CN210039873U - 变压器以及多相交错电源转换器 - Google Patents

变压器以及多相交错电源转换器 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及变压器以及多相交错电源转换器。该变压器包括磁结构和一组线圈。该磁结构包括顶部构件、底部构件、以及在顶部构件和底部构件之间延伸的多个支腿。所述多个支腿包括两个外支腿。该组线圈卷绕磁结构的这两个外支腿且串联电联接。在其它示例中，磁结构包括置于顶部构件和底部构件之间且在这两个外支腿之间延伸的中间构件。在这类示例中，第二组线圈卷绕磁结构的这两个外支腿且串联电联接。还公开了其它示例性变压器和电源转换器，诸如具有变压器的多相交错电源转换器。

Description

变压器以及多相交错电源转换器
技术领域
本实用新型涉及用于电源转换器的具有集成的磁结构的变压器、以及多相交错电源转换器。
背景技术
本部分提供与本实用新型相关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。
电源转换器在输入端和输出端之间转换电力。电源转换器有时包括多个相，每个相具有变压器。在这类示例中，每个变压器可以包括绕组及其自身的用于绕组的芯。在其它示例中，可以将多个变压器的绕组卷绕在磁芯的内支腿(leg)上。
实用新型内容
本部分提供本实用新型的概括性总结，且不是本实用新型的全部范围或本实用新型的所有特征的全面公开。
根据本实用新型的一个方面，一种用于多相交错电源转换器的变压器包括磁结构、第一组线圈和第二组线圈。该磁结构包括顶部构件、底部构件、在顶部构件和底部构件之间延伸的多个支腿、以及置于顶部构件和底部构件之间的中间构件。所述多个支腿包括两个外支腿，且中间构件在这两个外支腿之间延伸。第一组线圈卷绕磁结构的这两个外支腿且串联电联接。第二组线圈卷绕磁结构的这两个外支腿且串联电联接。
根据本实用新型的另一方面，一种变压器包括磁结构和一组线圈。该磁结构包括顶部构件、底部构件、以及在顶部构件和底部构件之间延伸的多个支腿。所述多个支腿包括两个外支腿。该组线圈卷绕磁结构的这两个外支腿且串联电联接。
根据本实用新型的另一方面，一种多相交错电源转换器包括多个相和用于所述多个相的变压器。该变压器包括磁结构、第一组线圈和第二组线圈。该磁结构包括顶部构件、底部构件、在顶部构件和底部构件之间延伸的多个支腿、以及置于顶部构件和底部构件之间的中间构件。所述多个支腿包括两个外支腿，且中间构件在这两个外支腿之间延伸。第一组线圈卷绕磁结构的这两个外支腿且串联电联接。第二组线圈卷绕磁结构的这两个外支腿且串联电联接。
从本文提供的描述中，应用的其它方面和领域将变得明显。应当理解，本实用新型的各个方面可以单独实施或者与一个或多个其它方面组合实施。还应当理解，本文的描述和具体示例仅仅用于说明性目的，并不意图限制本实用新型的范围。
附图说明
本文中所描述的附图仅用于所选实施方式而非所有可能的实现方式的说明性目的，且不意图限制本实用新型的范围。
图1A为根据本实用新型的一个示例性实施方式的用于多相交错电源转换器的变压器，该变压器包括具有E-I-E芯配置的磁结构和卷绕该磁结构的外支腿的多组线圈。
图1B为根据另一个示例性实施方式的用于多相交错电源转换器的变压器，该变压器包括与图1A的磁结构相似但是包括空气间隙的磁结构。
图2为根据又一个示例性实施方式的双相交错LLC电源转换器，其中，每个相包括串联联接的初级绕组。
图3为根据又一个示例性实施方式的多相交错LLC电源转换器的一个相的电路图，该相包括串联联接的次级绕组。
图4为示出了根据另一个示例性实施方式的施加到双相交错电源转换器中的两组初级绕组的具有90度相移的电压的曲线图。
图5为示出了流经图4的两组初级绕组的电流的曲线图。
图6为示出了在图4的双相交错电源转换器中的磁结构的一部分中流动的通量的曲线图。
图7至图10为根据其它示例性实施方式的具有从图6的电流生成的磁通量的图1B的变压器的框图。
图11A为根据另一个示例性实施方式的用于多相交错电源转换器的变压器，该变压器包括具有U-I-U芯配置的磁结构和卷绕该磁结构的外支腿的多组线圈。
图11B为根据另一个示例性实施方式的用于多相交错电源转换器的变压器，该变压器包括与图11A的磁结构相似但是包括空气间隙的磁结构。
图12至图15为根据其它示例性实施方式的具有从图6的电流生成的磁通量的图11B的变压器的框图。
图16为根据另一个示例性实施方式的用于多相交错电源转换器的变压器的框图，该变压器包括具有E-E-I-E-E芯配置的磁结构。
图17为根据又一个示例性实施方式的图16的变压器的等距视图。
图18A为根据另一个示例性实施方式的用于单相电源转换器的变压器，该变压器包括具有E-E芯配置的磁结构和卷绕该磁结构的外支腿的一组线圈。
图18B为根据另一个示例性实施方式的用于单相电源转换器的变压器，该变压器包括磁结构和卷绕该磁结构的外支腿的一组线圈。
