JP2023504037A - セグメント化された巻線を有する電力変換器 - Google Patents

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Abstract

セグメント化された巻線を有する電力変換器が提供される。磁気コア（３）と、前記磁気コア（３）の周りに配置された少なくとも１つの１次巻線（５１）と少なくとも１つの２次巻線（５２）とを含む変圧器又は単巻変圧器を含む。少なくとも１つのフルターンを有する、一次巻線及び／又は二次巻線は、直列に接続され、それぞれ対向して配置され、磁気コアの両側に面し、４つのセグメントに分割されるセル（４）を規定する、少なくとも１つの電力スイッチ（１０）及び少なくとも１つのキャパシタ（１２）を含み、前記４つのセグメントは、前記少なくとも１つのスイッチを含む第１のセグメント（２３）、前記少なくとも１つのキャパシタを含む第２の対向するセグメント（２４）、及び第１のセグメントと第２のセグメントとの間に電気接続を提供する２つの他の接続セグメント（２１、２２）であり、前記２つの他の接続セグメントのそれぞれは反対の電気極性を有する。【選択図】 図１６Ｄ

Description

本発明は一次ポートを二次ポートに接続することが意図された変圧器又は単巻変圧器（又は、オートトランスフォーマー／Autotransformer）を含む電力変換器の分野に関し、一次ポートはＤＣエネルギー源又はＡＣエネルギー源を含み、二次ポートはＤＣ負荷又はＡＣ負荷を含み、電力はエネルギー源及び負荷を交換するだけで双方向に流れることができる。
本発明は変圧器又は単巻変圧器の磁気コアの周りに巻かれた巻線の少なくとも１つのターン、少なくとも１つのスイッチ及び対向して配置された少なくとも１つのキャパシタにおける集積（又は、統合）に基づいており、それによって、少なくとも１つのターンを４つの区別されたセグメントに分割又は分離する、すなわち、セグメント化された巻線を提供する。
負荷は、更に集積され、磁気コア内に収容され、磁気コアは少なくとも１つのスイッチ及び少なくとも１つのキャパシタを少なくとも両側に有するセグメント化された巻線によって囲まれる。
本発明では、「セル」という用語が、直列に接続され、それぞれ互いに対向して配置され、磁気コアの両側に面する、少なくとも１つのパワー（又は、電力／power）スイッチと少なくとも１つのキャパシタとを組み込んだ変圧器又は単巻変圧器の巻線／コイルの完全な（complete）／フル（又は、完全な／full）のターン（又は、巻き／turn）を指すために使用される。巻線は、一次巻線又は二次巻線のいずれであってもよい。
本発明において、導体要素（又は、素子／element）は、Ｃｕ、Ｃｕ合金等のような任意の種類の導電性材料とすることができる。
欧州特許出願公開第１５３６４３５号明細書は、開口部（又は、アパーチャ／aperture）を有する回路基板を開示している。それぞれ別々の磁束経路が前記開口部のうちの少なくとも１つを通過し、内部空間を取り囲む閉ループを形成する。前記磁束経路は、透磁性コアピース内に位置する部分を含む。少なくとも２つの磁束経路は、回路基板内に直線が存在するように配向され、該回路基板は該経路に含まれる前記開口部のいずれをも通過せずに、前記２つの磁束経路の前記内部空間を通過する。導電性の一次巻線は、透磁性経路の前記内部空間を通過する第１のセグメントと、前記内部空間の外側に位置する第２のセグメントとを有する。２つ又はそれ以上の導電性の二次巻線がある。
Ｒｏｍｐｏｗｅｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．社のＩｏｎｅｌ Ｄａｎ Ｊｉｔａｒｕは技術論文「より高効率な磁性物質のためのイネーブラとしてのＧａＮ技術」（“GaN Technology as an enabler for Higher Efficiency Magnetics”）において、いくつかのスイッチングトポロジーを開示し、変圧器における漏れインダクタンスに言及して、９ページにおいて、「いくつかの用途において、漏れインダクタンスに加えるために、付加的な誘導要素が一次巻線と直列に配置される」と示すが、一次巻線又は二次巻線のターン内にスイッチ又はキャパシタを含むことについてのいかなるヒントも提供しない。
