CN103107704A

CN103107704A - 适用于交错并联反激电路的集成变压器

Info

Publication number: CN103107704A
Application number: CN2013100632789A
Authority: CN
Inventors: 罗宇浩; 张圣
Original assignee: Altenergy Power System Inc
Current assignee: Altenergy Power System Inc
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2013-05-15

Abstract

本发明提供一种适用于交错并联反激电路的集成变压器，包括主变压器上磁芯、主变压器下磁芯、第一变压器骨架和第二变压器骨架；主变压器上磁芯和下磁芯对应迭置，构成闭合磁芯；第一和第二变压器骨架上具有绕组，一起被闭合磁芯扣合于内；闭合磁芯包括第一中柱、第二中柱和公共磁芯，第一和第二中柱分别具有将其分为上下两部分的第一和第二变压器气隙；第一和第二中柱上分别缠绕有第一和第二变压器绕组，两者的绕向相反；第一中柱所在变压器产生的第一磁通与第二中柱所在变压器产生的第二磁通在公共磁芯上方向相反。本发明降低了交错并联反激电路中变压器的损耗，减小了整个电路的体积，降低了成本，提高了反激电路的效率与功率密度。

Description

适用于交错并联反激电路的集成变压器

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，具体来说，本发明涉及一种适用于交错并联反激电路的集成变压器。

背景技术

变压器是电力电子变换器中重要的磁性元件，也是制约电力电子变换器小型化、效率与功率密度提升的重要因素。在交错反激并联电路应用的电路场合中(比如太阳能光伏并网交错并联反激微型逆变器)，两颗反激变压器是是制约微型逆变器进一步小型化的重要因素。交错并联反激电路结构有利于增大输出功率，减小纹波，从而可以减小滤波器电路。如果可以通过共用部分磁路的方式使两颗反激变压器集成在一起，就可以减小变压器的整体体积，提高变换器的效率与功率密度。

图1为现有技术中的一种分立变压器在交错并联反激电路中的拓扑结构示意图。如图1所示，在该交错并联反激电路中，两路分别有变压器100、100’，电流互感器101、101’，以及开关元件102、102’。其中，变压器100和100’均是现有的常规反激变压器。电流互感器101、101’分别检测变压器100、100’主边绕组的电流。开关元件(例如为MOSFET)102、102’作为此交错并联反激电路中的开关管，两个开关管的驱动信号交错互补，电路交错工作。

由于反激电路的特点，反激变压器在同等功率容量下磁材料用量较多，所以现有的两颗反激变压器100、100’体积较大，磁损也较高，成为了制约该反激电路拓朴结构的一个瓶颈。另外，电流互感器101、101’也增加了元件数和电路面积，以及能量损耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于交错并联反激电路的集成变压器结构，降低交错并联反激电路中变压器的损耗，减小整个电路的体积，降低成本，提高交错并联反激电路的效率与功率密度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于交错并联反激电路的集成变压器，包括主变压器上磁芯、主变压器下磁芯、第一变压器骨架和第二变压器骨架；所述主变压器上磁芯的开口向下，所述主变压器下磁芯的开口向上，两者对应迭置，构成所述集成变压器的闭合磁芯；所述第一变压器骨架和所述第二变压器骨架上具有绕组，一起被所述主变压器上磁芯和所述主变压器下磁芯扣合于内；所述闭合磁芯包括第一中柱、第二中柱和公共磁芯，所述第一中柱具有第一变压器气隙，被其分为上下两部分，所述第二中柱具有第二变压器气隙，被其亦分为上下两部分；所述第一中柱上缠绕有第一变压器绕组，所述第二中柱上缠绕有第二变压器绕组，所述第一变压器绕组与所述第二变压器绕组的绕向相反；所述第一中柱所在的变压器产生的第一磁通与所述第二中柱所在的变压器产生的第二磁通在所述公共磁芯上的方向相反。

可选地，所述集成变压器还包括第一电流检测器件和第二电流检测器件，分别用于检测所述第一中柱所在变压器和所述第二中柱所在变压器的主边绕组的电流。

可选地，所述第一电流检测器件和所述第二电流检测器件分别为第一电流互感器和第二电流互感器，所述第一电流互感器的磁芯和所述第二电流互感器的磁芯上具有绕组。

可选地，所述第一电流检测器件和所述第二电流检测器件分别为第一电流检测芯片和第二电流检测芯片。

可选地，所述交错并联反激电路具有大于2路的多路。

可选地，当所述交错并联反激电路具有4路时，所述闭合磁芯整体呈十字形。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过共用部分磁路的方式使两个或更多个反激变压器集成在一起，就可以减小变压器的整体体积，提高变换器的效率与功率密度。

另外，本发明还可通过将电流检测器件(如电流互感器)和变压器的集成，在交错并联反激电路应用的电路场合中(比如太阳能光伏并网交错并联反激微型逆变器)，推进微型逆变器进一步小型化，降低了成本、提高了效率。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为现有技术中的一种分立变压器在交错并联反激电路中的拓扑结构示意图；

图2为本发明一个实施例的采用了集成变压器的交错并联反激电路的拓扑结构示意图；

图3为本发明一个实施例的适用于交错并联反激电路的集成变压器的分解结构示意图；

图4为本发明一个实施例的适用于交错并联反激电路的集成变压器的内部磁路结构示意图；

图5为本发明一个实施例的适用于交错并联反激电路的开关管驱动信号和集成变压器的磁通量随时间的工作波形图；

图6为本发明另一个实施例的采用了集成变压器的交错并联反激电路的拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

