多路并联的谐振变换器、电感集成磁性元件和变压器集成磁性元件的制作方法

本发明涉及一种多路并联的谐振变换器、电感集成磁性元件和变压器集成磁性元件。

背景技术：

在大功率电源的应用中，通常采用两路或多路并联的电气支路联合供电。以两路并联的大功率llc电路为例，原边连接全桥或半桥电路架构，副边连接整流电路。在大功率电源的应用中，由于电路支路数量多，因此磁性元件的数量、体积、重量与损耗在整个电源中都占有很大的比例，如何减小这些磁性元件的数量、体积、重量与损耗成为大功率电源高效率、高功率密度的一个重要研究方向。并联电路的磁件电气参数不一致将会导致各支路的功率分配不相同，带来局部过热或器件电压电流应力过高。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明的一个主要方面在于克服上述现有技术的不足，提供一种多路并联的谐振变换器，对不同并联支路的谐振电感集成；

本发明的另一个主要方面在于克服上述现有技术的不足，提供一种多路并联的谐振变换器，对不同并联支路的变压器集成；

本发明的又一个主要方面在于提供一种体积小、重量轻的电感集成磁性元件和变压器集成磁性元件。

本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。

根据本发明的一个方面，一种多路并联的谐振变换器，包含第一变换器和第二变换器。第一变换器具有第一输入端和第一输出端，包含第一电感、 第一变压器和第一电容，所述第一电感、所述第一变压器和所述第一电容串联连接以形成一第一谐振单元；第二变换器具有第二输入端和第二输出端，包含第二电感，第二变压器和第二电容，所述第二电感、所述第二变压器和所述第二电容串联连接以形成一第二谐振单元；所述第二输出端与所述第一输出端并联。其中，所述第一电感和所述第二电感集成于第一磁性元件，所述第一磁性元件包含第一边柱、第二边柱、第一中柱和第二中柱，所述第一电感包含第一线圈，所述第二电感包含第二线圈，所述第一线圈设置于所述第一中柱以形成所述第一电感，所述第二线圈设置于所述第二中柱以形成所述第二电感，所述第一中柱和第二中柱的截面积相同。

根据本发明的另一个方面，一种多路并联的谐振变换器，包含第一变换器和第二变换器。第一变换器具有第一输入端和第一输出端，包含第一电感，第一变压器和第一电容，所述第一电感、所述第一变压器和所述第一电容串联连接以形成一第一谐振单元；第二变换器具有第二输入端和第二输出端，包含第二电感、第二变压器和第二电容，所述第二电感、所述第二变压器和所述第二电容串联连接以形成一第二谐振单元；所述第二输出端与所述第一输出端并联；其中，所述第一变压器和所述第二变压器集成于第一磁性元件，所述第一磁性元件包含第一边柱、第二边柱、第一中柱和第二中柱，所述第一变压器设置于所述第一中柱，所述第二变压器设置于所述第二中柱，所述第一边柱和所述第二边柱形成第一开口和第二开口，所述第一开口和所述第二开口形成一第一连线，所述第一中柱和所述第二中柱形成一第二连线，所述第一连线垂直或平行于所述第二连线，所述第一变压器包含第一原边线圈，所述第二变压器包含第二原边线圈，所述第一中柱和第二中柱的截面积相同。

根据本发明的另一个方面，一种电感集成磁性元件，包含第一电感和第二电感，所述第一电感和所述第二电感集成于一磁性元件，所述磁性元件包含第一边柱，第二边柱，第一中柱，第二中柱，第一线圈和第二线圈，所述第一线圈设置于所述第一中柱以形成所述第一电感，所述第二线圈设置于所述第二中柱以形成所述第二电感，所述第一边柱和所述第二边柱形成第一开口和第二开口，所述第一开口和所述第二开口形成一第一连线，所述第一中柱和所述第二中柱形成一第二连线，所述第一连线垂直或平行于所述第二连线，所述第一中柱和第二中柱的截面积相同。

