一种适用于基于H桥ZCS双向DC-DC变换器的无源元件集成装置

一种适用于基于h桥zcs双向dc-dc变换器的无源元件集成装置
技术领域
1.本发明公开一种适用于基于h桥zcs双向dc-dc变换器的无源元件集成装置。


背景技术：

2.基于h桥zcs双向dc-dc变换器除具有转换效率高、功率密度大、开关损耗小等诸多优异性能外，无极性反转的降压和升压调节是该dc-dc变换器的显著优点。由于基于h桥zcs双向dc-dc变换器采用大量的无源元件会增加装置的尺寸和体积。因此，本发明引入了柔性多层带材无源元件集成技术，将多个无源元件全部有效地集成在e-i-e型磁芯中，可以显著提高该变换器的功率密度，所以其在一些大功率、高压大电流应用领域得到了广泛的重视和研究。
3.本发明面向基于h桥zcs双向dc-dc变换器的无源元件集成装置有以下优点：l 开关损耗小，功率器件可采用zcs换流模式以降低开关损耗，从而提高变换器的功率因数；l 高功率密度、软开关和同步整流技术可大幅提高工作频率从而显著减小无源元件体积。


技术实现要素：

4.本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于h桥zcs双向dc-dc变换器的无源元件集成装置，其特征在于：第一柔性多层带材集成绕组、第二柔性多层带材集成绕组、第三柔性多层带材集成绕组和第四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；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、右边柱上、第二柔性多层带材集成绕组和第四柔性多层带材集成绕组分别绕制在第二e型磁芯的左、右边柱上。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、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；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三绝缘带材、第四导体带材；所述的第四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、第五导体带材、第二电介质带材、第六导体带材。
5.所述的一种适用于基于h桥zcs双向dc-dc变换器无源元件集成装置，其特征在于：所述的第一导体带材左端口与第一开关管的源极相连，其右端口与第三开关管的漏极相连；所述的第二导体带材左端口与第一开关管的源极相连，其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，其右端口第二开关管的漏极相连；所述的第四导体带材左端口与第四开关管的源极相连，其右端口与第五开关管的漏极相连；所述的第五导体带材左端口与第四开关管的源极相连，其右端口悬空不接入电路；所述的第六导体带
材左端口悬空不接入电路，其右端口第六开关管的漏极相连。
6.所述的一种适用于基于h桥zcs双向dc-dc变换器的无源元件集成装置，其特征在于：所述的第一导体带材构成第一零电流软开关辅助电感；所述的第二导体带材、第一电介质带材和第三导体带材共同构成第一串联谐振电容；所述的第二导体带材构成第一串联谐振电感；所述的第四导体带材构成第二零电流软开关辅助电感；所述的第五导体带材、第二电介质带材和第六导体带材共同构成第二串联谐振电容；所述的第五导体带材构成第二串联谐振电感。
7.所述的一种适用于基于h桥zcs双向dc-dc变换器的无源元件集成装置，其特征在于：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一零电流软开关辅助电感；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容、第一串联谐振电感；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第二零电流软开关辅助电感；所述的第四柔性多层带材集成绕组形成的集总参数模型为第二串联谐振电容、第二串联谐振电感。
8.本发明的有益效果在于：从实际需求出发，提出一种适用于基于h桥zcs双向dc-dc变换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为本发明的整体结构示意图。
10.图2为本发明的爆炸结构示意图。
11.图3为本发明的工作结构示意图。
12.图4为本发明装置的集总参数模型结构示意图。
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，一种适用于基于h桥zcs双向dc-dc变换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、第三柔性多层带材集成绕组3、第四柔性多层带材集成绕组4、第一e型磁芯5、第一i型磁芯6和第二e型磁芯7；第一e型磁芯5位于第一i型磁芯6上方且与第一i型磁芯6相对接触设置、第二e型磁芯7位于第一i型磁芯6下方且与第一i型磁芯6相对接触设置；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5的左右边柱上、第二柔性多层带材集成绕组2和第四柔性多层带材集成绕组4分别绕制在第二e型磁芯6的左右边柱上。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8、第一导体带材9；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10、第二导体带材11、第一电介质带材12、第三导体带材13；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三绝缘带材14、第四导体带材15；所述的第四柔性多层带材集成绕组4由里到外依次排列为第四绝缘带材16、第五导体带材17、第二电介质带材18、第六导体带材19。
15.所述的第一导体带材9左端口与第一开关管20的源极26相连，其右端口与第三开关管22的漏极27相连；所述的第二导体带材11左端口与第一开关管20的源极26相连，其右
端口悬空不接入电路；所述的第三导体带材13左端口悬空不接入电路，其右端口第二开关管21的漏极28相连；所述的第四导体带材15左端口与第四开关管23的源极29相连，其右端口与第五开关管24的漏极30相连；所述的第五导体带材17左端口与第四开关管23的源极29相连，其右端口悬空不接入电路；所述的第六导体带材19左端口悬空不接入电路，其右端口第六开关管25的漏极31相连。
16.如图3-图4所示，所述的第一导体带材9构成第一零电流软开关辅助电感32；所述的第二导体带材11、第一电介质带材12和第三导体带材13共同构成第一串联谐振电容34；所述的第二导体带材11构成第一串联谐振电感33；所述的第四导体带材13构成第二零电流软开关辅助电感35；所述的第五导体带材15、第二电介质带材16和第六导体带材17共同构成第二串联谐振电容37；所述的第五导体带材构成第二串联谐振电感36。