贯穿附图中的多个视图，对应的附图标记指示对应的部分和/或特征。
具体实施方式
提供示例性实施方式，使得本实用新型将是透彻的且将向本领域的技术人员全面传达范围。提出多个具体细节，诸如具体部件、设备、和方法的示例，以提供对本实用新型的实施方式的透彻理解。对于本领域的技术人员来说将显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施方式可以以许多不同形式来体现，并且具体细节和示例性实施方式二者均不应当被理解为限制本实用新型的范围。在一些示例性实施方式中，没有详细地描述公知的过程、公知的设备结构、和公知的技术。
本文中所使用的术语仅出于描述特定示例性实施方式的目的且不意图进行限制。如本文中所使用，单数形式“一”和“该”也可以意图包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包括”、“包含”和“具有”是包含性的且因此指所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或附加。本文中所描述的方法步骤、过程和操作不应被理解为必须要求它们以所讨论或所示出的特定次序来执行，除非具体被认定为执行次序。也将理解，可以采用附加或替选步骤。
尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在本文中用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当受这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分。诸如“第一”、“第二”的术语和其它数字术语在本文中使用时不暗示顺序或次序，除非上下文有明确指示。因此，下文讨论的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一部分可以被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二部分，而不脱离示例性实施方式的教导。
为了便于描述，在本文中可以使用空间相对术语，诸如“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等来描述如图中所示的一个元件或特征与其它的一个或多个元件或特征的关系。除了图中示出的取向之外，空间相对术语可以意图涵盖设备在使用或操作中的不同取向。例如，如果图中的设备被翻转，则描述为在其它元件或特征的“下方”或“下面”的元件将被取向为在该其它元件或特征的“上方”。因而，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方两种取向。该设备可以被另外地取向(旋转90度或以其它取向旋转)且本文中所使用的空间相对描述符被相应地理解。
现在将参照附图更全面地描述示例性实施方式。
根据本实用新型的一个示例性实施方式的用于多相交错电源转换器的变压器在图1A中示出且总体上用附图标记100来表示。如图1A所示，变压器100包括磁结构102和线圈104、线圈106、线圈108、线圈110。磁结构102包括顶部构件112、底部构件114、在顶部构件112和底部构件114之间延伸的支腿、以及置于顶部构件112和底部构件114之间的中间构件116。所述支腿包括两个外支腿118、120，且中间构件116在外支腿118和外支腿120之间延伸。如图1A所示，线圈104、线圈106、线圈108、线圈110卷绕外支腿118、外支腿120。
如图1A所示，线圈104、线圈106串联电联接且形成一组线圈，以及线圈108、线圈110串联电联接且形成另一组线圈。因此，相同量的电流(例如，由于损失造成的基本相同量的电流)流经串联联接的线圈104、线圈106，以及相同量的电流(例如，由于损失造成的基本相同量的电流)流经串联联接的线圈108、线圈110。
在图1A的特定示例中，磁结构(例如磁芯)102包括置于两个外支腿118、120之间的中心支腿122。中心支腿122可以在顶部构件112和底部构件114之间延伸。在一些实施方式中，中心支腿122为任选的，因此可以被去除，如在下文进一步阐述。
当磁结构102包括中心支腿122时，从线圈104、线圈106、线圈108、线圈110生成的磁通量(未示出)可以抵消。例如，当激励线圈104、线圈106时，从线圈104、线圈106生成的磁通量在中心支腿122中沿着相反方向流动。因此，当流经线圈104、线圈106的电流相同时，生成的磁通量在中心支腿122中抵消(例如完全抵消)，如本文中所阐述。同样的磁通量抵消对于线圈108、线圈110和中心支腿122来说成立。
相比于在多相电源转换器中采用的(一个或多个)传统磁结构，通过在中心支腿122中抵消磁通量，可以减小磁结构102的尺寸。在一些示例中，由于磁通量抵消，因此在芯配置设计中可以忽略中心支腿122的体积和/或该体积的尺寸减小。相比于传统转换器，由于磁结构102的尺寸减小，因此采用变压器100的多相电源转换器的功率密度可以增大，且多相电源转换器中的芯损失可以降低。芯损失的这种降低可以导致更高的效率。
