[發明專利]一種磁保持裝置及方法

在審

• 申請號: 202010055997.6
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111180178A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 王德斌;王康
• 申請（專利權）人: 邢臺子中電子科技有限公司
• 主分類號: H01F27/28
• 分類號: H01F27/28;H01F27/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種磁保持裝置及方法，在主變壓器的磁性材料上面，另外增加一個獨立繞組。該繞組的兩端通過一個全橋整流電路后，與一個MOS管連接。在控制電路中按照以下方式來控制該MOS管的通斷：在全橋電路對角橋臂開關管都導通時，該MOS管保持關閉狀態，獨立繞組中沒有電流流過；在全橋電路對角橋臂開關管關閉的瞬間打開該MOS管，確保磁芯的初級線圈中沒有電流流過時，該MOS管保持導通狀態，獨立繞組中有電流流過。在常規的全橋電路中，在每半個工作周期中，磁芯的磁通密度變化量是ΔB＝Bm+Br。在本發明的具備磁保持功能的全橋電路中，磁芯的磁通密度變化量是ΔB＝2Bm。該方法可以大幅提高主變壓器磁性材料的利用效率。

技術領域

本發明涉及電力電子領域，具體來說，在各種開關電源或使用電力電子技術進行電能傳輸或變換的裝置中，使用了磁性材料做變壓器的電路中，涉及一種磁保持裝置及方法。

背景技術

在各種開關電源或使用電力電子技術進行電能傳輸或變換的裝置中，大量地使用了磁性材料作為變壓器的主要部件。然而，如何高效使用磁性材料，一直是這個領域的一大技術難題。我們知道，在大功率開關電源中，普遍使用全橋電路，而不是單端電路，主要原因之一就是全橋電路中主變壓器磁芯是雙向勵磁，而單端電路中主變壓器磁芯是單向勵磁，同樣的磁性材料在全橋電路中的利用效率遠遠大于在單端電路中的利用效率。具體說來，假如開關電源工作時，每個周期中主變壓器磁芯在電流最大時對應的磁通密度是Bm,在電流等于零時對應的磁通密度是Br(剩磁)，那么在開關電源工作的半個周期中，單端電路對應的磁通密度變化量是ΔB＝Bm–Br，全橋電路對應的磁通密度變化量是ΔB＝Bm+Br。由此可見，相對于單端電路，全橋電路中主變壓器磁性材料的利用效率是非常高的。這種效率提高所帶來的直接效益就是：在同樣的輸出功率條件下，可以選用更小體積和更小質量的磁性材料；如果選用同樣體積的磁性材料，則可以減少磁芯上繞制的初級和次級線圈的匝數，從而減少銅線的使用量和人工費用，提升經濟效益和社會效益。

那么，在全橋電路中，能否進一步大幅提高主變壓器磁芯材料的利用效率呢？針對這一技術問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

針對相關技術中的問題，本發明在正確地分析了全橋電路中主變壓器磁性材料工作機制后，創造性地提出了一種磁保持裝置及方法，從而可以大幅提高主變壓器磁性材料的利用效率。

在主變壓器的磁性材料上面，除了正常地繞制變壓器初級線圈和次級線圈外，另外再增加一個獨立的繞組，該繞組可以是單圈或兩圈，我們稱之為磁保持繞組。該繞組的兩端通過一個全橋整流電路后，把線圈中感應的交流電整流成直流電，然后把直流電的正極與一個MOS管的D極連接，把直流電的負極與該MOS管的S極連接。我們將該MOS管稱之為磁保持開關管。在控制電路中按照以下方式來控制該MOS管的通斷：在主電路的全橋電路對角橋臂開關管都導通時，磁芯的初級線圈中有電流流過，磁保持開關管保持關閉狀態，磁保持繞組中沒有電流流過；在全橋電路對角橋臂至少有一個開關管關閉的瞬間打開磁保持開關管，確保磁芯的初級線圈中沒有電流流過時，磁保持開關管保持導通狀態，磁保持繞組中有電流流過。由此可以看出，磁保持繞組不會影響變壓器把電能從初級繞組傳送到次級繞組，僅僅在變壓器不進行能量傳送時起到一個磁保持的作用。具體說來，在常規的全橋電路中，磁芯的工作狀態是這樣的：在每半個工作周期中，磁芯的磁化從-Br到+Bm(或者從+Br到-Bm)，在變壓器初級和次級電流都等于零時，磁芯的磁通密度從+Bm回到+Br(或者從-Bm回到-Br)，也就是說，在每半個工作周期中，磁芯的磁通密度變化量是ΔB＝Bm+Br。在本發明的具備磁保持功能的全橋電路中，磁芯的工作狀態是這樣的：在每半個工作周期中，磁芯的磁化從-Bm到+Bm(或者從+Bm到-Bm)，在變壓器初級和次級電流都等于零時，由于磁保持繞組兩端連線的磁保持開關管保持導通狀態，磁保持繞組中始終有電流流過，因此，磁芯的磁通密度仍然保持在+Bm(或者-Bm)，也就是說，在每半個工作周期中，磁芯的磁通密度變化量是ΔB＝2Bm；Bm是變壓器初級線圈流過最大電流時對應的磁通密度。