CN206481223U - 一种谐振电感及谐振变换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种谐振电感及谐振变换器，由于上轭、下轭、第一边柱以及第二边柱可以构成围绕所有中柱的外框架，从而可以使所有中柱中的磁通在上轭、下轭、第一边柱以及第二边柱形成的通路中通过，由于第一边柱和第二边柱相当于所有中柱的磁通的公共磁通路，因此在不考虑第一边柱和第二边柱的磁阻的情况下，所有中柱在第一边柱中的磁通可以相互抵消，以及所有中柱在第二边柱中的磁通也可以相互抵消，从而可以降低损耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力转换技术领域，特别涉及一种谐振电感及谐振变换器。
背景技术
三相交错式谐振变换器具有转换效率高、电磁干扰小、开关应力小等诸多优点，因而在通信电源和服务器电源等领域被广泛应用。现有的三相谐振变换器一般如图1a和图1b所示(图1a中主变压器T为三角形连接方式；图1b中主变压器T为星形连接方式)，包括：由开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6构成的逆变拓扑，由开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5和开关管S6构成的整流电路，电容Cr1、电容Cr2、电容Cr3、谐振电感Lr1、谐振电感Lr2、谐振电感Lr3和主变压器T构成的LLC电路以及滤波电容C0和负载R。其中，A点为逆变拓扑中的A相电压输出端，B点为逆变拓扑中的B相电压输出端，C点为逆变拓扑中的C相电压输出端。
目前，图1中的LLC电路中的谐振电感Lr1、谐振电感Lr2、谐振电感Lr3一般是采用独立电感方式，即谐振电感Lr1、谐振电感Lr2、谐振电感Lr3分别作为一个独立的谐振电感进行工作。然而，由于谐振电感Lr1、谐振电感Lr2、谐振电感Lr3相互独立，导致其体积大以及不能通过磁耦合抵消作用以降低损耗，从而导致损耗较高，以及所占空间较大，不符合高效高功率密度的趋势。
实用新型内容
本实用新型实施例提供了一种谐振电感及谐振变换器，用以解决现有技术中谐振变换器中谐振电感不能通过磁耦合抵消作用而导致的损耗较高的问题。
因此，本实用新型实施例提供了一种谐振电感，包括：上轭、下轭，位于所述上轭和所述下轭之间且分别与所述上轭和所述下轭连接的第一边柱和第二边柱、位于所述第一边柱和所述第二边柱之间且分别与所述上轭和所述下轭连接的至少三个中柱以及分别缠绕于各所述中柱上的线圈。
优选地，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，所述谐振电感包括三个中柱，其中，所述上轭、所述下轭、所述第一边柱、所述第二边柱以及所述三个中柱形成四框五柱形状。
优选地，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，所述上轭、所述下轭、所述第一边柱、所述第二边柱以及所有中柱为一体结构。
优选地，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，各所述中柱具有至少一个气隙。
优选地，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，在沿各所述中柱的延伸方向上，各所述中柱上的气隙的宽度相同。
优选地，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，各所述中柱上的气隙的数量相同。
优选地，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，各所述中柱上的气隙的位置相同。
优选地，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，至少各所述中柱的材料为磁粉芯、软磁铁氧体、硅钢片、坡莫合金、非晶软磁合金及纳米晶软磁合金中之一。
相应地，本实用新型实施例还提供了一种谐振变换器，包括本实用新型实施例提供的上述任一种谐振电感。
优选地，在本实用新型实施例提供的上述谐振变换器中，当所述谐振电感包括三个中柱时，所述谐振变换器为三相交错式谐振变换器。
本实用新型有益效果如下：
本实用新型实施例提供的上述谐振电感及谐振变换器，由于上轭、下轭、第一边柱以及第二边柱可以构成围绕所有中柱的外框架，从而可以使所有中柱中的磁通在上轭、下轭、第一边柱以及第二边柱形成的通路中通过，由于第一边柱和第二边柱相当于所有中柱的磁通的公共磁通路，因此在不考虑第一边柱和第二边柱的磁阻的情况下，所有中柱在第一边柱中的磁通可以相互抵消，以及所有中柱在第二边柱中的磁通也可以相互抵消，从而可以降低损耗。
附图说明
图1a为现有技术中三相谐振变换器的结构示意图之一；
图1b为现有技术中三相谐振变换器的结构示意图之二；
图2a为本实用新型实施例提供的谐振电感的结构示意图之一；
图2b为本实用新型实施例提供的谐振电感的结构示意图之二；
图2c为本实用新型实施例提供的谐振电感的结构示意图之三；
图3为图2a所示的谐振电感通电后的磁感线示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合附图，对本实用新型实施例提供的谐振电感及谐振变换器的具体实施方式进行详细地说明。应当理解，下面所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
附图中各图形的大小和形状均不反映谐振电感的真实比例，目的只是示意说明本实用新型内容。
