[發明專利]一種大功率高頻五相磁集成變壓器

有效

• 申請號: 202110305653.0
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113077956B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 王佳寧;胡嘉汶;裴偉
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01F5/04
• 分類號: H01F5/04;H01F5/06;H01F27/08;H01F27/32
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發明公開了一種大功率高頻五相磁集成變壓器屬于高頻變壓器技術領域。包括五個單相變壓器、上磁蓋、下磁蓋和絕緣結構。單相變壓器由內向外包括磁芯柱、初級線圈和次級線圈。五個單相變壓器按正五邊形錯序排布在上磁蓋與下磁蓋之間，五個初級線圈輸入激勵相位相差72°，五個初級線圈引出線星型聯結，五個次級線圈引入線星型聯結。絕緣結構設置在磁芯柱與初級線圈、初級線圈與次級線圈、五個次級線圈和上、下頂蓋之間。本發明設計的一種大功率高頻五相磁集成變壓器具有功率密度高、散熱性能強、工作穩定性高的優點，并且具有大范圍的漏感、勵磁電感調節區間。

技術領域

本發明涉及一種大功率高頻五相磁集成變壓器，屬于高頻變壓器技術領域。

背景技術

大容量新能源電場通過工頻變壓器直接并網，占用空間大，功率密度低。隨著電力電子技術的迅速發展，模塊化電力電子變壓器受到更多關注，其包括兩大核心元件：大功率高頻變壓器與電力電子變流器。

對于大功率高頻變壓器，工作頻率的提高可以減小大功率高頻變壓器體積，提升功率密度。但同時也會導致大功率高頻變壓器的磁芯損耗和繞組損耗的增加，并且體積的小型化使導熱面積減小，導致大功率高頻變壓器散熱困難。同時隨著工作電壓與功率容量的增加，大功率高頻變壓器對絕緣需求進一步提升，因而大功率高頻變壓器通常包裹有絕緣材料，這導致散熱性能進一步下降，影響了大功率高頻變壓器的工作可靠性。

因此如何提供一種具有良好散熱性能和工作可靠性的大功率高頻變壓器，成為本領域亟待解決的問題。

針對這個問題，有學者從多相式DC/DC變換器入手，提出了一種大功率高頻多相磁集成變壓器。多相式DC/DC變換器因其低電流應力，低濾波器尺寸需求的優點，更適用于大功率場合，但傳統多相式DC/DC變換器中含有多個大功率高頻單相變壓器，占用體積大，功率密度低，亟需改進。大功率高頻多相磁集成變壓器則將多相式DC/DC變換器拓撲中多個單相變壓器集成于同一個多柱磁芯，可在不減小功率密度條件下，顯著增大導熱面積，從而獲得散熱性能的提升，并且多個單相變壓器同時工作能保證大功率高頻多相磁集成變壓器發熱均勻，不會出現局部過熱現象。因此大功率高頻多相磁集成變壓器受到了較多的關注。但目前的研究范圍主要集中在中小功率高頻三相磁集成變壓器，如，2018年日本九州大學學者對小功率高頻三相磁集成變壓器的設計、解耦性進行了研究，2020年加拿大不列顛哥倫比亞大學學者針對新能源汽車充電樁的應用場合，對中等功率下的高頻三相磁集成變壓器進行了設計。但是對更多相，更大功率的高頻多相磁集成變壓器的研究方面，目前沒有發現同本發明類似技術的說明或報道，也尚未收集到國內外類似的資料。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明為實現更佳的大功率高頻變壓器散熱能力，進一步提高大功率高頻變壓器和模塊化電力電子變壓器的工作可靠性，對更多相，更大功率的高頻多相磁集成變壓器進行了研究，提供了一種大功率高頻五相磁集成變壓器。

本發明的目的是這樣實現的，本發明提供了一種大功率高頻五相磁集成變壓器，包括五個相同的單相變壓器、一個上磁蓋S、一個下磁蓋X和絕緣結構；所述絕緣結構包括主絕緣結構J1和次絕緣結構J2，所述上磁蓋S和下磁蓋X的中心位置均開有相同的過線孔K；

將五個單相變壓器中的任一個單相變壓器記為i相變壓器G_i，i代表相，即i＝A，B，C，D，E；所述i相變壓器G_i由內向外由一個磁芯柱Z_i、一個初級線圈Y1_i和一個次級線圈Y2_i組成，初級線圈Y1_i、次級線圈Y2_i的形狀與磁芯柱Z_i相同，且三者保持同心；在磁芯柱Z_i和初級線圈Y1_i之間填充了次絕緣結構J2，在初級線圈Y1_i和次級線圈Y2_i之間填充了主絕緣結構J1；