在一些情况下，如果实现磁通量的完全抵消而使得没有磁通量经过中心支腿122，则中心支腿122可以使磁结构102的外支腿118的一部分、外支腿120的一部分磁解耦。在这类示例中，图1A中的外支腿118的一个部分，外支腿120的一个部分，以及卷绕这些部分的线圈104、线圈106可以用于多相电源转换器的一个相。同样地，外支腿118的另一个部分，外支腿120的另一个部分，以及线圈108、线圈110可以用于多相电源转换器的另一个相。
如上所述，变压器100包括卷绕外支腿118、外支腿120的线圈104、线圈106、线圈108、线圈110。在图1A的特定示例中，线圈104、线圈106、线圈108、线圈110仅卷绕外支腿118、外支腿120。因此，变压器100不包括卷绕中心支腿122或中间构件116的线圈。
在图1A的特定示例中，磁结构102具有E-I-E芯配置。例如，顶部构件112和外支腿118的一部分、外支腿120的一部分可以形成一个E型芯，且底部构件114和外支腿118的一部分、外支腿120的一部分可以形成另一个E型芯。中间构件116和/或外支腿118的一部分、外支腿120的一部分和中心支腿122的一部分可以形成I型芯。
在一些实施方式中，E-I-E磁结构102可以具有一体构造，如图1A所示。可替选地，E-I-E磁结构102可以形成有(例如借助粘合剂或其它合适手段)彼此机械联接的多个构件、支腿等。
尽管在图1A中未示出，但是磁结构102可以任选地包括在物理上使磁结构102的多个部分分离的一个或多个间隙。这些间隙可以由空气和/或另一合适的非磁性材料形成。这些间隙可以辅助在多相电源转换器中生成磁化电感，如在下文进一步阐述。
例如，图1B示出变压器100B，该变压器100B基本上类似于图1A的变压器100，但是包括在物理上使其磁结构102B的多个部分分离的空气间隙。例如，图1A的各个支腿118、120、122可以由两个或更多个部分(例如，图1B的支腿118A、支腿118B、支腿120A、支腿120B、支腿122A、支腿122B)形成以辅助形成该空气间隙。具体地，磁结构102B包括图1A的构件112、构件114，在构件112和构件114之间延伸的外支腿118A、外支腿118B、外支腿120A、外支腿120B，在构件112和构件114之间延伸的中心支腿122A、中心支腿122B，以及置于构件112和构件114之间的中间构件116B。如图1B所示，变压器100B包括在各个外支腿118A、118B、120A、120B和中间构件116B之间的空气间隙。将空气间隙置于外支腿和中间构件116B之间使中心支腿122A、中心支腿122B的磁阻保持处于低值。可替选地，若需要，则可以使空气间隙置于中心支腿122A、中心支腿122B和中间构件116B之间。
如图1B所示，变压器100B包括图1A的串联联接的线圈104、线圈106和串联联接的线圈108、线圈110。在图1B的示例性实施方式中，线圈104、线圈106分别卷绕外支腿118A、外支腿120A，以及线圈108、线圈110分别卷绕外支腿118B、外支腿120B。如图所示，没有线圈卷绕中心支腿122A、中心支腿122B或中间构件116B。
可以在电源转换器(诸如单相电源转换器或多相交错电源转换器)中采用本文中所公开的变压器。在这类示例中，多相交错电源转换器可以包括多相交错谐振电源转换器。例如，图1A和图1B的串联联接的线圈104、线圈106可以表示在多相交错谐振电源转换器的一个相中的变压器绕组，以及图1A和图1B的串联联接的线圈108、线圈110可以表示在多相交错谐振电源转换器的另一个相中的变压器绕组。
例如，图2示出了包括变压器100B的双相交错LLC电源转换器200。尽管图2示出了双相交错LLC电源转换器200，但是其它合适的多相交错电源转换器可以采用本文中所公开的教导而不脱离本实用新型的范围。
如图2所示，电源转换器200包括：用于接收输入电压Vin+、Vin-的输入端；用于提供输出电压Vo+、Vo-的输出端；以及联接在输入端和输出端之间的两个相202、204。相202、相204并联电联接。
在图2的特定示例中，相202、相204包括相同的电路配置。例如，相202包括两个串联联接的初级绕组P1、P2，两个次级绕组S1、S2，联接在初级绕组P1、P2与输入端之间的开关电路206A，以及联接在次级绕组S1、S2与输出端之间的两个开关电路208A、210A。同样地，相204包括两个串联联接的初级绕组P3、P4，两个次级绕组S3、S4，联接在初级绕组P3、P4与输入端之间的开关电路206B，以及联接在次级绕组S3、S4与输出端之间的两个开关电路208B、210B。如图所示，初级侧开关电路206A、206B包括以半桥配置而布置的两个MOSFET电源开关Q1、Q2、Q3、Q4，以及次级侧开关电路208A、208B、210A、210B为整流电路。
