一种磁性元件、拓扑结构及漏感能量回收方法与流程

本技术属于电力电子，具体地讲，涉及一种磁性元件、拓扑结构及漏感能量回收方法。

背景技术：

1、反激变换器因其结构简单和成本低等优势，具有很大的商业吸引力，目前在大功率开关电源的应用场景中，通过将反激变换器交错并联的方式，在扩展功率的同时能够使得输入输出电流变得越来越连续，从而缓解反激变换器由于输入输出电流断续带来的电磁干扰问题。

2、传统的多相并联反激变换器中，每个反激变换模块都拥有一个独立的反激变压器，其存在磁件体积大和重量大，导致磁芯损耗高的弊端。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的至少一个问题，本技术提供一种磁性元件、拓扑结构及漏感能量回收方法，能够减轻磁芯重量，从而降低磁芯损耗。

2、根据本技术的第一个方面，提供了一种磁性元件，包括磁芯结构和线圈结构，其中：

3、所述磁芯结构包括相对设置的上磁芯底座和下磁芯底座以及设置于所述上磁芯底座和所述下磁芯底座之间的n个磁芯中柱和至少一个边柱，n为大于1的自然数；

4、所述线圈结构包括n个分别缠绕在各所述磁芯中柱上的线圈，其中：

5、相邻所述磁芯中柱上的线圈的绕线方向相反；

6、所述磁芯中柱的上底面与上磁芯底座之间、所述磁芯中柱的下底面与下磁芯底座之间及所述磁芯中柱的侧面三个位置中的至少一个位置开设有气隙。

7、在本实施例的一些可选方式中，所述n个磁芯中柱位于所述边柱的同一侧。

8、在本实施例的一些可选方式中，各所述磁芯中柱在所述上磁芯底座或所述下磁芯底座上的正投影的中心在一条直线上。

9、根据本技术的第二个方面，提供了一种用于交错并联反激变换器的拓扑结构，包括：电压源、吸收电路、功率单元以及输出电路，其中：

10、所述功率单元包括n个并联的功率电路，每个功率电路包括钳位管、变压器、原边开关管以及副边开关管，其中，第i个功率电路的钳位管是主动钳位管，其余(n-1)个功率电路的钳位管是被动钳位管，n为大于1的自然数，1≤i≤n；

11、其中，所述吸收电路、所述功率单元与所述电压源相连，所述吸收电路用于吸收n个所述变压器的漏感能量，并将n个所述变压器的漏感能量，通过所述主动钳位管释放至所述输出电路；

12、其中，每个所述变压器包括第一方面所述的磁芯中柱以及缠绕在所述磁芯中柱上的线圈。

13、在本实施例的一些可选方式中，所述第i个功率电路包括主动钳位管、第i变压器、第i原边开关管以及第i副边开关管，其中：

14、所述第i变压器包括第i线圈，所述第i线圈包括第i原边绕组和第i副边绕组；

15、所述第i原边绕组的同名端与所述吸收电路相连；

16、所述第i原边绕组的非同名端与所述主动钳位管的源极和所述第i原边开关管的漏极相连；

17、所述第i副边绕组的非同名端与所述第i副边开关管的正极相连；

18、所述第i副边绕组的同名端、所述第i副边开关管的负极与所述输出电路相连；

19、所述主动钳位管的漏极与所述吸收电路相连，所述主动钳位管的栅极用于输入钳位控制信号，其中，所述钳位控制信号用于控制所述主动钳位管的导通与关闭；

20、所述第i原边开关管的源极与所述电压源的负极相连，所述第i原边开关管的栅极用于输入第i驱动控制信号，其中，所述第i驱动控制信号用于控制所述第i原边开关管的导通与关闭。

21、在本实施例的一些可选方式中，所述其余(n-1)个功率电路的电路结构和电路连接关系相同，其中，第m个功率电路包括第m被动钳位管、第m变压器、第m原边开关管以及第m副边开关管，其中：

22、所述第m变压器包括第m线圈，所述第m线圈包括第m原边绕组和第m副边绕组；

23、所述第m原边绕组的同名端与所述电压源的正极相连；

24、所述第m原边绕组的非同名端与所述第m被动钳位管的正极和所述第m原边开关管的漏极相连；

25、所述第m副边绕组的非同名端与所述第m副边开关管的正极相连；

26、所述第m副边绕组的同名端、所述第m副边开关管的负极与所述输出电路相连；

27、所述第m被动钳位管的负极与所述吸收电路相连；

28、所述第m原边开关管的源极与所述电压源的负极相连，所述第m原边开关管的栅极用于输入第m驱动控制信号，其中，所述第m驱动控制信号用于控制所述第m原边开关管的导通与关闭，其中，1≤m≤n且m≠i。

29、在本实施例的一些可选方式中，相邻两个原边开关管的驱动控制信号的相位相差360°/n。

30、在本实施例的一些可选方式中，所述吸收电路包括钳位电容，其中：

31、所述吸收电路用于通过所述钳位电容吸收所述n个变压器的漏感能量，并将所述n个变压器的漏感能量，通过所述主动钳位管释放至所述输出电路。

32、在本实施例的一些可选方式中，所述钳位电容的第一端与所述n个变压器的原边绕组的同名端和所述电压源的正极相连，所述钳位电容的第二端与所述主动钳位管的漏极和全部被动钳位管的负极相连。

33、在本实施例的一些可选方式中，所述输出电路包括输出电容，其中：

34、所述输出电容的第一端与全部副边开关管的负极相连；

35、所述输出电容的第二端与全部变压器的副边绕组的同名端相连。

36、在本实施例的一些可选方式中，所述主动钳位管的晶体管类型是硅mosfet、碳化硅mosfet或氮化镓器件；

37、所述被动钳位管的晶体管类型是硅二极管或碳化硅二极管；

38、所述原边开关管的晶体管类型是硅mosfet、碳化硅mosfet或氮化镓器件；

39、所述副边开关管的晶体管类型是二极管或mosfet。

40、根据本技术的第三个方面，还提供了一种利用第二个方面所述的拓扑结构的漏感能量回收方法，该方法包括：

41、配置相邻两个原边开关管的驱动控制信号的相位相差360°/n°；

42、所述吸收电路吸收n个变压器的漏感能量，并通过主动钳位管的导通将所述n个变压器的漏感能量释放至所述输出电路。

43、在本实施例的一些可选方式中，全部原边开关管从导通到关闭为一个功率开关周期，钳位控制信号控制所述主动钳位管在每r个功率开关周期导通一次，进行一次漏感能量的回收，其中，r为大于0的自然数。

44、本技术提供的一种磁性元件、拓扑结构及漏感能量回收方法，通过将磁芯柱集成在同一个磁芯底座上，以及设置相邻结构的绕线方向相反，从而达到减轻磁芯重量以及降低磁芯损耗的目的；另外，通过多个并联的功率电路共享一个钳位电容，使得本技术功率开关管的数量相对于传统的多路交错并联有源钳位反激变换器的拓扑架构大为减少，有效降低现有技术中开关管数量多造成的成本损耗；同时，主动钳位管(有源钳位)可以回收全部变压器漏感能量，减少变压器漏感引起的能量损失，从而在降低成本的同时进一步提高反激变换器的能量转换效率。