括两个面对面设置的E型磁芯，其具体结构可参照图2所示的独立磁芯11的结构，不再赘述。
第一E型磁芯12和第二E型磁芯可以是相同的E型磁芯，只是为了区分属于独立磁芯11还是共用磁芯21，所以采用第一、第二来区分。
共用磁芯组20包括几个共用磁芯21，可以根据实际需求进行具体设置，在此不做限制。示例性地，图1所示的共用磁芯组20中包括四个共用磁芯21。
在一种可能的实现方式中，上述通过调节两个面对面设置的第二E型磁芯之间的距离，以调节共用磁芯21的气隙大小，包括：
通过调节两个面对面设置的第二E型磁芯的中柱之间的距离，以调节共用磁芯21的气隙大小。
通过调节两个第二E型磁芯的中柱之间的距离即可调节共用磁芯21的气隙大小，进而可以调节变压器的励磁参数值。
在一些实施例中，原边绕组30包括至少一个绕组。
原边绕组30可以包括一个、两个或多个绕组，可以根据实际需求设置，在此不做具体限制。示例性地，图1所示的原边绕组30包括一个绕组。
在一些实施例中，副边绕组40包括至少一个绕组。
副边绕组40可以包括一个、两个或多个绕组，可以根据实际需求设置，在此不做具体限制。示例性地，图1所示的副边绕组40包括一个绕组。
在一种可能的实现方式中，原边绕组30包括两个绕组，副边绕组40包括两个绕组。
在一种可能的实现方式中，独立磁芯组10和共用磁芯组20均设置于PCB板(Printed Circuit Board，印制电路板)上，原边绕组30和副边绕组40均为PCB板上的走线。
在本实施例中，独立磁芯组10包括的独立磁芯11和共用磁芯组20包括的共用磁芯21均为平面型磁芯，均可以设置于PCB板上。通过变压器绕制规则，在PCB上设计印制线的走线，作为原边绕组30和副边绕组40，从而可以形成集成谐振电感的平面变压器。
本实施例提供的集成谐振电感的变压器，可以通过调节独立磁芯组10中的独立磁芯11的气隙大小，以调节变压器的漏感值，使变压器的漏感值等于漏感需求值，而不影响变压器的性能，将漏感作为谐振电感使用，可以节省谐振电感的绕组，节约成本。该变压器可以应用于LLC谐振电路和CLLC谐振电路等谐振电路中。
对应于上述集成谐振电感的变压器，本发明实施例还提供了一种谐振腔，包括谐振电容C和上述任意一种集成谐振电感的变压器T；
谐振电容C与集成谐振电感的变压器T的原边绕组30连接。
谐振腔具有与上述集成谐振电感的变压器相同的有益效果。
对应于上述谐振腔，本发明实施例还提供了一种谐振电路，包括上述谐振腔，具有与上述谐振腔相同的有益效果。
本发明实施例还提供了一种调节方法，应用于上述任意一种集成谐振电感的变压器，该调节方法包括：
获取励磁参数需求值和漏感需求值；
通过调节共用磁芯组20中的共用磁芯21的气隙大小，以调节变压器的励磁参数值，使变压器的励磁参数值等于励磁参数需求值；
在变压器的励磁参数值等于励磁参数需求值时，保持共用磁芯组20中的共用磁芯21的气隙大小不变，通过调节独立磁芯组10中的独立磁芯11的气隙大小，以调节变压器的漏感值，使变压器的漏感值等于漏感需求值。
在本实施例中，通过调节共用磁芯组20中的共用磁芯21的气隙大小，可以调节变压器的励磁参数值，通过调节独立磁芯组10中的独立磁芯11的气隙大小，可以调节变压器的漏感值。然而，在实际应用过程中，当调节共用磁芯21的气隙大小时，变压器的漏感器和励磁参数值都会发生变化。
因此，为了使变压器的励磁参数值等于励磁参数需求值，使变压器的漏感值等于漏感需求值，本实施例首先通过调节共用磁芯组20中的各个共用磁芯21的气隙大小，使变压器的励磁参数值等于励磁参数需求值。当变压器的励磁参数值等于励磁参数需求值时，使共用磁芯组20的各个共用磁芯21的气隙大小均保持不变，调节独立磁芯组10中的各个独立磁芯11的气隙大小，从而可以调节变压器的漏感值，使变压器的漏感值等于漏感需求值。
其中，各个独立磁芯11的气隙可以相同，也可以不同；各个共用磁芯21的气隙可以相同，也可以不同。各个磁芯的气隙具体调节多少，需根据实际情况进行调节。
