[发明专利]一种具有低交流损耗和阻抗平衡接口的集成变压器

说明书

本发明公开了一种带有电感元件和变压器元件两者的集成变压器装置。所述电感元件和变压器元件组合在同一设备内，共享相同磁路和电路的至少一部分。所述集成变压器装置包括顶部磁芯、底部磁芯和分流磁芯。高压绕组缠绕在所述底部磁芯上。低压绕组缠绕在所述底部磁芯和分流磁芯上。并联连接的功率半导体器件形成所述低压绕组的一部分并且设置在靠近所述高压绕组的位置。

相关申请的交叉引用

本非临时申请要求于2019年2月13日提交的编号为62/805,289的临时申请的优先权，该申请名称也为“一种具有低交流损耗和阻抗平衡接口的集成变压器(IntegratedTransformer with Low AC Losses and Impedance Balanced Interface)”，其公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及一种变压器，更具体地，涉及一种具有低交流(AC)功率损耗的集成变压器。

背景技术

变换器是将电能从一种形式转换为另一种形式的装置，并且通常用于将一种电压转换为另一种电压。谐振变换器和谐振过渡变换器依靠串联电感元件或变压器集成电感器来提供电感，这与增加的电容一起形成谐振回路。这些谐振和谐振过渡变换器利用谐振回路和软开关技术来实现低损耗和高效率转换。

在隔离式转换器拓扑的情况下，通常需要变压器来提供隔离，以及使用匝数比进行升压或降压。由于此类转换器中既需要电感元件又需要变压器元件，因此希望将两者的特性组合到同一组件中。

以前的变压器系统，例如在Alexander Isurin等人的名称为“High-frequencyPower Transformer(高频电力变压器)”的美国专利7,123,123中描述的变压器系统，公开了一种具有低交流传导损耗的变压器。低损耗源于初级和次级绕组之间的接近。然而，该系统不提供电流在高电流路径中的并联功率半导体器件(例如场效应晶体管(FET)、二极管或绝缘栅双极晶体管(IGBT))之间的均等分配，该高电流路径具有与高电流绕组互连的平衡阻抗。电流的均等分布对于降低功率损耗和组件应力以及提高功率转换器的整体可靠性是需要的。此外，如所公开的，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETS)、二极管或IGBTS，这些功率半导体器件的配置不能完成绕组匝，因此导致损耗增加。此外，这种变压器的另一个缺陷是无法实现足够高的漏电感，其适当的高以使谐振转换器在宽输入电压范围内工作，而不用在初级和次级绕组之间插入大间隙。然而，所述初级和次级绕组之间的大间隙是不可取的，因为它们会导致绕组中的交流损耗显著增加。

Bernd Ackermann的名称为“Transformer with Integrated Inductor(具有集成电感器的变压器)”的美国专利申请2002/0167385讨论了将电感元件集成到变压器中。然而，这会导致非常高的交流传导损耗，因为初级和次级绕组不重叠。其他更高损耗的实例可以在Jin He等人的名称为“Planar Transformer and Output Inductor Structure withSingle Planar Winding Board and Two Magnetic Cores(具有单个平面绕组板和两个磁芯的平面变压器和输出电感器结构)”的美国专利6,927,661中找到，该专利集成了电感器和变压器，但保持独立磁芯。磁芯的分离导致不共享磁通或传导路径，从而导致更高的损耗。