在图2的特定示例中，双相交错LLC电源转换器200包括变压器100B。因此，图1B的线圈104、线圈106可以分别等同于初级绕组P1、初级绕组P2，以及图1B的线圈108、线圈110可以分别等同于初级绕组P3、初级绕组P4。在这类示例中，可以在相202、相204之间共享图1B的磁结构102B。因此，在图2的特定示例中，磁结构、初级绕组P1、初级绕组P2、初级绕组P3、初级绕组P4、次级绕组S1、次级绕组S2、次级绕组S3、次级绕组S4形成变压器。
如图2所示，电源转换器200包括各种谐振部件。例如，如图2所示，相202、相204包括：联接到开关电路206A、开关电路206B的电容器C1、电容器C2、电容器C4、电容器C6；联接在电容器C1、电容器C2、电容器C4、电容器C6与初级绕组P1、初级绕组P2、初级绕组P3、初级绕组P4之间的电感器L1、电感器L2；以及联接在次级侧开关电路的输出端上的输出滤波电容器C3、输出滤波电容器C5。电容器C1、电容器C2、电感器L1和由变压器生成的磁化电感形成相202中的LLC谐振槽路。另外，电容器C4、电容器C6、电感器L2和由变压器生成的磁化电感形成相204中的另一LLC谐振槽路。
各个相202、204的次级绕组S1、次级绕组S2、次级绕组S3、次级绕组S4可以并联联接。例如，在图2的特定示例中，借助开关电路208A、开关电路210A使次级绕组S1、次级绕组S2并联联接。具体地，次级绕组S1、次级绕组S2分别单独地联接到开关电路208A、开关电路210A的输入端。开关电路208A、开关电路210A的输出端并联联接。在其它示例中，次级绕组S1、次级绕组S2可以直接并联联接。相204的次级绕组S3、次级绕组S4可以与其开关电路208B、开关电路210B一起具有相似配置。
如图2所示，每组初级绕组P1、P2、P3、P4串联联接。例如，初级绕组P1的一端联接在电源开关Q1和电源开关Q2之间，以及初级绕组P1的另一端联接到初级绕组P2的一端。初级绕组P2的另一端借助谐振电感器L1联接在电容器C1和电容器C2之间。相204的初级绕组P3、初级绕组P4可以与其开关电路206B、电容器C4、电容器C6和谐振电感器L2一起具有相似配置。串联联接的初级绕组P1、初级绕组P2、初级绕组P3、初级绕组P4可以辅助在并联联接的次级绕组S1、次级绕组S2、次级绕组S3、次级绕组S4中进行电流共享。
另外，因为每组初级绕组串联联接，所以相同量的电流流过初级绕组P1、初级绕组P2，以及相同量的电流流过初级绕组P3、初级绕组P4。因此，在磁结构中从流过初级绕组的电流生成相同量的磁通量。在这类示例中，如果磁结构包括中心支腿(例如图1A和图1B的122、122A、122B)，则可以在中心支腿中实现完全的磁通量抵消，如在下文进一步阐述。
在其它实施方式中，一组或两组串联联接的线圈可以表示次级绕组。例如，图3示出了多相交错LLC电源转换器的一个相300，其中，一组线圈表示两个串联联接的次级变压器绕组。
如图3所示，相300包括：用于接收输入电压Vin+、Vin-的输入端；用于提供输出电压Vo+、Vo-的输出端；两个初级绕组P1、P2；两个串联联接的次级绕组S1、S2；以及开关电路304、开关电路306、开关电路308。开关电路304联接在初级绕组P1和输入端之间，且开关电路306联接在初级绕组P2和输入端之间。如图所示，开关电路304、开关电路306接收相同的输入电压Vin+、Vin-。因此，开关电路304的输入端、开关电路306的输入端并联联接。开关电路308(例如整流电路)联接在次级绕组S1、次级绕组S2与输出端之间。
在图3的特定示例中，初级侧开关电路304、306具有半桥拓扑。例如，开关电路304包括以半桥配置而布置的两个MOSFET电源开关Q1、Q2，且开关电路306包括以半桥配置而布置的两个MOSFET电源开关Q3、Q4。
在图3的示例中，多相交错LLC电源转换器包括在相300和该多相交错LLC电源转换器的至少一个附加相(未示出)之间共享的磁结构。图3的该磁结构，初级绕组P1、初级绕组P2、次级绕组S1、次级绕组S2，以及其它相的初级绕组和次级绕组可形成变压器，如上所述。在这类示例中，图3的初级绕组P1、初级绕组P2，以及次级绕组S1、次级绕组S2可以卷绕在磁结构的一个或多个部分上，如上所述。
如同图2的相202、相204那样，图3的相300可以包括各种谐振部件。例如，如图3所示，相300包括：联接到开关电路304的电容器C1、电容器C2；联接到开关电路306的电容器C3、电容器C4；联接在电容器C1、电容器C2与初级绕组P1之间的电感器L1；联接在电容器C3、电容器C4与初级绕组P2之间的另一电感器L2；以及联接在输出端上的输出滤波电容器C5。电容器C1、电容器C2、电感器L1和由变压器生成的磁化电感形成一个LLC谐振槽路。另外，电容器C3、电容器C4、电感器L2和由变压器生成的磁化电感形成另一个LLC谐振槽路。
