CN217769886U - 一种磁集成组件、谐振变换器和电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁集成组件、谐振变换器和电源，其中，磁集成组件包括支架，包括底座和与底座一体设置的带有通孔的芯柱；第一磁芯、第二磁芯和第三磁芯，第一磁芯和第二磁芯分别自通孔两端的开口穿设于芯柱中，第一磁芯、第二磁芯与支架围合形成第一绕线空间，且第二磁芯位于远离底座侧；第三磁芯设置于第二磁芯上与第二磁芯围绕形成第二绕线空间；第一线圈绕组，位于第一绕线空间缠绕于芯柱上；第二线圈绕组，位于第二绕线空间，缠绕于第三磁芯上；其中，第一磁芯、第二磁芯、第一线圈绕组和支架形成主变压器，第二磁芯、第三磁芯和第二线圈绕组形成谐振电感；本实用新型中的谐振电感与主变压器共用第二磁芯能够有效节约成本。

Description

一种磁集成组件、谐振变换器和电源

技术领域

本实用新型电子电路技术领域，特别涉及一种磁集成组件、谐振变换器和电源。

背景技术

LLC软开关技术相比传统硬开关技术具有效率更优、体积更小型化的特点。其中，如图1所示，LLC软开关拓扑主要由功率开关上管Q1、下管Q2、谐振电容Cr、谐振电感Lr和主变压器上的励磁电感Lm构成。主变压器进行能量的传递，在工作室，主变压器的原边电压将被副边钳位，通过谐振电感Lr与谐振电容Cr的电压电流相互转换时电压过零来实现软开关。

其中，在电源设计中会将谐振电感外置，即谐振电感是一个单独的电感与主变压器分离，这样会使得变压器的设计非常灵活。但是，若单独制作一个谐振电感，会增加额外的材料成本。

因而现有技术还有待改进和提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种磁集成组件、谐振变换器和电源，通过将谐振电感与变压器集成设置，使得谐振电感与变压器共用磁芯以节约成本。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

本申请实施例提供一种磁集成组件，包括：

支架，包括底座和与底座一体设置的带有通孔的芯柱；

第一磁芯、第二磁芯和第三磁芯，第一磁芯和第二磁芯分别自通孔两端的开口穿设于芯柱中，第一磁芯、第二磁芯与支架围合形成第一绕线空间，且第二磁芯位于远离底座侧；第三磁芯设置于第二磁芯上与第二磁芯围绕形成第二绕线空间；

第一线圈绕组，第一线圈绕组位于第一绕线空间缠绕于芯柱上；

第二线圈绕组，第二线圈绕组位于第二绕线空间，缠绕于第三磁芯上；

其中，第一磁芯、第二磁芯、第一线圈绕组和支架形成主变压器，第二磁芯、第三磁芯和第二线圈绕组形成谐振电感。

本申请实施例还提供一种谐振变换器，包括上述的磁集成组件、谐振电容、开关模块和整流模块；磁集成式组件包括：主变压器和谐振电感，谐振电容与主变压器中的第一线圈绕组连接，主变压器中的第一线圈绕组还与谐振电感连接，谐振电感还与开关模块的输出端连接，主变压器中的第一线圈绕组还与整流模块连接；

开关模块用于根据外部控制信号输出驱动信号至主变压器；主变压器用于根据驱动信号将经过谐振电感的第一电压进行转换后输出第二电压至整流模块；整流模块用于将第二电压进行整流处理。

本申请实施例还提供一种电源，包括上述的谐振变换器。

相较于现有技术，本实用新型提供了一种磁集成组件、谐振变换器和电源，其中，磁集成组件通过将第一磁芯和第三磁芯分别作为主变压器和谐振电感的部分磁芯独立设置，而第二磁芯分别于第一磁芯和第三磁芯连接构成谐振电感和主变压器的共用磁芯部分，在结构上将谐振电感与变压器进行集成，而谐振电感与主变压器的感量独立。即本实用新型中通过将谐振电感与变压器集成设置，使得谐振电感与变压器共用磁芯以节约成本，并有利于磁集成组件的小型化设计。

