一種諧振轉換電路的製作方法
2023-06-06 00:23:16 1
專利名稱：一種諧振轉換電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及電源領域，尤其涉及一種諧振轉換電路。
背景技術：
諧振轉換電路具有轉換效率高的優勢，所以得到越來越多的應用，典型的LLC對稱半橋諧振轉換電路單元如圖I所示，包括開關器件Q1、Q2、諧振電感Lr、變壓器Tr的勵磁電感Lm、諧振電容Crl、Cr2、整流器件Dl、D2，此諧振轉換電路連接直流電源，電源能量經過變壓器的原邊傳遞到副邊，經濾波電容C濾波後供給負載R。雖然諧振轉換電路能夠獲得較高的轉換效率，但是在大功率輸出時，通過濾波電容C的紋波電流容易超標，因此，實際應用中通常採用將兩個諧振轉換電路單元交錯並聯的方式為負載供電，例如，如圖2所示將兩個參數相同的LLC諧振轉換電路單元交錯並聯在一起，其輸入端並聯連接直流電源，輸出端並聯連接濾波電容C和負載R，其中，兩個LLC 諧振轉換電路電源的原邊開關器件的工作頻率相同，工作相位相差90度，副邊輸出電流經整流後相位相差180度，紋波電流相互對消，流經濾波電容C的紋波電流減小。但是在實際量產的產品中，諧振電感、諧振電容及變壓器的實際參數難免會與標準值存在偏差，因而會導致交錯並聯在一起的諧振腔的增益不一致，所以，即使兩個諧振轉換電路單元工作於相同的開關頻率，通過每個諧振轉換電路單元的電流值的大小也不相同，在電路極端不均流的情況下，會使得一相電路中的電流值過大而燒毀器件。
發明內容
有鑑於此，本發明實施例提供了一種諧振轉換電路，目的在於解決現有的交錯並聯連接的諧振轉換電路單元不均流的問題。為實現上述目的，本發明實施例提供了以下方案一種諧振轉換電路，包括至少兩相交錯並聯的諧振轉換電路單元，所述諧振轉換電路單元中的磁性器件相間磁集成於同一磁芯上。本發明實施例提供的諧振轉換電路，由交錯並聯連接的諧振轉換電路單元組成， 其中，不同相的磁性器件集成在同一磁芯上，因為集成於同一磁芯的磁性器件間存在磁路耦合作用，所以會導致不同相的電路支路之間的電流產生自均流的效果，從而實現諧振轉換電路中的各相諧振轉換電路單元的均流。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖I為LLC對稱半橋諧振轉換電路單元的電路示意圖；圖2為現有的LLC諧振轉換電路單元交錯並聯的電路示意圖；圖3 (a)、圖3 (b)為本發明實施例公開的諧振轉換電路的電路示意圖；圖4為本發明實施例公開的磁集成諧振電感Lr的結構示意圖；圖5為本發明實施例公開的又一種磁集成諧振電感Lr的結構示意圖；圖6 (a)、圖6 (b)為本發明實施例公開的又一種諧振轉換電路的電路示意圖；圖7為本發明實施例公開的磁集成第一相諧振電感Lrl與第二相變壓器Tr2或磁集成第二相諧振電感Lr2與第一相變壓器Trl的結構示意圖；圖8 (a)、圖8 (b)為本發明實施例公開的又一種諧振轉換電路的電路示意圖；圖9為本發明實施例公開的磁集成變壓器Tr的結構示意圖。
