一种磁集成双有源桥变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种磁集成双有源桥变换器。其特征在于，包括原边全桥、副边全桥、磁集成结构、原边直流电源、副边直流电源、输入滤波电容、输出滤波电容；能量正向传递时原边全桥工作在逆变状态，副边全桥工作在整流状态，能量正向传递时副边全桥工作在逆变状态，原边全桥工作在整流状态。磁集成结构在一个磁芯中集成了储能电感、变压器两项功能。整个变换器仅含有一个磁元件，大大减小了磁性元件的体积，进而提高功率密度。本发明专利技术可在移相控制或不对称的PWM控制下实现大功率、小体积、高效双向能量传递。

A magnetically integrated double active bridge converter

【技术实现步骤摘要】
一种磁集成双有源桥变换器
本专利技术涉及电力电子磁集成技术，具体涉及一种磁集成双有源桥变换器。
技术介绍
近年来，双向DC/DC变换器在生产生活各领域得到了广泛的应用，伴随着第三代半导体器件碳化硅、氮化镓等的应用，变换器正向着高频率、高功率密度的方向发展。然而根据统计磁元件如变压器、电感的重量一般占变换器的30％～40％、体积大约占20％～30％，因此磁元件成为限制变换器功率密度提升的主要因数。因此过多的磁元件会导致变换器体积、重量增加，设计成本上升，影响电源功率密度及效率。随着磁集成技术的提出，磁元件的数量体积得以下降。现有的技术大部分对非隔离变换器进行磁集成，部分实现隔离型变换器能量单向传输的磁集成，对隔离型变换器的能量双向传输磁集成较少。现有技术实际设计时，隔离型变换器电感与变压器的磁集成磁芯侧柱容易饱和。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种磁集成双有源桥变换器，以实现双有源桥变换器能量双向传输的磁集成，以及降低磁集成后的磁芯侧柱的饱和度，进而可以进一步降低磁集成后的磁芯大小。本专利技术提供一种磁集成双有源全变换器，包括原边全桥、副边全桥、磁集成结构、原边直流电源、副边直流电源、原边输入滤波电容、副边输出滤波电容；所述原边全桥包括开关器件S1、开关器件S2、开关器件S3、开关器件S4，开关器件S1的源极同开关器件S2的漏极相连接，开关器件S3的源极同开关器件S4的漏极相连接，开关器件S1的漏极同开关器件S3的漏极相连接，开关器件S2的源极同开关器件S4的源极相连接；所述副边全桥包括开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4，开关器件Q1的源极同开关器件Q2的漏极相连接，开关器件Q3的源极同开关器件Q4的漏极相连接，开关器件Q1的漏极同开关器件Q3的漏极相连接，开关器件Q2的源极同开关器件Q4的源极相连接；所述输入滤波电容同原边全桥的开关器件S1漏极、开关器件S3漏极和开关器件S2源极、开关器件S4源极相连接；所述输出滤波电容同副边全桥的开关器件Q1漏极、开关器件Q3漏极和开关器件Q2源极、开关器件Q4源极相连接；所述原边直流电源同输入滤波电容相连接；所述副边直流电源同输出滤波电容相连接；所述磁集成结构端口1同原边全桥端口A相连接，磁集成结构端口2同原边全桥端口B相连接，磁集成结构端口3同原边全桥端口C相连接，磁集成结构端口4同原边全桥端口D相连接。可选地，所述磁集成结构还包括EE/EI磁芯或平面磁芯、电感绕组、原边第一绕组、原边第二绕组、副边第一绕组、副边第二绕组；电感绕组绕在磁芯侧柱Ⅱ上，原边第一绕组绕在磁芯侧柱Ⅲ上，原边第二绕组绕在磁芯中柱Ι上，副边第一绕组绕在磁芯侧柱Ⅲ上，副边第二绕组绕在磁芯中柱Ι上；其中电感绕组的同名端作为磁集成结构端口1，电感绕组的异名端同原边第一绕组的同名端相连接，原边第一绕组的异名端同原边第二绕组的同名端相连接，原边第一绕组的异名端作为磁集成结构端口2，副边第一绕组的同名端作为磁集成结构端口3，副边第一绕组的异名端同副边第二绕组的同名端相连接，副边第二绕组的异名端作为磁集成结构端口4；所述EE/EI磁芯或平面磁芯三个磁柱均开有气隙。可选地，所述磁集成结构还包括UIU磁芯、原边绕组、副边绕组、电感第一绕组、电感第二绕组；原边绕组绕在磁芯中柱Ι上，副边绕组绕在磁芯中柱Ι上，电感第一绕组绕在磁芯侧柱Ⅱ上，电感第二绕组绕在磁芯侧柱Ⅲ上；其中电感第一绕组同名端作为磁集成结构端口1，电感第一绕组异名端同电感第二绕组同名端相连接，原边绕组同名端同电感第二绕组异名端相连接，原边绕组异名端作为磁集成结构端口2，副边绕组同名端作为磁集成结构端口3、副边绕组异名端作为磁集成结构端口4；所述UIU磁芯磁柱Ι同磁柱Ⅱ之间和磁柱Ι同磁柱Ⅲ之间均开有气隙。可选地，所述原边全桥和副边全桥采用PWM移相控制、不对称的PWM控制、移相变频控制等。本专利技术的有益效果为：本专利技术对现有结构进行改进，提供了新的磁集成结构是，其为一个四端口结构，除了可以采用图2所示的结构形式外还可以采用图3结构形式，分别解决电感与变压器磁集成后磁芯侧柱Ⅲ饱和、电感与变压器磁集成后磁芯两侧柱饱和，以方便实际设计与应用。本专利技术通过对低频电感在磁芯侧柱Ⅲ和磁芯中柱Ι匝数的合理设计，原、副边第一绕组和原、副边第二绕组产生的磁通对电感在磁芯侧柱Ⅱ磁通相互抵消，变压器运行不对电感运行产生影响。实现了电感和变压器的解耦集成，磁集成后中柱产生的磁通最大，但由于磁芯的中柱比侧柱更宽，所以饱和度会降低。本专利技术实现了电感与变压器的解耦集成，磁集成后侧柱Ⅲ产生的磁通最大，但由于UIU型磁芯侧柱Ⅲ比EE/EI型磁芯侧柱Ⅲ更宽，所以饱和度会降低。附图说明图1是一种磁集成双有源桥变换器示意图；图2是本专利技术的仅使用一个EE/EI磁芯将电感置于左侧柱，变压器置于中柱和右侧柱的结构示意图。图3是本专利技术的仅使用一个UIU磁芯将电感置于侧柱，变压器置于中柱的结构示意图。具体实施方式图1为本专利技术实施例提供的一种磁集成双有源桥变换器示意图，本专利技术实施例提供的一种磁集成双有源桥变换器包括原边全桥、副边全桥、磁集成结构、原边直流电源、副边直流电源、输入滤波电容、输出滤波电容；所述原边全桥包括开关器件S1、开关器件S2、开关器件S3、开关器件S4，开关器件S1的源极同开关器件S2的漏极相连接，开关器件S3的源极同开关器件S4的漏极相连接，开关器件S1的漏极同开关器件S3的漏极相连接，开关器件S2的源极同开关器件S4的源极相连接；所述副边全桥包括开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4，开关器件Q1的源极同开关器件Q2的漏极相连接，开关器件Q3的源极同开关器件Q4的漏极相连接，开关器件Q1的漏极同开关器件Q3的漏极相连接，开关器件Q2的源极同开关器件Q4的源极相连接；所述输入滤波电容同原边全桥的开关器件S1漏极、开关器件S3漏极和开关器件S2源极、开关器件S4源极相连接；所述输出滤波电容同副边全桥的开关器件Q1漏极、开关器件Q3漏极和开关器件Q2源极、开关器件Q4源极相连接；所述原边直流电源同输入滤波电容相连接；所述副边直流电源同输出滤波电容相连接；所述磁集成结构端口1同原边全桥端口A相连接，磁集成结构端口2同原边全桥端口B相连接，磁集成结构端口3同原边全桥端口C相连接，磁集成结构端口4同原边全桥端口D相连接。所述磁集成结构是本专利技术的主要内容，为一个四端口结构，除了可以采用图2所示的结构形式外还可以采用图3结构形式，分别解决电感与变压器磁集成后磁芯侧柱Ⅲ饱和、电感与变压器磁集成后磁芯两侧柱饱和，以方便实际设计与应用。变换器的原边全桥和副边全桥采用PWM移相控制、不对称的PWM控制、移相变频控制等。能量正向传递时原边全桥工作在逆变状态，副边全桥工作在整流状态，能量正向传递时副边全桥工作在逆变状态，原边全桥工作在整流状态。图2是本专利技术的仅使用一个EE/EI磁芯将电感置于左侧柱，变压器置于中柱和右侧柱的结构示意图。磁集成结构还包括EE/EI磁芯或平面磁芯、电感绕组、原边本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁集成双有源桥变换器，其特征在于，包括原边全桥H1、副边全桥H2、磁集成结构、原边直流电源V