根据本发明的另一个方面，一种变压器集成磁性元件，包含第一变压器和第二变压器，所述第一变压器和所述第二变压器集成于一磁性元件，所述磁性元件包含第一边柱，第二边柱，第一中柱和第二中柱，所述第一变压器包含第一原边线圈和第一副边线圈，所述第二变压器包含第二原边线圈和第二副边线圈，所述第一原边线圈和所述第一副边线圈设置于所述第一中柱，所述第二原边线圈和所述第二副边线圈设置于所述第二中柱，所述第一边柱和所述第二边柱形成第一开口和第二开口，所述第一开口和所述第二开口形成一第一连线，所述第一中柱和所述第二中柱形成一第二连线，所述第一连线垂直或平行于所述第二连线，所述第一中柱和第二中柱的截面积相同。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：

本发明的多路并联的谐振变换器，将第一变换器中的第一电感和第二变换器中的第二电感集成于第一磁性元件，使得同一磁性元件可为两个或多个电感共用，从而有效减小了多路并联的谐振变换器的体积，并减轻了重量。同样，本发明的多路并联的谐振变换器，还可以将第一变换器中的第一变压器和第二变换器中的第二变压器集成于第二磁性元件，使得同一磁性元件可为两个或多个变压器共用，从而有效减小了多路并联的谐振变换器的体积，并减轻了重量。多路并联的谐振变换器体积的减小以及重量的减轻，有利于电源功率密度的提升。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1示出本发明一实施方式中多路并联的谐振变换器的电路拓扑图；

图2a示出本发明一实施方式中多路并联的谐振变换器中的电感集成磁性元件的组装过程的立体结构示意图；

图2b示出图2a所示的电感集成磁性元件的分解结构示意图；

图2c示出图2a所示的电感集成磁性元件中两个中柱与两个开口之间位置关系示意图；

图2d示出图2a所示的电感集成磁性元件中两个线圈绕线方向的示意图；

图3a示出本发明一实施方式中多路并联的谐振变换器中的变压器集成磁性元件的立体分解图。

图3b示出图3a所示的变压器集成磁性元件的组合图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。实施方式中可能使用相对性的用语，例如“上”或“下”以描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”侧的组件将会成为在“下”侧的组件。此外，权利要求书中的术语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。

本发明一实施方式中，多路并联的谐振变换器是指两路或两路以上的电气支路并联形成的变换器，其将各个不同变换器中的功能基本相同的功能组件如电感或变压器集成到同一磁性元件，从而减小多路并联的谐振变换器的体积并减轻重量，同时由于同一磁性元件中的各路电气参数的一致性更好，这也有利于简化控制电路，优化各路均流特性，提升电源效率。以下以两个变换器并联的多路并联的谐振变换器为例详细介绍本发明的具体实施方式。

本发明中，两个中柱的截面积相同，是指其差异在5％以内，尤指在3％以内。对于电感量相同，是指其感量差异不高于5％，特别是指不高于3％。

参见图1，本发明多路并联的谐振变换器一实施方式包含一第一变换器和一第二变换器。

第一变换器具有第一输入端和第一输出端。第一变换器包含第一电感 lr1、第一变压器tx1和第一电容c1，并且第一电感lr1、第一变压器tx1和第一电容c1串联连接从而形成一第一谐振单元，第一变压器原边np1具有ep和fp端，副边ns1具有es和fs端。

第二变换器具有第二输入端和第二输出端。第二变换器包含第二电感lr2、第二变压器tx2和第二电容c2，并且第二电感lr2、第二变压器tx2和第二电容c2串联连接从而形成一第二谐振单元，第二变压器原边np2具有gp和hp端，副边ns2具有gs和hs端。

第二变换器的第二输出端与第一变换器的第一输出端可以并联，二者之间的输出电压为vo；第二变换的第二输入端与第一变换器的第一输入端可以并联，二者之间的输入电压为vin。当然，第二输入端与第一输入端也可以是串联承担输入电压vin等其他方式。

