[发明专利]变压器型电感器及使用该电感器的功率变换器

说明书

本发明提供了一种具有粉状磁性物质的变压器型电感器和使用该变压器型电感器的功率变换器。通过应用具有抗电流饱和特性的材料代替在功率变换器中应用的传统的变压器型电感器的磁芯材料，变压器型电感器和功率变换器可减小在逆变器功率模块(IGBT)中流动的峰值电流，提高逆变器效率，减小输出RMS电流(输出有效电流)，并且减小电容消耗。因此，改善了当产生高电流时因磁芯饱和引起的电感减小率，并且防止开关器件中流动的电流突然增加。

技术领域

本发明涉及一种变压器型电感器(trans inductor)和使用该变压器型电感器的功率变换器，且更具体地，涉及一种提高环境友好车辆，例如插电式混合动力车辆和电动车辆的系统效率的变压器型电感器和功率变换器。

背景技术

最近，全球环境问题的产生引发了对环境友好车辆的兴趣。具体地，直接影响燃料效率的逆变器的效率的提高已成为重要的问题，并且已经对升高电池电压以升高输入到逆变器的电压从而提高逆变器的效率的高压直流直流(DC-DC)变换器(HDC)进行了研究。

通常地，使用电动机作为动力源的环境友好车辆(例如，插电式混合动力车辆或电动车辆)包括：电池，其作为电动机的电源；逆变器，其布置在电池和电动机，配置成对电池的输出进行转换以驱动之间的电动机；以及，HDC，其布置在电池与逆变器之间，配置成升高电池电压从而升高输入到的逆变器的电压。

例如，为了提高用于改善车辆的燃料效率的逆变器的效率，环境友好车辆使用被称为高压DC-DC变换器(HDC)的电池升压变换器来升高逆变器输入电压以减小输入电流。

具体地，升压变换器(例如，HDC)使用双向升压降压变换器。因此，影响HDC性能的代表性部件是决定纹波电流的电感器。在传统的升压降压变换器中使用的电感器的示例包括普通的电感器，交错并联电感器和变压器型电感器。通常地，普通的电感器使得在平滑电容器(例如，逆变器输入电容器)中流动的纹波电流增加，因此电容器的电容增加。此外，尺寸或成本也增加。交错并联电感器使在电容器中流动的纹波电流减少一半，然而，在HDC变换器模块中流动的纹波电流增加并且损耗也增加。

通常地，变压器型电感器使用铁氧体作为其磁芯的材料。例如，在瞬时产生高电流的车辆系统中，当使用由铁氧体形成的磁芯时，由于产生高峰值电流，磁芯饱和，并且其可能损失磁性物质的独特特性。当在功率变换器等中使用传统的电感器，从而瞬时产生高电流时，开关器件(IGBT)中将产生高峰值电流。因此，由于高纹波电流或者磁芯饱和，且磁性物质的独特特性减弱，因此需要具有高电容的电容器。

图1是示出根据现有技术使用普通的电感器的功率变换器的结构的示例图。图2是示出根据现有技术的使用交错并联电感器的功率变换器的结构的示例性图。图3是示出根据现有技术的使用铁氧体磁芯型变压器型电感器的功率变换器的结构的示例图。图1至图3示出了对于用作环境友好车辆的电动机的电源的电池进行功率变换的示例性结构，并且示出了包括电感器2、12和22，HDC变换器模块3、13、23，电池1、11、21，平滑电容器4、14、24，以及逆变器功率模块5、15、25的HDC的连接状态。

具体地，图1的功率变换器使用普通的电感器2，除电感器以外，其电路结构与图2和图3的功率变换器相同。与交错并联电感器12及铁氧体磁芯型变压器型电感器22相比，在平滑电容器4中流动的纹波电流加倍，并且为了实现等效的性能，电容也需要进行加倍。换句话说，当在功率变换器的HDC电感器中使用普通的电感器时，在高电流流过时将产生高峰值电流。因此，需要增加电容，并且高峰值电流产生高噪声，这减少了车辆的电磁波和部件的寿命。

此外，当图2的功率变换器使用交错并联电感器12时，逆变器输入侧的平滑电容器14的电容将减小。然而，高峰值电流在HDC变换器模块13中流动，这增加了开关损耗和噪声，并且将对车辆的电磁波和部件的寿命产生不利影响。如图3的功率变换器所示，使用铁氧体磁芯型变压器型电感器22，当高电流瞬时产生时，由于电感器磁芯饱和，电感减小。换句话说，开关器件中电流突然增加。