【技术特征摘要】
1.一种磁集成双有源桥变换器，其特征在于，包括原边全桥H1、副边全桥H2、磁集成结构、原边直流电源V1、副边直流电源V2、输入滤波电容C1、输出滤波电容C2；所述原边全桥H1由开关器件S1、开关器件S2、开关器件S3、开关器件S4组成，所述开关器件S1的源极同开关器件S2的漏极相连接，所述开关器件S3的源极同开关器件S4的漏极相连接，所述开关器件S1的漏极同开关器件S3的漏极相连接，所述开关器件S2的源极同开关器件S4的源极相连接；所述副边全桥H2由开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4组成，所述开关器件Q1的源极同开关器件Q2的漏极相连接，所述开关器件Q3的源极同开关器件Q4的漏极相连接，所述开关器件Q1的漏极同开关器件Q3的漏极相连接，所述开关器件Q2的源极同开关器件Q4的源极相连接；所述输入滤波电容C1同原边全桥H1的开关器件S1漏极、开关器件S3漏极和开关器件S2源极、开关器件S4源极相连接；所述输出滤波电容C2同副边全桥H2的开关器件Q1漏极、开关器件Q3漏极和开关器件Q2源极、开关器件Q4源极相连接；所述原边直流电源V1同输入滤波电容C1相连接；所述副边直流电源V2同输出滤波电容C2相连接；所述磁集成结构端口同原边全桥H1端口A相连接，所述磁集成结构端口同原边全桥H1端口B相连接，所述磁集成结构端口同原边全桥H1端口C相连接，所述磁集成结构端口同原边全桥H1端口D相连接。


2.根据权利要求1所述的一种磁集成双有源桥变换器，其特征在于所述磁集成结构由EE/EI磁芯或平面磁芯、电感绕组L、原边第一绕组NP1、原边第二绕组NP2、副边第一绕组NS1、副边第二绕组NS2组成；所述电感绕组L绕在...

【专利技术属性】
技术研发人员：高圣伟，王浩，胡聪卫，贺琛，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12