附图说明

图1为现有的磁集成组件的原理图。

图2为本实用新型提供的磁集成组件的结构示意图。

图3为本实用新型提供的磁集成组件的截面主视图。

图4为本实用新型提供的磁集成组件的截面侧视图。

图5为本实用新型提供的磁集成组件中第一磁芯、第二磁芯和第三磁芯的结构示意图。

图6为本实用新型提供的磁集成组件的电路示意图。

图7为本实用新型提供的磁集成组件中第一线圈绕组和第二线圈绕组的分布示意图。

图8为本实用新型提供的谐振变换器的结构框图。

图9为本实用新型提供的谐振变换器的电路示意图。

具体实施方式

本实用新型的目的在于提供一种磁集成组件、谐振变换器和电源，通过将谐振电感与变压器集成设置，使得谐振电感与变压器共用磁芯，以节约成本。

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图2，本实用新型提供的一种磁集成组件包括支架1，包括底座11和与底座11一体设置的带有通孔的芯柱12；第一磁芯21、第二磁芯22和第三磁芯23，第一磁芯21和第二磁芯22分别自通孔两端的开口穿设于芯柱12中，第一磁芯21、第二磁芯22与支架围合形成第一绕线空间，且第二磁芯22位于远离底座11侧；第三磁芯23设置于第二磁芯22上与第二磁芯22围绕形成第二绕线空间；第一线圈绕组31和第二线圈绕组32，第一线圈绕组31位于第一绕线空间缠绕于芯柱12上；第二线圈绕组32位于第二绕线空间缠绕于第三磁芯23上，第一线圈绕组31与第二线圈绕组32连接电性连接；其中，第一磁芯21、第二磁芯22、第一线圈绕组31和支架1形成主变压器，第二磁芯22、第三磁芯23和第二线圈绕组32形成谐振电感。

具体的，支架1为立式主变压器骨架，采用该立式主变压器骨架可以进一步减小磁集成组件占用电源PCB板的面积，提高PCB板高功率密度，有利于节省电源空间，有利于电源小型化设计。

本实用新型中将第一磁芯21和第三磁芯23分别作为主变压器和谐振电感的部分磁芯独立设置，而第二磁芯22分别于第一磁芯21和第三磁芯23连接构成谐振电感和主变压器的共用磁芯部分，在结构上将谐振电感与变压器进行集成，而谐振电感与主变压器的感量独立。即本实用新型中通过将谐振电感与变压器集成设置，使得谐振电感与变压器共用磁芯以节约成本，并有利于磁集成组件的小型化设计。

其中，变压器和谐振电感的感量独立，在进行谐振变换器的设计时，不需要增加较大的气隙来实现抗饱和能力，变压器气隙越大靠近气隙处的损耗越大发热严重，在相同功率条件下满足安全工作温度要求就需要选用更大体积变压器，那么本实用新型中将谐振电感和变压器独立集成就弥补了这一缺陷使用更小体积的变压器就能获得相同功率输出，从而达到提高变压器利用率密度的目的。

在一些实施例中，第三磁芯23的厚度小于第二磁芯22或第一磁芯21的厚度，第三磁芯23的厚度为在第三磁芯23的边柱上靠近第三盖板的一侧指向远离该第三盖板的另一侧方向上的长度，第二磁芯22的厚度为在第二磁芯22的边柱上靠近第二盖板的一侧指向远离该第二盖板的另一侧方向上的长度，第一磁芯21的厚度为在第一磁芯21的边柱上靠近第一盖板的一侧指向远离该第一盖板的另一侧方向上的长度。

本申请中所涉及到的第一磁芯21、第二磁芯22和第三磁芯23可以选用PQ型磁芯。第三磁芯23可以是半片PQ型磁芯，第二磁芯22和第一磁芯21为整片PQ型磁芯，将第三磁芯这个半片PQ型磁芯作为盖板倒扣在第二磁芯22的第二盖板上，使得谐振电感与变压器集成在一起，并与主变压器共用第二磁芯22的第二盖板，以节约成本，同时有利于磁集成组件的小型化设计。

请参阅图3和图4，底座11沿两侧向外延伸设置有初级端子台111和次级端子台112，初级端子台111和次级端子台112均设置有金属端子40。其中，第一线圈绕组31包括初级线圈和次级线圈，初级线圈与初级端子台111上的金属端子40连接，次级线圈与次级端子台112上的金属端子40连接；第二线圈绕组32与初级端子台111上的金属端子40连接。

