CN211907189U - 一种集成电抗器、功率变换电路、两级式逆变器及汇流箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种集成电抗器、功率变换电路、两级式逆变器及汇流箱，该集成电抗器包括：旁路磁柱、上轭磁芯、下轭磁芯和N个励磁单元，N为大于1的正整数；其中：旁路磁柱的一端和N个励磁单元的一端，均与上轭磁芯相连；旁路磁柱的另一端和N个励磁单元的另一端，均与下轭磁芯相连；从而使得多个DC/DC变换电路共用一个集成电抗器，降低功率变换电路中的电抗器的数量，进一步降低两级式逆变器或汇流箱中电抗器的数量、体积、重量和成本，降低两级式逆变器或汇流箱的体积、重量和成本，提高了两级式逆变器或汇流箱在激烈的市场竞争中的优势。

Description

一种集成电抗器、功率变换电路、两级式逆变器及汇流箱

技术领域

本实用新型属于电气技术领域，更具体的说，尤其涉及一种集成电抗器、功率变换电路、两级式逆变器及汇流箱。

背景技术

在光伏发电***中将直流电转换成交流电的设备称为光伏逆变器。近年来，光伏逆变器一直向着小型化、轻型化、低成本方向发展，同时使得逆变器中的关键器件也要向着小型化、轻型化、低成本方向发展。其中，电抗器是逆变器中非常关键的器件，不论是体积、重量还是成本，电抗器在逆变器中的占比都较大。因此，如何降低电抗器的体积、重量和成本已成为重点研究方向。

对于组串逆变器、户用逆变器或者汇流箱而言，其直流侧均包括多组 Boost电路，如2组、4组或6组等Boost电路。其Boost电路将接入的电压，比如光伏电池板电压，转换为特定的直流电压，即直流母线电压，再由其逆变电路转换成交流电压并入电网。目前每组Boost电路的电抗器均采用独立电抗器，即每组Boost电路含有一个电抗器；这样，每路Boost电路相互独立，互不干扰；但多个独立的电抗器造成了电抗器总的数量多、体积大、重量重和成本高，从而造成逆变器的体积大、重量重和成本高，降低了逆变器在激烈的市场竞争中的优势。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种集成电抗器、功率变换电路、两级式逆变器及汇流箱，用于降低逆变器中电抗器的数量、体积、重量和成本，从而降低逆变器的体积、重量和成本。