本实用新型实施例提供了一种谐振电感，如图2a至图2c(图2a以包括三个中柱为例，图2b以包括四个中柱为例，图2c以包括五个中柱为例)所示，包括：上轭101、下轭102，位于上轭101和下轭102之间且分别与上轭101和下轭102连接的第一边柱103和第二边柱104、位于第一边柱103和第二边柱104之间且分别与上轭101和下轭102连接的至少三个中柱105以及分别缠绕于各中柱105上的线圈106。
本实用新型实施例提供的上述谐振电感，由于上轭、下轭、第一边柱以及第二边柱可以构成围绕所有中柱的外框架，从而可以使所有中柱中的磁通在上轭、下轭、第一边柱以及第二边柱形成的通路中通过，由于第一边柱和第二边柱相当于所有中柱的磁通的公共磁通路，因此在不考虑第一边柱和第二边柱的磁阻的情况下，所有中柱在第一边柱中的磁通可以相互抵消，以及所有中柱在第二边柱中的磁通也可以相互抵消，从而可以降低损耗。
需要说明的是，在实际应用中，由于第一边柱和第二边柱的磁阻不完全为零，从而还会有非常少的一部分磁通流过第一边柱和第二边柱，由于这部分磁通在第一边柱和第二边柱的磁场强度与中柱中的磁场强度相比小很多，因此对整个谐振电感的损耗影响较小。
具体地，在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，如图2a所示，谐振电感可以包括三个中柱105_m(m＝1、2、3)，其中，上轭101、下轭102、第一边柱103、第二边柱104以及三个中柱105_m可以形成四框五柱形状。或者，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，如图2b所示，谐振电感还可以包括四个中柱105_n(n＝1、2、3、4)，其中，上轭101、下轭102、第一边柱103、第二边柱104以及四个中柱105_n可以形成五框六柱形状。或者，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，如图2c所示，谐振电感还可以包括五个中柱105_p(p＝1、2、3、4、5)，其中，上轭101、下轭102、第一边柱103、第二边柱104以及五个中柱105_p可以形成六框七柱形状。当然，谐振电感还可以包括更多个中柱、例如六个，七个、八个等，具体地，中柱的数量需要根据实际情况来确定，在此不作限定。
在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，当谐振电感包括三个中柱时，可以应用于三相交错式谐振变换器中，与现有的三相交错式谐振变换器中谐振电感的结构相比，可以降低损耗以及简化结构设计。并且，在三相交错式谐振变换器中，流过谐振电感的各中柱上的线圈的电流具有120°相位差，使得流过各中柱上的线圈的电流的矢量和为零。
在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，当谐振电感包括的中柱的总数大于三时，可以应用于多相交错式谐振变换器中。例如，当谐振电感包括的中柱的总数为四时，可以应用于四相交错式谐振变换器中。当谐振电感包括的中柱的总数为五时，可以应用于五相交错式谐振变换器中。当谐振电感包括的中柱的总数为六时，可以应用于四相交错式谐振变换器中。具体地，多相交错式谐振变换器具体的相数需要根据中柱的实际数量来确定，在此不作限定。
下面以图2a所示的谐振电感，以及不考虑第一边柱和第二边柱的磁阻为例，结合磁感线分布对本实用新型实施例提供的谐振电感进行说明。如图3所示，给出了图2a所示的谐振电感在通电时磁感线的分布图；其中，虚线a代表中柱105_1中的磁感线，虚线b代表中柱105_2中的磁感线，虚线c代表中柱105_3中的磁感线。可以看出，在第一边柱103中，虚线a的方向分别与虚线b和虚线c的方向相反，因此可以相互抵消，从而使第一边柱103中的磁通为零。同理，在第二边柱104中，虚线a的方向也分别与虚线b和虚线c的方向相反，因此可以相互抵消，从而使第二边柱104中的磁通为零。
一般电感中流过的电流过大时，电感中缠绕有线圈的中柱可能会出现饱和现象，因此，为了防止电感出现饱和现象，在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，各中柱具有至少一个气隙。并且各中柱上的气隙可以位于所在中柱的任何位置，即气隙可以位于所在中柱的中间位置，或者位于所在中柱靠近上轭的位置，或者位于所在中柱靠近下轭的位置，在此不作限定。
具体地，在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，各中柱上的气隙的数量相同。
具体地，在各中柱上的气隙的数量相同时，在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，各中柱上的气隙的位置相同。
在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，如图2a所示，各中柱105_m的中间位置分别具有一个气隙107。
或者，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，如图2b所示，各中柱105_n的相同位置处分别具有两个气隙107。
当然，各中柱上的气隙的数量和位置也可以不同，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，如图2c所示，中柱105_1、中柱105_3以及中柱105_5分别具有一个气隙107；中柱105_2和中柱105_4分别具有两个气隙107。在实际应用中，气隙的数量和位置需要根据实际需要来进行设计，在此不作限定。