上述调节方法只是一种可实现的调节方法，也可以采用其他方法对变压器进行调节。示例性地，由于磁芯气隙越大，存储的能量越大，因此，在保持原边绕组30和副边绕组40的匝数不变时，若变压器的当前漏感值比漏感需求值小，则调小独立磁芯11的气隙，而同时调大共用磁芯21的气隙，从而增大变压器磁芯存储的能量，使变压器的当前漏感值增大；若变压器的当前漏感值比漏感需求值大，则采用相反的调节方式，即调大独立磁芯11的气隙，同时调小共用磁芯21的气隙。
在一些实施例中，上述调节方法还包括：
将副边绕组40输出短接，通过测量原边绕组30的输入端，得到变压器的当前漏感值；
将副边绕组40输出设置为开路，通过测量原边绕组30的输入端，得到变压器的当前励磁参数值和当前漏感值的和；
根据变压器的当前励磁参数值和当前漏感值的和以及变压器的当前漏感值，得到变压器的当前励磁参数值。
在本实施例中，为了测量变压器的漏感值，可以将副边绕组40的输出短接，通过测量原边绕组30的输入侧，即可得到变压器的漏感值。为了测量变压器的励磁参数值，可以将副边绕组40的输出设置为开路，通过测量原边绕组30的输入端，可以得到漏感值和励磁参数值的和，该和减去测量得到的漏感值即可得到励磁参数值。
以上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。

Claims (9)

1.一种集成谐振电感的变压器，其特征在于，包括独立磁芯组、共用磁芯组、原边绕组和副边绕组；
所述原边绕组绕制在所述共用磁芯组和所述独立磁芯组上，所述副边绕组绕制在所述共用磁芯组上；
其中，通过调节共用磁芯组中的共用磁芯的气隙大小，以调节所述变压器的励磁参数值，使所述变压器的励磁参数值等于励磁参数需求值，保持所述共用磁芯组中的共用磁芯的气隙大小不变，通过调节所述独立磁芯组中的独立磁芯的气隙大小，以调节所述变压器的漏感值，使所述变压器的漏感值等于漏感需求值；所述漏感需求值为所述谐振电感的电感需求值，以使所述变压器的漏感代替所述谐振电感。
2.如权利要求1所述的集成谐振电感的变压器，其特征在于，所述独立磁芯组包括至少一个独立磁芯；
所述独立磁芯包括两个面对面设置的第一E型磁芯；
通过调节所述两个面对面设置的第一E型磁芯之间的距离，以调节所述独立磁芯的气隙大小。
3.如权利要求1所述的集成谐振电感的变压器，其特征在于，通过调节所述共用磁芯组中的共用磁芯的气隙大小，以调节所述变压器的励磁参数值，使所述变压器的励磁参数值等于励磁参数需求值。
4.如权利要求3所述的集成谐振电感的变压器，其特征在于，所述共用磁芯组包括至少一个共用磁芯；
所述共用磁芯包括两个面对面设置的第二E型磁芯；
通过调节所述两个面对面设置的第二E型磁芯之间的距离，以调节所述共用磁芯的气隙大小。
5.如权利要求1至4任一项所述的集成谐振电感的变压器，其特征在于，所述原边绕组包括至少一个绕组。
6.如权利要求1至4任一项所述的集成谐振电感的变压器，其特征在于，所述副边绕组包括至少一个绕组。
7.一种谐振腔，其特征在于，包括谐振电容和如权利要求1至6任一项所述的集成谐振电感的变压器；
所述谐振电容与所述集成谐振电感的变压器的原边绕组连接。
8.一种谐振电路，其特征在于，包括如权利要求7所述的谐振腔。
9.一种调节方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6任一项所述的集成谐振电感的变压器；
所述调节方法还包括：
将副边绕组输出短接，通过测量原边绕组的输入端，得到所述变压器的当前漏感值；
将副边绕组输出设置为开路，通过测量原边绕组的输入端，得到所述变压器的当前励磁参数值和当前漏感值的和；
根据所述变压器的当前励磁参数值和当前漏感值的和以及所述变压器的当前漏感值，得到所述变压器的当前励磁参数值。
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