图3的初级绕组P1、初级绕组P2可以并联联接。例如，可以借助开关电路304、开关电路306使初级绕组P1、初级绕组P2并联联接，如图3所示。例如，初级绕组P1、初级绕组P2分别联接到开关电路304、开关电路306，且开关电路304的输入端、开关电路306的输入端并联联接。在其它示例中，初级绕组P1、初级绕组P2可以直接并联联接。
如上所述，次级绕组S1、次级绕组S2串联联接。例如，次级绕组S1的一端联接到开关电路308，且次级绕组S1的另一端联接到次级绕组S2的一端。次级绕组S2的另一端联接到开关电路308。因此，相同量的电流流过各个次级绕组S1、S2。串联联接的次级绕组S1、次级绕组S2可以辅助并联连接的初级绕组P1、初级绕组P2进行电流共享，且导致完全的磁通量抵消，如本文中进一步所阐述。
本文中所公开的交错电源转换器可以经历各个相之间的相移。在一些示例中，一个相相对于另一个相以九十(90)度相移、一百八十(180)度相移等操作。例如，图4示出了在时间T0到时间T4(例如一个周期(T))之间具有九十(90)度相移的相电压的波形400、波形402。图5示出了图4的相电压所对应的电流的波形500、波形502。具体地，图4的波形400表示施加到一个相(相1)中的一组串联联接的初级绕组(例如图1B的线圈104、线圈106)的电压，以及图4的波形402表示施加到另一个相(相2)中的另一组串联联接的初级绕组(例如图1B的线圈108、线圈110)的电压。图5的波形500表示流经相1中的串联联接的初级绕组(例如图1B的线圈104、线圈106)的电流，以及图5的波形502表示流经相2中的串联联接的初级绕组(例如图1B的线圈108、线圈110)的电流。图6示出了在利用图5的电流波形500、电流波形502激励串联联接的初级绕组时生成的通量的波形600。
流经初级绕组的该电流在磁结构中生成磁通量，如上所述。例如，图7至图10示出了图1B的变压器100B，其中，激励线圈104、线圈106、线圈108、线圈110，从而基于在图5中所示的电流流动在磁结构102B中生成磁通量。具体地，图7示出了从时间T0到时间T1生成的磁通量，图8示出了从时间T1到时间T2生成的磁通量，图9示出了从时间T2到时间T3生成的磁通量，以及图10示出了从时间T3到时间T4生成的磁通量。图6示出了在变压器100B的中间构件116B中生成的通量。
参照图5和图7，流经线圈104、线圈106(相1)的电流在时间T0和时间T1之间为正(+Im)，以及流经线圈108、线圈110(相2)的电流在时间T0和时间T1之间为负(-Im)。因此，在中心支腿122A、中心支腿122B中磁通量被抵消，且在中间构件116B中的磁通量斜升，如图6所示。
参照图5和图8，流经线圈104、线圈106、线圈108、线圈110(相1、相2)的电流在时间T1和时间T2之间为正(+Im)。这导致在中心支腿122A、中心支腿122B中磁通量抵消。另外，如图5、图6和图8所示，在中间构件116B中的磁通量加在一起且保持基本恒定，这是因为电流波形500正在斜降且电流波形502正在斜升。
参照图5和图9，在时间T2和时间T3之间，流经线圈104、线圈106(相1)的电流为负(-Im)，且流经线圈108、线圈110(相2)的电流为正(+Im)。因此，在中心支腿122A、中心支腿122B中磁通量被抵消，且在中间构件116B中的磁通量斜降，如图6所示。
参照图5和图10，流经线圈104、线圈106、线圈108、线圈110(相1、相2)的电流在时间T3和时间T4之间为负(-Im)。这导致在中心支腿122A、中心支腿122B中磁通量抵消。另外，如图5、图6和图10所示，在中间构件116B中的磁通量加在一起且保持基本恒定，这是因为电流波形500正在斜升且电流波形502正在斜降。
在一些示例中，如果在(一个或多个)支腿中的磁通量完全抵消，则如上所述，可以去除图1A、图1B和图7至图10的中心支腿122、中心支腿122A、中心支腿122B。例如，图11A示出了变压器1100，该变压器1100基本上类似于图1A的变压器100，但是变压器1100的磁结构1102不包括中心支腿。具体地，图11A的磁结构1102包括图1A的顶部构件112、底部构件114，外支腿118、外支腿120、和中间构件116。如图11A所示，磁结构1102不包括置于外支腿118和外支腿120之间的中心支腿。
在图11A的特定示例中，磁结构1102具有一体U-I-U芯配置。例如，顶部构件112和外支腿118的一部分、外支腿120的一部分可以形成一个U型芯，且底部构件114和外支腿118的一部分、外支腿120的一部分可以形成另一个U型芯。另外，中间构件116和/或外支腿118的一部分、外支腿120的一部分可以形成I型芯，如上所述。
