[发明专利]集成磁性元件

说明书

技术领域

本发明涉及包括可导磁芯部的集成磁性元件，该可导磁芯部包括在水平面内延伸的基部构件和从基部构件基本上垂直突出的第一腿、第二腿、第三腿及第四腿。第一输出电感器绕组、第二输出电感器绕组、第三输出电感器绕组及第四输出电感器绕组分别缠绕第一腿、第二腿、第三腿及第四腿。集成磁性元件的第一输入导体具有第一线圈轴线并且在第一腿、第二腿、第三腿及第四腿之间延伸以感生通过可导磁芯部的第一磁通路径的第一磁通。集成磁性元件的第二输入导体具有基本上垂直于第一线圈轴线延伸的第二线圈轴线，以感生通过可导磁芯部的第二磁通路径的第二磁通，第二磁通路径基本上正交于第一磁通路径延伸。本发明的另一方面涉及包括所述集成磁性元件的多输入隔离功率转换器。

背景技术

为了将从两个或更多个输入电压或能源生成的功率组合以得到DC输出电压，近年来已经提出了多输入功率转换器的不同的电路拓扑结构[1-4]。输入电压或能源可以例如包括清洁能源如太阳能阵列、风力涡轮机、燃料电池及商业交流电力线。

一些已知的多输入功率转换器的普遍限制在于每次允许仅一个输入电源将功率或能量传递到输出以防止功率耦合效应。最近，为了克服此限制，已经提出了基于磁通相加技术和相移PWM控制来使用多输入线圈变压器。虽然此技术可以将功率从两个或多个不同的输入电压源单独地或同时地传递到DC输出及其相关联的负载[5]，但是在多输入功率转换器的输入驱动器处需要反向阻断二极管。需要反向阻断二极管来防止从输入电压源之一、通过变压器的耦合初级侧并且通过输入驱动器的半导体开关的体二极管、到另一输入电压源的反向功率流。

在没有这些反向阻断二极管的情况下，耦合到多输入功率转换器的不同的输入源不能同时将功率传送到负载。用于克服与变压器输入绕组之间的耦合相关联的问题的一些现有技术方法依赖于共享的低磁阻路径，或者利用磁通抵消机制对变压器的输入绕组进行解耦[6]。此外，由于互相耦合的输入电感器绕组的钳位电压而可能在输入驱动器的低侧MOSFET中强加较高的电流应力，这引起较高的功率损耗。

因此，有利的是提供用于多输入功率转换器及其他应用的、具有非耦合输入导体的集成磁性元件，以使得多个输入电源能够独立工作，而不用对功率转换器的任何功能进行折衷或需要将复杂的控制或保护电路添加到输入驱动器中。

发明内容

本发明的第一方面涉及集成磁性元件，包括：

-包括基部构件和顶部构件的可导磁芯部，基部构件在水平面或第一平面内延伸并且包括从基部构件基本上垂直突出的第一腿、第二腿、第三腿及第四腿。顶部构件被附接到第一腿、第二腿、第三腿及第四腿的相对于基部构件的相对端部。集成磁性元件另外包括分别缠绕所述第一腿、所述第二腿、所述第三腿及所述第四腿的第一输出电感器绕组、第二输出电感器绕组、第三输出电感器绕组及第四输出电感器绕组。集成磁性元件还包括沿着第一导体轴线在第一腿、第二腿、第三腿及第四腿之间延伸的第一输入导体，所述第一输入导体被配置成感生第一磁场，所述第一磁场正交于第一导体轴线并且通过可导磁芯部的第一磁通路径延伸。第二输入导体沿着第二导体轴线延伸并且被布置成感生第二磁场，所述第二磁场正交于第二导体轴线并且通过可导磁芯部的第二磁通路径延伸。第二磁通路径基本上正交于第一磁通路径延伸。

本发明因此基于在例如多输入功率转换器（如升压功率转换器和降压功率转换器等）等许多应用中有用的新磁通路径解耦理念。磁通路径解耦解念基于二维（2D）或三维（3D）空间正交磁通解耦，其中第一磁通路径与第二磁通路径在共享的可导磁芯部内彼此基本上正交地延伸。本领域技术人员要理解的是，第一磁通路径形成如下第一闭合磁回路：其从第一输入导体延伸通过基部构件、第一腿和第二腿、顶部构件、第三腿和第四腿并且返回到第一输入导体。同样地，第二磁通路径形成如下第二闭合磁回路：其从第二输入导体延伸通过基部构件、第一腿和第四腿、顶部构件、第二腿和第三腿并且返回到第二输入导体。以此方式，第一闭合磁回路的轴线基本上正交于第二闭合磁回路的轴线延伸，使得第二磁通路径基本上正交于第一磁通路径延伸，尽管如下面结合图3进一步详细描述的，通过第一腿、第二腿、第三腿及第四腿行进的磁通部分可以平行。