技术特征：
1.一种适用于基于h桥zcs双向dc-dc变换器的无源元件集成装置，其特征在于：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、第三柔性多层带材集成绕组和第四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；第一和第三柔性多层带材集成绕组分别绕制在第一e型磁芯的左右边柱上、第二和第四柔性多层带材集成绕组分别绕制在第二e型磁芯的左右边柱上。2.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、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；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三绝缘带材、第四导体带材；所述的第四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、第五导体带材、第二电介质带材、第六导体带材。3.根据权利要求1所述的一种适用于基于h桥zcs双向dc-dc变换器的无源元件集成装置，其特征在于：所述的第一导体带材左端口与第一开关管的源极相连，其右端口与第三开关管的漏极相连；所述的第二导体带材左端口与第一开关管的源极相连，其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，其右端口第二开关管的漏极相连；所述的第四导体带材左端口与第四开关管的源极相连，其右端口与第五开关管的漏极相连；所述的第五导体带材左端口与第四开关管的源极相连，其右端口悬空不接入电路；所述的第六导体带材左端口悬空不接入电路，其右端口第六开关管的漏极相连。4.根据权利要求1所述的一种适用于基于h桥zcs双向dc-dc变换器的无源元件集成装置，其特征在于：所述的第一导体带材构成第一零电流软开关辅助电感；所述的第二导体带材、第一电介质带材和第三导体带材共同构成第一串联谐振电容；所述的第二导体带材构成第一串联谐振电感；所述的第四导体带材构成第二零电流软开关辅助电感；所述的第五导体带材、第二电介质带材和第六导体带材共同构成第二串联谐振电容；所述的第五导体带材构成第二串联谐振电感。

技术总结
本发明公开一种适用于基于H桥ZCS双向DC-DC变换器的无源元件集成装置，其包括第一、第二、第三和第四柔性多层带材集成绕组、第一I型磁芯、第一和第二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；第一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、右边柱上，第二和第四柔性多层带材集成绕组分别绕制在第二E型磁芯的左、右边柱上。本发明从实际出发，利用柔性多层带材集成技术创制的四个集成绕组，将两个电容和四个电感全部集成在E-I-E型磁芯中，有效缩减了无源元件体积，提高了电路功率密度。路功率密度。


技术研发人员：邓成 唐杰
受保护的技术使用者：邵阳学院
技术研发日：2021.05.06
技术公布日：2022/11/7