《耦合电感及多电平功率变换器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《耦合电感及多电平功率变换器.pdf（8页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103762064 A (43)申请公布日 2014.04.30 CN 103762064 A (21)申请号 201310737458.0 (22)申请日 2013.12.27 H01F 38/14(2006.01) H01F 27/24(2006.01) H01F 27/26(2006.01) H02M 1/00(2007.01) (71)申请人 华为技术有限公司 地址 518129 广东省深圳市龙岗区坂田华为 总部办公楼 (72)发明人 刘云峰 胡炎申 石磊 (74)专利代理机构 广州三环专利代理有限公司 44202 代理人 郝传鑫 熊永强 (54) 发明名称 。
2、耦合电感及多电平功率变换器 (57) 摘要 本发明公开一种耦合电感， 包括磁芯上轭、 磁 芯下轭、 多个中柱及多个绕组， 所述磁芯上轭包括 多个第一磁芯块， 所述多个第一磁芯块共同拼接 形成所述磁芯上轭， 所述磁芯下轭包括多个第二 磁芯块， 所述多个第二磁芯块共同拼接形成所述 磁芯下轭， 所述多个中柱分别连接至所述多个第 一磁芯块与所述多个第二磁芯块之间， 所述多个 绕组分别缠绕在所述多个中柱上。本发明还提供 一种多电平功率变换器。所述耦合电感通过多个 第一磁芯块拼接形成磁芯上轭， 及通过多个第二 磁芯块拼接形成磁芯下轭， 具有加工方便、 节约材 料及体积小的优势。 (51)Int.Cl. 权。
3、利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103762064 A CN 103762064 A 1/1 页 2 1. 一种耦合电感， 包括磁芯上轭、 磁芯下轭、 多个中柱及多个绕组， 其特征在于， 所述磁 芯上轭包括多个第一磁芯块， 所述多个第一磁芯块共同拼接形成所述磁芯上轭， 所述磁芯 下轭包括多个第二磁芯块， 所述多个第二磁芯块共同拼接形成所述磁芯下轭， 所述多个中 柱分别连接至所述多个第一磁芯块与所述多个第二磁芯块之间， 所述多个绕组分别缠绕在 所述多个中柱上。
4、。 2. 如权利要 1 所述的耦合电感， 其特征在于， 所述磁芯上轭与所述磁芯下轭均呈多边 环形， 且所述磁芯上轭与所述磁芯下轭的边数大于 4。 3. 如权利要 2 所述的耦合电感， 其特征在于， 每个所述第一磁芯块包括外边缘、 内边缘 和连接于外边缘与内边缘之间且相对的一对侧边， 通过所述侧边的相互贴合实现所述多个 第一磁芯块之间的首尾结合， 所述多个磁芯块的内边缘共同形成了所述多边环形的内缘， 所述多个磁芯块的外边缘共同形成了所述多边环形的外缘。 4. 如权利要 3 所述的耦合电感， 其特征在于， 每个所述第一磁芯块的截面均呈梯形。 5. 如权利要求 1 所述的耦合电感， 其特征在于， 每。
5、个所述绕组在相对应的所述第一磁 芯块上的垂直投影均位于所述第一磁芯块的面积范围内。 6. 如权利要求 5 所述的耦合电感， 其特征在于， 所述磁芯上轭平行于所述磁芯下轭。 7. 如权利要求 6 所述的耦合电感， 其特征在于， 所述多个中柱均垂直于所述磁芯上轭。 8. 如权利要求 1 所述的耦合电感， 其特征在于， 所述多个中柱呈圆柱形状或长方体形 状。 9. 如权利要求 1 所述的耦合电感， 其特征在于， 所述多个中柱与所述磁芯上轭的材质 不同。 10. 如权利要求 9 所述的耦合电感， 其特征在于， 所述中柱的材质为非晶或者纳米晶， 所述磁芯上轭的材质为铁氧体。 11. 如权利要求 9 所述。
6、的耦合电感， 其特征在于， 所述多个第一磁芯块之间通过粘胶结 合固定， 所述中柱与所述磁芯上轭之间通过粘胶结合固定， 所述中柱与所述磁芯下轭之间 通过粘胶结合固定。 12. 一种多电平功率变换器， 包括两个并联的电平桥臂， 其特征在于， 所述多电平功率 变换器还包括如权利要求 1 至权利要求 9 任意一项所述的耦合电感， 所述耦合电感连接至 所述两个并联的电平桥臂的输出端。 权 利 要 求 书 CN 103762064 A 2 1/3 页 3 耦合电感及多电平功率变换器 技术领域 0001 本发明涉及逆变器和变频器领域的耦合电感结构， 尤其涉及一种用于交错并联多 平功率变换器的耦合电感。 背景。
