[实用新型]一种电动汽车充电机大功率磁集成变压器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种变压器，具体涉及一种电动汽车充电机大功率磁集成变器。

背景技术

电动汽车充电的研究是以电力电子学为基础，通过控制半导体器件开通与关断的电能转换，得到所需要的高质量电源。随着工业化程度的不断提高，开关电源的发展也以高频化、高效率、高可靠性、高功率密度等为首要目标。

磁性元件是电力电子设备中重要部分，主要实现能量储存、转换、滤波和电气隔离的功能，其体积、重量在总装置中也占有相当比例。高频化发展有助于减小磁元件的重量与体积，但效果不明显。另外，开关电源的高度小型化发展会产生严重的电磁兼容问题，不利于电力电子设备与周边设备可靠工作，电流、电压纹波产生EMI，也无法保证高质量的电能供应。

实用新型内容

本实用新型提供了一种减小磁性元件体积和损耗、减少电源输出波纹的电动汽车充电机大功率磁集成变压器。

本实用新型的方案如下：一种电动汽车充电机大功率磁集成变压器，包括磁芯，所述磁芯的中心柱上柱绕制电感线圈，所述磁芯的中心柱下柱绕制变压器线圈，所述的电感线圈为原边绕组16匝线圈，所述的变压器线圈为副边绕组10匝线圈，所述的磁芯左柱和右柱上设有气隙。

所述的线圈采用两匝并联的缠绕方式。

所述的磁心先用UU80-160软磁铁氧体铁芯，所述的线圈为铜线圈。

本实用新型的有益效果：

1、将传统LLC电路的分立谐振电感与分立隔离变压器通过一定的耦合方式，采用一定绕制工艺使电力电子装置中的磁性元件(变压器、电感等)集成在一个磁芯上，变成一个集成磁元件，有效减小磁性元件的体积、重量、损耗以及电源输出纹波，提高开关变换器的整体性能。

2、提高生产效率，保证了磁性元件寄生参数的一致性，增强其实用价值。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型应用于电动汽车充电的全桥拓扑图。

具体实施方式

下面结合图1、图2对本实用新型做进一步说明。

本实用新型集成磁件设计方法的结构如附图1所示，磁心1选用UU80-160软磁铁氧体铁芯，线圈采用圆导线绕制原边绕组为16匝，由于副边电流较大，特选用AWG18导线绕制10匝。磁芯中心柱上柱2绕制电感线圈，中心柱下柱3绕制变压器线圈。所述的磁芯左柱和右柱上设有气隙4。

本实用新型线圈采用两匝并联缠绕方式把集成磁件设计成平面集成磁件。首先把圆型导体转换为平面型导体，转换时应保证导体截面积不变，先把圆导线转换成等截面积的正方形导线，然后再把正方形导线转换成相应的铜箔导线，考虑到铜导线通过的最大电流密度一般为3～5A/mm²，平面导线铜箔为10～20A/mm²，转换后相应铜箔的截面积仅为圆导线截面积的1/3～1/4，铜箔非常薄。如果把一个圆导体转换成一个铜箔导体，那么铜箔将是非常宽，这显然不适合磁件的宽度要求，因此可以把它分成几个等宽度的铜箔，再把这几个铜箔并联就可以了，这样得到的集成磁件原边每根导线变成两个平面导体并联，每个铜箔宽0.6mm厚0.2mm，对于副边每根圆导线可转换成5个平面导体并联，导体宽2mm厚0.2mm。由于转换后绕组所占总体积减小，而且平面导体布置结构更紧凑，每根平面导体厚0.2mm，16层平面导体的厚度为3mm，即使加上绝缘层厚度与UU80-160磁芯的窗高高42.2mm宽23.4mm相比也是很小的。这使得UU磁芯的窗口利用率明显提高，保证了磁件铁芯的最大工作磁通密度小于其饱和磁通密度，有效磁路长度减少较大，对集成磁件的电感量会产生影响，但由于铁芯的三个磁柱都有气隙，所以电感量的大小主要由气隙的磁路决定，受磁芯磁路的影响可以忽略。采用这种制作工艺比传统磁件体系统性能提高了很多，平面集成后磁芯的磁通密度减小，因此集成后磁芯损耗也将相应小。

这种大功率磁集成变压器应用于电动汽车充电的全桥拓扑见附图2所示，原边是一个全桥式电路，副边连接的是带中心抽头的整流电路。这种变换器具有如下优点，在零到全负载范围内具有ZVS功能，IGBT关断电压低，因此变换器的关断损耗非常低，高输入电压下具有高效率。变换器副边没有滤波电感，副边整流管的电压应力低，充分利用了磁芯上变压器的漏感Ls和励磁电感Lm等。

本实用新型采用把谐振电感与隔离变压器集成起来的技术，不仅减小了磁件的体积、损耗，而且还可以实现电流零纹波，大大减小EMI，应用于电动汽车充电机中，不仅安全可靠，而且又提高了系统的整体性能。

尽管上文对本实用新型的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本实用新型的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围之内。