图2为本发明一个实施例的采用了集成变压器的交错并联反激电路的拓扑结构示意图。需要注意的是，这个以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。如图2所示，该交错并联反激电路中采用了本发明的集成变压器200，代替了图1中的两个分立变压器100、100’和两个电流互感器101、101’，仅将两个开关元件201、202留在外面。应用集成变压器200不仅减小了电路的体积，而且集成变压器200的损耗较小，提高了整个电路的转换效率。

图3为本发明一个实施例的适用于交错并联反激电路的集成变压器的分解结构示意图。如图3所示，该集成变压器主要包括主变压器上磁芯301、主变压器下磁芯302、第一变压器骨架303和第二变压器骨架304。其中，主变压器上磁芯301的开口向下，主变压器下磁芯302的开口向上，两者对应迭置，构成集成变压器的闭合磁芯。第一变压器骨架303和第二变压器骨架304上具有绕组(未显示)，一起被主变压器上磁芯301和主变压器下磁芯302扣合于内。

图4为本发明一个实施例的适用于交错并联反激电路的集成变压器的内部磁路结构示意图。如图4所示，集成变压器的闭合磁芯由开口向下的主变压器上磁芯10和开口向上的主变压器下磁芯20对应迭置而成。该闭合磁芯至少包括第一中柱16、第二中柱26和公共磁芯30。其中，第一中柱16具有第一变压器气隙15，被其分为上下两部分；第二中柱26具有第二变压器气隙25，被其亦分为上下两部分。第一中柱16上缠绕有第一变压器绕组12、13，第二中柱26上缠绕有第二变压器绕组22、23，第一变压器绕组12、13与第二变压器绕组22、23的绕向相反。第一中柱16所在的变压器产生的第一磁通14与第二中柱26所在的变压器产生的第二磁通24在公共磁芯30上的方向相反。

图5为本发明一个实施例的适用于交错并联反激电路的开关管驱动信号(驱动A、驱动B)和集成变压器的磁通量(A磁通Φ、B磁通Φ)随时间t的工作波形图。如图5所示，驱动波形500可以是图2中开关管201的驱动信号(驱动A)，驱动波形501可以是图2中开关管202的驱动信号(驱动B)，驱动A和驱动B这两个驱动信号彼此交错互补。而集成变压器中任意时间t的磁通量Φ的示意曲线如502、503所示，集成变压器在以开关频率重复的磁化与复位的工作状态中，在公共磁芯部分有部分磁通交叠，且方向相反，如图5中阴影部分504所示。正是因为阴影部分504的磁通相消，从而可以减少磁损，提高了效率；并且公共磁芯部分可以做小，可以节约磁材料，使集成变压器整体做小。

在上述实施例中，例如图3所示的集成变压器，其可以包括第一电流检测器件和第二电流检测器件，分别用于检测第一中柱16所在变压器和第二中柱26所在变压器的主边绕组的电流。进一步地，该第一电流检测器件和该第二电流检测器件可以分别为第一电流互感器和第二电流互感器，第一电流互感器的磁芯305和第二电流互感器的磁芯306上具有绕组(未显示)。该第一电流检测器件和该第二电流检测器件还可以为其他可以满足该设计电流检测需要的器件，比如第一电流检测芯片和第二电流检测芯片。但是，该集成变压器也可以只是主变压器集成，不包括电流检测器件，如电流互感器等。图6为本发明另一个实施例的采用了集成变压器的交错并联反激电路的拓扑结构示意图。如图6所示，该集成变压器只集成了主变压器部分，而将电流检测器件，如电流互感器601、601’及开关元件602、602’等留在外面。

最后，在本发明中，该交错并联反激电路也可以是大于2路的多路结构，如3路、4路等。如果交错并联反激电路具有4路结构的话，闭合磁芯可以是整体呈十字形。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims

1.一种适用于交错并联反激电路的集成变压器，包括主变压器上磁芯(301)、主变压器下磁芯(302)、第一变压器骨架(303)和第二变压器骨架(304)；所述主变压器上磁芯(301)的开口向下，所述主变压器下磁芯(302)的开口向上，两者对应迭置，构成所述集成变压器的闭合磁芯；所述第一变压器骨架(303)和所述第二变压器骨架(304)上具有绕组，一起被所述主变压器上磁芯(301)和所述主变压器下磁芯(302)扣合于内；所述闭合磁芯包括第一中柱(16)、第二中柱(26)和公共磁芯(30)，所述第一中柱(16)具有第一变压器气隙(15)，被其分为上下两部分，所述第二中柱(26)具有第二变压器气隙(25)，被其亦分为上下两部分；所述第一中柱(16)上缠绕有第一变压器绕组(12、13)，所述第二中柱(26)上缠绕有第二变压器绕组(22、23)，所述第一变压器绕组(12、13)与所述第二变压器绕组(22、23)的绕向相反；所述第一中柱(16)所在的变压器产生的第一磁通(14)与所述第二中柱(26)所在的变压器产生的第二磁通(24)在所述公共磁芯(30)上的方向相反。

2.根据权利要求1所述的集成变压器，其特征在于，还包括第一电流检测器件和第二电流检测器件，分别用于检测所述第一中柱(16)所在变压器和所述第二中柱(26)所在变压器的主边绕组的电流。

3.根据权利要求2所述的集成变压器，其特征在于，所述第一电流检测器件和所述第二电流检测器件分别为第一电流互感器和第二电流互感器，所述第一电流互感器的磁芯(305)和所述第二电流互感器的磁芯(306)上具有绕组。

4.根据权利要求2所述的集成变压器，其特征在于，所述第一电流检测器件和所述第二电流检测器件分别为第一电流检测芯片和第二电流检测芯片。

5.根据权利要求1所述的集成变压器，其特征在于，所述交错并联反激电路具有大于2路的多路。

6.根据权利要求5所述的集成变压器，其特征在于，当所述交错并联反激电路具有4路时，所述闭合磁芯整体呈十字形。