7、技术 0002 近年来由于多电平变换技术可以降低输出电压或电流中的高频谐波含量， 进而输 出滤波电感的成本， 其越来越多的应用于逆变器和变频器领域。通过多个低电平输出的 功率变换拓扑结合耦合电感， 可以产生多电平输出的技术越来越受到大家关注。当需要 N （N4） 个交错并联的多电平输出时， 耦合电感需要 N 个绕组并联， 现有技术中的耦合电感结 构为 ： 将 N 个绕组组合成圆形结构或将 N 个绕组排列成长方形结构。但现有技术的耦合电 感存在以下缺点 ： 圆形的耦合电感结构在做磁芯材料使用上受到较大限制， 因为很多磁芯 在切割为圆形时会产生较多的废料， 且本身的切割难度也比较大 ； 长方形的耦。
8、合电感结构 的磁芯需要占用较大的空间， 不能有效利用产品的空间。 发明内容 0003 本发明所要解决的技术问题在于， 提供一种应用于多支路交错并联多电平功率变 换器的耦合电感结构， 体积小， 成本低。 0004 为了实现上述目的， 本发明实施方式提供如下技术方案 ： 0005 本发明提供了一种耦合电感， 包括磁芯上轭、 磁芯下轭、 多个中柱及多个绕组， 所 述磁芯上轭包括多个第一磁芯块， 所述多个第一磁芯块共同拼接形成所述磁芯上轭， 所述 磁芯下轭包括多个第二磁芯块， 所述多个第二磁芯块共同拼接形成所述磁芯下轭， 所述多 个中柱分别连接至所述多个第一磁芯块与所述多个第二磁芯块之间， 所述多个绕。
9、组分别缠 绕在所述多个中柱上。 0006 其中， 所述磁芯上轭与所述磁芯下轭均呈多边环形， 且所述磁芯上轭与所述磁芯 下轭的边数大于 4。 0007 其中， 每个所述第一磁芯块包括外边缘、 内边缘和连接于外边缘与内边缘之间且 相对的一对侧边， 通过所述侧边的相互贴合实现所述多个第一磁芯块之间的首尾结合， 所 述多个磁芯块的内边缘共同形成了所述多边环形的内缘， 所述多个磁芯块的外边缘共同形 成了所述多边环形的外缘。 0008 其中， 每个所述第一磁芯块的截面均呈梯形。 0009 其中， 每个所述绕组在相对应的所述第一磁芯块上的垂直投影均位于所述第一磁 芯块的面积范围内。 0010 其中， 所述磁。
10、芯上轭平行于所述磁芯下轭。 0011 其中， 所述多个中柱均垂直于所述磁芯上轭。 0012 其中， 所述多个中柱呈圆柱形状或长方体形状。 0013 其中， 所述多个中柱与所述磁芯上轭的材质不同。 说 明 书 CN 103762064 A 3 2/3 页 4 0014 其中， 所述中柱的材质为非晶或者纳米晶， 所述磁芯上轭的材质为铁氧体。 0015 其中， 所述多个第一磁芯块之间通过粘胶结合固定， 所述中柱与所述磁芯上轭之 间通过粘胶结合固定， 及所述中柱与所述磁芯下轭之间通过粘胶结合固定。 0016 本发明还提供一种多电平功率变换器， 包括两个并联的电平桥臂和上述任意一种 实施方式所述的耦合电。
11、感。 0017 本发明提供的耦合电感及多电平功率变换器， 所述耦合电感通过多个第一磁芯块 拼接形成磁芯上轭， 及通过多个第二磁芯块拼接形成磁芯下轭， 具有加工方便、 节约材料及 体积小的优势。 附图说明 0018 为了更清楚地说明本发明的技术方案， 下面将对实施方式中所需要使用的附图作 简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式， 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， 还可以如这些附图获得其他的附图。 0019 图 1 是本发明一种实施方式提供的耦合电感正视图 ； 0020 图 2 是图 1 所示的耦合电感的俯视图 ； 0021 图 3 是本。
12、发明另一种实施方式中的耦合电感的正视图 ； 0022 图 4 是图 3 所示的耦合电感的俯视图。 0023 图 5 是本发明一种实施方式提供的多电平功率变换器的示意图。 具体实施方式 0024 下面将结合本发明实施方式中的附图， 对本发明实施方式中的技术方案进行清 楚、 完整地描述。 0025 请参阅图1及图2， 本发明提供了一种耦合电感， 包括磁芯上轭10、 磁芯下轭20、 多 个中柱 30 及多个绕组 40， 所述磁芯上轭 10 包括多个第一磁芯块 12， 所述多个第一磁芯块 12共同拼接形成所述磁芯上轭10， 所述磁芯下轭20包括多个第二磁芯块22， 所述多个第二 磁芯块 22 共同拼接。
13、形成所述磁芯下轭 20， 所述多个中柱 30 分别连接至所述多个第一磁芯 块 12 与所述多个第二磁芯块 22 之间， 所述多个绕组 40 分别缠绕在所述多个中柱 30 上。 0026 本发明提供的耦合电感， 所述耦合电感通过多个第一磁芯块 12 拼接形成磁芯上 轭 10， 及通过多个第二磁芯块 22 拼接形成磁芯下轭 20， 第一磁芯块 12 与第二磁芯块 22 具 有简单的形状， 例如 ： 如图2所示， 截面为梯形的磁条， 在加工的过程中， 第一磁芯块12与第 二磁芯块 22 方便切割， 相较一体式的磁芯上下轭， 本发明能够节约材料。本发明通过多个 形状一致的第一磁芯块 12 拼接形成复杂。
