[實用新型]一種可變諧振電感

在審

• 申請號: 200920106197.1
• 申請日: 2009-03-16
• 公開（公告）號: CN201465709U
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 童亦斌;張祿
• 申請（專利權）人: 北京能高自動化技術有限公司
• 主分類號: H01F21/08
• 分類號: H01F21/08;H01F29/14;H02M3/28
• 代理公司: 北京連城創新知識產權代理有限公司 11254
• 代理人: 劉伍堂

技術領域

本實用新型應用于功率電力電子變流技術領域中零轉換-PWM軟開關變換技術，特別涉及一種可變諧振電感的設計方法。

背景技術

軟開關功率變流技術廣泛應用于中小功率電力電子變換器中，例如高頻DC-DC開關電源、功率逆變器和PWM整流器等。所謂“零轉換”是指：應用諧振原理，當開關變換器的功率開關器件開通或關斷之前，使負載電流轉移到諧振支路，使功率開關管在零電流下開通或者關斷，從而開關損耗為零，在零轉換-PWM軟開關的電路拓撲中，并聯諧振支路包括諧振電感和諧振電容，其中諧振電感的設計方式一般包括以下兩種：空心電感和磁芯電感。空心電感采用導線繞制而成，磁場全部通過空氣耦合，一般電感量較小，不存在磁飽和現象，電感量不隨導通電流大小而變化；磁芯電感采用磁性材料作為磁芯，將導線繞制在磁性材料上，除少量漏磁外，磁場大多通過磁芯耦合，可以有效增加電感量，存在磁飽和現象，近飽和區域電感量會隨諧振電流大小而變化。這兩種方案共同的缺陷在于：諧振電感的電感量恒定或者只跟諧振支路的電流有關，與負載電流無關。所以，無論負載電流多大，LC諧振電流峰值不變，為滿足最大負載電流工況下的諧振電流峰值所需量，諧振電感量一般設計得偏小，致使在負載電流較小時諧振支路電流依然較大，造成諧振支路及輔助開關管不必要的功率損耗。

實用新型內容

本實用新型的目的在于利用磁偶合與磁飽和原理，提出一種諧振電感量可以根據負載電流變化的可變諧振電感的設計方法，應用于零轉換——PWM軟開關功率變換技術中，降低諧振支路元器件的功率損耗，提高變換器的轉換效率。

一種可變諧振電感，由負載電流支路、諧振電流支路及磁性材料組成，其特征在于負載電流支路與諧振電流支路繞制在同一磁性材料上，負載電流支路繞制在磁性材料上組成負載電感，諧振電流支路繞制在同一磁性材料上組成諧振電感；通過負載電流的磁反饋作用，使諧振電感的電感量按照磁芯的磁化規律隨著負載電流變化而改變，從而獲得可變的諧振電流峰值。

所述的可變諧振電感，負載電路支路的負載電流值影響磁性材料內的磁場強度，負載電流的變化頻率遠小于諧振電流變化頻率，在一個諧振周期內，負載電流值可以為恒定，而諧振電流按照LC諧振規律呈正弦或準正弦變化，負載電流產生的磁場強度分量H_L作為一個直流偏置與諧振電流產生的磁場強度變化量H_r疊加，使得磁芯的磁導率μ值發生改變，從而影響諧振電感值L_r的大小。

所述的可變諧振電感，負載電流I_L和諧振電流I_r可以任意從同名端和非同名端流入。

進一步的，所述的諧振電感的電感量L_r的計算公式為：

Lr=μgNr2gAlC]]>

其中，μ為磁導率；N為電感匝數；A為磁芯有效截面積；l_C為磁芯有效磁路長度。

所述的可變諧振電感，負載電感與諧振電感共用一個磁芯時的磁耦合原理表示為：

N_LgI_L+N_rgI_r＝Hgl_C

其中，N_L為負載電感匝數；N_r為諧振電感匝數；H為磁芯的磁場強度；l_C為磁芯有效磁路長度。

所述的可變諧振電感，磁性材料可以為任意形式的磁性材料，如金屬磁芯、鐵粉磁芯或鐵氧體磁芯，外型可以為圓型、方型或環形結構。

本實用新型的有益效果是可變諧振電感的電感量可以通過負載電流的磁反饋作用調節，進而使諧振電流峰值隨著負載電流的需要增加或減小，相比于恒定的諧振電感和諧振電流峰值的設計，可變諧振電感可以有效降低在小負載電流工況下諧振支路的損耗，提高功率轉換的效率。

附圖說明

圖1為可變諧振電感設計方法示意圖。

圖2和圖3為負載電流和諧振電流均流入同名端可變諧振電感設計方法示意圖。