米国特許出願公開第２０２０／０３５０１１７号明細書は、複数のコアレッグと漏洩コアレッグとを含む磁気コアであって、前記漏れコアレッグは前記変圧器の漏れインダクタンスを制御するために前記複数コアレッグの間に配置された、該磁気コアと、一次巻線と複数の二次巻線とを備える平面巻線構造であって、前記一次巻線と前記複数の二次巻線とがマトリックス変圧器の前記漏れインダクタンスを更に制御するために前記複数のコアレッグの周囲に多数の（又は、いくつかの／a number of）ターンで延び（又は、張られ／extending）、前記漏洩コアレッグの周囲にターンがない、該平面巻線構造とを備える、変圧器に言及する。図２の例では単一の磁気コアに集積することができるマトリクス変圧器２００が要素変圧器２１１～２１４を含み、二次側の巻線Ｓ１～Ｓ８の各々は直列接続された同期整流器ＳＲ及びキャパシタＣを含む。
米国特許出願公開第２０１５／０２５６０８７号明細書は、二重（又は、デュアル／dual）トランス及び少なくとも２つの一次スイッチングデバイスと、二次側に少なくとも２つの同期整流器とを備えたソフトスイッチング変圧器であって、前記一次スイッチングデバイスのぞれぞれは対応する同期整流器がオンになっているときにオフになる、該変圧器を開示している。先行技術のトポロジーのゼロ電圧スイッチングにおける大きな漏れインダクタンスの使用は、追加の磁気要素なしで、ゼロ電流で整流器手段をターンオフし、ゼロ電圧で一次スイッチをターンオンする、一次及びその上二次においてソフトスイッチングを有することを避ける。磁気コアの周りに配置された変圧器Ｔｒ１、Ｔｒ２のいずれかの二次巻線は直列に接続されたスイッチＳＲ１、ＳＲ２及びキャパシタＣ１、Ｃ２を含む（図３Ｂ参照）
米国特許出願公開第２０１８／００２７８１７号明細書電は第１の一次巻線を有する第１の一次回路と、第２の一次巻線を有する第２の一次回路と、前記第１の一次巻線及び第２の一次巻線と直列に結合されたインダクタ巻線を有するインダクタと、前記第１の一次回路に対応し、直列に結合された第１及び第２の二次巻線を有する第１の二次回路と、前記第２の一次回路に対応し、直列に結合された第３及び第４の二次巻線を有する第２の二次回路と、磁気コア構造とを含む、電力変換装置を明かす。磁気コアの周囲に配置され、１つのターン平坦導体巻線（図１１参照）を備える二次巻線Ｓ１～Ｓ８（図２参照）は、対応するスイッチング制御信号に従って動作するスイッチＳＲ１～ＳＲ８（例えばトランジスタであり得る）と、少なくとも２つのセグメントにおいてターンを直列に分割して接続される出力キャパシタＣ１～Ｃ８（図１１参照）とを含む。
発明の簡単な説明
本発明は磁気コアを取り囲む巻線のセグメント化を提案し、巻線は電力変換器の変圧器又は単巻変圧器の一部であり、巻線はセルを規定する少なくとも１つのフルターンを含み、少なくとも１つのセルは、直列に接続され、それぞれ互いに対向して配置され、磁気コアの両側に面する、少なくとも１つのスイッチと少なくとも１つのキャパシタとを組み込んだものを含む。このようにして、セルは４つのセグメントに分割され、それらのうちの２つは、それぞれ互いに対向して配置され、組み込まれた、前記少なくとも１つのスイッチと前記少なくとも１つのキャパシタとを集積し、他の２つのセグメントは反対の電気極性を有し、組み込まれた構成要素を有する前記セグメントの電気的な接続要素として作用する。
直列に接続され、磁気コアを取り囲む反対の電気極性で互いに対向する２つの接続セグメントを有する１つ又は複数のスイッチ及び１つ又は複数のキャパシタをそれぞれ反対側に有するセル内のそのような配置は、以下を可能にする：
－ 少なくとも１つのセルによって囲まれた磁気コアの開口部に負荷を挿入し、この少なくとも１つのセルの反対極性のセグメントからこの負荷を供給すること、
－ 複数の相互接続されたセルを含むコンパクトな２Ｄ又は３Ｄ空間構造を生成すること、
－ コンパクトな複数の相互接続されたセルを含むコンパクトな２Ｄ又は３Ｄ空間構造を生成すること、ここでセルのうちの少なくともいくつかは、磁路を共有するか、又はセルに通電される（又は、エネルギーが与えられる／energized）一次巻線を共有する。
本発明による巻線はいくつかのセルを含むことができ、各セルは少なくとも１つのスイッチ及び少なくとも１つのキャパシタを含み、更に、セルは並列に接続され、それによって、電力変換器の電流能力を調節することができる、すなわち、調整可能である。
特定の好ましい実施形態では、電力変換装置が異なるセルが異なる磁路を取り囲む、複数の相互接続されたセルと関連する磁気コアグリッドを含む。磁気コアグリッドは複数の開口部を含み、その一部は相互接続されたセルのうちの１つに係るキャパシタを含み、キャパシタは開口部の側部に配置され（開口部は、１つ又は複数のキャパシタを含むことができる）、キャパシタ（複数可）を有するこれらの開口部が負荷を更に収容する。磁気コアグリッドは他の隣接する開口部内に、キャパシタを有する前記セルのパワースイッチを更に含み、パワースイッチは前記他の隣接する開口部の側部に配置される。
開口部の側部のうちの１つに少なくとも１つのキャパシタを有する開口部内に収容される引用された負荷は、磁気グリッドコアの上及び下に配置された導電性プレートからエネルギーを受け取る。