具體實施例方式本發明實施例公開了一種諧振轉換電路，通過將兩相或多相交錯並聯的諧振轉換電路單元中的磁性器件集成設置在同一個磁芯上，利用磁路耦合作用，實現不同相諧振轉換電路單元的均流，從而解決現有的諧振轉換電路中各相諧振轉換電路單元不均流的問題。下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明實施例公開的一種諧振轉換電路，包括兩相或多相交錯並聯連接的諧振轉換電路單元，所述諧振轉換電路單元中的磁性器件相間磁集成於同一磁芯上。可選地，所述諧振轉換電路單元可以為對稱半橋LLC諧振轉換電路單元，也可以為非對稱半橋LLC諧振轉換電路單元。如圖3 (a)所示的諧振轉換電路為兩相對稱半橋LLC諧振轉換電路，由如圖I所示的兩個LLC諧振轉換電路單元交錯並聯連接而成，包括第一相開關器件Q1、Q2、第一相諧振電容Crl、Cr2、第一相變壓器Trl及其勵磁電感Lml、第一相整流器件D1、D2，第二相開關器件Q3、Q4、第二相諧振電容Cr3、Cr4、第二相變壓器Tr2及其勵磁電感Lm2、第二相整流器件 D3、D4，及磁集成電感Lr。如圖3(b)所示的諧振轉換電路為兩相非對稱半橋LLC諧振轉換電路，與3相比， 區別僅在於諧振電容上，3 (b)中的第一相諧振電容為Crl,第二相諧振電容為Cr2。圖3(a)和圖3(b)中，Lr為兩個諧振轉換電路單元中的諧振電感磁集成於同一磁芯形成的，具體的磁集成方式可以如圖4所示將第一相諧振電感401設置在第一 E型磁芯403上，將第二相諧振電感402設置在第二 E型磁芯上404，設置方式具體可以為將諧振電感線圈繞在E型磁芯的中柱上，再將兩個E型磁芯集成在一個I型磁芯405上，可以通過調整E型磁芯與I型磁芯之間的空氣間隙來調整兩相諧振電感之間的耦合係數，耦合係數的大小可以決定兩相支路間的均流效果，耦合係數越大，均流效果越好，但是耦合係數過大，會影響諧振電路的性能，實際應用中，可以取兩相諧振電感間的耦合電感量為單相電感量的O. 5% 5%。
或者，將圖4中的E型磁芯替換為PQ型磁性，磁集成諧振電感Lr的具體設置方式也可以為將第一相諧振電感設置在第一 PQ型磁芯上，將第二相諧振電感設置在第二 PQ型磁芯上，設置方式具體可以為將諧振電感線圈繞在PQ型磁芯的中柱上，再將兩個PQ型磁芯集成在一個I型磁芯上，同樣地，也可以通過調整PQ型磁芯與I型磁芯間的空氣間隙來調整兩相諧振電感之間的耦合係數。或者，磁集成諧振電感Lr的具體設置方式還可以如圖5所示將第一 E型磁芯503和第二 E型磁芯504的相對設置,使得第一 E型磁芯的中柱與第二 E型磁芯的中柱相對,第一 E型磁芯的兩個邊柱與第二 E型磁芯的兩個邊柱分別相對，第一相諧振電感501和第二相諧振電感502分別設置在兩個相對的邊柱上，設置方式具體可以為將諧振電感線圈繞在E型磁芯的邊柱上，邊柱上設置空氣間隙，可通過調整兩個E 型磁芯中柱之間的空氣間隙的長度來調整耦合係數。圖3(a)和圖3(b)所示的諧振轉換電路中，兩相諧振轉換電路單元並聯在直流電源上，兩個諧振轉換電路單元的原邊開關器件的工作頻率相同，工作相位相差90度，電能通過第一相變壓器和第二相變壓器的原邊傳遞到次邊，經過整流器件整流後，兩相電流波形相位相差180°，使交流紋波電流相互抵消而大大降低，再經濾波電容C濾波後為負載R 供電。其中，在電流經過磁集成電感Lr時，會產生磁路耦合作用，從而使得兩相支路上的電流值產生均流現象。為了驗證本發明實施例所述的諧振轉換電路的自均流效果，本實施例提供了以下電路的仿真實驗表I仿真數據表
\變量仿Lrl (諧振電感)Lr2 (諧振電感)Lml\ Lm2 (勵磁電感)CrA Cr2 (諧振電容)Cr3\ Cr4 (諧振電容)K (集成電感耦合係數)仿真均流效果仿真I12uH12uH72uH100nF\ IOOnF100nF\ IOOnFO(50%, 50%)仿真212uH12uH72uH97nF\ 97nF103nF\ 103nFO(35.54%, 63.46%)仿真312uH12uH72uH97nF\ 97nF103nF\ 103nF0.01(45.71%, 