本发明多路并联的谐振变换器一实施方式中，可以将第一电感lr1和第二电感lr2集成于第一磁性元件从而形成一电感集成磁性元件；或者将第一变压器tx1和第二变压器tx2集成于第二磁性元件从而形成一变压器集成磁性元件；或者同时将第一电感lr1和第二电感lr2集成于第一磁性元件从而形成一电感集成磁性元件，将第一变压器tx1和第二变压器tx2集成于第二磁性元件从而形成一变压器集成磁性元件。

下面介绍本发明多路并联的谐振变换器一实施方式中的电感集成磁性元件。

参见图2a和图2b，图2a和图2b是本发明一实施方式中多路并联的谐振变换器中的第一种电感集成磁性元件的组装过程的立体结构示意图，图2b示出图2a所示的电感集成磁性元件的分解结构示意图。

电感集成磁性元件包括第一铁芯、第一线圈30和第二线圈40。第一铁芯可以包括结构相同并相对布置的第一下铁芯10和第一上铁芯20，但本发明并不以此为限。第一下铁芯10包括第一下铁芯盖15以及连接于该第一下铁芯盖15上的第一下边柱11、第二下边柱12、第一下中柱13和第二下中柱14。

第一上铁芯20包括第一上铁芯盖25以及连接于该第一上铁芯盖25上的第一上边柱21、第二上边柱22、第一上中柱和第二上中柱，如图2c所示。

第一下铁芯10的第一下边柱11、第二下边柱12、第一下中柱13和第二下中柱14可以与第一上铁芯20的第一上边柱21、第二上边柱22、第一上中柱和第二上中柱一一对应地相互抵接或邻近，从而形成第一铁芯，但本发明并不以此为限。第一下边柱11可以与第一上边柱21共同形成第一边柱；第二下边柱12可以与第二上边柱22共同形成第二边柱；第一下中柱13可以与第一上中柱共同形成第一中柱，其中第一下中柱13与第一上中柱之间可以设置气隙，也可以不设置气隙；第二下中柱14与第二上中柱共同形成第二中柱，其中第二下中柱14与第二上中柱之间可以设置气隙，也可以不设置气隙。

本发明一实施方式中的多路并联的谐振变换器中，第一下中柱13、第一上中柱、第二下中柱14与第二上中柱的横截面积可以相同；两个中柱可以排列一致，对称布置，当需要在两个中柱上加工气隙时，可以同时、同方向研磨，即可确保两个中柱上的气隙尺寸加工的一致性，有效减小两个电感感量的差异，可以使感量差异从两颗传统分离式电感差异的10％以下缩减到3％(含)以下，这将有助于本发明一实施方式中多路并联的谐振变换器的谐振参数的一致性，有利于两路电路的均流，提升电源效率，同时可以帮助简化控制电路。

应当理解，以上对于第一铁芯的描述只是示例性的，并不构成对本发明的限制，其他结构形式的磁性元件也可以适用于本发明。第一电感lr1包含一第一线圈30，第一线圈30设置于第一中柱上以形成第一电感lr1。其中第一线圈30可以由一漆包线沿一方向绕制而成，第一线圈30可以直接绕设于第一中柱上，也可以绕设于一第一绕线架31上，第一绕线架31套设于第一中柱上，本发明并不以此为限。第一线圈30不限于漆包线，也可以是铜片等其他材料结构。

第二电感lr2包含一第二线圈40，第二线圈40设置于第二中柱以形成第二电感lr2。其中第二线圈40可以由一漆包线沿一方向绕制而成，第二线圈可以直接绕设于第二中柱上，也可以绕设至一第二绕线架41上，第二绕线架41套设于第二中柱上，但本发明并不以此为限。第二线圈40不限于漆包线，其也可以是铜片等其他材料结构。

本实施方式中多路并联的谐振变换器中第一电感lr1和第二电感lr2集成于第一铁芯上，两个电感共用第一铁芯的边柱、铁芯盖，能有效减小第一电 感lr1和第二电感lr2集成磁性元件的整体体积和重量。第一中柱和第二中柱的截面积相同，有助于实现第一电感lr1和第二电感lr2的电感量相同。