本発明はまた、電力変換器の少なくとも一部のためのいくつかの構造的な実施形態にも関する。例示的な実施形態では、少なくとも１つのスイッチを含む前記少なくとも１つのセルの１つのセグメントが第１の電子基板に集積され、少なくとも１つのキャパシタを含むセルの第２のセグメントは第２の電子基板に集積され、引用された２つのセグメントの電気接続を提供するセルのセグメントは少なくとも部分的に、電子基板のいずれかに、又は独立した部品として配置される。
本発明の他の特徴は、特定の実施形態を参照して、以下の本発明の説明において説明される。
図１は従来技術による、磁束経路を示す磁気コアを模式的に示す図である。
図２は図１の磁気コアを模式的に示したものであり、磁束と数個のセル（各々が１つのフルターン（又は、全巻線／full turn）を含む）を示しており、セルは磁路の一部の周囲に磁気コアを取り囲んで配置されている。
図３は本発明の教示による２つの巻線を含む磁気コアを有する一実施形態を示し、巻線の各々は、対向して配置されたパワースイッチ及びキャパシタを有する少なくとも１つのセルと、パワースイッチ及びキャパシタを有さないか又は持たない２つの他の巻線とを含む。本発明の１つのセルを含む巻線の１つは、パワースイッチ及びキャパシタを持たない巻線の１つを取り囲む。
図４は例えば変圧器の巻線がＥ型磁気コアで囲まれた平面巻線構造の電力変換器の実施形態を概略的に示す図である。スイッチを集積するセグメントを含む巻線は磁気コアの一方の側に配置され、キャパシタを含むセグメントは磁気コアの反対側に配置され、接続セグメントはそれぞれスイッチ及びキャパシタを含む前記セグメント間の電気接続を提供する。
図５は少なくとも１つのスイッチを含む第１の横方向セグメントと、導体要素によって構成される上部セグメントと、少なくとも１つのキャパシタを含む第１の横方向セグメントに対向する第２の横方向セグメントと、導体要素によって構成される下部セグメントとを含み、前記上部及び下部接続セグメントのそれぞれが、反対の電気極性を有する導体要素を有する、４つの接続セグメントから構成されるセルＡの実施形態を概略的に示す。
図６は、第２のセルが磁路と、例えば前のセルＡとの両方を取り囲む、別のセルの実施形態を概略的に示す。
図７は隣接するセル間の接続を可能にする導体要素を更に含み、このセルの実施形態が導体要素と磁路を取り囲む、図５のセルの実施形態のような別のセルの実施形態を概略的に示す。
図８は、一次巻線に係るコイルの形態の巻線と、電気導体要素によって並列に接続され、電力変換器の二次巻線に係るいくつかのセルとによって囲まれた磁気コアを概略的に示す。
図９Ａは電力変換器の従来技術の電気回路を概略的に示す図である。
図９Ｂは従来技術の右側の回路から出発して、変圧器の二次巻線を２つの接続セグメントに分割し、２つの残りのセグメントに、反対に、互いに直接対向するスイッチ及びキャパシタを有することによって、本発明の提案がどのように達成されるかを概略的に示す。
図９Ｃは負荷に関連した磁気コアを取り囲むセルを概略的に示す図であり、図９Ｄは前述の実施形態で示されたように、導電性プレートによって並列に接続された２つのセルを示す図である。
図１０は４つの接続されたセグメント、すなわち、１つのスイッチを含む第１の横方向セグメントと、導体要素によって構成される接続セグメントと、１つのキャパシタを含む第１の横方向セグメントに対向する第２の横方向セグメントと、導体要素によって構成される接続セグメントとを含み、前記接続セグメントの各々が反対の電気極性を有する、１つのセル４のみを有する実施形態を概略的に示す。
図１１は複数のスイッチ及びキャパシタを有する空間構造を形成する本発明の原理を実装し、本実施形態において実施される導体要素を上部及び下部の導電性プレートによって実装した配置を概略的に示す。
図１２は、図１０に開示された実施形態のような実施形態を斜視簡略拡大図で示す。
図１３は図１１の実施例の構成を用いた実施例を概略的に示しており、多数のセルが磁気コアを取り囲み、セルは逆の電気極性を有する導電性プレートによって接続されている。
図１４は本発明の電力変換器の変圧器の１つの巻線の別の実施形態であって、磁気コアの周囲に数個のセルと、スイッチ及びキャパシタを持たない巻線とを有する、別の実施形態である。
図１５Ａ～１５Ｅは、磁気コアが、中央部分を共有する接続セグメントを提供する導体要素を取り囲む、実施形態のいくつかの部分を斜視的かつ概略的に示す。
図１６Ａは磁気コアグリッド状の磁気コアの斜視図である。
図１６Ｂは磁気コアグリッドの開口部のいくつかの側部を取り囲み、これらの開口部側部に少なくとも１つのキャパシタ又は少なくとも１つのスイッチを設けるいくつかのセルを有する引用された磁気コアグリッドを示す図である。
