用于至少两个交错开关的电力电子转换器的绕组装置和转换器装置制造方法及图纸

本发明专利技术描述了一种用于至少两个交错开关的电力电子转换器(1)的绕组装置。该绕组装置包括具有至少两个子元件(110，120；210，220)的绕组芯(100；200)，其中，两个子元件(110，120；210，220)以通过气隙(131，132；231)彼此分开的方式，布置在彼此相对的端面(114，124；115，125；217，227)的区域中。该绕组装置包括至少两个绕组(116，126；218，228)，至少两个绕组缠绕在绕组芯(100；200)上，使得在电力电子转换器(1)运行时通过至少两个绕组(116，126；218，228)产生的磁通的直流分量相互抵消。至少两个绕组(116，126；218，228)被构造为带状绕组。至少两个绕组(116，126；218，228)的相应的绕组窗口布置在绕组芯(100；200)的不跨越气隙(131，132；231)的部段中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于至少两个交错开关的电力电子转换器的绕组装置和转换器装置
本专利技术涉及一种用于至少两个交错开关的电力电子转换器的绕组装置。该绕组装置包括绕组芯，绕组芯包括至少两个子元件，其中，两个子元件以经由气隙彼此分开的方式，布置在彼此相对的端面的区域中。至少两个绕组缠绕在绕组芯上，使得至少两个绕组在电力电子转换器运行时产生的磁通的直流分量相互抵消。本专利技术还涉及一种转换器装置，该转换器装置具有至少两个交错开关的电力电子转换器和绕组装置。
技术介绍
诸如升压转换器或者降压转换器的电力电子电路，可以划分为多个相同地构建的电力电子转换器并且并行地运行。然后，以所谓的“交错模式(Interleaved-Mode)”对电力电子转换器进行控制，在这种模式下，有源开关元件以相同的占空比、但是以并联地设置的电力电子转换器的数量偏移(交错)的方式进行开关。在两个电力电子转换器(也称为级)并联地布置的情况下，两个电力电子转换器的开关元件以50％的偏移量运行。在三个级的情况下，偏移量为33％。图1示例性地示出了由两个相同的级构成的降压-升压转换器(英语：Buck-Boost-Converter)。在图1中示出的转换器装置1包括用附图标记10表示的第一电力电子转换器和用附图标记20表示的第二电力电子转换器。第一电力电子转换器10包括具有电感L1的绕组11、第一开关元件12以及第二开关元件13。与此类似，第二电力电子转换器20包括具有电感L2的绕组21、第一开关元件22以及与其串联连接的第二开关元件23。特别是，绕组11、21具有相同的电感L1、L2。第一以及第二电力电子转换器10、20的第一和第二开关元件12、13或者22、23的串联电路，连接在输出连接端4与参考电势连接端3之间。此外，与电力电子转换器10、20并联地，因此在参考电势连接端3与输出连接端4之间，布置有(平滑)电容器。第一电力电子转换器10的第一开关元件12与第二开关元件13之间的节点，经由绕组11与电源电势连接端2连接。与此类似，第二电力电子转换器20的第一开关元件22与第二开关元件23之间的节点，经由绕组21与电源电势连接端2连接。在电源电势连接端2与参考电势连接端3之间连接有电容器5。当在电源电势连接端2与参考电势连接端3之间施加输入电压Vin时，在输出连接端4与参考电势连接端3之间，可以获得输出电压Vout。在电力电子转换器1运行时，在作为降压-升压转换器实现的情况下，仅使用第二开关元件13和23的开关功能(因此，在图1中也将它们标记为S1和S2)，同时第一开关元件12、22被切换为持续关断，从而仅使用它们在关断运行中的二极管特性(这在图1中通过D1和D2来表示)。电感L1和L2通常由单独的绕组装置形成，其中，绕组11和12分别安装在单独的绕组芯上。原则上，可以用通过共同的绕组芯耦合的单个电感来代替电感L1和L2。这种配置的优点是绕组装置的结构体积更小，因为绕组芯中的磁通的直流分量可以抵消，由此可以使磁芯横截面显著减小。在图2中示意性地示出了这种过程。示出了具有绕组芯100的绕组装置，绕组芯100包括U形的第一子元件110和相应地构造的U形的第二子元件120。第一和第二子元件110、120分别包括中间部分111、121，平行地延伸的芯柱部分112、113和122、123从中间部分111、121的相对的端部开始延伸。芯柱部分112、122的彼此相对的端面114、124以及芯柱部分113、123的彼此相对的端面115、125通过气隙131和132彼此间隔开。沿着布置在一个轴上的第一和第二子元件110和120的芯柱部分112和122，设置用于形成第一电感L1的绕组11。以相应的方式，用于形成第二电感L2的绕组12延伸通过在轴向上依次布置的第一和第二子元件110和120的芯柱部分113和123。显而易见，在此，绕组11和12桥接分别在彼此相对的芯柱部分之间形成的气隙131和132。除了绕组装置之外，还示出了在图1中示出并描述的元件S1、D1和S2、D2，以及它们相对于输出连接端4和参考电势连接端3的连接。因此，图2示出了如下的布置，在这种布置中，在转换器装置的两个级并联连接的情况下，转换器装置的绕组安装在绕组芯100的气隙侧的芯柱部分上。由此得到开头描述的期望的效果：通过这种布置，绕组芯中的磁通的直流分量可以抵消。这通过在第一子元件110中标记的磁通φ1和φ2示出，由于流过绕组11、12的电流i1和i2，磁通φ1和φ2沿相反的方向运行。由于磁通φ1和φ2的抵消作用，实现电力电子电路(在此为：降压-升压转换器)的功能所需的电感仅通过漏感φS产生，漏感φS由沿着在图3中用从上到下延伸的箭头表示的泄露路径延伸的不确定的漏磁通产生。