参见图2c和图2d，图2c示出图2a所示的电感集成磁性元件中两个中柱与两个开口之间第一种位置关系的示意图；图2d示出图2a所示的电感集成磁性元件中两个线圈绕线方向的示意图。如图2c所示，第一边柱(可参见第一上边柱21)和第二边柱(可参见第二上边柱22)形成第一开口110和第二开口120，连接第一开口110和第二开口120的中心可以形成一第一连线l1，但本发明并不以此为限；连接第一中柱(可参见第一下中柱13)和第二中柱(可参见第二下中柱14)的中心可以形成一第二连线l2，但本发明并不以此为限，第一连线l1和第二连线l2也可以由非中心点形成。第一边柱(可参见第一上边柱21)在朝向第一中柱和第二中柱的一边可以具有第一弧边211和第二弧边212，第一弧边211和第二弧边212的连接处可以具有一个第一平台213。第二边柱(可参见第二上边柱22)在朝向第一中柱和第二中柱的一边可以具有第三弧边221和第四弧边222，第三弧边221和第四弧边222的连接处可以具有一个第二平台223。第一中柱(可参见第一下中柱13)和第二中柱(可参见第二下中柱14)可以是圆形或椭圆形，第一中柱和第二中柱形成第一切线m1和第二切线m2。在该实施方式中，第一弧边211、第二弧边212、第三弧边221、第四弧边222、第一切线m1和第二切线m2之间无交叉点。图2c所示的实施方式中，第一连线l1与第二连线l2平行(包含重合的情况)，但本发明并不以此为限，第一连线l1与第二连线l2之间的位置关系并不限于平行，二者相互垂直或交叉都可适用，即在其他实施方式中，第一连线l1和第二连线l2可以相互平行，垂直或成一定的角度。

结合图1和图2d所示，电感集成磁性元件中两个线圈绕线方向可以相同或相反。其中一个线圈具有第一出线端a和第二出线端b，其绕设方向可以定义为由第一出线端a开始到第二出线端b结束。另一个线圈具有第一出线端c和第二出线端d，其绕设方向可以定义为由第一出线端c开始到第二出线端d结束。两个线圈的4个出线端与开口的位置关系可以有多种组合，例如，其中任意两个出线端位于一个开口，剩余的两个出线端位于另外一个 开口；或者4个出线端均位于同一个开口。通过两个线圈中电流的设置，可使两个线圈形成的磁场方向相反，但本发明并不以此为限，如也可以相同。

本发明多路并联的谐振变换器一实施方式中，第一电感和第二电感同时工作，在工作时序上可相差一角度例如90度。对于第一磁性元件中的磁通分布，两个中柱各自独立工作，相互间没有耦合影响。一实施方式中，第一磁性元件的两个边柱及两个铁芯盖为两个电感公用，并由于两个电感在时序上交错90度工作，故而两个边柱与铁芯盖的磁通会部分抵消，这样可在维持第一磁性元件损耗不变的前提下，减小边柱与铁芯盖的尺寸与重量，或在维持体积不变的情况下，减小第一磁性元件的损耗。但本发明并不以此为限，如第一电感和第二电感的工作时序也可交错180度等，或者第一电感和第二电感的工作时序也可以相同等。

下面介绍本发明多路并联的谐振变换器一实施方式中的变压器集成磁性元件。

参见图3a和图3b，图3a示出本发明一实施方式中多路并联的谐振变换器中变压器集成磁性元件的立体分解图，图3b示出其组合图。变压器集成磁性元件包括第二磁性元件，集成了第一变压器tx1和第二变压器tx2。第二磁性元件可以包括结构相同并相对布置的第二下铁芯50和第二上铁芯60。第二下铁芯50包括第二下铁芯盖55以及连接于该第二下铁芯盖55上的第三下边柱51、第四下边柱52、第三下中柱53和第四下中柱54。两个边柱可以具有弧边。

