[发明专利]作为用于中频变压器的集成结构的部分的绕组配置

说明书

公开了一种用于生产用于变压器、尤其谐振DC/DC转换器或双有源桥DC/DC转换器的中频变压器的线圈的方法，所述方法包括以下步骤：提供数量为M1的多个导电箔条，每个导电箔条具有第一端和第二端；堆叠所述多个导电箔条以获得具有第一端和第二端的箔条堆叠，其中，电绝缘层设置在任何两个相邻箔条之间；将所有导电箔条的所述第一端电互连到第一端子；对于所述导电箔条中的每一个，在所述箔条的第二端处设置连接器；以及从所述第一端盘卷所述箔条堆叠。

技术领域

本发明涉及电力电子领域。本发明涉及一种谐振DC/DC转换器或双有源桥DC/DC转换器的中频变压器的线圈，并且涉及一种用于根据独立权利要求生产这种线圈的方法。

背景技术

由于在较低频率下(尤其在低于1kHz的频率下)和/或对于低电流(尤其低于100A的电流)可忽略不计的几种影响，在几千赫兹(尤其高于3kHz或更高)的高频率下处理高电流(几百安培或更多，尤其高于200A)的变压器很难以低成本和/或现成的部件构建。涉及这种高频率和/或高电流的典型应用是如常用于固态变压器(SST，图1)、尤其被配置为AC/DC转换器的SST的中频变压器(MFT，图2)，用于将分布式电源连接到中压(MV)电网，如用于以下各项：

·电动车辆(EV)快速充电

·光伏(PV)太阳能

·电池能量储存系统(BESS)

·陆上和海上风

·数据中心

以及不具有MV绝缘要求的变压器，如常用于EV快速充电器的充电极中所需的具有电流绝缘的大功率低压DC/DC转换器的变压器。这种DC/DC转换器的两个特定示例是：双有源桥转换器，如瑞士专利申请公开CH707533A2或美国专利申请公开CH2018/0159435A1中示例性描述的，这两个专利申请公开均通过引用整体并入本文；以及谐振DC/DC转换器，如PCT专利申请WO2018/141092A1中示例性描述的，所述专利申请也通过引用整体并入本文。

为了保持变压器线圈中的高频损耗较小，一种方法是采用利兹线来形成线圈的绕组。虽然利兹线比实心铜线贵几倍，但它可以“现成”购买以用于高达100-200A(均方根，rms)的AC电流。利兹线由大量通常由铜制成的换位股线构成，并且现成可用的总截面可高达0.5cm²，这允许最大电流在100-200A_rms的范围内(假设填充因数为0.8并且电流密度为2.5...5A/mm²)。如在上文所列出的应用中是典型的更大电流需要更大的截面并且将越来越难以弯曲。利兹线通常不是由铝制成的，因为铝极难在导线端子处可靠地接触所有股线(例如，上文所提及的铜利兹线中每根直径为0.2mm的900根股线)。铜利兹线比实心铜至少贵2-4倍，并且铜比铝贵3倍左右。对于如在上文所列出的应用中是典型的更高的电流(100A)，必须并联几根铜利兹线，由于并联导线之间的杂散磁通，这通常会导致循环电流，从而可能显著增加损耗。

为了优化和/或最小化制造工作量和所需资源，如50Hz变压器中通常采用的铝箔绕组将是线圈的首选。在高频下，由于趋肤效应与邻近效应，箔中的绕组损耗显著增加。如果采用单个箔，则频率限定了所需的箔厚度，期望的或所需的电流限定了箔高度，并且这生产了变压器高度。因此，对于大电流和高频率，变压器的形状将严重偏离立方体形状，这会导致更高的重量、芯损耗以及增加的资源和工作量需求(需要更大的芯体积)。

如果采用并联箔，则可以降低箔高度，但是由于并联箔之间的杂散场，可能会感应出强大的循环电流，从而显著增加损耗(与并联导线的效果相同)。