54.29%) 如表I中所示，仿真I模擬諧振元件參數一致的理想狀態，即第一相諧振電感 Lrl和第二相諧振電感Lr2分別為12uH，第一相諧振電容Crl和Cr2均為IOOnF ;仿真2模擬如圖2所示的交錯並聯諧振轉換電路中諧振元件參數與標準值相比偏差±3%的實際使用狀態，即第一相諧振電感為Lrl和第二相諧振電感Lr2分別為12uH，第一相諧振電容 Crl和Cr2分別為97nF，第二相諧振電容Cr3和Cr4分別為103nF ;仿真3模擬本實施例圖 3(a)所示的電路中諧振元件參數同樣與標準值相比偏差±3%的實際使用狀態，即仿真3中諧振元器件的參數與仿真2中相同。在其它元器件參數相同的情況下，三組仿真實驗的結果表明，在諧振元件參數一致的理想狀態下，兩相支路中的電流值各佔電流總量的50%， 在沒有將諧振元件磁集成的仿真2中，當諧振元件參數與標準值相比偏差±3%時，兩相支路中電流各佔35. 54%和63. 46%，可見，出現了明顯的不均流現象，而在採用了諧振器件磁集成電路的仿真3中，同樣諧振元件參數與標準值相比偏差±3%時，兩相支路中電流各佔45. 71%和54. 29%，與仿真2相比，不均流的現象得到了改善。本實施例所述的諧振轉換電路將兩相諧振電感集成於一個磁芯上，由於兩相之間的諧振電感存在磁耦合，因此改善了由於兩相諧振元件參數的不一致帶來的輸入輸出不均流問題，降低了器件參數的精度要求以及生產篩選成本，無需複雜的控制手段來平衡兩相之間的輸入輸出電流，增加了電源轉換器的可靠性。同時由於採用了磁集成技術，單個集成的諧振電感Lr所佔電源的空間小於兩個分立諧振電感的體積之和，從而減小了電源的體積，進一步提升了電源的功率密度。本發明實施例還公開了一種諧振轉換電路，如圖6所示，其中圖6(a)為兩相對稱半橋LLC諧振轉換電路，由如圖I所示的兩個LLC諧振轉換電路單元交錯並聯連接而成， 包括第一相開關器件Ql、Q2、第一相諧振電感Lrl、第一相諧振電容Crl、Cr2、第一相變壓器Trl及其勵磁電感Lml、第一相整流器件D1、D2，第二相開關器件Q3、Q4、第二相諧振電感 Lr2、第二相諧振電容Cr3、Cr4、第二相變壓器Tr2及其勵磁電感Lm2、第二相整流器件D3、 D4,其中,第一相諧振電感Lrl與第二相變壓器Tr2磁集成於同一磁芯上,第二相諧振電感 Lr2與第一相變壓器Trl磁集成於同一磁芯上；圖6(b)為兩相非對稱半橋LLC諧振轉換電路，與圖6(a)相比，區別僅在於諧振電容上，圖6(b)中的第一相諧振電容為Crl，第二相諧振電容為Cr2。圖6(a)和圖6(b)中，磁集成第一相諧振電感Lrl與第二相變壓器Tr2或磁集成第二相諧振電感Lr2與第一相變壓器Trl的具體設置方式可以如圖7所示將第一(或第二)相諧振電感801設置在第一 E型磁芯803上,將第二(或第一) 相變壓器802設置在第二 E型磁芯上804，設置方式具體可以為將諧振電感線圈或變壓器原、次級線圈繞在E型磁芯的中柱上，再將兩個E型磁芯集成在一個I型磁芯805上，可以通過調整E型磁芯與I型磁芯之間的空氣間隙來調整諧振電感與變壓器之間的耦合係數。或者，使用PQ型磁芯代替E型磁芯，S卩將第一(或第二)相諧振電感設置在第一 PQ型磁芯上，將第二(或第一)相變壓器設置在第二 PQ型磁芯上，設置方式具體可以為將諧振電感線圈或變壓器原、次級線圈繞在PQ型磁芯的中柱上，再將兩個PQ型磁芯集成在一個I型磁芯上，可以通過調整PQ型磁芯與I型磁芯之間的空氣間隙來調整諧振電感與變壓器之間的耦合係數。本實施例所述的諧振轉換電路中，諧振電感與變壓器相間磁集成於一個磁芯上， 解決了兩相支路上的電流不均流的問題，同時也減小了電路的體積。