CN201465709U - 一种可变谐振电感 - Google Patents

Abstract

一种可变谐振电感，由负载电流支路、谐振电流支路及磁性材料组成，其特征在于负载电流支路与谐振电流支路绕制在同一磁性材料上，利用负载电流的磁反馈作用以及磁性材料的磁化特性，使可变谐振电感的电感量可以按照磁化特性规律随着负载电流变化而改变，从而实现与不同负载电流对应的可变谐振电流峰值，减小谐振支路的损耗，提高变换器的转换效率和可靠性。该可变谐振电感的结构和制造工艺简单，工程上易于实现。

Description

一种可变谐振电感

技术领域

本实用新型应用于功率电力电子变流技术领域中零转换-PWM软开关变换技术，特别涉及一种可变谐振电感的设计方法。

背景技术

软开关功率变流技术广泛应用于中小功率电力电子变换器中，例如高频DC-DC开关电源、功率逆变器和PWM整流器等。所谓“零转换”是指：应用谐振原理，当开关变换器的功率开关器件开通或关断之前，使负载电流转移到谐振支路，使功率开关管在零电流下开通或者关断，从而开关损耗为零，在零转换-PWM软开关的电路拓扑中，并联谐振支路包括谐振电感和谐振电容，其中谐振电感的设计方式一般包括以下两种：空心电感和磁芯电感。空心电感采用导线绕制而成，磁场全部通过空气耦合，一般电感量较小，不存在磁饱和现象，电感量不随导通电流大小而变化；磁芯电感采用磁性材料作为磁芯，将导线绕制在磁性材料上，除少量漏磁外，磁场大多通过磁芯耦合，可以有效增加电感量，存在磁饱和现象，近饱和区域电感量会随谐振电流大小而变化。这两种方案共同的缺陷在于：谐振电感的电感量恒定或者只跟谐振支路的电流有关，与负载电流无关。所以，无论负载电流多大，LC谐振电流峰值不变，为满足最大负载电流工况下的谐振电流峰值所需量，谐振电感量一般设计得偏小，致使在负载电流较小时谐振支路电流依然较大，造成谐振支路及辅助开关管不必要的功率损耗。

实用新型内容

本实用新型的目的在于利用磁偶合与磁饱和原理，提出一种谐振电感量可以根据负载电流变化的可变谐振电感的设计方法，应用于零转换——PWM软开关功率变换技术中，降低谐振支路元器件的功率损耗，提高变换器的转换效率。

一种可变谐振电感，由负载电流支路、谐振电流支路及磁性材料组成，其特征在于负载电流支路与谐振电流支路绕制在同一磁性材料上，负载电流支路绕制在磁性材料上组成负载电感，谐振电流支路绕制在同一磁性材料上组成谐振电感；通过负载电流的磁反馈作用，使谐振电感的电感量按照磁芯的磁化规律随着负载电流变化而改变，从而获得可变的谐振电流峰值。

所述的可变谐振电感，负载电路支路的负载电流值影响磁性材料内的磁场强度，负载电流的变化频率远小于谐振电流变化频率，在一个谐振周期内，负载电流值可以为恒定，而谐振电流按照LC谐振规律呈正弦或准正弦变化，负载电流产生的磁场强度分量H_L作为一个直流偏置与谐振电流产生的磁场强度变化量H_r叠加，使得磁芯的磁导率μ值发生改变，从而影响谐振电感值L_r的大小。

