[发明专利]提高反激式功率变换器变压器输出功率密度的实现方法

说明书

本发明涉及一种提高反激式功率变换器变压器输出功率密度的实现方法，在变压器的铁芯结构中加入一段永磁体，并在铁芯中开有气隙，在不增加铁芯磁阻的情况下，将铁芯的磁密静态工作点拉低至第三象限，所述永磁体用于对铁芯内磁密进行反向补偿，并与绕组在铁芯内产生的磁场实现部分抵消。本发明使得变换器在体积减小的同时提高输出功率密度。

技术领域

本发明涉及反激式功率变换器技术领域，特别是涉及一种提高反激式功率变换器变压器输出功率密度的实现方法。

背景技术

反激式功率变换器相比于采用其它电路拓扑的DC/DC变换器，具有电路拓扑和控制策略简单、电磁干扰低，及经济性等不可替代的优势。目前在中小功率的应用场合几乎无一例外地采用了反激式功率变换器，其大部分与人们的生活密切相关，例如移动电话充电器，笔记本电脑电源适配器等。

反激式转换器的工作分为两个阶段，开关闭合和开关断开阶段。如图1所示，在开关闭合阶段，变压器的初级线圈直接连接在输入电压上。初级线圈中的电流和变压器磁芯中的磁场增加，在磁芯中储存能量。在次级线圈中产生的电压是反向的，使得二极管处于反偏状态而不能导通。此时，由电容向负载提供电压和电流。在开关断开阶段，初级线圈中的电流为0。同时磁芯中的磁场开始下降，在次级线圈上感应出正向电压。此时二极管处于正偏状态，导通的电流流入电容和负载。磁芯中存储的能量转移至电容和负载中。由于反激式转换器具有绝缘隔离的功能，所以在控制电路上也同样需要有绝缘隔离功能。最常用的两种控制模式是电压反馈控制和电流反馈控制。这两种控制模式都需要将信号从次级线圈一侧传递到初级线圈一侧，通常采用光电耦合器或者在变压器磁芯上增加一个单独绕线的方法实现隔离信号传递。

传统的反激式功率变换器，由于在工作时，变压器有较大的直流分量，易导致铁芯饱和，所以必须在磁路中加入气隙以及采用体积较大的铁芯，从而造成变压器体积变大。这也是一直限制反激式功率变换器发展的原因之一。扩大反激式功率变换器变压器铁芯磁密运行范围，将铁芯磁密工作点拉低，是提高变压器铁芯材料抗饱和能力的有效措施。但是，既能扩大变压器铁芯磁密运行范围，又能减小变压器体积的方法至今没有提出，反激式功率变换器输出功率难以提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高反激式功率变换器变压器输出功率密度的实现方法，使得变换器在体积减小的同时提高输出功率密度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种提高反激式功率变换器变压器输出功率密度的实现方法，在变压器的铁芯结构中加入一段永磁体，并在铁芯中开有气隙，在不增加铁芯磁阻的情况下，将铁芯的磁密静态工作点拉低至第三象限，所述永磁体用于对铁芯内磁密进行反向补偿，并与绕组在铁芯内产生的磁场实现部分抵消。

在EE型变压器中，沿变压器的铁芯截面切割开，加入一段永磁体，所述永磁体充磁方向为沿Y轴方向，所述永磁体与铁芯之间留有气隙。

在EE型变压器中，沿变压器的铁芯截面嵌入一段永磁体环，所述永磁体环充磁方向为沿Y轴方向，并在永磁体环的两底面装上铁磁套，将永磁体环的磁力线引入铁芯内部，且所述永磁体环所包围的铁芯中开有气隙。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明扩大了反激式变换器变压器铁芯磁密的运行范围，铁芯材料利用率大大提升，变压器铁芯材料抗饱和能力增强，减小了变压器的体积，提高了变压器输出功率密度。

附图说明

图1是反激式功率变换器电路原理图；

图2是一种EE型反激式功率变换器结构示意图；

图3是另一种EE型反激式功率变换器结构示意图；

图4是变压器铁芯工作点示意图。

具体实施方式