具体地，在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，在沿各中柱的延伸方向上，各中柱上的气隙的宽度也均相同。例如，如图2a所示，中柱150_1仅在中间位置具有一个2mm宽度的气隙时，其余中柱150_2和150_3也仅在中间位置具有一个2mm宽度的气隙。如图2b所示，中柱150_1、中柱150_2、中柱150_3以及中柱150_4分别具有两个2mm宽度的气隙。在实际应用中，气隙的宽度需要根据实际需要来进行设计，在此不作限定。
具体地，在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，至少各中柱的材料为磁粉芯、软磁铁氧体、硅钢片、坡莫合金、非晶软磁合金及纳米晶软磁合金中之一。
在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，磁粉芯具体可以为铁硅或铁硅铝金属磁粉芯等。具体磁粉芯的材料需要根据实际情况来确定，在此不作限定。
一般在不同的介质中，磁导率是不同的，为了避免不同材料的磁导率的差异对谐振电感功能的影响，在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，各中柱、上轭、下轭、第一边柱以及第二边柱同材质。并且，各中柱、上轭、下轭、第一边柱以及第二边柱的具体材质需要根据实际情况来确定，在此不作限定。
在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述谐振电感中，上轭、下轭、第一边柱、第二边柱以及所有中柱可以为一体结构。当然，也可以不为一个整体结构，例如是采用相同形状的薄片堆叠而成，在此不作限定。
基于同一实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种谐振变换器，包括本实用新型实施例提供的上述任一种谐振电感。该谐振变换器包括本实用新型实施例提供的上述谐振电感，由于本实用新型实施例提供的上述谐振电感包括至少三个中柱，因此该谐振变换器可以为与谐振电感包括的中柱的总数对应的多相交错式谐振变换器。并且，对于该谐振变换器的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本实用新型的限制。
具体地，在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述谐振变换器中，当谐振电感包括三个中柱时，谐振变换器为三相交错式谐振变换器。这样将呈四框五柱形状的谐振电感应用于三相交错式谐振变换器中，由于上轭、下轭、第一边柱以及第二边柱可以构成围绕三个中柱的外框架，从而可以使所有中柱中的磁通在上轭、下轭、第一边柱以及第二边柱形成的通路中通过，由于第一边柱和第二边柱相当于所有中柱的磁通的公共磁通路，因此在不考虑第一边柱和第二边柱的磁阻的情况下，三个中柱在第一边柱中的磁通可以相互抵消，以及三个中柱在第二边柱中的磁通也可以相互抵消，与现有技术相比，可以减小三相交错式谐振变换器的损耗。并且还可以简化三相交错式谐振变换器的结构，降低占用空间。
具体地，在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述谐振变换器中，当谐振变换器为三相交错式谐振变换器时，还包括：呈星形连接的主变压器。
或者，当谐振变换器为三相交错式谐振变换器时，还包括：呈三角形连接的主变压器。
本实用新型实施例提供的谐振电感及谐振变换器，由于上轭、下轭、第一边柱以及第二边柱可以构成围绕所有中柱的外框架，从而可以使所有中柱中的磁通在上轭、下轭、第一边柱以及第二边柱形成的通路中通过，由于第一边柱和第二边柱相当于所有中柱的磁通的公共磁通路，因此在不考虑第一边柱和第二边柱的磁阻的情况下，所有中柱在第一边柱中的磁通可以相互抵消，以及所有中柱在第二边柱中的磁通也可以相互抵消，从而可以降低损耗。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种谐振电感，其特征在于，包括：上轭、下轭，位于所述上轭和所述下轭之间且分别与所述上轭和所述下轭连接的第一边柱和第二边柱、位于所述第一边柱和所述第二边柱之间且分别与所述上轭和所述下轭连接的至少三个中柱以及分别缠绕于各所述中柱上的线圈。
2.如权利要求1所述的谐振电感，其特征在于，所述谐振电感包括三个中柱，其中，所述上轭、所述下轭、所述第一边柱、所述第二边柱以及所述三个中柱形成四框五柱形状。
3.如权利要求1所述的谐振电感，其特征在于，所述上轭、所述下轭、所述第一边柱、所述第二边柱以及所有中柱为一体结构。
4.如权利要求1所述的谐振电感，其特征在于，各所述中柱具有至少一个气隙。
5.如权利要求4所述的谐振电感，其特征在于，在沿各所述中柱的延伸方向上，各所述中柱上的气隙的宽度相同。
6.如权利要求4所述的谐振电感，其特征在于，各所述中柱上的气隙的数量相同。
7.如权利要求6所述的谐振电感，其特征在于，各所述中柱上的气隙的位置相同。
8.如权利要求1-7任一项所述的谐振电感，其特征在于，至少各所述中柱的材料为磁粉芯、软磁铁氧体、硅钢片、坡莫合金、非晶软磁合金及纳米晶软磁合金中之一。
9.一种谐振变换器，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的谐振电感。
10.如权利要求9所述的谐振变换器，其特征在于，当所述谐振电感包括三个中柱时，所述谐振变换器为三相交错式谐振变换器。
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