一种全波整流滤波电路集成变压器结构

    专利2025-02-11  40


    本发明涉及开关电源,具体为一种全波整流滤波电路集成变压器结构,属于电力电子领域。


    背景技术:

    1、在消费电子等领域,对于电源的小型化、轻量化、高效化已经成为了共同的需求,这对于应用于低压场合电源的高效率和高功率密度带来了新的挑战。随着平面磁、矩阵磁和磁集成技术的发展,磁芯损耗在总损耗中不再是主要成分,而绕组损耗和整流电路带来的端接损耗是影响整体效率的主要因素。为了降低端接损耗,文献“d.huang,s.ji andf.c.lee,″llc resonant converter with matrix transformer,″2014 ieee appliedpower electronics conference and exposition-apec 2014,fort worth,tx,usa,2014,pp.1118-1125.”提出了一种将开关管和电容放置在绕组上的结构,如图1所示,从而减小了端接损耗。然而,在低压场合,磁芯的有效面积较小,绕组的长度较短,绕组损耗较小,而端接损耗无法得到有效的改善,限制了效率和功率密度的进一步提高。


    技术实现思路

    1、发明目的:

    2、有鉴于此,本发明的目的在于提供一种全波整流滤波电路集成变压器结构,该结构特别适合大电流、高效率、高功率密度的场合。

    3、技术方案:

    4、本发明提供的技术方案适用于两种电路结构,分别介绍如下:

    5、结构一:

    6、一种全波整流滤波电路集成变压器结构,包括变压器磁芯、变压器原边绕组(np)、变压器第一副边绕组(ns1)、变压器第二副边绕组(ns2)、第一副边开关管(s1)、第一输出滤波电容(co1)、第二副边开关管(s2)、第二输出滤波电容(co2);

    7、所述第一副边开关管(s1)的漏极连接第一输出滤波电容(co1)的正极,第一输出滤波电容(co1)的负极连接变压器第一副边绕组(ns1)的非同名端,变压器第一副边绕组(ns1)的同名端连接第一副边开关管(s1)的源极;

    8、所述变压器第一副边绕组(ns1)分为被磁芯包围的绕组部分和不被磁芯包围的绕组部分;当第一副边绕组(ns1)被磁芯包围的绕组部分的长度小于等于第一副边开关管(s1)漏极到源极的长度时,第一副边绕组(ns1)被磁芯包围的绕组部分中的全部或其中一部分由第一副边开关管(s1)取代,也即将第一副边开关管(s1)部分放置于磁芯内部且由磁芯所包围;当第一副边绕组(ns1)被磁芯包围的绕组部分的长度大于第一副边开关管(s1)漏极到源极的长度时,第一副边绕组(ns1)被磁芯包围的绕组部分中的一部分由第一副边开关管(s1)取代,也即将第一副边开关管(s1)全部或者部分放置于磁芯内部且由磁芯所包围;

    9、所述第二副边开关管(s2)的漏极连接第二输出滤波电容(co2)的正极,第二输出滤波电容(co2)的负极连接变压器第二副边绕组(ns2)的同名端,变压器第二副边绕组(ns2)的非同名端连接第二副边开关管(s2)的源极;

    10、所述变压器第二副边绕组(ns2)分为被磁芯包围的绕组部分和不被磁芯包围的绕组部分;当第二副边绕组(ns2)被磁芯包围的绕组部分的长度小于等于第二副边开关管(s2)漏极到源极的长度时,第二副边绕组(ns2)被磁芯包围的绕组部分中的全部或其中一部分由第二副边开关管(s2)取代,也即将第二副边开关管(s2)部分放置于磁芯内部且由磁芯所包围;当第二副边绕组(ns2)被磁芯包围的绕组部分的长度大于第二副边开关管(s2)漏极到源极的长度时,第二副边绕组(ns2)被磁芯包围的绕组部分中的一部分由第二副边开关管(s2)取代,也即将第二副边开关管(s2)全部或者部分放置于磁芯内部且由磁芯所包围。

    11、结构二:

    12、一种全波整流滤波电路集成变压器结构,包括变压器磁芯、变压器原边绕组(np)、变压器第一副边绕组(ns1)、变压器第二副边绕组(ns2)、第一副边开关管(s1)、第一输出滤波电容(co1)、第二副边开关管(s2)、第二输出滤波电容(co2);

    13、所述第一副边开关管(s1)的源极连接第一输出滤波电容(co1)的负极,第一输出滤波电容(co1)的正极连接变压器第一副边绕组(ns1)的同名端,变压器第一副边绕组(ns1)的非同名端连接第一副边开关管(s1)的漏极;

    14、所述变压器第一副边绕组(ns1)分为被磁芯包围的绕组部分和不被磁芯包围的绕组部分;当第一副边绕组(ns1)被磁芯包围的绕组部分的长度小于等于第一副边开关管(s1)漏极到源极的长度时,第一副边绕组(ns1)被磁芯包围的绕组部分中的全部或其中一部分由第一副边开关管(s1)取代,也即将第一副边开关管(s1)全部或者部分放置于磁芯内部且由磁芯所包围;当第一副边绕组(ns1)被磁芯包围的绕组部分的长度大于第一副边开关管(s1)漏极到源极的长度时,第一副边绕组(ns1)被磁芯包围的绕组部分中的一部分由第一副边开关管(s1)取代,也即将第一副边开关管(s1)全部或者部分放置于磁芯内部且由磁芯所包围;

    15、所述第二副边开关管(s2)的源极连接第二输出滤波电容(co2)的负极,第二输出滤波电容(co2)的正极连接变压器第二副边绕组(ns2)的非同名端,变压器第二副边绕组(ns2)的同名端连接第二副边开关管(s2)的漏极;

    16、所述变压器第二副边绕组(ns2)分为被磁芯包围的绕组部分和不被磁芯包围的绕组部分;当第二副边绕组(ns2)被磁芯包围的绕组部分的长度小于等于第二副边开关管(s2)漏极到源极的长度时,第二副边绕组(ns2)被磁芯包围的绕组部分中的全部或其中一部分由第二副边开关管(s2)取代,也即将第二副边开关管(s2)全部或者部分放置于磁芯内部且由磁芯所包围;当第二副边绕组(ns2)被磁芯包围的绕组部分的长度大于第二副边开关管(s2)漏极到源极的长度时,第二副边绕组(ns2)被磁芯包围的绕组部分中的一部分由第二副边开关管(s2)取代,也即将第二副边开关管(s2)全部或者部分放置于磁芯内部且由磁芯所包围。

    17、在结构一和结构二中,其中的第一副边开关管(s1)和第二副边开关管(s2)可以由二极管实现,其中二极管的阴极所连接的位置为原来对应开关管的漏极,二极管的阳极所连接的位置为原来对应开关管的源极。

    18、本发明具有如下有益效果:

    19、实现了绕组和功率器件的异质集成,进一步减小了电路的交流路径;

    20、降低了绕组、变压器的损耗和占地面积,有利于实现高效率和高功率密度。



    技术特征:

    1.一种集成变压器全波整流滤波电路结构,其特征在于:所述集成变压器整流滤波电路结构包括变压器磁芯、变压器原边绕组(np)、变压器第一副边绕组(ns1)、变压器第二副边绕组(ns2)、第一副边开关管(s1)、第一输出滤波电容(co1)、第二副边开关管(s2)、第二输出滤波电容(co2);

    2.一种集成变压器全波整流滤波电路结构,其特征在于:所述集成变压器整流滤波电路结构包括变压器磁芯、变压器原边绕组(np)、变压器第一副边绕组(ns1)、变压器第二副边绕组(ns2)、第一副边开关管(s1)、第一输出滤波电容(co1)、第二副边开关管(s2)、第二输出滤波电容(co2);

    3.如权利要求1和权利要求2所述的集成变压器全波整流滤波电路结构,其特征在于:其中的第一副边开关管(s1)和第二副边开关管(s2)可以由二极管实现,其中二极管的阴极所连接的位置为原来对应开关管的漏极,二极管的阳极所连接的位置为原来对应开关管的源极。


    技术总结
    本发明涉及一种全波整流滤波电路集成变压器结构,属于电力电子变换器技术领域。所述集成变压器全波整流滤波电路结构由变压器磁芯、变压器原边绕组、变压器副边绕组、副边开关管、输出滤波电容构成。变压器副边绕组分为被磁芯包围的绕组部分和不被磁芯包围的绕组部分,被磁芯包围的绕组部分可以部分或者全部被副边开关管替代,有效减小了副边回路的交流路径,降低了变压器的体积和损耗,提高了效率和功率密度。该发明提供的全波整流滤波电路集成变压器结构特别适合在大电流、高效率、高功率密度的场景使用。

    技术研发人员:宋昱锋,吴红飞,张旭,章原驰,王子铭
    受保护的技术使用者:南京航空航天大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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