図１６Ｃは図１６Ｂに対応し、磁気コアグリッドのいくつかの開口部の内側に収容され（すべての開口部が負荷を収容するわけではない）、更に、構成要素（セル及び負荷）間の電気接続を可能にするために、上側及び下側の導電性プレートを更に含む、いくつかの負荷を示す。
図１６Ｄは図１６Ｃに対応しており、複数のスイッチ及びキャパシタのさらなる配置を示すとともに、負荷、スイッチ及びキャパシタ間の相互関係を示す磁気コアグリッドの拡大された部分を有し、後者は負荷を取り囲んでいる。
図１７Ａ及び図１７Ｂは１つのセル（例えば、変換器の二次巻線及び出力）を含む電力変換器の可能な構成構造を斜視図で示す。この場合、セルは、そのセルによって取り囲まれ、複数のターンを有する一次巻線によって通電される。セルは、多数のスイッチと、別の多数のキャパシタとを含む。
図１７Ｃは図１７Ａ及び図１７Ｂに記載されたものとして、２つの独立したセットアップを含む電力変換器の可能な構成構造を斜視図で示す。
図１７Ｄは一次巻線が２つのセットアップによって共有され、したがって、両方のセットアップを同時に通電する共通の一次電流が存在する、図１７Ｃに記載された構造のような可能な構成構造を斜視図で示す。
図１７Ｅは斜視図で前記セットアップが２Ｄマトリクス内に、さらには３Ｄキューブ内に配置され得、一次巻線を共有し、したがって、同じ共通電流によって通電される可能性を有する、図１７Ａ～１７Ｄに記載されるような多数のセットアップを示す。
いくつかの実施形態の詳細な説明
本発明の原理は電力変換器２の一次巻線５１又は二次巻線５２を図示する図１０、図１１及び図１２を参照してより良く理解することができる（このような電力変換器２の可能な回路配置はそれを実施する図９Ｂに示されている）。そのような電力変換器の１つは磁気コア３と、磁気コア３の周りに配置された一次巻線５１及び二次巻線５２とを含む変圧器又は単巻変圧器を含み、前記少なくとも１つの一次巻線５１及び前記少なくとも１つの二次巻線５２の両方は１つのフルターンを含む少なくとも１つのセル４を有する。本発明によれば、一次巻線５１及び／又は二次巻線５２の少なくとも１つのセル４は互いに対向して配置され、磁気コア３の反対側（又は、両側）に面する少なくとも１つのキャパシタ１２及び少なくとも１つのパワースイッチ１０を含み、それによって、セル４は４つのセグメント、すなわち、前記少なくとも１つのスイッチ１０を含む第１のセグメント２３と、前記少なくとも１つのキャパシタ１２を含む第２の直接対向するセグメント２４と、第１のセグメント２３及び第２のセグメント２４と、第１のセグメント２３と第２のセグメント２４との間に電気接続を提供することを目的とする他の接続セグメント２１、２２とに分割され、他の接続セグメント２１、２２のそれぞれは反対の電気極性を有する（この点に関して、図１０の図を参照）。
本発明の一般的な実施態様では、電力変換器２の変圧器又は単巻変圧器の一次巻線５１及び／又は二次巻線５２がいくつかのセル４（図２参照）を含み、各セル４は示されるように空間的に配置された１つ又は複数のキャパシタ１２と１つ又はいくつかのスイッチ１０を含み、同じ巻線５１、５２に属する（又は、関係する）セル４は並列に接続され、それによって電力変換器２の電流能力は調整可能である。１つのセル４に集積されるスイッチ１０又はキャパシタ１２の数は、任意の数であってよく、等しくなくてもよい。
スイッチ１０及びキャパシタ１２のこのような配置は磁気コア３の両側で対向しており、互いに対向しているので、その間、及び磁気コア３に隣接して負荷４１を挿入することができ、また、異なる電気極性を有する接続セグメント２１、２２からその負荷４１を供給することができる。
図１７Ａ乃至図１７Ｃに示すように、磁気コア３は、図示の実施形態では磁気コア３がいくつかのスイッチ１０を含む１つのセグメント２３を取り囲むように、異なる構成を採用することができる。
代替の実施形態では、磁気コアがいくつかのキャパシタ１２を備える１つのセグメント２４の周囲に延在する。
更に別の実施形態では、磁気コアが後述する図１５Ａ～１５Ｅの実施形態におけるように、スイッチ１０及びキャパシタ１２をそれぞれ含むセグメント２３及び２４の間に電気接続を提供する接続セグメント２１、２２を取り囲むことができる。
図３に示す実施形態では、磁気コア３が更に、パワースイッチ１０及びキャパシタ１２を持たない付加的な巻線６０を含む。
図４はＥ型磁気コア３に囲まれたスイッチ１０を含むセグメント２３と、Ｅ型磁気コア３にも囲まれ、スイッチ１０に対向して配置されたキャパシタ１２を含むセグメント２４とを有する電力変換器２の実施形態を示しており、スイッチ１０を有するセグメント２３とキャパシタ１２を有するセグメント２４とは、磁気コア３の各窓の空間を通る導体と接続されている。
