[發明專利]一種多變壓器電磁解耦與高度磁集成設計方法

有效

• 申請號: 202110088760.2
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112906199B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 李勇;趙英龍;曹一家;姜利;萬江湖;丁超;劉婷
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H01F41/00
• 代理公司: 廣州容大知識產權代理事務所(普通合伙) 44326
• 代理人: 潘素云

本發明公開了一種多變壓器電磁解耦與高度磁集成設計方法，該方法包括了多變壓器勵磁電感設計、多變壓器電磁解耦設計、外接串聯電感磁集成設計和磁通對消設計。首先考慮大氣隙勵磁電感設計，得到設計式。然后通過共用低磁阻磁路，且讓各個變壓器處于高磁阻磁路，實現各個變壓器之間的電磁解耦。之后設計了一套計算變壓器漏感的方法，利用變壓器的漏感，將串聯變壓器繞組上的外接電感集成進變壓器。最后利用多變壓器共用低磁阻磁路的特性，合理設計磁通方向，使低磁阻回路的磁通互相抵消。本發明所提出的一種多變壓器電磁解耦與高度磁集成設計方法，減少了磁性元件的使用和磁路的面積，且變壓器之間實現了電磁解耦，提高了功率密度，降低了損耗。

技術領域

本發明涉及電磁元件磁集成技術領域，具體涉及一種多變壓器電磁解耦與高度磁集成設計方法。

背景技術

隨著便攜式電子設備和高性能電力電子裝置的發展和大范圍使用，產品的大小，可靠性和效率成為了關注的焦點。相比于其他類型的設備，電力電子裝置大量使用了變壓器實現電氣隔離和能量傳輸兩塊，提高變壓器效率，減少變壓器的體積，成為研究的重點。

傳統的電力電子設備中的變壓器，一般是使用多個鐵氧體或其他高性能磁芯，因為其在設計原理上簡單，容易制作而得到了大量應用。對于多變壓器的應用場合，變壓器的集成對提高電力電子裝置的功率密度和運行效率具有重要意義。

發明內容

有鑒于此，為了解決現有技術中的上述問題，本發明提出一種多變壓器電磁解耦與高度磁集成設計方法，把兩個或多個不同的變壓器集成在一個磁芯上，實現了變壓器之間的電磁解耦，有效的減少了變壓器的體積，減少了變壓器損耗，有利于電力電子裝置可靠性的提高和小型化。

本發明通過以下技術手段解決上述問題：

一種多變壓器電磁解耦與高度磁集成設計方法，包括多變壓器勵磁電感設計、多變壓器電磁解耦設計、外接串聯電感磁集成設計和磁通對消設計；

多變壓器勵磁電感設計：考慮到氣隙邊緣效應，在大氣隙時對多變壓器勵磁電感影響較大，對變壓器氣隙進行建模，得到多變壓器的勵磁電感計算式；

多變壓器電磁解耦設計：將各個變壓器置于高磁阻回路，共用低磁阻回路進行電磁解耦，將各個變壓器的電磁耦合消除，達到多個變壓器電磁解耦的目的；

外接串聯電感磁集成設計：對變壓器的漏感進行建模，得到變壓器漏感的計算式，利用變壓器漏感，將串聯在變壓器繞組上的外接電感集成到變壓器漏感中；

磁通對消設計：利用多變壓器共用低磁阻磁路，將各個變壓器在低磁阻的磁通分為兩組，采用磁通相反的方法，將共用低磁阻的磁通相互抵消。

進一步地，所述多變壓器的結構具體如下：

鐵芯：該鐵芯具有中柱和左右兩邊的第一側柱和第二側柱，側柱可根據被集成變壓器的個數進行調整，其中，中柱不開氣隙，側柱分別開一定的氣隙；

繞組：第一個變壓器的初級繞組和次級繞組繞制在第一側柱上，第二個變壓器的初級繞組和次級繞組繞制在第二側柱上，其他的以此類推；

鐵芯上的兩個變壓器繞組的磁感線分別通過自身的側柱，并共用低磁阻中柱形成各自的回路；其中各個變壓器的磁感線回路在中柱上的方向被控制，使中柱磁路無磁通或者少磁通。

進一步地，在多變壓器勵磁電感設計中，首先建立鐵芯的磁路模型；根據鐵芯的主要參數，獲得各個磁阻的計算式，其中對于空氣磁阻，由于氣隙較大，必須考慮氣隙形狀對空氣磁阻的影響：