所述的可变谐振电感，负载电流I_L和谐振电流I_r可以任意从同名端和非同名端流入。

进一步的，所述的谐振电感的电感量L_r的计算公式为：

$L_r=\frac{\mathrm{\μg}{N_r}^2\mathrm{gA}}{l_C}$

其中，μ为磁导率；N为电感匝数；A为磁芯有效截面积；l_C为磁芯有效磁路长度。

所述的可变谐振电感，负载电感与谐振电感共用一个磁芯时的磁耦合原理表示为：

N_LgI_L+N_rgI_r＝Hgl_C

其中，N_L为负载电感匝数；N_r为谐振电感匝数；H为磁芯的磁场强度；l_C为磁芯有效磁路长度。

所述的可变谐振电感，磁性材料可以为任意形式的磁性材料，如金属磁芯、铁粉磁芯或铁氧体磁芯，外型可以为圆型、方型或环形结构。

本实用新型的有益效果是可变谐振电感的电感量可以通过负载电流的磁反馈作用调节，进而使谐振电流峰值随着负载电流的需要增加或减小，相比于恒定的谐振电感和谐振电流峰值的设计，可变谐振电感可以有效降低在小负载电流工况下谐振支路的损耗，提高功率转换的效率。

附图说明

图1为可变谐振电感设计方法示意图。

图2和图3为负载电流和谐振电流均流入同名端可变谐振电感设计方法示意图。

图4和图5为负载电流和谐振电流一个流入同名端另外一个流入非同名端可变谐振电感设计方法示意图。

图6为正偏置下的B/H磁化特性曲线示意图。

图7为负偏置下的B/H磁化特性曲线示意图。

图中：1、负载支路；2、谐振支路；3、磁芯

具体实施方式

本实用新型提出一种谐振电感量可以根据负载电流变化的可变谐振电感的设计方法，旨在应用于软开关功率变换技术中，降低谐振支路元器件的功率损耗，提高变换器的转换效率，下面结合附图对本实用新型予以说明。

图1为可变谐振电感设计方法示意图，可变谐振电感的设计方法是将负载电流支路与谐振电流支路绕制在同一磁性材料上，磁性材料包括金属磁芯、铁粉磁芯或铁氧体磁芯等，磁芯外型可以为圆、方等环形结构。

所述设计的可变谐振电感值的变化包括以下4种情况：

如图2和图6所示，负载电流和谐振电流均流入同名端且负载电流为正时，负载电流产生一个正磁场强度偏置H_L，合成磁场强度增大，使谐振电流到达正向峰值附近时由于磁饱和特性磁导率μ降低，谐振电感量减小，正谐振电流峰值增大，负谐振电流峰值减小；

如图3和图7所示，负载电流和谐振电流均流入同名端且负载电流为负时(图5)，负载电流产生一个负磁场强度偏置-H_L，合成磁场强度减小，使谐振电流到达负向峰值附近时由于磁饱和特性磁导率μ降低，谐振电感量减小，负谐振电流峰值增大，正谐振电流峰值减小；

如图4和图7所示，负载电流和谐振电流一个流入同名端另外一个流入非同名端，且负载电流为正时，负载电流产生一个负磁场强度偏置-H_L，合成磁场强度减小，使谐振电流到达负向峰值附近时由于磁饱和特性磁导率μ降低，谐振电感量减小，负谐振电流峰值增大，正谐振电流峰值减小；

如图5和图6所示，负载电流和谐振电流一个流入同名端另外一个流入非同名端，且负载电流为负时，负载电流产生一个正磁场强度偏置H_L，合成磁场强度增大，使谐振电流到达正向峰值附近时由于磁饱和特性磁导率μ降低，谐振电感量减小，正谐振电流峰值增大，负谐振电流峰值减小。

Claims (2)

1.一种可变谐振电感，由负载电流支路、谐振电流支路及磁性材料组成，其特征在于负载电流支路与谐振电流支路饶制在同一磁性材料上，负载电流支路饶制在磁性材料上组成负载电感，谐振电流支路饶制在同一磁性材料上组成谐振电感；通过负载电流的磁反馈作用，使谐振电感的电感量按照磁芯的磁化规律随着负载电流变化而改变，从而获得可变的谐振电流峰值。

2.如权利要求1所述的一种可变谐振电感，其特征在于磁性材料可以为金属磁芯、铁粉磁芯或铁氧体磁芯，外型可以为圆型、方型或环形结构。

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