在一些实施例中，初级线圈包括至少一个原边线圈，次级线圈包括至少一个副边线圈。具体地，请参阅图5和图6，初级线圈包括第一原边线圈N1A、第二原边线圈N1B以及第三原边线圈N5，第一原边线圈N1A与第二原边线圈N1B连接；次级线圈包括第一副边线圈N3、第二副边线圈N2、第三副边线圈N4；沿着第一磁芯21向第二磁芯22的延伸方向，主变压器依次包括第一线圈层、第二线圈层、第三线圈层、第四线圈层。其中，第一线圈层放置第一原边线圈N1A，第二线圈层放置第一副边线圈N3和第二副边线圈N2，第三线圈层放置第三原边线圈N5和第三副边线圈N4，第四线圈层放置第二原边线圈N1B。

在设计该磁集成组件的绕线时，先绕制第一原边线圈N1A，之后增加一层胶带隔开，再绕第一副边线圈N3和第二副边线圈N2，第一副边线圈N3和第二副边线圈N2均绕制一层，之后增加一层胶带隔开，继续绕制第三原边线圈N5和第三副边线圈N4，增加一层胶带隔开，最后绕制第二原边线圈N1B，其中，将第一原边线圈N1A和第二原边线圈N1B串接起来构成三明治结构，主变压器的绕线完成。主变压器的绕线完成之后，在第三磁芯23上绕制第二绕组线圈N6，最后将半片磁芯也即第三磁芯23作为盖板倒扣在第二磁芯22上方点胶固定。磁集成组件工作时，谐振电感和主变压器共享第二磁芯22的第二盖板，将谐振电感和主变压器集成在一起能够达到减小电源布局空间的目的，有利于磁集成组件的小型化设计。

请一并参阅图7，第一磁芯21包括第一盖板211、第一边柱212、第二边柱213和第一中柱214，第一边柱212一端和第二边柱213的一端分别与第一盖板211的两端连接，第一中柱214的一端与第一盖板211的中部连接。其中，第一中柱214为圆柱状。在装配时，第一中柱214设置于支架1中带通孔的芯柱12中。第二磁芯22包括第二盖板221、第三边柱222、第四边柱223和第二中柱224，第三边柱222一端和第四边柱223的一端分别与第二盖板221的两端连接，第二中柱224的一端与第二盖板221的中部连接。

若第一磁芯21中设置有第一中柱214、第一边柱212和第二边柱213时，第一磁芯21和第二磁芯22中的第一中柱214和第二中柱224穿设于通孔中相贴合，相应的第一边柱212与第三边柱222贴合，第二边柱213与第四边柱223贴合。此时，支架1上的芯柱12与第一磁芯21和第二磁芯22的边柱形成第一绕组空间，第一线圈绕组31位于第一绕组空间缠绕设置在芯柱12上。

在一些实施例中，第三磁芯23包括第三盖板231、至少一个第五边柱232和第三中柱233，至少一个第五边柱232的一端与第三盖板231的侧边连接，第二中柱224与第三盖板231的中部连接，至少一个第五边柱232的另一端靠近第二盖板221，即第三磁芯23作为盖板倒扣在第二磁芯22上。如图7所示，第三磁芯23中包括两个第五边柱232，两个第五边柱232分别位于第三盖板231的两个侧。在装配时，将第三磁芯23倒扣在第二磁芯22上，相应的第三中柱233、两个第五边柱232与第二磁芯22上的第二盖板221贴合，以形成第二绕组空间。在制备绕组时，第二线圈绕组32则位于第二绕组空间缠绕在第三中柱233上。

在一些可能的示例中第一中柱、第二中柱和第三中柱可以是长方体，或者是其他各种形状的柱体，此处仅是举例说明，不做过多限制。

请参阅图8，本申请实施例还提供了一种谐振变换器，该谐振变换器包括上述的磁集成组件100、谐振电容200、开关模块300和整流模块400，磁集成式组件包括：主变压器120和谐振电感100，谐振电容200与主变压器120中的第一线圈绕组连接，主变压器120中的第一线圈绕组还与谐振电感110连接，谐振电感110还与开关模块300的输出端连接，主变压器120中的第一线圈绕组还与整流模块400连接；其中，第一线圈绕组包括初级线圈121和次级线圈122。具体地，谐振电感110、初级线圈121与谐振电容200依次串联连接，谐振电感110还与开关模块300的输出端连接，次级线圈122与整流模块400连接。

具体实施时，开关模块300用于根据外部控制信号输出驱动信号至主变压器120；主变压器120用于根据驱动信号将经过谐振电感110的第一电压进行转换后输出第二电压至整流模块400；整流模块400用于将第二电压进行整流处理。若将磁集成组件100设置在电源中，第一电压可以是PFC电路提供的PFC电压，而控制信号则可以是由LLC控制器提供的控制信号，该控制信号控制开关模块300的工作频率，进而驱动主变压器120将经过谐振电感110的第一电压转换为第二电压输出至整流模块400。本实施例中主变压器120起到将初级线圈121侧的高压经过隔离的方式传递到次级线圈122的低压侧，实现安全隔离。

其中，谐振电感110和主变压器120工作时，谐振电感110的线圈在第二磁芯22中的磁场线与主变压器120的线圈在第二磁芯22中的磁场线方向相反，两个磁场线方向相互抵消使得磁损降低。

在一些实施例中，初级线圈121包括第一原边线圈N1A、第二原边线圈N1B以及第三原边线圈N5，第一原边线圈N1A的一端与谐振电感110的一端连接，第一原边线圈N1A的另一端与第二原边线圈N1B的一端连接，第二原边线圈N1B的另一端与谐振电容200的一端连接，谐振电容200的另一端接地，谐振电感110线圈的另一端与开关模块300的输出端连接。次级线圈122包括第一副边线圈N3、第二副边线圈N2和第三副边线圈N4，第一副边线圈N3的一端与整流模块400连接，第一副边线圈N3的另一端与第二电压输出端连接，第二副边线圈N2的一端与第二电压输出端连接，第二副边线圈N2的另一端与整流模块400连接。

请参阅图9，开关模块300包括第一开关管M1、第二开关管M2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6；第一二极管D1的正极与第一电阻R1一端连接，第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端均与第一开关管M1的第一端连接，第二电阻R2的另一端和第一二极管D1的负极均与控制信号输入端(即G_HS信号端)连接，第一开关管M1的第二端与第一电压输入端连接，第一开关管M1的第三端与谐振电感110的一端连接，第一开关管M1的第三端还与第二开关管M2的第二端和第三电阻R3的另一端连接，第二开关管M2的第三端接地，第二二极管D2的正极与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的一端、第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端均与第二开关管M2的第一端连接，第五电阻R5的另一端和第二二极管D2的负极均与控制信号输入端(即G_LS信号端)连接，第六电阻R6的另一端接地。

其中，第一开关管M1和第二开关管M2均为MOS管，第一开关管M1的第一端为MOS管的栅极，第一开关管M1的第二端为MOS管的漏极，第一开关管M1的第三端为MOS管的栅极，第二开关管M2的第一端为MOS管的栅极，第二开关管M2的第二端为MOS管的漏极，第二开关管M2的第三端为MOS管的栅极。由G_LS信号端和G_HS信号端输入的控制信号控制第一开关管M1和第二开关管M2互补导通，谐振电感110与谐振电容200的电压电路相互转换，产生过零谐振实现软开关，使得主变压器120将电能从初级线圈121侧经过隔离的方式传递至次级线圈122侧。

在一些实施例中，整流模块400包括第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6，第三二极管D3的负极和第四二极管D4的负极均与第一副边绕组N3的一端连接，第三二极管D3的正极和第四二极管D4的正极均接地，第五二极管D5的负极和第六二极管D6的负极均与第二副边绕组N2的另一端连接，第五二极管D5的正极和第六二极管D6的正极均接地。其中，第三二极管D3和第四二极管D4构成一组二极管，第五二极管D5和第六二极管D6构成另一组二极管，两组二极管轮流导通对第二电压进行整流处理。

请继续参阅图9，在一些实施例中，谐振变换器还包括滤波模块500，滤波模块500与整流模块400连接，用于将经整流模块400进行整流处理的第二电压进行滤波处理。具体地，滤波模块500包括第一电容C1、电感L1和第二电容C2，第一电容C1的一端和电感L1的一端均与第二电压输出端连接，电感L1的另一端和第二电容C2的一端均接电，第二电容C2的另一端和第一电容C1的另一端均与五二极管的正极和第六二极管D6的正极连接。由第一电容C1和第二电容C2将整流模块400输出的第二电压进行滤波处理，以便于获得稳定的直流电压为设备供电。

本申请实施例还提供了一种电源，该电源包括上述谐振变换器，由于上文对该磁集成组件进行了详细说明，此处不再赘述。

综上，本实用新型提供的一种磁集成组件、谐振变换器和电源，其中，磁集成组件通过将第一磁芯和第三磁芯分别作为主变压器和谐振电感的部分磁芯独立设置，而第二磁芯分别于第一磁芯和第三磁芯连接构成谐振电感和主变压器的共用磁芯部分，在结构上将谐振电感与变压器进行集成，而谐振电感和主变压器之间的感量独立。即本实用新型中通过将谐振电感与变压器集成设置，使得谐振电感与变压器共用磁芯以节约成本，并有利于磁集成组件的小型化设计。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁集成组件，其特征在于，包括：

支架，包括底座和与所述底座一体设置的带有通孔的芯柱；

第一磁芯、第二磁芯和第三磁芯，所述第一磁芯和所述第二磁芯分别自所述通孔两端的开口穿设于所述芯柱中，所述第一磁芯、所述第二磁芯与所述支架围合形成第一绕线空间，且所述第二磁芯位于远离所述底座侧；所述第三磁芯设置于所述第二磁芯上与第二磁芯围绕形成第二绕线空间；

第一线圈绕组，所述第一线圈绕组位于所述第一绕线空间缠绕于所述芯柱上；

第二线圈绕组，所述第二线圈绕组位于所述第二绕线空间，缠绕于所述第三磁芯上；

其中，所述第一磁芯、所述第二磁芯、所述第一线圈绕组和支架形成主变压器，所述第二磁芯、所述第三磁芯和所述第二线圈绕组形成谐振电感。

2.根据权利要求1所述的磁集成组件，其特征在于，所述第一线圈绕组包括初级线圈和次级线圈，所述初级线圈包括至少一个原边线圈，所述次级线圈包括至少一个副边线圈。

3.根据权利要求2所述的磁集成组件，其特征在于，所述初级线圈包括第一原边线圈、第二原边线圈以及第三原边线圈；所述次级线圈包括第一副边线圈、第二副边线圈、第三副边线圈；沿着所述第一磁芯向所述第二磁芯的延伸方向，所述主变压器依次包括第一线圈层、第二线圈层、第三线圈层、第四线圈层。

4.根据权利要求3所述的磁集成组件，其特征在于，所述第一线圈层放置所述第一原边线圈，所述第二线圈层放置所述第一副边线圈和所述第二副边线圈，所述第三线圈层放置所述第三原边线圈和所述第三副边线圈，所述第四线圈层放置所述第二原边线圈。

5.根据权利要求3或4所述的磁集成组件，其特征在于，所述第一原边线圈与所述第二原边线圈连接。

6.根据权利要求1所述的磁集成组件，其特征在于，所述第一磁芯包括第一盖板、第一边柱、第二边柱和第一中柱，所述第一边柱一端和所述第二边柱的一端分别与所述第一盖板的两端连接，所述第一中柱的一端与所述第一盖板的中部连接；

所述第二磁芯包括第二盖板、第三边柱、第四边柱和第二中柱，所述第三边柱一端和所述第四边柱的一端分别与所述第二盖板的两端连接，所述第二中柱的一端与所述第二盖板的中部连接；

所述第三磁芯包括第三盖板、至少一个第五边柱和第三中柱，所述至少一个第五边柱的一端与所述第二盖板的侧边连接，所述第二中柱与所述第三盖板的中部连接。

7.根据权利要求6所述的磁集成组件，其特征在于，所述至少一个第五边柱的另一端靠近所述第二盖板。

8.根据权利要求1所述的磁集成组件，其特征在于，所述底座沿两侧向外延伸设置有初级端子台和次级端子台，所述初级端子台和所述次级端子台均设置有金属端子，所述第二线圈绕组与所述初级端子台上的金属端子连接。

9.一种谐振变换器，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的磁集成组件、谐振电容、开关模块和整流模块；所述磁集成组件包括：主变压器和谐振电感，所述谐振电容与所述主变压器中的所述第一线圈绕组连接，所述主变压器中的所述第一线圈绕组还与所述谐振电感连接，所述谐振电感还与所述开关模块的输出端连接，所述主变压器中的所述第一线圈绕组还与所述整流模块连接；

所述开关模块用于根据外部控制信号输出驱动信号至所述主变压器；所述主变压器用于根据所述驱动信号将经过所述谐振电感的第一电压进行转换后输出第二电压至所述整流模块；所述整流模块用于将所述第二电压进行整流处理。

10.一种电源，其特征在于，包括如权利要求9所述的谐振变换器。

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