本实用新型第一方面公开了一种集成电抗器，包括：旁路磁柱、上轭磁芯、下轭磁芯和N个励磁单元，N为大于1的正整数；其中：

所述旁路磁柱的一端和N个所述励磁单元的一端，均与所述上轭磁芯相连；所述旁路磁柱的另一端和N个所述励磁单元的另一端，均与所述下轭磁芯相连。

可选的，各个励磁单元所产生磁感线的方向不完全相同。

可选的，相邻两个励磁单元所产生磁感线的方向相反。

可选的，各个所述励磁单元均包括：励磁磁柱和励磁线圈；

所述励磁线圈绕在所述励磁磁柱上；

相邻两个励磁单元中励磁线圈的绕线方向相反。

可选的，各个所述励磁单元的励磁线圈的匝数相同。

可选的，所述旁路磁柱位于N个所述励磁单元中间。

可选的，所述旁路磁柱的一端与所述上轭磁芯的中点相连，所述旁路磁柱的另一端与所述下轭磁芯的中点相连。

可选的，所述励磁单元均匀分散在所述旁路磁柱的四周。

本实用新型第二方面公开了一种功率变换电路，包括：N个DC/DC变换电路；

N个所述DC/DC变换电路中的电抗器，由本实用新型第一方面任一所述的集成电抗器中各个励磁单元来实现。

本实用新型第三方面公开了一种两级式逆变器，包括：逆变电路和至少一个本实用新型第二方面任一所述的功率变换电路；其中：

所述功率变换电路中各个DC/DC变换电路的输入端接收输入电压；

各个所述DC/DC变换电路的输出端均与所述逆变电路的直流侧相连；

所述逆变电路的交流侧与负载或电网相连。

本实用新型第四方面公开了一种汇流箱，包括：至少一个本实用新型第二方面任一所述的功率变换电路；

各个所述DC/DC变换电路的输出端并联，连接点作为所述汇流箱的输出端；

各个所述DC/DC变换电路的输入端分别作为所述汇流箱的各个输入端。

从上述技术方案可知，本实用新型提供的一种集成电抗器，包括：旁路磁柱、上轭磁芯、下轭磁芯和N个励磁单元，N为大于1的正整数；其中：旁路磁柱的一端和N个励磁单元的一端，均与上轭磁芯相连；旁路磁柱的另一端和N个励磁单元的另一端，均与下轭磁芯相连；从而使得多个DC/DC变换电路共用一个集成电抗器，降低功率变换电路中的电抗器的数量，进一步降低两级式逆变器或汇流箱中电抗器的数量、体积、重量和成本，降低两级式逆变器或汇流箱的体积、重量和成本，提高了两级式逆变器或汇流箱在激烈的市场竞争中的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种集成电抗器的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种集成电抗器的示意图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种集成电抗器的示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种集成电抗器中励磁磁通的示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种集成电抗器中励磁磁通分布的示意图；

图6是本实用新型实施例提供的一种集成电抗器中励磁磁通分布的另一示意图；

图7是本实用新型实施例提供的一种集成电抗器中励磁磁通分布的另一示意图；

图8是本实用新型实施例提供的一种集成电抗器中励磁磁通分布的另一示意图；

图9是本实用新型实施例提供的一种集成电抗器中励磁磁通分布的另一示意图；

图10是本实用新型实施例提供的另一种集成电抗器的示意图；

图11是本实用新型实施例提供的一种两级式逆变器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本实用新型提供了一种集成电抗器，用于解决现有技术中各个电抗器相互独立造成了电抗器总的数量多、体积大、重量重和成本高，从而造成逆变器的体积大、重量重和成本高，降低了逆变器在激烈的市场竞争中的优势的问题。

该集成电抗器，参见图10，包括：旁路磁柱2、上轭磁芯3、下轭磁芯4 和N个励磁单元6，N为大于1的正整数；其中：

旁路磁柱2的一端和N个励磁单元6的一端，均与上轭磁芯3相连；旁路磁柱2的另一端和N个励磁单元6的另一端，均与下轭磁芯4相连。

各个励磁单元6所产生磁感线的方向可以完全相同，这样设置将导致旁路磁柱2上常存在较大的磁通量；所以，优选各个励磁单元6所产生磁感线的方向不完全相同；在实际应用中，为了尽量减小旁路磁柱2上的磁通量，可以设置相邻两个励磁单元6所产生磁感线的方向相反；当然，也可以设置一部分励磁单元6与另一部分励磁单元6所产生磁感线的方向相反，而不限定两部分励磁单元6所在的位置；如任意位置的一部分励磁单元6所产生磁感线的方向为正向，另外位置的另一部分励磁单元6所产生磁感线的方向为反向，正向和反向是相对而言的，所产生磁感线的方向为正向的各个励磁单元6的数量和所产生磁感线的方向为反向的各个励磁单元6的数量可以任意设置，以两者相同为佳，在此不作具体限定，均在本申请的保护范围内。

在实际应用中，参见图1-3，各个励磁单元6均包括：励磁磁柱1和励磁线圈5；励磁线圈5绕在励磁磁柱1上，各个励磁线圈5的匝数可以相同，也可不相同，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。在实际应用中，也可以设置相邻两个励磁单元6中励磁线圈5的绕线方向相反，从而使得相邻两个励磁单元所产生磁感线的方向相反。

图10以旁路磁柱2设置于中间为例进行展示，当然，旁路磁柱2也可以设置于边缘；实际应用中，各个励磁单元6和旁路磁柱2的位置关系优选设置为：旁路磁柱2位于N个励磁单元6中间；或者，旁路磁柱2的一端与上轭磁芯3的中点相连，旁路磁柱2的另一端与下轭磁芯4的中点相连，各个励磁单元6在旁路磁柱2两侧；又或者，励磁单元6均匀分散在旁路磁柱2 的四周。当然，各个励磁单元6和旁路磁柱2的位置关系也可以是其他关系，只要在各个励磁单元6的励磁磁通矢量和不为0时，该励磁磁通矢量和可以通过该旁路磁柱2即可，在此不作具体限定，均在本申请的保护范围内。

需要说明的是，一个励磁单元6可以看作是一个普通电抗器，因此，依据具体使用情况来确定N的取值即可；当N＝2，则该集成电抗器为二合一的电抗器，当N＝3，则该集成电抗器为三合一的电抗器，当N＝4，则该集成电抗器为四合一的电抗器，以此类推，N为其他数值也同理，在此不再一一赘述。