本發明實施例還公開了一種諧振轉換電路，如圖8所示，其中圖8(a)為兩相對稱半橋LLC諧振轉換電路，由如圖I所示的兩個LLC諧振轉換電路單元交錯並聯連接而成，包括第一相開關器件Ql、Q2、第一相諧振電容Crl、Cr2、第一相整流器件Dl、D2,第二相開關器件Q3、Q4、第二相諧振電容Cr3、Cr4、第二相整流器件D3、D4和磁集成變壓器Tr (該磁集成變壓器Tr中包含勵磁電感Lml和Lm2)、磁集成諧振電感Lr，其中，磁集成變壓器為兩個諧振電路單元的變壓器集成在同一磁芯形成，磁集成諧振電感由兩個諧振轉換電路單元的諧振電感集成在同一磁芯形成；圖8(13)為兩相非對稱半橋LLC諧振轉換電路，與圖8 (a)相比，區別僅在於諧振電容，圖8(b)中的第一相諧振電容為Crl，第二相諧振電容為Cr2。圖8(a)和圖8(b)中，磁集成諧振電感Lr的設置方式可以前述實施例中圖4或圖 5所示。磁集成變壓器Tr的具體設置方式可以如圖9所示將第一變壓器1001設置在第一 E型磁芯1003上，將第二變壓器1002設置在第二 E型磁芯1004上，設置方式具體可以為將變壓器原副邊線圈繞在E型磁芯的中柱上，再將兩個E型磁芯集成在一個I型磁芯1005上。或者，使用PQ型磁芯代替E型磁芯，磁集成變壓器Tr的具體設置方式也可以如下將第一變壓器設置在第一 PQ型磁芯上，將第二變壓器設置在第二 PQ型磁芯上，設置方式具體可以為將變壓器原副邊線圈繞在PQ型磁芯的中柱上，再將兩個PQ型磁芯集成在一個I型磁芯上。本實施例所述的諧振轉換電路中，將兩個諧振轉換電路單元中的諧振電感磁集成在一個磁芯上，且還將兩個諧振轉換電路單元中的變壓器也磁集成在另一個磁芯上，不僅使得兩相諧振轉換電路實現了自均流，還減小了電路的體積。需要說明的是，上述實施例中均是以LLC諧振轉換單元為例進行描述，本領域技術人員容易想到的，除LLC諧振轉換單元外，諧振轉換單元還可以為串聯諧振轉換單元、並聯諧振轉換單元、串並聯諧振轉換單元等；並且諧振轉換單元中的連接類型也並不限於上述實施例中提到的對稱半橋連接和非對稱半橋連接，還可以包括全橋連接等方式。本發明實施例所述的諧振轉換電路將磁性器件相間磁集成於同一磁芯上，兩相之間的磁性器件存在磁耦合，從而改善了由於兩相諧振元件參數的不一致帶來的輸入輸出不均流問題，降低了器件參數的精度要求以及生產篩選成本，無需複雜的控制手段來平衡兩相之間的輸入輸出電流，增加了電源轉換器的可靠性。同時由於採用了磁集成技術，減小了電源的體積，進一步提升了電源的功率密度。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同或相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求
1.一種諧振轉換電路，其特徵在於，包括至少兩相交錯並聯的諧振轉換電路單元，所述諧振轉換電路單元中的磁性器件相間磁集成於同一磁芯上。
2.根據權利要求I所述的諧振轉換電路，其特徵在於，所述諧振轉換電路單元中的磁性器件相間磁集成於同一磁芯上包括所述諧振轉換電路單元中的諧振電感相間磁集成於同一磁芯上。
3.根據權利要求2所述的諧振轉換電路，其特徵在於，所述諧振轉換電路單元中的諧振電感相間磁集成於同一磁芯上包括不同相的諧振電感分別設置在不同的E型磁芯上，所述不同的E型磁芯集成在同一 I 型磁芯上。
4.根據權利要求3所述的諧振轉換電路，其特徵在於，通過調整所述E型磁芯與所述I 型磁芯之間的空氣間隙來調整兩相諧振電感之間的耦合係數。