为了清楚起见，在图3中没有示出元件S1、D1和S2、D2以及它们相对于输出连接端4和参考电势连接端3的连接。由于气隙131和132上的漏感φS而产生的场隆起(未示出)以不期望的方式贡献了显著部分的绕组损耗，因此必须使用相对昂贵的HF绞合线绕组(HF-Litzenwicklung)来实现绕组11、12。然而，在较大的功率或者电流通过电力电子电路时，由于不能足够大地实现的绕组窗口WF，这可能产生限制。绕组窗口WF由在芯柱部分的轴向方向上延伸的、绕组11或12的相应的绕组体的宽度得出。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，给出一种用于至少两个交错开关的电力电子转换器的绕组装置，以及具有至少两个交错开关的电力电子转换器和绕组装置的转换器装置，其使得绕组损耗能够减小，并且使得可由绕组引导的电流能够增大。上述技术问题通过根据权利要求1的特征的绕组装置和根据权利要求13的特征的转换器装置来解决。有利的设计方案根据从属权利要求得到。提出了一种用于至少两个交错开关的电力电子转换器的绕组装置，该绕组装置包括具有至少两个子元件的绕组芯和至少两个绕组。两个子元件以通过气隙彼此分开的方式，布置在彼此相对的端面的区域中。至少两个绕组缠绕在绕组芯上，使得在电力电子转换器运行时通过至少两个绕组产生的磁通的直流分量相互抵消。根据本专利技术，至少两个绕组被构造为带状绕组。至少两个绕组的相应的绕组窗口布置在绕组芯的不跨越气隙的部段中。根据本专利技术的用于至少两个交错开关的电力电子转换器的绕组装置以如下方式来实现：分别对绕组芯的通常不使用的部段设置绕组。因此，相对于开头根据现有技术描述的布置(图2和3)，绕组旋转了90°。绕组在绕组芯的不跨越气隙的部段中的这种新型的布置，避免了气隙附近的磁场隆起的负面影响，由此可以避免对绕组损耗的影响。由此，可以代替绞合线绕组，针对大电流应用，使用带状绕组。由于绕组损耗减小，绕组装置可以以更大的电流运行。此外，由于带状绕组相对于高频绞合线绕组明显更便宜，所以绕组装置可以以更低的成本来实现。通过使用带状绕组，又可以非常有效地使由绕组电流的大的直流分量引起的损耗减小。通过在电力电子转换器运行时基于抵消使磁通的直流分量减小，可以减小绕组芯的横截面，由此可以进一步使结构空间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于至少两个交错开关的电力电子转换器(1)的绕组装置，所述绕组装置包括/n-具有至少两个子元件(110，120；210，220)的绕组芯(100；200)，其中，所述两个子元件(110，120；210，220)以通过气隙(131，132；231)彼此分开的方式，布置在彼此相对的端面(114，124；115，125；217，227)的区域中；以及/n-至少两个绕组(116，126；218，228)，所述至少两个绕组缠绕在所述绕组芯(100；200)上，使得在所述电力电子转换器(1)运行时通过所述至少两个绕组(116，126；218，228)产生的磁通的直流分量相互抵消；/n其中，/n-所述至少两个绕组(116，126；218，228)被构造为带状绕组；并且/n-所述至少两个绕组(116，126；218，228)的相应的绕组窗口布置在所述绕组芯(100；200)的不跨越气隙(131，132；231)的部段中。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171128 DE 102017221267.51.一种用于至少两个交错开关的电力电子转换器(1)的绕组装置，所述绕组装置包括
-具有至少两个子元件(110，120；210，220)的绕组芯(100；200)，其中，所述两个子元件(110，120；210，220)以通过气隙(131，132；231)彼此分开的方式，布置在彼此相对的端面(114，124；115，125；217，227)的区域中；以及
-至少两个绕组(116，126；218，228)，所述至少两个绕组缠绕在所述绕组芯(100；200)上，使得在所述电力电子转换器(1)运行时通过所述至少两个绕组(116，126；218，228)产生的磁通的直流分量相互抵消；
其中，
-所述至少两个绕组(116，126；218，228)被构造为带状绕组；并且
-所述至少两个绕组(116，126；218，228)的相应的绕组窗口布置在所述绕组芯(100；200)的不跨越气隙(131，132；231)的部段中。


2.根据权利要求1所述的绕组装置，其中，所述至少两个绕组(116，126；218，228)的绕组轴彼此平行地延伸。


3.根据权利要求1或2所述的绕组装置，其中，彼此相对的端面(114，124；115，125；217，227)的尺寸，仅通过在所述电力电子转换器(1)运行时产生的波纹电流的大小来确定。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的绕组装置，其中，所述至少两个绕组(116，126)的绕组轴与气隙(131，132)的延伸方向垂直地延伸。


5.根据权利要求4所述的绕组装置，其中，所述至少两个子元件(110，120)具有U形的形状，所述U形的形状具有中间部分(111，121)和从所述中间部分(111，121)的相对的端部开始平行地延伸的芯柱部分(112，113；122，123)，其中，所述至少两个绕组(116，126)的绕组窗口在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：T科马，M波布尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE