[發(fā)明專利]提高反激式功率變換器變壓器輸出功率密度的實現(xiàn)方法

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• 申請日: 2018-11-21
• 公開（公告）號: CN109698625A
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳家新;周宇;楊靜;陳先如;齊亞濱;田偉
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué);中國紡織機械協(xié)會;北京興友經(jīng)貿(mào)有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H01F27/24
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 宋纓;錢文斌

本發(fā)明涉及一種提高反激式功率變換器變壓器輸出功率密度的實現(xiàn)方法，在變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)中加入一段永磁體，并在鐵芯中開有氣隙，在不增加鐵芯磁阻的情況下，將鐵芯的磁密靜態(tài)工作點拉低至第三象限，所述永磁體用于對鐵芯內(nèi)磁密進行反向補償，并與繞組在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的磁場實現(xiàn)部分抵消。本發(fā)明使得變換器在體積減小的同時提高輸出功率密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及反激式功率變換器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種提高反激式功率變換器變壓器輸出功率密度的實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

反激式功率變換器相比于采用其它電路拓撲的DC/DC變換器，具有電路拓撲和控制策略簡單、電磁干擾低，及經(jīng)濟性等不可替代的優(yōu)勢。目前在中小功率的應(yīng)用場合幾乎無一例外地采用了反激式功率變換器，其大部分與人們的生活密切相關(guān)，例如移動電話充電器，筆記本電腦電源適配器等。

反激式轉(zhuǎn)換器的工作分為兩個階段，開關(guān)閉合和開關(guān)斷開階段。如圖1所示，在開關(guān)閉合階段，變壓器的初級線圈直接連接在輸入電壓上。初級線圈中的電流和變壓器磁芯中的磁場增加，在磁芯中儲存能量。在次級線圈中產(chǎn)生的電壓是反向的，使得二極管處于反偏狀態(tài)而不能導(dǎo)通。此時，由電容向負載提供電壓和電流。在開關(guān)斷開階段，初級線圈中的電流為0。同時磁芯中的磁場開始下降，在次級線圈上感應(yīng)出正向電壓。此時二極管處于正偏狀態(tài)，導(dǎo)通的電流流入電容和負載。磁芯中存儲的能量轉(zhuǎn)移至電容和負載中。由于反激式轉(zhuǎn)換器具有絕緣隔離的功能，所以在控制電路上也同樣需要有絕緣隔離功能。最常用的兩種控制模式是電壓反饋控制和電流反饋控制。這兩種控制模式都需要將信號從次級線圈一側(cè)傳遞到初級線圈一側(cè)，通常采用光電耦合器或者在變壓器磁芯上增加一個單獨繞線的方法實現(xiàn)隔離信號傳遞。

傳統(tǒng)的反激式功率變換器，由于在工作時，變壓器有較大的直流分量，易導(dǎo)致鐵芯飽和，所以必須在磁路中加入氣隙以及采用體積較大的鐵芯，從而造成變壓器體積變大。這也是一直限制反激式功率變換器發(fā)展的原因之一。擴大反激式功率變換器變壓器鐵芯磁密運行范圍，將鐵芯磁密工作點拉低，是提高變壓器鐵芯材料抗飽和能力的有效措施。但是，既能擴大變壓器鐵芯磁密運行范圍，又能減小變壓器體積的方法至今沒有提出，反激式功率變換器輸出功率難以提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種提高反激式功率變換器變壓器輸出功率密度的實現(xiàn)方法，使得變換器在體積減小的同時提高輸出功率密度。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種提高反激式功率變換器變壓器輸出功率密度的實現(xiàn)方法，在變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)中加入一段永磁體，并在鐵芯中開有氣隙，在不增加鐵芯磁阻的情況下，將鐵芯的磁密靜態(tài)工作點拉低至第三象限，所述永磁體用于對鐵芯內(nèi)磁密進行反向補償，并與繞組在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的磁場實現(xiàn)部分抵消。

在EE型變壓器中，沿變壓器的鐵芯截面切割開，加入一段永磁體，所述永磁體充磁方向為沿Y軸方向，所述永磁體與鐵芯之間留有氣隙。

在EE型變壓器中，沿變壓器的鐵芯截面嵌入一段永磁體環(huán)，所述永磁體環(huán)充磁方向為沿Y軸方向，并在永磁體環(huán)的兩底面裝上鐵磁套，將永磁體環(huán)的磁力線引入鐵芯內(nèi)部，且所述永磁體環(huán)所包圍的鐵芯中開有氣隙。

有益效果

由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果：本發(fā)明擴大了反激式變換器變壓器鐵芯磁密的運行范圍，鐵芯材料利用率大大提升，變壓器鐵芯材料抗飽和能力增強，減小了變壓器的體積，提高了變壓器輸出功率密度。

附圖說明

圖1是反激式功率變換器電路原理圖；

圖2是一種EE型反激式功率變換器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是另一種EE型反激式功率變換器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是變壓器鐵芯工作點示意圖。

具體實施方式