本实施例提供的集成电抗器既可用于各励磁单元6的电流相等的场合，也可用于各励磁单元6的电流不相等的场合，或者至少一个励磁单元6不工作的场合。

在此，以相邻两个励磁单元6中励磁线圈5的绕线方向相反为例，分别对各个励磁单元6的电流相等和不相等，以及至少一个励磁单元6不工作的情况下一一说明，如下：

(1)在各个励磁单元6的电流相等时，若N为偶数且各个励磁单元6中励磁线圈5的匝数相等，则励磁磁通矢量和为0，旁路磁柱2中无励磁磁通经过；若N为偶数且各个励磁单元6中励磁线圈5的匝数不相等，则励磁磁通矢量和不为0，旁路磁柱2中有励磁磁通经过。若N为奇数且各个励磁单元6 的励磁线圈5的匝数相等，则励磁磁通矢量和不为0，旁路磁柱2中有励磁磁通经过；若N为奇数且各个励磁单元6中励磁线圈5的匝数不相等，则励磁磁通矢量和不为0或为0，旁路磁柱2中有励磁磁通经过或无励磁磁通经过，其励磁磁通矢量和与各个励磁线圈5的匝数的比值相关，在此不作具体限定均在本申请的保护范围内。

(2)在各个励磁单元6的电流不相等时，若N为偶数且各个励磁单元6 中励磁线圈5的匝数相等，则励磁磁通矢量不和为0，旁路磁柱2中有励磁磁通经过；若N为偶数且各个励磁单元6中励磁线圈5的匝数不相等，则励磁磁通矢量和不为0或为0，旁路磁柱2中有励磁磁通经过或无励磁磁通经过。若N为奇数且各个励磁单元6中励磁线圈5的匝数相等，则励磁磁通矢量和不为0或为0，旁路磁柱2中有励磁磁通经过或无励磁磁通经过；若N为奇数且各个励磁单元6中励磁线圈5的匝数不相等，则励磁磁通矢量和不为0 或为0，旁路磁柱2中有励磁磁通经过或无励磁磁通经过，其励磁磁通矢量和与各个励磁线圈5的匝数的比值以及电流比值相关，在此不作具体限定均在本申请的保护范围内。

(3)若至少一个励磁单元6不工作，则若各个励磁单元6的励磁磁通矢量和为0，则旁路磁柱2中无励磁磁通经过；若各个励磁单元6的励磁磁通矢量和不为零，则旁路磁柱2中有励磁磁通经过。

综上，旁路磁柱2是否有励磁磁通经过与各个励磁单元6的励磁磁通矢量和是否为0相关，即若各个励磁单元6的励磁磁通矢量和为0，则旁路磁柱 2中无励磁磁通经过，若各个励磁单元6的励磁磁通矢量和不为0，则旁路磁柱2中有励磁磁通经过。

在本实用新型实施例中，该集成电抗器，包括：旁路磁柱2、上轭磁芯3、下轭磁芯4和N个励磁单元6；旁路磁柱2的一端和N个励磁单元6的一端，均与上轭磁芯3相连；旁路磁柱2的另一端和N个励磁单元6的另一端，均与下轭磁芯4相连；N个励磁单元6分别作为N个DC/DC变换电路中的电抗器，从而使得N个DC/DC变换电路可以共用一个集成电抗器，降低功率变换电路中的电抗器的数量，进一步降低两级式逆变器或汇流箱中电抗器的数量、体积、重量和成本，降低两级式逆变器或汇流箱的体积、重量和成本，提高了两级式逆变器或汇流箱在激烈的市场竞争中的优势。

参见图2，其示出了N＝2的集成电抗器，即该集成电抗器为二合一的电抗器。其2个励磁单元6(由励磁磁柱1和励磁线圈5组成)均匀分布在旁路磁柱2的两侧，2个励磁单元6中励磁线圈5的绕线方向相反。

参见图3，其示出了N＝3的集成电抗器，即该集成电抗器为三合一电抗器，其3个励磁单元6(由励磁磁柱1和励磁线圈5组成)和旁路磁柱2均匀分布，旁路磁柱2的左边设置2个励磁单元6，这2个励磁单元6中励磁线圈 5的绕线方向相反，旁路磁柱2的右边设置1个励磁单元6，该励磁单元6与旁路磁柱2的左边第1个励磁单元6中励磁线圈5的绕线方向相反，也即相邻两个励磁单元6中励磁线圈5的绕线方向相反。

