[发明专利]用于谐振转换器的变压器单元

说明书

一种用于谐振转换器的变压器单元(100)，包括：初级绕组(202)，其通过感应松散耦合到至少一个次级绕组(204)，由此产生漏电感；以及屏蔽元件(300)，其覆盖初级绕组(202)或次级绕组(204)中的至少一个，用于阻挡由漏电感产生的电磁噪声，其中，屏蔽元件(300)热耦合到初级绕组或次级绕组中的至少一个，用于传递由变压器单元(100)产生的热量。

技术领域

本发明涉及一种用于谐振转换器的变压器单元。此外，本发明涉及一种包括所述变压器单元的谐振转换器。另外，本发明涉及包括所述谐振转换器的开关电源。

背景技术

通常，谐振功率转换具有平滑波形和高功率密度的优点。在电路的输入和输出之间的阻抗最小的点处在谐振模式下操作转换器，也提供了改进的效率。根据它们的物理原理，谐振转换器是开关转换器，其包括主动参与确定输入到输出功率流的谐振回路电路。谐振转换器基于谐振逆变器，即将DC电压转换为正弦电压(更一般地，转换为低谐波含量AC电压)并向负载提供AC电力的系统。为此，开关网络通常产生方波电压，该方波电压施加到调谐到方波的基波分量的谐振回路。以这种方式，振荡将主要响应于该分量并且可忽略地响应于更高次谐波，使得其电压和/或电流以及负载的电压和/或电流将基本上是正弦曲线或分段正弦曲线。通过对谐振逆变器的AC输出进行整流和滤波，可以获得能够向负载提供DC功率的谐振DC-DC转换器。

根据开关网络的类型和谐振回路的特性，即其电抗元件(电容器和电感器)的数量及其配置，可以构建不同类型的DC-AC逆变器。更详细地，在谐振功率转换器中，在开关周围添加至少两个电抗元件以产生正弦电压或电流。图1示出了具有振荡槽路(tank circuit)201的谐振转换器，其包括变压器Np：Ns和LLC配置中的三个电抗元件Cr，Lr，Lm。

有两种方式可以实现振荡槽路的磁性部件。一种是具有理想的或接近理想的变压器和单独的电感器。更详细地说，理想的变压器模型假设初级绕组产生的所有磁通链接每个绕组的所有匝，包括其自身。在实践中，一些磁通穿过将其带到绕组外部的路径。这种磁通被称为漏磁通，并导致与相互耦合的变压器绕组串联的漏电感。漏磁通导致能量随着电源的每个循环交替地存储在磁场中和从磁场中释放。它不是直接的功率损耗，而是导致较差的电压调节，导致次级电压不与初级电压成正比，特别是在重负载下。通常，漏电感是不希望的特性，因为它会导致电压随负载而变化。设计用于降低漏电感的变压器在本文中称为理想或接近理想的变压器。

实现振荡槽路的磁性部件的第二种方式是将谐振电感集成到变压器中。更详细地，包括通过感应松散耦合到次级绕组的初级绕组的变压器产生漏电感。漏电感与相互耦合的变压器绕组串联，并可用作振荡槽路的谐振电感Lr。设计用于在操作中产生一定量漏电感的变压器在本文件中称为集成变压器。

用于增大或减小电力应用中的交流电压的变压器通常被设计成理想的或接近理想的变压器。然而，对于一些应用，例如对于谐振转换器，具有一定量漏电感的集成变压器是有利的。特别是，可以减少电气部件的数量。例如，用于谐振转换器的振荡槽路中的谐振电感可以集成在变压器中。因此，集成变压器能够降低成本并允许更紧凑的设计。

然而，集成变压器也具有一些由松散耦合的绕组引起的缺点。例如，漏电感产生大的磁杂散场，引起电磁干扰(EMI)问题。此外，为了产生松散耦合，初级和次级绕组是分开的，从而减少了绕组之间的热耦合并引起变压器的热问题。

发明内容

本发明的目的是优化用于谐振转换器的变压器单元。本发明的另一个目的是降低谐振转换器的组装复杂性，例如通过减少电子部件的数量，例如减少电抗元件，并且同时减少机械部件，例如用于热管理的元件和用于EMI屏蔽的元件。另外，本发明的目的是降低成本并同时允许集成变压器的紧凑和稳定的设计。

这些目的中的至少一个由独立权利要求的主题解决。本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。