5.根據權利要求2所述的諧振轉換電路，其特徵在於，所述諧振轉換電路單元中的諧振電感相間磁集成於同一磁芯上包括不同相的諧振電感分別設置在不同的PQ型磁芯上，所述不同的PQ型磁芯集成在同一 I型磁芯上。
6.根據權利要求5所述的諧振轉換電路，其特徵在於，通過調整所述PQ型磁芯與所述 I型磁芯之間的空氣間隙來調整兩相諧振電感之間的耦合係數。
7.根據權利要求2所述的諧振轉換電路，其特徵在於，所述諧振轉換電路單元中的諧振電感相間磁集成於同一磁芯上包括不同相的諧振電感分別設置在由兩個E型磁芯集成的磁芯的不同邊柱上。
8.根據權利要求7所述的諧振轉換電路，其特徵在於，通過調整所述兩個E型磁芯中柱之間的空氣間隙來調整兩相諧振電感之間的耦合係數。
9.根據權利要求I所述的諧振轉換電路，其特徵在於，所述諧振轉換電路單元中的磁性器件相間磁集成於同一磁芯上包括所述諧振轉換電路單元中的諧振電感與變壓器相間磁集成於同一磁芯上。
10.根據權利要求9所述的諧振轉換電路，其特徵在於，所述諧振轉換電路單元中的諧振電感與變壓器相間磁集成於同一磁芯上包括第一相諧振電感和第二相變壓器分別設置在不同的E型磁芯上，所述不同的E型磁芯集成於I型磁芯上。
11.根據權利要求10所述的諧振轉換電路，其特徵在於，通過調整所述E型磁芯與所述I型磁芯之間的空氣間隙來調整所述第一相諧振電感與所述第二相變壓器之間的耦合係數。
12.根據權利要求9所述的諧振轉換電路，其特徵在於，所述諧振轉換電路單元中的諧振電感與變壓器相間磁集成於同一磁芯上包括第一相諧振電感和第二相變壓器分別設置在不同的PQ型磁芯上，所述不同的PQ型磁芯集成於I型磁芯上。
13.根據權利要求12所述的諧振轉換電路，其特徵在於，通過調整所述PQ型磁芯與所述I型磁芯之間的空氣間隙來調整所述第一相諧振電感與所述第二相變壓器之間的耦合係數。
14.根據權利要求I所述的諧振轉換電路，其特徵在於，所述諧振轉換電路單元中的磁性器件相間磁集成於同一磁芯上包括所述諧振轉換電路單元中的諧振電感相間磁集成於同一磁芯上，且變壓器相間磁集成於同一磁芯上。
15.根據權利要求14所述的諧振轉換電路，其特徵在於，所述變壓器相間磁集成於同一磁芯上包括第一相變壓器和第二相變壓器分別設置在不同的E型磁芯上，所述不同的E型磁芯集成於I型磁芯上。
16.根據權利要求14所述的諧振轉換電路，其特徵在於，所述變壓器相間磁集成於同一磁芯上包括第一相變壓器和第二相變壓器分別設置在不同的PQ型磁芯上，所述不同的PQ型磁芯集成於I型磁芯上。
17.根據權利要求I至16任一項所述的諧振轉換電路，其特徵在於，所述諧振轉換電路單元包括對稱半橋諧振轉換電路單元；或者，非對稱半橋諧振轉換電路單元；或者，全橋諧振轉換電路單元。
18.根據權利要求I至16任一項所述的諧振轉換電路，其特徵在於，所述諧振轉換電路單元包括LLC諧振轉換電路單元、串聯諧振轉換電路單元、並聯諧振轉換電路單元、或者串並聯諧振轉換電路單元。
全文摘要
本發明實施例提供了一種諧振轉換電路，包括至少兩相交錯並聯的諧振轉換電路單元，所述諧振轉換電路單元中的磁性器件相間磁集成於同一磁芯上。因為集成於同一磁芯的磁性器件間存在磁路耦合作用，所以會導致不同相的電路支路上的電流產生自均流的效果，從而實現諧振轉換電路中的各相諧振轉換電路單元的均流，並且由於磁性器件的集成而減小了電源的體積。
文檔編號H02M3/335GK102611315SQ20121007919
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月22日 優先權日2012年3月22日
發明者徐金柱, 潘燈海 申請人:華為技術有限公司