第一变压器tx1可以包含一个或多个第一原边线圈71和一个或多个第一副边线圈72，第一原边线圈71和第一副边线圈72设置于第三中柱，以形成第一变压器tx1。第二变压器tx2可以包含一个或多个第二原边线圈81和一个或多个第二副边线圈82，第二原边线圈81和第二副边线圈82设置于第四中柱，以形成第二变压器tx2。第一原边线圈71和第一副边线圈72以及第二原边线圈81和第二副边线圈82可以是由漆包线或三重绝缘线等绕制而成，但本发明并不以此为限。第一原边线圈71、第一副边线圈72可绕设至一绕线架上，第二原边线圈81、第二副边线圈82可绕设至另一绕线架上，再将两个绕线架分别安装到第三中柱和第四中柱上以 形成变压器集成磁性元件。通过两个原边线圈中电流的设置，可使两个原边线圈形成的磁场方向相反，但本发明并不以此为限，例如也可以相同。

一实施方式中，变压器集成磁性元件的铁芯也可以采用如以上所述的电感集成磁性元件中的铁芯，本发明并不以此为限。

该实施方式中，第一变压器tx1具有四个出线端，即第一原边线圈71的两个出线端以及第一副边线圈72的两个出线端，这四个出线端可以均位于第三开口，或第四开口，或也可以分别位于第三开口和第四开口。第二变压器tx2具有四个出线端，即第二原边线圈81的两个出线端以及第二副边线圈82的两个出线端，这四个出线端可以均位于第三开口，或第四开口，或也可以分别位于第三开口和第四开口。

本发明多路并联的谐振变换器实施方式中，其电气运行特点为两个原边绕组在时序上可以相差一角度例如90度工作，从而形成一交错并联变换器。一实施方式中，对于第二磁性元件中的磁通分布，两个中柱相互解耦，各自独立工作但本发明并不以此为限。第二磁性元件的两个边柱及两个铁芯盖可以为两个变压器公用，并由于两个原边绕组在时序上交错90度工作，故而两个边柱与铁芯盖的磁通会部分抵消，这样可在维持第二磁性元件损耗不变的前提下，减小边柱与铁芯盖的尺寸与重量，或在维持体积不变的情况下，减小第二磁性元件的损耗。但本发明并不以此为限，如两个原边绕组工作时序也可交错180度等，或者两个原边绕组的工作时序相同等。

应当理解，本发明并不以两个变换器并联的谐振变换器为限，多于两个变换器，例如3个、5个变换器等均适用。

本文所述的多路并联的谐振变换器可以只采用电感集成磁性元件，或只采用变压器集成磁性元件，或同时采用电感集成磁性元件和变压器集成磁性元件，本发明并不以此为限。本文所述的电感集成磁性元件的铁芯也可以用于变压器集成磁性元件，所述的变压器集成磁性元件的铁芯也可以用于电感集成磁性元件，本发明并不以此为限。

电感集成磁性元件

参见图2a至图2d。本发明实施方式中电感集成磁性元件的结构与本发 明实施方式中多路并联的谐振变换器中所使用的电感集成磁性元件基本相同，这里不再赘述。图3a至图3b所示铁芯亦可用于电感集成磁性元件。

需要说明的是，电感集成磁性元件不仅仅适用于多路并联的谐振变换器，其也可应用于其他的电源电路中，例如应用于两路或多路的buck电路(斩波降压电路)、boost电路(升压电路)或boostpfc电路(升压型功率因数校正电路)等等。

变压器集成磁性元件

参见图3a至图3b。本发明实施方式中变压器集成磁性元件的结构与本发明实施方式中多路并联的谐振变换器中所使用的变压器集成磁性元件基本相同，这里不再赘述。图2a至图2d所示铁芯亦可用于变压器集成磁性元件。

需要说明的是，变压器集成磁性元件不仅仅适用于多路并联的谐振变换器，其也可应用于其他的电源电路中，例如应用于两路或多路的各种正激类变换器，移相全桥变换器或反激类变换器，等等。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。