14、形状的磁芯上轭 10（本实施例中， 磁芯上轭 10 的 截面形状为正五边环形） ， 具有加工方便、 节约材料及体积小的优势。 0027 本发明还提供一种多电平功率变换器， 本发明提供的耦合电感应用于多支路交错 并联多电平功率变换器， 多路并联的电平桥臂输出依次接到所述绕组40上， 所述绕组40在 所述中柱 30 上的绕制向相同， 即所述耦合电感连接至所述两个并联的电平桥臂的输出端。 请参阅图 5， 多电平功率变换器包括耦合电感 100 和两个并联工作的两电平桥臂 200， 300。 电平桥臂200， 300的两个开关管互补导通， 同时两个桥臂在开关周期内交错180度工作， 通 过两个两电平桥臂。
15、 200， 300 交错并联工作结合耦合电感， 实现了三电平的输出。 说 明 书 CN 103762064 A 4 3/3 页 5 0028 所述磁芯上轭10与所述磁芯下轭20均呈多边环形， 举例说明 ： 多个条形的第一磁 芯块 12 首尾相连， 通过粘胶的方式相互固定， 每个第一磁芯块 12 包括外边缘、 内边缘和连 接于外边缘与内边缘之间且相对的一对侧边， 多个第一磁芯块 12 通过侧边相互贴合实现 首尾相连结合， 多个第一磁芯块 12 的内边缘共同形成了多边环形的内缘， 多个第一磁芯块 12的外边缘共同形成了多边环形的外缘。 所述磁芯上轭10与所述磁芯下轭20的边数大于 4， 本实施方式。
16、中， 所述磁芯上轭 10 与所述磁芯下轭 20 均为正五边环形。磁芯上轭 10 的多 个第一磁芯块12为多个形状相同的条状结构， 本实施方式中， 每个第一磁芯块12的截面呈 梯形， 五个第一磁芯块 12 拼接形成正五边环形的磁芯上轭 10， 五个截面呈梯形的第一磁芯 块 12 首尾相连， 通过粘胶的方式相互固定。磁芯下轭 20 与磁芯上轭 10 的结构相同， 第二 磁芯块 22 与第一磁芯块 12 一一对应， 相对应的第一磁芯块 12 与第二磁芯块 22 之间连接 一个中柱 30。中柱 30 连接于第一磁芯块 12 与和二磁芯块的中心区域之间。 0029 请参阅图3及图4， 每个所述绕组40在。
17、相对应的所述第一磁芯块12上的垂直投影 均位于所述第一磁芯块 12 的面积范围内。也就是说， 磁芯上轭 10 与磁芯下轭 20 均做了加 宽处理， 使得绕组 40 位于磁芯上轭 10 与磁芯下轭 20 的覆盖面积范围内。由于本发明耦合 电感利用空气漏感作为输出滤波电感， 加大磁芯上轭 10 与磁芯下轭 20 的宽度可以减小绕 组 40 由于处于漏感磁场而产生的涡流损耗， 同时能够减小由于磁场与绕组 40 正交引起的 高频交流损耗， 减小空气磁路长度， 增大漏感量。 利用耦合电感的磁性部分的本身漏感进行 滤波， 降低后级滤波电路成本。 0030 具体而言， 所述磁芯上轭 10 平行于所述磁芯下轭。
18、 20。 0031 所述多个中柱 30 均垂直于所述磁芯上轭 10。 0032 所述多个中柱 30 呈圆柱形状或长方体形状。 0033 所述多个中柱 30 与所述磁芯上轭 10 选用不同特性的磁性材料， 磁芯上轭 10 与磁 芯下轭 20 的材质可以相同， 中柱 30 的材质与磁芯上轭 10 及磁芯下轭 20 的材质不同。磁 芯上轭 10 及磁芯下轭 20 和中柱 30 工作在不同的磁通密度下， 中柱 30 磁通包括除了差模 环流引起的高频磁通外， 还会包括由于漏感引起的共模磁通， 因此中柱 30 磁通较磁芯上轭 10 及磁芯下轭 20 的磁通大。藉此， 中柱 30 使用抗饱和能力比较强的磁性。
19、材料， 例如 ： 非晶 或者纳米晶。磁芯上轭 10 及磁芯下轭 20 选取工作磁密稍低的磁性材料， 例如 ： 铁氧体。本 发明根据磁件不同部分工作磁通不同， 使用不同特性磁芯部分进行组合， 进而降低耦合电 感的成本， 且提高耦合电感的性能。 0034 本发明多个第一磁芯块 12 之间拼接处通过粘胶的方式结合固定， 中柱 30 与磁芯 上轭 10 及磁芯下轭 20 之间的连接方式也是通过粘胶的方式结合固定。 0035 以上所述是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人员 来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也视为 本发明的保护范围。 说 明 书 CN 103762064 A 5 1/3 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103762064 A 6 2/3 页 7 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103762064 A 7 3/3 页 8 图 5 说 明 书 附 图 CN 103762064 A 8 。