如图所示，图11A的变压器1100还包括图1A的卷绕外支腿118、外支腿120的线圈104、线圈106、线圈108、线圈110，如上所述。在这类示例中，当激励线圈104、线圈106时，磁通量穿过底部构件114、外支腿118的一部分、中间构件116、和外支腿120的一部分。另外，当激励线圈108、线圈110时，磁通量穿过顶部构件112、外支腿118的一部分、中间构件116、和外支腿120的一部分。
尽管在图11A中未示出，但是磁结构1102可以任选地包括在物理上使磁结构1102的多个部分分离的一个或多个间隙(例如空气间隙等)。例如，图11B示出了变压器1100B，该变压器1100B基本上类似于图1B的变压器100B和图11A的变压器1100，但是具有在物理上使其磁结构1102B的多个部分分离的空气间隙且不具有中心支腿。具体地，变压器1100B包括图1B的构件112、构件114、构件116B、外支腿118A、外支腿118B、外支腿120A、外支腿120B。如图11B所示，变压器1100B包括在各个外支腿118A、118B、120A、120B与中间构件116B之间的空气间隙。
如上所述，流经线圈104、线圈106、线圈108、线圈110的电流在磁结构中生成磁通量。例如，图12至图15示出了图11B的变压器1100B，其中，激励线圈104、线圈106、线圈108、线圈110，从而基于在图5中所示的电流流动在磁结构1102B中生成磁通量。具体地，图12示出了从时间T0到时间T1生成的磁通量，图13示出了从时间T1到时间T2生成的磁通量，图14示出了从时间T2到时间T3生成的磁通量，以及图15示出了从时间T3到时间T4生成的磁通量。
参照图5和图12，流经线圈104、线圈106(相1)的电流在时间T0和时间T1之间为正(+Im)，以及流经线圈108、线圈110(相2)的电流在时间T0和时间T1之间为负(-Im)。因此，在中间构件116B中的磁通量斜升，如图6所示。
流经线圈104、线圈106、线圈108、线圈110(相1、相2)的电流在时间T1和时间T2之间为正(+Im)。这导致在中间构件116B中的磁通量加在一起且保持基本恒定，这是因为电流波形500正在斜降且电流波形502正在斜升，如图5、图6和图13所示。
参照图5和图14，在时间T2和时间T3之间，流经线圈104、线圈106(相1)的电流为负(-Im)，且流经线圈108、线圈110(相2)的电流为正(+Im)。因此，在中间构件116B中的磁通量斜降，如图6所示。
流经线圈104、线圈106、线圈108、线圈110(相1、相2)的电流在时间T3和时间T4之间为负(-Im)。这导致在中间构件116B中的磁通量加在一起且保持基本恒定，这是因为电流波形500正在斜升且电流波形502正在斜降，如图5、图6和图15所示。
在一些示例中，本文中所公开的磁结构可以包括用于电感器线圈的构件、支腿等。例如，图16示出了变压器1600，该变压器1600类似于图1B的变压器100B，但是包括附加的构件、支腿等以及用于两个谐振扼流圈的线圈。如图16所示，变压器1600包括：磁结构1602；辅助构件1630、辅助构件1632；以及在辅助构件1630、辅助构件1632与图1B的构件114、构件112之间延伸的辅助支腿1634、辅助支腿1636、辅助支腿1638、辅助支腿1640、辅助支腿1642、辅助支腿1644。辅助支腿1634、辅助支腿1636、辅助支腿1638、辅助支腿1640为外支腿，且辅助支腿1642、辅助支腿1644为中心支腿。图16的磁结构1602形成E-E-I-E-E芯配置。
变压器1600还包括卷绕外辅助支腿1634、外辅助支腿1636、外辅助支腿1638、外辅助支腿1640的线圈1646、线圈1648、线圈1650、线圈1652。线圈1646、线圈1648、线圈1650、线圈1652表示两个谐振扼流圈。具体地，线圈1646、线圈1648表示一个相中的一个谐振扼流圈，以及线圈1650、线圈1652表示另一个相中的另一个谐振扼流圈。
如图16所示，线圈1646联接到线圈104、线圈1648联接到线圈106、线圈1650联接到线圈108、以及线圈1652联接到线圈110。利用该配置，线圈1646、线圈104、线圈106、线圈1648串联电联接，以及线圈1650、线圈108、线圈110、线圈1652串联电联接。这确保相同量的电流流过线圈1646、线圈104、线圈106、线圈1648且相同量的电流流过线圈1650、线圈108、线圈110、线圈1652。因此，在中心辅助支腿1642、中心辅助支腿1644中磁通量抵消，如上所述。另外，磁通量可以在构件112的一部分、构件114的一部分中抵消，如图16所示。