参见图1，其示出了N＝4的集成电抗器，即该集成电抗器为四合一的电抗器，其4个励磁单元6(由励磁磁柱1和励磁线圈5组成)均匀分布在旁路磁柱2的两侧，左边2个励磁单元6中励磁线圈5的绕线相反，右边2个励磁单元6的励磁线圈5的绕线方向相反，与旁路磁柱2相邻的2个励磁单元6 中励磁线圈5的绕线方向相反，也即相邻两个励磁单元6中励磁线圈5的绕线方向相反。

在此，以图2所示的集成电抗器的结构为例，对该集成电抗器在各种情况下，其磁通分布进行详细说明，如下：

参见图2，该集成电抗器包括：2个励磁磁柱1、1个旁路磁柱2、1个上轭磁芯3、1个下轭磁芯4和2个励磁线圈5。第1个励磁线圈5绕在第1个励磁磁柱1上形成第1个励磁单元，第2个励磁线圈5绕在第2个励磁磁柱1 上形成第2个励磁单元，且第1个励磁线圈5和第2个励磁线圈5的绕线方向相反。2个励磁磁柱1和1个旁路磁柱2并列设置于上轭磁芯3和下轭磁芯4之间，旁路磁柱2设置于两个励磁磁柱1中间。参见图4，假设2个励磁线圈5的匝数相等，第1个励磁线圈5的电流为I1，第2个励磁线圈5的电流为I2；对应的，经过第1个励磁单元的励磁磁通量为Φ1，经过第2个励磁单元的励磁磁通量为Φ2(图中虚线表示励磁磁通)。在2个励磁线圈5中的电流取值不同时，所产生的励磁磁通量不同，在此对励磁线圈5中的电流取值进行具体说明如下：

当第1个励磁单元中的电流等于第2个励磁单元中的电流，即I1＝I2时，第1个励磁单元中的励磁磁通量等于第2个励磁单元的励磁磁通量，即Φ1＝Φ2，此时，2个励磁单元中的励磁磁通矢量和为零，旁路磁柱2无励磁磁通经过，其励磁磁通分布示意图如图5所示。

当第1个励磁单元中的电流大于第2个励磁单元中的电流，即I1>I2时，第1个励磁单元的励磁磁通量大于第2个励磁单元的励磁磁通量，即Φ1>Φ2，此时第1个励磁单元的励磁磁通量Φ1中一部分经过第2个励磁磁柱1，且这部分励磁磁通量等于第2个励磁单元的励磁磁通量Φ2；另一部分励磁磁通量Φ3经过旁路磁柱2，即Φ3＝Φ1-Φ2；其励磁磁通分布示意图如图6所示。

同理，当第1个励磁单元中的电流小于第2个励磁单元中的电流，即I2>I1 时，第2个励磁单元的励磁磁通量大于第1个励磁单元的励磁磁通量，即Φ2>Φ1，此时第2个励磁单元的励磁磁通量Φ2中的一部分经过第1个励磁磁柱1，且这部分励磁磁通量等于第1个励磁单元的励磁磁通量Φ1；另一部分励磁磁通量Φ3经过旁路磁柱2，即Φ3＝Φ2-Φ1；其励磁磁通分布示意图如图7 所示。

当仅第1个励磁单元或者第2个励磁单元有电流时，该励磁单元所产生的励磁磁通全部经过旁路磁柱2，另一个励磁磁柱1无励磁磁通经过，其励磁磁通分布示意图如图8和图9所示。

具体的，当仅第1个励磁单元有电流时，第1个励磁单元所产生的励磁磁通全部经过旁路磁柱2，第2个励磁磁柱1无励磁磁通经过，此时，Φ3＝Φ1，其励磁磁通分布示意图如图8所示。

