CN210201716U - 谐振变换器 - Google Patents

谐振变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN210201716U
CN210201716U CN201920805140.4U CN201920805140U CN210201716U CN 210201716 U CN210201716 U CN 210201716U CN 201920805140 U CN201920805140 U CN 201920805140U CN 210201716 U CN210201716 U CN 210201716U
Authority
CN
China
Prior art keywords
winding
resonant converter
primary
windings
inductive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201920805140.4U
Other languages
English (en)
Inventor
Chunyu Ding
丁春宇
Qingfeng Liu
刘青峰
Jun Liu
刘军
Zhe Li
李哲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Astec International Ltd
Original Assignee
Astec International Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Astec International Ltd filed Critical Astec International Ltd
Priority to CN201920805140.4U priority Critical patent/CN210201716U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN210201716U publication Critical patent/CN210201716U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

公开了一种谐振变换器，包括磁集成变压器，该磁集成变压器包括：磁芯，该磁芯具有中柱以及分别位于中柱两侧的第一侧柱和第二侧柱；缠绕在中柱上的初级绕组和次级绕组；以及分别缠绕在第一侧柱和第二侧柱上的第一电感绕组和第二电感绕组，其中，第一电感绕组、初级绕组以及第二电感绕组串联连接，以形成顺次缠绕在第一侧柱、中柱以及第二侧柱上的一个整体绕组，其中，第一电感绕组和第二电感绕组被布置成通过自感在第一侧柱和第二侧柱处产生感应电动势。