图17示出了变压器1700，该变压器1700包括图16的磁芯1602和线圈104、线圈106、线圈108、线圈110、线圈1646、线圈1648、线圈1650、线圈1652。另外，变压器1700包括与线圈104、线圈106、线圈108、线圈110一样卷绕相似的外支腿的线圈1750、线圈1752、线圈1754、线圈1756。在图17的特定示例中，线圈104、线圈106、线圈108、线圈110表示用于双相交错LLC电源转换器中的两个不同相的两组初级绕组，线圈1750、线圈1752、线圈1754、线圈1756表示用于不同相的两组次级绕组，以及线圈1646、线圈1648、线圈1650、线圈1652表示用于不同相的两个谐振扼流圈。
在图17的特定示例中，线圈为屏极绕组(plate winding)。在其它示例中，可以采用其它合适类型的线圈，诸如导线等。
在一些示例中，可以将本文中所公开的教导应用于单相电源转换器，如上所述。例如，图18A示出了用于单相电源转换器的变压器1800A。如图18A所示，变压器1800A包括磁结构1802和串联电联接的线圈1804、线圈1806。磁结构1802包括顶部构件1812、底部构件1814、以及在顶部构件1812和底部构件1814之间延伸的支腿。所述支腿包括两个外支腿1818、1820和中心支腿1822。在一些实施方式中，顶部构件1812、底部构件1814、以及支腿1818、支腿1820、支腿1822可以形成E-E芯配置。
如图18A所示，线圈1804卷绕外支腿1818，线圈1806卷绕外支腿1820。没有线圈卷绕在中心支腿1822上。
当激励线圈1804、线圈1806时，在磁结构1802中生成磁通量。具体地，由线圈1804生成的磁通量在构件1812的一部分、构件1814的一部分、外支腿1818的一部分和中心支腿1822的一部分中循环。另外，由线圈1806生成的磁通量在构件1812的一部分、构件1814的一部分、外支腿1820的一部分和中心支腿1822的一部分中循环。
如图18A所示，来自线圈1804、线圈1806的磁通量可以在中心支腿1822中抵消。例如，来自线圈1804的磁通量在中心支腿1822中沿着与来自线圈1806的磁通量相反的方向流动，这导致磁通量抵消掉。
在一些实施方式中，在中心支腿1822中磁通量可以完全抵消掉，这是由于例如线圈1804和线圈1806之间的串联连接，如本文中所阐述。在这类示例中，可以去除中心支腿1822。例如，图18B示出了变压器1800B，该变压器1800B基本上类似于图18A的变压器1800A，但是包括的磁结构1802B在其构件1812和构件1814之间不具有中心支腿。在这类示例中，在磁结构1802B中生成的磁通量在构件1812、构件1814、外支腿1818、外支腿1820中循环，如图18B中的虚线所示。
本文中所公开的次级侧开关电路可以包括任何合适的整流部件和/或拓扑。例如，整流电路可以包括二极管整流电路，如图3和图4所示。二极管整流电路均可以为全波桥式整流电路、半波桥式整流电路、或另一合适的整流电路。在其它示例中，除了二极管以外和/或代替二极管，整流电路可以包括电源开关(例如MOSFET等)。
另外，初级侧开关电路可以包括以任何合适拓扑布置的一个或多个开关器件。例如，初级侧开关电路可以包括以半桥式拓扑布置的两个电源开关(MOSFET)，如图3和图4所示。在其它示例中，开关电路可以包括以半桥拓扑、全桥拓扑等布置的另一合适的开关器件。另外，开关器件可以包括MOSFET、其它合适的晶体管、二极管等。在一些示例中，可以采用氮化镓(GaN)半导体开关器件。
如上所述，本文中所公开的磁结构实现了在该结构的多个部分中磁通量的抵消。因此，相比于传统的电源转换器，采用该磁结构的电源转换器(诸如单相电源转换器或多相电源转换器(例如双相交错电源转换器))可以具有减小的芯体积。反过来，相比于传统的电源转换器，芯损失可以更小且电源转换器的效率可以更高。例如，测试已表明，当采用本文中所公开的磁结构时，一些双相交错电源转换器可以达到大约99％的效率。另外，与双相交错电源转换器相关的成本小于传统的电源转换器。
已经出于说明和描述的目的，提供了前述对实施方式的描述。这并不旨在穷举或限制本实用新型。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是在可适用时，可以互换并且可以在所选定的实施方式中使用，即使没有具体示出或描述。特定实施方式的各个元件或特征也可以以多种方式变化。这些变化不应当视为背离本实用新型，并且所有这些修改旨在包括在本实用新型的范围内。

Claims (24)

1.一种变压器，用于多相交错电源转换器，其特征在于，所述变压器包括：
磁结构，所述磁结构包括顶部构件、底部构件、在所述顶部构件和所述底部构件之间延伸的多个支腿、以及中间构件，所述多个支腿包括两个外支腿，所述中间构件置于所述顶部构件和所述底部构件之间且在所述两个外支腿之间延伸；
第一组线圈，所述第一组线圈卷绕所述磁结构的所述两个外支腿且串联电联接；以及
第二组线圈，所述第二组线圈卷绕所述磁结构的所述两个外支腿且串联电联接。
2.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，在所述中间构件与所述多个支腿中的至少一个支腿之间限定间隙。