図５は、セル４が４つのセグメント２１、２２、２３及び２４から構成され、少なくとも１つのスイッチ１０を集積する第１の横方向セグメント２３と、少なくとも１つのキャパシタ１２を集積する第２の横方向セグメント２４とを含み、これら２つのセグメント２３、２４が互いに対向し、磁気コア３の両側に配置され、上部セグメント２１及び下部セグメント２２が第１のセグメント２３と第２のセグメント２４との間に電気接続を提供する導体要素によって構成された、セル４の実施形態を概略的に示す。
図６は電力変換器２の一次巻線５１又は二次巻線５２のいずれかに関連する（又は、属する）セル４が別の巻線のセル４を取り囲み、それによって磁気要素の漏れエネルギー及び漏れインダクタンスが調整可能である特定の空間配置を概略的に示す。
図７は隣接するセル４（図８参照）間の電気接続を可能にする導体要素１１を更に含む、図５のセルの実施形態のような別のセル４の実施形態を概略的に示す。このセル４の実施形態は導体要素１１と磁気コア３の磁路とを包含する。
図８は、並列に接続され、電力変換器２の変圧器又は単巻変圧器の二次部分５２を形成する一次の巻線６０（コイルの形態）及びいくつかのセル４によって囲まれた磁気コア３を概略的に示す。セル４は、（図７に示されるように）導体要素１１によって電気的に接続される。この実施形態では、異なる巻線６０及び５２のターンがインターリーブされ、それによって磁気要素の漏れエネルギー及び漏れインダクタンスが調節可能である。
図９Ｂは、先行技術（図９Ａ）に関して、変圧器の二次巻線５２が２つの部分に分割され、回路のスイッチ１０及びキャパシタ１２が対向して配置され、セル４と、２つの分割された巻線から供給される負荷４１とを提供する、本発明の実施形態を示す。図９Ｃでは、セル４の４つのセグメント２１、２２、２３、及び２４によって囲まれた磁気コア３が示されている。構造の更なる発展は、２つのセル４が２つの導電性プレート４２及び４３によって並列に接続されている図９Ｄに現れる。
図１５Ｂ及び図１５Ｃは、磁気コア３（図１５Ａ参照）が、それら（接続セグメント２２）のそれぞれも細長い接続部分によって作られた対応する外側接続セグメント２１に対向する２つの取り付けられた接続セグメント２２を提供する内側の細長い連結部分を取り囲んで配置されている実施形態の異なる部品を斜視図で示している。引用された細長い部分の各々は通路７５を含み、この通路を通って、本発明によるスイッチ１０及びキャパシタ１２を対向して含んで（図１５Ｅ参照）巻線５１、５２が形成されるように電気接続片７６が伸びる。
図１６Ａ～１６Ｄは、いくつかの相互接続されたセル４が異なる磁路を包含する実施形態を示す。図１６Ｄによれば、拡大部分を見ると、磁気コア３は複数の開口部４０を有する磁気コアグリッド１３を備え、そのうちのいくつかは前記相互接続されたセル４のうちの１つに係るキャパシタ１２を含み、キャパシタ１２は開口部４０の側部に配置される（１つ又は複数のキャパシタ１２を含むことができる）。キャパシタ１２を備えた開口部４０は更に、負荷４１（電子半導体回路であり得る）を収容し、磁気コアグリッド１３は他の隣接する開口部４０内に、他の隣接する開口部４０の側部に配置された、前記相互接続されたセル４のパワースイッチ１０を更に含む。図１６Ｄに示すように、負荷４１は反対の電気極性を有する導電性プレート４２、４３からエネルギーを受け取り、前記導電性プレート４２、４３の間に挟まれた磁気コアグリッド１３のアセンブリを形成する。この磁気コアグリッド１３のアセンブリは、電子基板又は多層電子スタックに集積されている。代替の実施形態では、磁気コアグリッド１３のアセンブリが電子半導体回路内に集積される。
図１７Ａ及び図１７Ｂは、セル４の複数のスイッチ１０が第１の電子基板７１に集積され、同じセル４の複数のキャパシタ１２が第２の電子基板７２に集積され、巻線のセル４が電子基板７１、７２のうちの１つ、又はそれらの間に含まれる（先に図６に示されたように）別の独立した巻線６０を包含する、１つの建設的な実施形態を斜視図及び概略図で示す。
図１７Ｃ及び１７Ｄは並列に接続された２次巻線の多数のセル４を含む電力変換器２の一部を斜視図で示しており、２次巻線は、セル４の一部又はすべては、参照符号６０によって示されているように、各々の１次巻線によって通電される構造に配置されている。
図１７Ｄの代替実施形態では、いくつかのセル４又はそれらの全てはセル４の二次巻線内の誘導電流に対して垂直又は平行な電流ループを生成する参照符号６０によって示される、単一の一次巻線の共通電流によって同時に通電される。