Description

谐振变换器
技术领域
本实用新型总体上涉及谐振变换器，具体地涉及应用了磁集成技术的谐振变换器。
背景技术
谐振变换器通常由开关器件和LC谐振电路组成，开关器件两端的电压以及流过开关器件的电流周期性振荡变化(例如，呈正弦波)，从而使得开关器件的零电流和/或零电压切换成为可能。通过执行零电流和/或零电压切换可以大大降低开关损耗。
更具体地，如图1所示，传统的谐振变换器可以包括：与电源V1连接的开关器件S1，S2(半桥或全桥型)、彼此串联连接以形成LC谐振电路的谐振电容器Cr和谐振电感器Lr、变压器T、以及输出整流二极管 D1-D4。替选地，也可以使用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET) 来代替整流二极管。
然而，随着电源的功率密度越来越高，磁性组件的尺寸变得非常关键，例如在模块电源(brick power supply)的应用中。因此，期望能够进一步减小磁性组件的尺寸。
此外，传统的谐振变换器通常利用变压器的漏感作为谐振电感或使用外置的独立谐振电感，这样往往难以获得大的电感量或者会增大磁性组件的尺寸，因此具有很大的局限性。因此，也期望提供一种能够克服谐振电感的局限性的技术。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提出了一种谐振变换器，在该谐振变换器中实现了谐振电感器与变压器的磁集成，从而有利于减小磁性组件的尺寸和磁芯损耗。此外，该谐振变换器能够获得任意的谐振电感量。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种谐振变换器，包括磁集成变压器，所述磁集成变压器包括：磁芯，所述磁芯具有中柱以及分别位于所述中柱两侧的第一侧柱和第二侧柱；缠绕在所述中柱上的初级绕组和次级绕组；以及分别缠绕在所述第一侧柱和所述第二侧柱上的第一电感绕组和第二电感绕组，其中，所述第一电感绕组、所述初级绕组、以及所述第二电感绕组串联连接，以形成顺次缠绕在所述第一侧柱、所述中柱以及所述第二侧柱上的一个整体绕组，其中，所述第一电感绕组和所述第二电感绕组被布置成通过自感在所述第一侧柱和所述第二侧柱处产生感应电动势。
附图说明
图1示意性地示出了传统的谐振变换器的电路图。
图2示意性地示出了根据本实用新型的谐振变换器的电路图。
图3示意性地示出了磁集成变压器的绕组绕制方式。
图4示意性地示出了在磁芯中产生的磁通量。
图5和图6示出了等效电路图。
具体实施方式
图2示出了根据本实用新型的谐振变换器的示意电路图。相比于图1 所示的传统谐振变换器，根据本实用新型的谐振变换器的主要特点在于谐振电感器Lr与变压器T的磁集成，即，谐振电感器Lr不再是分立的元件。
图3示出了图2中的磁集成变压器的一个示例。如图3所示，变压器包括磁芯以及绕组N1和N2。为了说明的目的，图中示出了EI型磁芯，在磁芯的“E”形部分和“I”形部分之间存在气隙Gap1，Gap2，Gap3。需要说明的是，本实用新型的磁芯并不限于“E-I”形状，本领域技术人员易于将本实用新型应用于其它形状的磁芯，只要该磁芯具有位于中间的中柱以及分别位于中柱两侧的两个侧柱。例如，本实用新型也可适用于 EE型磁芯。
绕组N1可被分为三个部分N1a，N1b和N1c，它们分别缠绕在“E”形磁芯的三个柱上。其中，绕组N1a和N1b是两个对称的电感绕组，分别缠绕在“E”形磁芯的两个侧柱上。绕组N1c用作变压器的初级绕组，缠绕在“E”形磁芯的中柱上。电感绕组N1a，N1b与初级绕组N1c彼此串联连接，共享同一磁芯，从而实现了谐振电感器的集成。
此外，绕组N2是变压器的次级绕组，其缠绕在“E”形磁芯的中柱上。共同缠绕在中柱上的初级绕组N1c和次级绕组N2形成互感关系。
图4示意性地示出了在图3所示的磁芯中产生的磁通量。如图4所示，在磁芯的每一侧的侧柱处，电感绕组N1a和N1b各自产生的磁通量φN1a 和φN1b方向相同，彼此叠加，从而产生串联感应电动势。而在磁芯的中柱处，电感绕组N1a和N1b各自产生的磁通量φN1a和φN1b方向相反，彼此抵消，因此不产生感应电动势。
另一方面，初级绕组N1c和次级绕组N2产生的磁通量在通过磁芯的两个侧柱时在电感绕组N1a和N1b上产生相同的感应电动势。在电感绕组N1a所缠绕的侧柱处，电感绕组N1a所产生的磁通量φN1a和初级绕组N1c所产生的磁通量φN1c方向相反，彼此完全抵消或部分抵消。在电感绕组N1b所缠绕的侧柱处，电感绕组N1b所产生的磁通量φN1b和初级绕组N1c所产生的磁通量φN1c方向相同，彼此叠加。随着励磁电流的变化，磁通量φN1c交替地作用在两个侧柱上。
