[發(fā)明專利]一種磁集成雙頻變換器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911374358.X
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111030451A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高圣偉;王浩;賀琛;胡聰衛(wèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H01F37/00;H01F27/30
• 代理公司: 天津英揚昊睿專利代理事務(wù)所(普通合伙) 12227
• 代理人: 吳揚

本發(fā)明公開了一種磁集成雙頻變換器。其特征在于，包括直流電源、磁集成結(jié)構(gòu)、輸入濾波電容、輸出濾波電容、第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第三開關(guān)器件、第四開關(guān)器件；磁集成結(jié)構(gòu)在一個磁芯中集成了兩個儲能電感，兩個電感工作在不同的頻率下。磁集成雙頻變換器的高頻單元用于提高系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)速度和輸出精度，低頻單元對高頻單元電流進行分流并承擔(dān)輸出功率，同時可以降低開關(guān)損耗。整個電路僅含有一個磁元件，大大減小了磁件的體積，進而提高功率密度。本發(fā)明能在高低頻單元運行在不同頻率下實現(xiàn)大功率、小體積、高效能量傳遞，特別適合于中大功率場合。本發(fā)明采用定頻變占空比控制，具有很大的理論價值和實用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子磁集成技術(shù)，具體涉及一種磁集成雙頻變換器。

背景技術(shù)

近年來，DC/DC變換器朝著高頻化的方向發(fā)展。高頻化必然帶來開關(guān)器件的高損耗，雙頻變換器能夠很好的解決這一問題。但是附加的變換器導(dǎo)致變換器的體積變大，功率密度降低以及成本的增加。根據(jù)統(tǒng)計磁元件(包括變壓器、電感的重量一般占變換器的30％～40％、體積大約占20％～30％，因此磁元件成為限制變換器功率密度提升的主要因數(shù)。通過磁集成技術(shù)可以很好的減小磁元件的體積和重量。

目前電感與電感的磁集成方法適合于兩電感工作在同一工作頻率下，但不適合雙頻變換器的兩個工作在不同頻率的電感的磁集成，會導(dǎo)致集成后的磁芯飽和度較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種磁集成雙頻變換器，以實現(xiàn)兩個工作在不同頻率下的電感在一個磁芯的磁集成。

本發(fā)明提供了一種磁集成雙頻變換器，包括直流電源、輸入濾波電容、輸出濾波電容，第一開關(guān)器件，第二開關(guān)器件，第三開關(guān)器件，第四開關(guān)器件、磁集成結(jié)構(gòu)；所述的直流電源的正極同輸入濾波電容的一端、第一開關(guān)器件的漏極、第二開關(guān)器件的漏極相連接，直流電源的負極同輸入濾波電容的另一端、第三開關(guān)器件的源極、第四開關(guān)器件的源極、輸出濾波電容的一端相連接；所述的第一開關(guān)器件的源極同第二開關(guān)器件的漏極、磁集成結(jié)構(gòu)第一端口、磁集成結(jié)構(gòu)第四端口相連接；所述的第二開關(guān)器件的源極同第四開關(guān)器件的漏極、磁集成結(jié)構(gòu)第三端口相連接；所述的磁集成結(jié)構(gòu)第二端口同輸出濾波電容的另一端相連接。

可選地，所述的磁集成結(jié)構(gòu)包括EE/EI磁芯或平面磁芯、高頻電感繞組、低頻電感第一繞組、低頻電感第二繞組；高頻電感繞組繞在磁芯側(cè)柱Ⅱ上，低頻電感第一繞組繞在磁芯側(cè)柱Ⅲ上，低頻電感第二繞組繞在磁芯中柱Ι上；其中高頻電感繞組一端作為磁集成結(jié)構(gòu)第一端口，高頻電感繞組另一端作為磁集成結(jié)構(gòu)第二端口，低頻電感第一繞組一端作為磁集成結(jié)構(gòu)第三端口，低頻電感第一繞組另一端同低頻電感第二繞組相連接，低頻電感第二繞組另一端作為磁集成結(jié)構(gòu)第四端口；所述的EE/EI磁芯或平面磁芯三個磁柱均開有氣隙。

可選地，所述的磁集成結(jié)構(gòu)包括UIU磁芯、高頻電感第一繞組、高頻電感第二繞組、低頻電感繞組；高頻電感第一繞組繞在磁芯側(cè)柱Ⅱ上，高頻電感第二繞組繞在磁芯側(cè)柱Ⅲ上，低頻電感繞組繞在磁芯中柱Ι上；其中高頻電感第一繞組一端作為磁集成結(jié)構(gòu)第一端口，高頻電感第一繞組另一端同高頻電感第二繞組相連接，高頻電感第二繞組另一端作為磁集成結(jié)構(gòu)第二端口，低頻電感繞組作為磁集成結(jié)構(gòu)第三端口、第四端口；所述的UIU磁芯磁柱Ι同磁柱Ⅱ之間和磁柱Ι同磁柱Ⅲ之間均開有氣隙。

可選地，所述的變換器高低頻單元分別采用定頻變占空比PWM控制；開關(guān)器件和開關(guān)器件工作在高頻狀態(tài)，且兩者互補導(dǎo)通，第二開關(guān)器件和第四開關(guān)器件工作在低頻狀態(tài)，且兩者互補導(dǎo)通。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明通過提供磁集成雙頻變換器，主要包括直流電源、濾波電容、濾波電容，第一開關(guān)器件，第二開關(guān)器件，第三開關(guān)器件，第四開關(guān)器件、磁集成結(jié)構(gòu)；解決兩個工作在不同頻率的電感在一個磁芯的磁集成問題，磁集成后雙頻變換器的重量和體積降低，提高變換器的功率密度效果，且磁集成后的電感運行狀態(tài)不受影響。本發(fā)明的集成磁件的飽和度得到降低，減小了變換器的鐵損。

附圖說明