3.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一组线圈包括卷绕所述两个外支腿中的一个外支腿的第一线圈和卷绕所述两个外支腿中的另一个外支腿的第二线圈。
4.如权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述多个支腿包括从所述顶部构件或所述底部构件延伸的至少一个辅助支腿，且所述第一组线圈包括与所述第一线圈和所述第二线圈串联电联接且卷绕所述辅助支腿的第三线圈。
5.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述两个外支腿均包括第一部分和第二部分，其中，所述第一组线圈包括卷绕所述两个外支腿中的一个外支腿的第一部分的第一线圈和卷绕所述两个外支腿中的另一个外支腿的第一部分的第二线圈，且其中，所述第二组线圈包括卷绕所述两个外支腿中的所述一个外支腿的第二部分的第一线圈和卷绕所述两个外支腿中的所述另一个外支腿的第二部分的第二线圈。
6.如权利要求1至5中任一项所述的变压器，其特征在于，所述磁结构包括置于所述两个外支腿之间的中心支腿。
7.如权利要求6所述的变压器，其特征在于，当激励所述第一组线圈时，在所述中心支腿中从所述第一组线圈生成的磁通量抵消，和/或当激励所述第二组线圈时，在所述中心支腿中从所述第二组线圈生成的磁通量抵消。
8.如权利要求6所述的变压器，其特征在于，没有线圈卷绕所述中心支腿。
9.一种变压器，用于单相电源转换器，其特征在于，所述变压器包括：
磁结构，所述磁结构包括顶部构件、底部构件、以及在所述顶部构件和所述底部构件之间延伸的多个支腿，所述多个支腿包括两个外支腿；以及
一组线圈，所述一组线圈卷绕所述磁结构的所述两个外支腿且串联电联接。
10.如权利要求9所述的变压器，其特征在于，所述磁结构包括置于所述两个外支腿之间的中心支腿。
11.如权利要求10所述的变压器，其特征在于，当激励所述一组线圈时，在所述中心支腿中从所述一组线圈生成的磁通量抵消。
12.如权利要求11所述的变压器，其特征在于，没有线圈卷绕所述中心支腿。
13.如权利要求9至12中任一项所述的变压器，其特征在于，所述外支腿包括间隙。
14.一种多相交错电源转换器，其特征在于，所述多相交错电源转换器包括多个相和用于所述多个相的变压器，所述变压器包括磁结构、第一组线圈和第二组线圈，所述磁结构包括顶部构件、底部构件、在所述顶部构件和所述底部构件之间延伸的多个支腿、以及中间构件，所述多个支腿包括两个外支腿，所述中间构件置于所述顶部构件和所述底部构件之间且在所述两个外支腿之间延伸，所述第一组线圈卷绕所述磁结构的所述两个外支腿且串联电联接，以及所述第二组线圈卷绕所述磁结构的所述两个外支腿且串联电联接。
15.如权利要求14所述的多相交错电源转换器，其特征在于，所述多个相包括第一相和第二相，其中，所述第一组线圈为所述第一相中的初级绕组或次级绕组，且其中，所述第二组线圈为所述第二相中的初级绕组或次级绕组。
16.如权利要求15所述的多相交错电源转换器，其特征在于，所述第一相相对于所述第二相相移90度。
17.如权利要求14所述的多相交错电源转换器，其特征在于，所述多相交错电源转换器为双相交错LLC电源转换器。
18.如权利要求14所述的多相交错电源转换器，其特征在于，所述第一组线圈至少包括卷绕所述两个外支腿中的一个外支腿的第一线圈和卷绕所述两个外支腿中的另一个外支腿的第二线圈。
19.如权利要求18所述的多相交错电源转换器，其特征在于，所述多个支腿包括从所述顶部构件或所述底部构件延伸的至少一个辅助支腿，且所述第一组线圈包括与所述第一线圈和所述第二线圈串联电联接且卷绕所述辅助支腿的第三线圈。
20.如权利要求14所述的多相交错电源转换器，其特征在于，在所述中间构件与所述多个支腿中的至少一个支腿之间限定间隙。
21.如权利要求14所述的多相交错电源转换器，其特征在于，所述两个外支腿均包括第一部分和第二部分，其中，所述第一组线圈包括卷绕所述两个外支腿中的一个外支腿的第一部分的第一线圈和卷绕所述两个外支腿中的另一个外支腿的第一部分的第二线圈，且其中，所述第二组线圈包括卷绕所述两个外支腿中的所述一个外支腿的第二部分的第一线圈和卷绕所述两个外支腿中的所述另一个外支腿的第二部分的第二线圈。
22.如权利要求14至21中任一项所述的多相交错电源转换器，其特征在于，所述磁结构包括置于所述两个外支腿之间的中心支腿。
23.如权利要求22所述的多相交错电源转换器，其特征在于，当激励所述第一组线圈时，在所述中心支腿中从所述第一组线圈生成的磁通量抵消，和/或当激励所述第二组线圈时，在所述中心支腿中从所述第二组线圈生成的磁通量抵消。
24.如权利要求22所述的多相交错电源转换器，其特征在于，没有线圈卷绕所述中心支腿。
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