当仅第2个励磁单元有电流时，第2个励磁单元所产生的励磁磁通全部经过旁路磁柱2，第1个励磁磁柱1无励磁磁通经过，此时，Φ3＝Φ2，其励磁磁通分布示意图如图9所示。

本实用新型实施提供一种功率变换电路，包括：N个DC/DC变换电路。

N个DC/DC变换电路中的电抗器，由上述任一实施例提供的集成电抗器中各个励磁单元来实现，即各个励磁单元分别作为N个DC/DC变换电路中的电抗器。

在实际应用中，该DC/DC变换电路为：Boost电路或Buck电路。当然，该DC/DC变换电路也可以是基于Boost电路或Buck电路进行变形的电路，如该DC/DC变换电路为与Boost电路互为镜像的镜像Boost电路，或者，该 DC/DC变换电路为与Buck电路互为镜像的镜像Buck电路，又或者，该DC/DC 变换电路为其他变形电路，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。上述DC/DC变换电路为何种电路在此不作具体限定，均在本申请的保护范围内。

该集成电抗器的具体结构和工作原理，详情参见上述实施例，在此不再一一赘述。

本实用新型实施提供一种两级式逆变器，参见图11，该两级式逆变器包括：逆变电路200和至少一个上述任一实施例提供的功率变换电路100；其中：

功率变换电路100中各个DC/DC变换电路的输入端分别接收对应的输入电压(如图所示的PV1、PV2至PVn)。

各个DC/DC变换电路的输出端均与逆变电路200的直流侧相连。

逆变电路200的交流侧与负载或电网相连。

具体的，该功率变换电路100将输入电压进行变换，并将变换后的电压输出至逆变电路200，逆变电路200将接收到的电压进行逆变，并将逆变后的电压输出至电网或负载。

该功率变换电路100的具体结构和工作原理，详情参见上述实施例，在此不再一一赘述。

本实用新型实施提供一种汇流箱，包括：至少一个上述任一实施例提供的功率变换电路。

各个DC/DC变换电路的输出端并联，连接点作为汇流箱的输出端。

各个DC/DC变换电路的输入端分别作为汇流箱的各个输入端。

具体的，汇流箱的各个输入端接收输入电压，并将各个输入端接收到的输入电压进行汇流后，通过其输出端输出。

该功率变换电路的具体结构和工作原理，详情参见上述实施例，在此不再一一赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***或***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的***及***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种集成电抗器，其特征在于，包括：旁路磁柱、上轭磁芯、下轭磁芯和N个励磁单元，N为大于1的正整数；其中：

所述旁路磁柱的一端和N个所述励磁单元的一端，均与所述上轭磁芯相连；所述旁路磁柱的另一端和N个所述励磁单元的另一端，均与所述下轭磁芯相连。

2.根据权利要求1所述的集成电抗器，其特征在于，各个励磁单元所产生磁感线的方向不完全相同。

3.根据权利要求1所述的集成电抗器，其特征在于，相邻两个励磁单元所产生磁感线的方向相反。

4.根据权利要求3所述的集成电抗器，其特征在于，各个所述励磁单元均包括：励磁磁柱和励磁线圈；

所述励磁线圈绕在所述励磁磁柱上；

相邻两个励磁单元中励磁线圈的绕线方向相反。

5.根据权利要求4所述的集成电抗器，其特征在于，各个所述励磁单元中励磁线圈的匝数相同。

6.根据权利要求1-5任一所述的集成电抗器，其特征在于，所述旁路磁柱位于N个所述励磁单元中间。

7.根据权利要求1-5任一所述的集成电抗器，其特征在于，所述旁路磁柱的一端与所述上轭磁芯的中点相连，所述旁路磁柱的另一端与所述下轭磁芯的中点相连。

8.根据权利要求1-5任一所述的集成电抗器，其特征在于，所述励磁单元均匀分散在所述旁路磁柱的四周。

9.一种功率变换电路，其特征在于，包括：N个DC/DC变换电路；

N个所述DC/DC变换电路中的电抗器，由如权利要求1-8任一所述的集成电抗器中各个励磁单元来实现。

10.一种两级式逆变器，其特征在于，包括：逆变电路和至少一个如权利要求9所述的功率变换电路；其中：

所述功率变换电路中各个DC/DC变换电路的输入端接收输入电压；

各个所述DC/DC变换电路的输出端均与所述逆变电路的直流侧相连；

所述逆变电路的交流侧与负载或电网相连。

11.一种汇流箱，其特征在于，包括：至少一个如权利要求9所述的功率变换电路；

各个所述DC/DC变换电路的输出端并联，连接点作为所述汇流箱的输出端；

各个所述DC/DC变换电路的输入端分别作为所述汇流箱的各个输入端。

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