基于以上，在磁芯的每一侧柱处，电感绕组N1a和N1b通过自感而产生谐振电感，因此设计者可以通过设计电感绕组而获得任意的谐振电感量。此外，电感绕组N1a，N1b与初级和次级绕组N1c，N2对于彼此产生的感应电动势为零，因此它们之间是去耦的。
图5和图6示出了等效电路图。在图5中，UN1a表示电感绕组N1a 的自感电动势，UN1b表示电感绕组N1b的自感电动势，UN1c表示初级绕组 N1c的自感电动势，Rg1表示气隙Gap1的等效磁阻，Rg2表示气隙Gap2 的等效磁阻，Rg3表示气隙Gap3的等效磁阻。可以通过以下数学式(1) 来表示等效磁阻Rg3上的等效电压降URg3：
URg3＝UN1b+UN1c-UN1a--(1)
此外，由于电感绕组N1a和N1b是对称的并且具有相同的匝数，所以可以进一步得到：
UN1a＝UN1b--(2)
URg3＝UN1c--(3)
在图6中，UN2表示次级绕组N2的互感电动势，RL表示输出负载阻抗。假设N1/N2表示初级绕组N1c和次级绕组N2的匝数比，则负载阻抗RL上的电压URL可以被表示如下：
URL＝N1/N2*UN1c--(4)
基于以上可见，初级绕组N1c和次级绕组N2之间具有互感关系，并且初级和次级绕组N1c，N2与电感绕组N1a，N1b之间是去耦的。
在本实用新型中，通过将谐振电感绕组与变压器绕组集成在同一个磁芯上，省去了一个磁芯，因此能够减小磁性组件的尺寸，并且减少磁芯的损耗。此外，由于本实用新型不是利用变压器的漏感而是通过电感绕组的自感来产生感应电动势，因此本实用新型在谐振电感方面不存在局限性，设计者可以根据实际需求通过适当地设置电感绕组来获得任意的谐振电感量。特别地，根据本实用新型的谐振变换器尤其适用于高功率密度、高效率的电源。
本实用新型的范围不限于以上结合附图详细描述的实施例以及技术效果。本领域技术人员应该理解的是，取决于设计要求和其他因素，在不偏离本实用新型的原理和精神的情况下，可以对本文中所讨论的实现方式进行各种修改或变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同方案来限定。
此外，本实用新型也可被配置如下。
(1).一种谐振变换器，包括磁集成变压器，所述磁集成变压器包括：
磁芯，所述磁芯具有中柱以及分别位于所述中柱两侧的第一侧柱和第二侧柱；
缠绕在所述中柱上的初级绕组(N1c)和次级绕组(N2)；以及分别缠绕在所述第一侧柱和所述第二侧柱上的第一电感绕组 (N1a)和第二电感绕组(N1b)，
其中，所述第一电感绕组、所述初级绕组、以及所述第二电感绕组串联连接，以形成顺次缠绕在所述第一侧柱、所述中柱以及所述第二侧柱上的一个整体绕组，
其中，所述第一电感绕组和所述第二电感绕组被布置成通过自感在所述第一侧柱和所述第二侧柱处产生感应电动势。
(2).根据上述的谐振变换器，其中，所述第一和第二电感绕组与所述初级和次级绕组之间是去耦的。
(3).根据上述的谐振变换器，其中，所述第一电感绕组和所述第二电感绕组被布置成：在所述第一侧柱和所述第二侧柱中的每一个侧柱处，所述第一电感绕组和所述第二电感绕组各自产生的磁通量彼此叠加，以产生所述感应电动势。
(4).根据上述的谐振变换器，其中，所述第一电感绕组和所述第二电感绕组被布置成：在所述中柱处，所述第一电感绕组和所述第二电感绕各自产生的磁通量彼此抵消，从而不产生感应电动势。
(5).根据上述的谐振变换器，其中，所述初级绕组和所述次级绕组被布置成：所述初级绕组和所述次级绕组产生的磁通量在所述第一电感绕组和所述第二电感绕组上产生相同的感应电动势。
(6)根据上述的谐振变换器，其中，所述初级绕组和所述次级绕组之间具有互感关系。
(7).根据上述的谐振变换器，其中，所述第一电感绕组和所述第二电感绕组彼此对称，并且具有相同的匝数。
(8).根据上述的谐振变换器，其中，所述磁芯是EI型磁芯或EE 型磁芯。
(9).根据上述的谐振变换器，还包括：对所述谐振变换器供电的电源；与所述磁集成变压器的初级侧连接的初级侧电路；以及与所述磁集成变压器的次级侧连接的次级侧电路。
(10).根据上述的谐振变换器，其中，所述初级侧电路包括：与所述电源连接的开关器件，以及连接在所述开关器件与所述磁集成变压器之间的谐振电容器，其中，所述次级侧电路包括整流二极管或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

