[发明专利]一种变压器和电感磁集成结构

说明书

本发明公开了一种变压器和电感磁集成结构，属于电力电子技术领域。所述的一种变压器电感磁集成结构由一副至少含有4个磁柱的磁芯、初级绕组以及次级绕组构成；既能将一个变压器和两个电感集成在一个磁芯中，又能实现绕组结构的灵活配置，可以实现任意的变压器匝比和任意的励磁电感、漏感比，还能降低磁芯损耗、提高效率，同时，集成结构大大减小了功率磁件的体积重量，有助于提高变换器功率密度。本发明特别适用于双向CLLC谐振变换器等各类利用变压器、电感进行高频、高效、高功率密度功率变换的应用场合。

技术领域

本发明涉及一种变压器和电感磁集成结构，属于电力电子技术领域。

背景技术

随着现代电力电子技术的发展、SiC和GaN等高频开关器件的诞生，高频化、集成化和模块化已经成为开关电源的发展趋势。事实表明，提高开关频率，能够减小设备体积，提高功率密度和可靠性，降低开关噪声。谐振变换器以其出色的软开关、高效率、高功率密度等特性而获得工业界青睐，被广泛应用于服务器电源、新能源电动汽车充电桩等场合。而其中，CLLC谐振变换器由于其结构的对称性，可以实现双向功率传输，且能够在全负载范围内实现软开关，因此在电池充放电、车联网(V2G)等领域得到广泛应用。但是由于CLLC变换器一次侧和二次侧均存在一个谐振电感，不利于功率密度的提高。为了进一步提高变换器的功率密度，采用磁集成技术，把变压器和两个谐振电感集成到一个磁芯中，成为行之有效的手段之一。

文献“Gang Liu，Dan Li，Jianqiu Zhang，Bo Hu and Minli.Jia，″BidirectionalCLLC resonant DC-DC converter with integrated magnetic for OBCM application[C]//IEEE International Conference on Industrial Technology(ICIT)，Seville，2015，pp.946-951.”针对CLLC变换器提出了磁集成方案，通过降低初级绕组和次级绕组的耦合程度，把两个谐振电感集成到变压器中。但是这种方法磁芯结构不是最优，也难以控制励磁电感和漏感的大小，初级和次级的两个电感感值更无法做到相等。而文献“Bin Li，Qiang Li and Fred C.Lee.High-Frequency PCB Winding Transformer WithIntegrated Inductors for a Bi-Directional Resonant Converter[J].IEEETransactions on Power Electronics，vol.34，no.7，pp.6123-6135，July 2019.”针对三相CLLC系统提供了另一种思路，将变压器分为两个部分，这两部分的初级绕组和次级绕组成对称关系，利用磁芯中柱对磁路进行解耦，降低初级绕组、次级绕组的耦合程度，从而实现两个漏感的集成，这种方法可以实现对变压器励磁电感和漏感的控制，且初级和次级漏感大小相等。但是这种方法依赖于磁芯中柱进行解耦，磁芯利用率不高，而且磁芯中柱上的磁通很大，损耗较大，仍有进一步提升的空间。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种磁集成单变压器和双电感结构，既能将一个变压器和两个电感集成在一个磁芯中，又方便控制漏感，同时还能优化磁通分布，降低磁滞损耗，大大减小功率变换器磁件的体积，提高功率密度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：