図１７Ｅは、空間のいくつかの相対位置に３Ｄ構造で配置された並列に接続された、二次巻線の多数のセル４を有する別の実施形態を示す。図１７Ｄの前述の実施形態と同様に、そのセル４は、それらの各々に関連する１つの一次巻線によって通電され得るか、又はセル４の二次巻線内の誘導電流に対して垂直又は平行な電流ループを生成する参照符号６０によって示される、単一の一次巻線の共通電流によって同時に通電され得る。
米国特許出願公開第２０２０／０３５０１１７号明細書は、複数のコアレッグと漏洩コアレッグとを含む磁気コアであって、前記漏れコアレッグは前記変圧器の漏れインダクタンスを制御するために前記複数コアレッグの間に配置された、該磁気コアと、一次巻線と複数の二次巻線とを備える平面巻線構造であって、前記一次巻線と前記複数の二次巻線とがマトリックス変圧器の前記漏れインダクタンスを更に制御するために前記複数のコアレッグの周囲に多数の（又は、いくつかの／a number of）ターンで延び（又は、張られ／extending）、前記漏洩コアレッグの周囲にターンがない、該平面巻線構造とを備える、変圧器に言及する。図２の例では単一の磁気コアに統合することができるマトリクス変圧器が要素変圧器を含み、二次側の巻線の各々は直列接続された同期整流器及びキャパシタを含む。
米国特許出願公開第２０１５／０２５６０８７号明細書は、二重（又は、デュアル／dual）トランス及び少なくとも２つの一次スイッチングデバイスと、二次側に少なくとも２つの同期整流器とを備えたソフトスイッチング変圧器であって、前記一次スイッチングデバイスのぞれぞれは対応する同期整流器がオンになっているときにオフになる、該変圧器を開示している。先行技術のトポロジーのゼロ電圧スイッチングにおける大きな漏れインダクタンスの使用は、追加の磁気要素なしで、ゼロ電流で整流器手段をターンオフし、ゼロ電圧で一次スイッチをターンオンする、一次及びその上二次においてソフトスイッチングを有することを避ける。磁気コアの周りに配置された変圧器のいずれかの二次巻線は直列に接続されたスイッチ及びキャパシタを含む（図３Ｂ参照）
米国特許出願公開第２０１８／００２７８１７号明細書電は第１の一次巻線を有する第１の一次回路と、第２の一次巻線を有する第２の一次回路と、前記第１の一次巻線及び第２の一次巻線と直列に結合されたインダクタ巻線を有するインダクタと、前記第１の一次回路に対応し、直列に結合された第１及び第２の二次巻線を有する第１の二次回路と、前記第２の一次回路に対応し、直列に結合された第３及び第４の二次巻線を有する第２の二次回路と、磁気コア構造とを含む、電力変換装置を明かす。磁気コアの周囲に配置され、１つのターン平坦導体巻線（図１１参照）を備える二次巻線（図２参照）は、対応するスイッチング制御信号に従って動作するスイッチ（例えばトランジスタであり得る）と、少なくとも２つのセグメントにおいてターンを直列に分割して接続される出力キャパシタ（図１１参照）とを含む。
図１７Ｅは、空間のいくつかの相対位置に３Ｄ構造で配置された並列に接続された、二次巻線の多数のセル４を有する別の実施形態を示す。図１７Ｄの前述の実施形態と同様に、そのセル４は、それらの各々に関連する１つの一次巻線によって通電され得るか、又はセル４の二次巻線内の誘導電流に対して垂直又は平行な電流ループを生成する参照符号６０によって示される、単一の一次巻線の共通電流によって同時に通電され得る。
下記は、本願の出願当初に記載の発明である。
＜請求項１＞
磁気コア（３）と、前記磁気コア（３）の周りに配置された少なくとも１つの一次巻線（５１）と少なくとも１つの二次巻線（５２）とを含む変圧器又は単巻変圧器を備える電力変換器（２）であって、
前記一次巻線（５１）及び／又は前記二次巻線（５２）は、直列に接続され、それぞれ互いに対向して配置され、磁気コア（３）の反対側に面する少なくとも１つのパワースイッチ（１０）及び少なくとも１つのキャパシタ（１２）を含む、少なくとも１つのフルターンを有し、４つのセグメントに分割されるセル（４）を規定し、前記４つのセグメントは、前記少なくとも１つのスイッチ（１０）を含む第１のセグメント（２３）、前記少なくとも１つのキャパシタ（１２）を含む第２の対向するセグメント（２４）、及び第１のセグメント（２３）と第２のセグメント（２４）との間に電気接続を提供する２つの他の接続セグメント（２１、２２）であり、前記２つの他の接続セグメント（２１、２２）のそれぞれは反対の電気極性を有する、電力変換器。
＜請求項２＞
前記磁気コア（３）は、少なくとも１つのスイッチ（１０）を備える１つのセグメント（２３）を取り囲むか、少なくとも１つのキャパシタ（１２）を備える１つのセグメント（２４）を取り囲むか、又は、前記接続セグメント（２１、２２）の１つを取り囲み、前記少なくとも１つのセル（４）の電気接続を提供する、請求項１に記載の電力変換器（２）。
＜請求項３＞