Claims (10)

1.一种谐振变换器，其特征在于，包括磁集成变压器，所述磁集成变压器包括：
磁芯，所述磁芯具有中柱以及分别位于所述中柱两侧的第一侧柱和第二侧柱；
缠绕在所述中柱上的初级绕组(N1c)和次级绕组(N2)；以及
分别缠绕在所述第一侧柱和所述第二侧柱上的第一电感绕组(N1a)和第二电感绕组(N1b)，
其中，所述第一电感绕组、所述初级绕组、以及所述第二电感绕组串联连接，以形成顺次缠绕在所述第一侧柱、所述中柱以及所述第二侧柱上的一个整体绕组，
其中，所述第一电感绕组和所述第二电感绕组被布置成通过自感在所述第一侧柱和所述第二侧柱处产生感应电动势。
2.根据权利要求1所述的谐振变换器，其特征在于，所述第一和第二电感绕组与所述初级和次级绕组之间是去耦的。
3.根据权利要求1所述的谐振变换器，其特征在于，所述第一电感绕组和所述第二电感绕组被布置成：在所述第一侧柱和所述第二侧柱中的每一个侧柱处，所述第一电感绕组和所述第二电感绕组各自产生的磁通量彼此叠加，以产生所述感应电动势。
4.根据权利要求3所述的谐振变换器，其特征在于，所述第一电感绕组和所述第二电感绕组被布置成：在所述中柱处，所述第一电感绕组和所述第二电感绕各自产生的磁通量彼此抵消，从而不产生感应电动势。
5.根据权利要求1所述的谐振变换器，其特征在于，所述初级绕组和所述次级绕组被布置成：所述初级绕组和所述次级绕组产生的磁通量在所述第一电感绕组和所述第二电感绕组上产生相同的感应电动势。
6.根据权利要求1所述的谐振变换器，其特征在于，所述初级绕组和所述次级绕组之间具有互感关系。
7.根据权利要求1所述的谐振变换器，其特征在于，所述第一电感绕组和所述第二电感绕组彼此对称，并且具有相同的匝数。
8.根据权利要求1所述的谐振变换器，其特征在于，所述磁芯是EI型磁芯或EE型磁芯。
9.根据权利要求1所述的谐振变换器，其特征在于，还包括：
对所述谐振变换器供电的电源；
与所述磁集成变压器的初级侧连接的初级侧电路；以及
与所述磁集成变压器的次级侧连接的次级侧电路。
10.根据权利要求9所述的谐振变换器，其特征在于，所述初级侧电路包括：与所述电源连接的开关器件，以及连接在所述开关器件与所述磁集成变压器之间的谐振电容器，
所述次级侧电路包括整流二极管或金属氧化物半导体场效应晶体管。
CN201920805140.4U 2019-05-30 2019-05-30 谐振变换器 Active CN210201716U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201920805140.4U CN210201716U (zh) 2019-05-30 2019-05-30 谐振变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201920805140.4U CN210201716U (zh) 2019-05-30 2019-05-30 谐振变换器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN210201716U true CN210201716U (zh) 2020-03-27

Family

ID=69872570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201920805140.4U Active CN210201716U (zh) 2019-05-30 2019-05-30 谐振变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN210201716U (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI690952B (zh) 磁性元件及其適用之電源轉換裝置
US10498245B2 (en) Integrated magnetic component
US10958182B2 (en) Transformer and LLC resonant converter having the same
US8072785B2 (en) Switching power supply unit
EP2624260B1 (en) Forward converter with magnetic component
TW201911721A (zh) 電源轉換裝置
EP2264882A1 (en) Switching power supply unit
US20110063065A1 (en) Intergrated magnetic component
JP2009146955A (ja) 複合リアクトルおよび電源装置
JP2020109843A (ja) 磁気集積デバイス及びｄｃ−ｄｃ変換回路
CN111628656A (zh) 一种磁集成全桥llc谐振变换器
US8299881B2 (en) Transformer improved in leakage inductance
CN111010044B (zh) 一种磁集成双有源桥变换器
JP2009059995A (ja) 複合磁気部品
CN101860235B (zh) 磁集成变换电路系统
JP2004297994A (ja) 絶縁型スイッチングｄｃ／ｄｃコンバータ
CN210201716U (zh) 谐振变换器
JP2016213383A (ja) 磁気部品及びこれを用いた電源回路
CN111415803B (zh) 一种磁集成器件和dc-dc变换电路
CN112019053A (zh) 谐振变换器
JP7295914B2 (ja) 一体型コア本体を有する三相磁気アセンブリ
JP2001218457A (ja) Ｄｃ／ｄｃコンバータ
CN114496464B (zh) 电感器
CN210575456U (zh) 一种提高功率密度的集成磁性元件
Ouyang et al. Planar integrated magnetics design in wide input range DC-DC converter for fuel cell application

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant