一种适用于高增益DC-DC变流器的无源元件集成装置

一种适用于高增益dc-dc变流器的无源元件集成装置
技术领域
1.本发明公开了一种适用于高增益dc-dc变流器的无源元件集成装置。


背景技术：

2.该高增益dc-dc变流器不但通过使用升压电感来提升电压并减小电流纹波，而且还通过增加变压器的匝比来实现高增益，同时其还利用钳位电路使存储在漏感中的能量保持不变。然而，该高增益dc-dc变流器使用了大量的无源元件，这显著增加了装置的尺寸和体积，因此本发明引入了柔性多层带材无源元件集成技术，将一个升压电感、一个串联谐振电感、一个并联谐振电感、一个串联谐振电容、一个变压器、一个滤波电容和一个隔直电容全部集成在一组e-i-e型磁芯中，可以显著提高该dc-dc变流器的功率密度，所以其在可再生能源应用领域得到了广泛的重视和研究。
3.本发明面向一种适用于高增益dc-dc变流器的无源元件集成装置有以下优点：(1) 直流激磁电感电流为零 (2) 低开关管电压应力从而减小损耗；(3) 有效减小输入电流纹波。


技术实现要素：

4.本发明解决上述问题的技术方案是：一种适用于高增益dc-dc变流器的无源元件集成装置包括第一柔性多层带材集成绕组、第二柔性多层带材集成绕组和第三柔性多层带材集成绕组、第一i型磁芯、第一e型磁芯和第二e型磁芯；第一e型磁芯位于第一i型磁芯上方且与第一i型磁芯相对接触设置、第二e型磁芯位于第一i型磁芯下方且与第一i型磁芯相对接触设置，同时第一e型磁芯左右边柱与第一i型磁芯之间都设有气隙、第二e型磁芯的中柱与第一i型磁芯之间都设有气隙；第一柔性多层带材集成绕组和第三柔性多层带材集成绕组分别绕制在第一e型磁芯的左右两个磁柱上；第二柔性多层带材集成绕组绕制在第二e型磁芯的中间磁柱上；所述的第一柔性多层带材集成绕组由里到外依次排列为第一绝缘带材和第一导体带材；所述的第二柔性多层带材集成绕组由里到外依次排列为第二绝缘带材、第二导体带材、第一电介质带材、第三导体带材、第一漏感带材、第三绝缘带材、第四导体带材、第二电介质带材和第五导体带材；所述的第三柔性多层带材集成绕组由里到外依次排列为第四绝缘带材、第六导体带材、第三电介质带材、第七导体带材、第五绝缘带材、第八导体带材、第四电介质带材和第九导体带材。
5.所述的第一导体带材左端口与电源正极相连，其右端口分别与第二导体带材左端口、第一开关管漏极和第一二极管阳极共同连接着一起；所述的第二导体带材右端口悬空不接入电路；所述的第三导体带材左端口悬空不接入电路，其右端口分别与第四导体带材右端口、第六导体带材左端口和第八导体带材右端口共同连接着一起；所述的第四导体带材左端口分别与第一二极管阴极和第二二极管阳极共同连接着一起；所述的第五导体带材左端口分别与电源负极和第一开关管源极共同连接着一起，其右端口悬空不接入电路；所述的第六导体带材右端口悬空不接入电路；所述的第七导体带材左端口悬空不接入电路，
其右端口分别与第九导体带材左端口、第二二极管阴极和第三二极管阳极共同连接着一起；所述的第八导体带材左端口悬空不接入电路；所述的第九导体带材右端口悬空不接入电路。
6.所述的第一导体带材构成第一升压电感；所述的第一漏感带材通过设置其厚度来调节变压器漏感的大小，用该变压器漏感替代第一串联谐振电感；所述的第二导体带材、第一电介质带材、第三导体带材共同构成第一串联谐振电容；所述的第二e型磁芯中柱与第一i型磁芯之间的气隙通过调节其高度来改变变压器激磁电感大小，用该变压器激磁电感替代第一并联谐振电感；所述的第三导体带材构成变压器原边；所述的第四导体带材构成变压器副边；所述的第四导体带材、第二电介质带材和第五导体带材共同构成第一滤波电容；所述的第六导体带材、第三电介质带材和第七导体带材共同构成第一隔直电容；所述的第八导体带材、第四电介质带材和第九导体带材共同构成第二隔直电容。
7.所述的第一柔性多层带材集成绕组形成的集总参数模型为第一升压电感；所述的第二柔性多层带材集成绕组形成的集总参数模型为第一串联谐振电感、第一串联谐振电容、第一并联谐振电感、变压器原边、变压器副边和第一滤波电容；所述的第三柔性多层带材集成绕组形成的集总参数模型为由第一隔直电容与第二隔直电容并联构成的第三隔直电容。