前記一次巻線（５１）及び／又は二次巻線（５２）はいくつかのセル（４）を含み、各セル（４）は少なくとも１つのスイッチ（１０）及び少なくとも１つのキャパシタ（１２）を含み、同じ巻線に属するセル（４）は並列に接続される、請求項１に記載の電力変換器（２）。
＜請求項４＞
前記磁気コア（３）は、パワースイッチ（１０）及びキャパシタ（１２）を持たない少なくとも別の巻線（６０）を更に含む、請求項１～３のいずれかに記載の電力変換器（２）。
＜請求項５＞
前記いくつかのセル（４）の前記少なくとも１つのスイッチ（１０）及び前記少なくとも１つのキャパシタ（１２）は磁気コア（３）を取り囲む少なくとも２つの導電性プレート（４２、４３）によって接続され、前記導電性プレート（４２、４３）は前記接続セグメント（２１、２２）を提供する、請求項３に記載の電力変換器（２）。
＜請求項６＞
ＤＣ／ＤＣ又はＡＣ／ＡＣ又はＡＣ／ＤＣパワー変換器として具現化される、請求項１～５のいずれかに記載の電力変換器（２）。
＜請求項７＞
異なる巻線（５１、５２、６０）のターンがインターリーブされ、それによって、磁気要素の漏れエネルギー及び漏れインダクタンスが調節可能である、請求項１～６のいずれかに記載の電力変換器（２）。
＜請求項８＞
前記一次巻線（５１）又は前記二次巻線（５２）のいずれかのセル（４）が別の巻線のセル（４）を取り囲み、それによって、磁気要素の漏れエネルギー及び漏れインダクタンスが調節可能である、請求項１～７のいずれかに記載の電力変換器（２）。
＜請求項９＞
いくつかの相互接続されたセル（４）を更に含み、異なるセル（４）が異なる磁路（７）を取り囲む、請求項５に記載の電力変換器（２）。
＜請求項１０＞
前記磁気コア（３）は複数の開口部（４０）を有する磁気コアグリッド（１３）を含み、その一部は前記相互接続されたセル（４）のうちの１つに属するキャパシタ（１２）を含み、前記キャパシタ（１２）は前記開口部（４０）の側部に配置され、これらのキャパシタ（１２）を有する開口部（４０）は負荷（４１）を更に収容し、前記磁気コアグリッド（１３）は他の隣接する開口部（４０）内に、前記キャパシタ（１２）を有するセル（４）のパワースイッチ（１０）を更に含み、前記他の隣接する開口部（４０）の側部に配置される、請求項９に記載の電力変換器（２）。
＜請求項１１＞
前記負荷（４１）は反対の電気極性を有する前記導電性プレート（４２、４３）からエネルギーを受け取り、前記導電性プレート（４２、４３）の間に挟まれた磁気コアグリッド（１３）のアセンブリを形成する、請求項１０に記載の電力変換器（２）。
＜請求項１２＞
前記磁気コアグリッド（１３）のアセンブリは、電子基板又は多層電子スタックに集積される、請求項１１に記載の電力変換器（２）。
＜請求項１３＞
前記磁気コアグリッド（１３）のアセンブリが電子半導体回路に集積される、請求項１１に記載の電力変換器（２）。
＜請求項１４＞
前記負荷（４１）が電子半導体回路を備える、請求項１０に記載の電力変換器（２）。
＜請求項１５＞
少なくとも１つのスイッチ（１０）を含む前記少なくとも１つのセル（４）の前記セグメント（２３）は、第１の電子基板（７１）に集積され、少なくとも１つのキャパシタ（１２）を含む前記少なくとも１つのセル（４）の前記第２のセグメント（２４）は第２の電子基板（７２）に集積され、前記セル（４）の前記接続セグメント（２１、２２）は少なくとも部分的に、電子基板（７１、７２）のいずれかに、又は独立した部品として配置される、請求項１～１４のいずれか１項に記載の電力変換器（２）。
＜請求項１６＞
少なくとも１つの二次巻線（５２）の複数のセル（４）が、空間のいくつかの相対位置において２Ｄ又は３Ｄ構造に配置され、それらのうちの少なくともいくつかが、セル（４）の二次巻線（５２）内の誘導電流に対して垂直又は平行な電流ループを生成する単一の一次巻線（５１）の共通電流によって、駆動され、同時に通電されるか、又は、それぞれの１つの一次巻線（５１）によって通電される、請求項１～１５のいずれか１項に記載の電力変換器（２）。

Claims (16)

  1. 磁気コア（３）と、前記磁気コア（３）の周りに配置された少なくとも１つの一次巻線（５１）と少なくとも１つの二次巻線（５２）とを含む変圧器又は単巻変圧器を備える電力変換器（２）であって、
    前記一次巻線（５１）及び／又は前記二次巻線（５２）は、直列に接続され、それぞれ互いに対向して配置され、磁気コア（３）の反対側に面する少なくとも１つのパワースイッチ（１０）及び少なくとも１つのキャパシタ（１２）を含む、少なくとも１つのフルターンを有し、４つのセグメントに分割されるセル（４）を規定し、前記４つのセグメントは、前記少なくとも１つのスイッチ（１０）を含む第１のセグメント（２３）、前記少なくとも１つのキャパシタ（１２）を含む第２の対向するセグメント（２４）、及び第１のセグメント（２３）と第２のセグメント（２４）との間に電気接続を提供する２つの他の接続セグメント（２１、２２）であり、前記２つの他の接続セグメント（２１、２２）のそれぞれは反対の電気極性を有する、電力変換器。
  2. 前記磁気コア（３）は、少なくとも１つのスイッチ（１０）を備える１つのセグメント（２３）を取り囲むか、少なくとも１つのキャパシタ（１２）を備える１つのセグメント（２４）を取り囲むか、又は、前記接続セグメント（２１、２２）の１つを取り囲み、前記少なくとも１つのセル（４）の電気接続を提供する、請求項１に記載の電力変換器（２）。
  3. 前記一次巻線（５１）及び／又は二次巻線（５２）はいくつかのセル（４）を含み、各セル（４）は少なくとも１つのスイッチ（１０）及び少なくとも１つのキャパシタ（１２）を含み、同じ巻線に属するセル（４）は並列に接続される、請求項１に記載の電力変換器（２）。
  4. 前記磁気コア（３）は、パワースイッチ（１０）及びキャパシタ（１２）を持たない少なくとも別の巻線（６０）を更に含む、請求項１～３のいずれかに記載の電力変換器（２）。
  5. 前記いくつかのセル（４）の前記少なくとも１つのスイッチ（１０）及び前記少なくとも１つのキャパシタ（１２）は磁気コア（３）を取り囲む少なくとも２つの導電性プレート（４２、４３）によって接続され、前記導電性プレート（４２、４３）は前記接続セグメント（２１、２２）を提供する、請求項３に記載の電力変換器（２）。
  6. ＤＣ／ＤＣ又はＡＣ／ＡＣ又はＡＣ／ＤＣパワー変換器として具現化される、請求項１～５のいずれかに記載の電力変換器（２）。
  7. 異なる巻線（５１、５２、６０）のターンがインターリーブされ、それによって、磁気要素の漏れエネルギー及び漏れインダクタンスが調節可能である、請求項１～６のいずれかに記載の電力変換器（２）。
  8. 前記一次巻線（５１）又は前記二次巻線（５２）のいずれかのセル（４）が別の巻線のセル（４）を取り囲み、それによって、磁気要素の漏れエネルギー及び漏れインダクタンスが調節可能である、請求項１～７のいずれかに記載の電力変換器（２）。
  9. いくつかの相互接続されたセル（４）を更に含み、異なるセル（４）が異なる磁路（７）を取り囲む、請求項５に記載の電力変換器（２）。
  10. 前記磁気コア（３）は複数の開口部（４０）を有する磁気コアグリッド（１３）を含み、その一部は前記相互接続されたセル（４）のうちの１つに属するキャパシタ（１２）を含み、前記キャパシタ（１２）は前記開口部（４０）の側部に配置され、これらのキャパシタ（１２）を有する開口部（４０）は負荷（４１）を更に収容し、前記磁気コアグリッド（１３）は他の隣接する開口部（４０）内に、前記キャパシタ（１２）を有するセル（４）のパワースイッチ（１０）を更に含み、前記他の隣接する開口部（４０）の側部に配置される、請求項９に記載の電力変換器（２）。
  11. 前記負荷（４１）は反対の電気極性を有する前記導電性プレート（４２、４３）からエネルギーを受け取り、前記導電性プレート（４２、４３）の間に挟まれた磁気コアグリッド（１３）のアセンブリを形成する、請求項１０に記載の電力変換器（２）。
  12. 前記磁気コアグリッド（１３）のアセンブリは、電子基板又は多層電子スタックに集積される、請求項１１に記載の電力変換器（２）。
  13. 前記磁気コアグリッド（１３）のアセンブリが電子半導体回路に集積される、請求項１１に記載の電力変換器（２）。
  14. 前記負荷（４１）が電子半導体回路を備える、請求項１０に記載の電力変換器（２）。
  15. 少なくとも１つのスイッチ（１０）を含む前記少なくとも１つのセル（４）の前記セグメント（２３）は、第１の電子基板（７１）に集積され、少なくとも１つのキャパシタ（１２）を含む前記少なくとも１つのセル（４）の前記第２のセグメント（２４）は第２の電子基板（７２）に集積され、前記セル（４）の前記接続セグメント（２１、２２）は少なくとも部分的に、電子基板（７１、７２）のいずれかに、又は独立した部品として配置される、請求項１～１４のいずれか１項に記載の電力変換器（２）。
  16. 少なくとも１つの二次巻線（５２）の複数のセル（４）が、空間のいくつかの相対位置において２Ｄ又は３Ｄ構造に配置され、それらのうちの少なくともいくつかが、セル（４）の二次巻線（５２）内の誘導電流に対して垂直又は平行な電流ループを生成する単一の一次巻線（５１）の共通電流によって、駆動され、同時に通電されるか、又は、それぞれの１つの一次巻線（５１）によって通電される、請求項１～１５のいずれか１項に記載の電力変換器（２）。
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