8.本发明的有益效果在于：从实际需求出发，提出一种适用于高增益dc-dc变流器的无源元件集成装置，其采用柔性多层带材集成技术以提高功率密度为目标，提升集成单元在电力电子装置中的可靠性与安全性。
附图说明
9.图1为本发明装置的整体结构示意图。
10.图2为本发明装置的爆炸结构示意图。
11.图3为本发明装置的连接示意图。
12.图4和图5为本发明装置的集总参数模型电路示意图。
具体实施方式
13.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
14.如图1-图3所示，一种适用于高增益dc-dc变流器的无源元件集成装置包括第一柔性多层带材集成绕组1、第二柔性多层带材集成绕组2和第三柔性多层带材集成绕组3、第一i型磁芯5、第一e型磁芯4和第二e型磁芯6；第一e型磁芯4位于第一i型磁芯5上方且与第一i型磁芯5相对接触设置、第二e型磁芯6位于第一i型磁芯5下方且与第一i型磁芯5相对接触设置，同时第一e型磁芯4左右边柱与第一i型磁芯5之间都设有气隙、第二e型磁芯6的中柱与第一i型磁芯5之间都设有气隙；第一柔性多层带材集成绕组1和第三柔性多层带材集成绕组3分别绕制在第一e型磁芯4的左右两个磁柱上；第二柔性多层带材集成绕组2绕制在第二e型磁芯6的中间磁柱上；所述的第一柔性多层带材集成绕组1由里到外依次排列为第一绝缘带材7和第一导体带材8；所述的第二柔性多层带材集成绕组2由里到外依次排列为第二绝缘带材9、第二导体带材10、第一电介质带材11、第三导体带材12、第一漏感带材13、第三绝缘带材14、第四导体带材15、第二电介质带材16和第五导体带材17；所述的第三柔性多
层带材集成绕组3由里到外依次排列为第四绝缘带材18、第六导体带材19、第三电介质带材20、第七导体带材21、第五绝缘带材22、第八导体带材23、第四电介质带材24和第九导体带材25。
15.所述的第一导体带材8左端口31与电源26正极相连，其右端口32分别与第二导体带材10左端口、第一开关管27漏极和第一二极管28阳极共同连接着一起；所述的第二导体带材10右端口悬空不接入电路；所述的第三导体带材12左端口悬空不接入电路，其右端口36分别与第四导体带材15右端口、第六导体带材19左端口和第八导体带材23右端口共同连接着一起；所述的第四导体带材15左端口34分别与第一二极管28阴极和第二二极管29阳极共同连接着一起；所述的第五导体带材17左端口33分别与电源26负极和第一开关管27源极共同连接着一起，其右端口悬空不接入电路；所述的第六导体带材19右端口悬空不接入电路；所述的第七导体带材21左端口悬空不接入电路，其右端口35分别与第九导体带材25左端口、第二二极管29阴极和第三二极管30阳极共同连接着一起；所述的第八导体带材23左端口悬空不接入电路；所述的第九导体带材25右端口悬空不接入电路。
16.如图3-图5所示，所述的第一导体带材8构成第一升压电感37；所述的第一漏感带材13通过设置其厚度来调节变压器漏感的大小，用该变压器漏感替代第一串联谐振电感38；所述的第二导体带材10、第一电介质带材11、第三导体带材12共同构成第一串联谐振电容39；所述的第二e型磁芯6中柱与第一i型磁芯5之间的气隙通过调节其高度来改变变压器激磁电感大小，用该变压器激磁电感替代第一并联谐振电感40；所述的第三导体带材12构成变压器原边41；所述的第四导体带材15构成变压器副边42；所述的第四导体带材15、第二电介质带材16和第五导体带材17共同构成第一滤波电容43；所述的第六导体带材19、第三电介质带材20和第七导体带材21共同构成第一隔直电容44；所述的第八导体带材23、第四电介质带材24和第九导体带材25共同构成第二隔直电容45。
17.所述的第一柔性多层带材集成绕组1形成的集总参数模型为第一升压电感37；所述的第二柔性多层带材集成绕组2形成的集总参数模型为第一串联谐振电感38、第一串联谐振电容39、第一并联谐振电感40、变压器原边41、变压器副边42和第一滤波电容43；所述的第三柔性多层带材集成绕组3形成的集总参数模型为由第一隔直电容44与第二隔直电容45并联构成的第三隔直电容46。