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开关模式DC-DC电源转换器、交错LLC电源转换器及变压器

阅读:93发布:2020-05-12

专利汇可以提供开关模式DC-DC电源转换器、交错LLC电源转换器及变压器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本实用新型涉及 开关 模式DC-DC电源转换器、交错LLC电源转换器及 变压器 。所述开关模式DC-DC电源转换器包括:一个或多个输入端和输出端、以及联接在输入端与输出端之间的变压器。所述变压器包括多个绕组组。每个绕组组包括彼此磁耦合的初级绕组和次级绕组。所述初级绕组和所述次级绕组包括相同的 匝 数。所述多个绕组组的所述初级绕组 串联 连接且所述多个绕组组的所述次级绕组并联连接。所述电源转换器还包括至少一个间隔件,所述至少一个间隔件被设置成使所述多个绕组组中相邻的两个绕组组分离。所述多个绕组组中相邻的两个绕组组之间的磁耦合小于每个绕组组内的所述初级绕组与所述次级绕组之间的磁耦合。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利,下面是开关模式DC-DC电源转换器、交错LLC电源转换器及变压器专利的具体信息内容。

1.一种开关模式DC-DC电源转换器,其特征在于,包括:
一个或多个输入端,所述一个或多个输入端用于从电压源接收输入电压;
一个或多个输出端,所述一个或多个输出端用于将输出电压供应到负载;
联接在所述输入端与所述输出端之间的变压器,所述变压器包括多个绕组组,每个绕组组包括彼此磁耦合的初级绕组和次级绕组,所述初级绕组和所述次级绕组包括相同的数,所述多个绕组组的所述初级绕组串联连接且所述多个绕组组的所述次级绕组并联连接;以及
至少一个间隔件,所述至少一个间隔件被设置成使所述多个绕组组中相邻的两个绕组组分离,所述多个绕组组中相邻的两个绕组组之间的磁耦合小于每个绕组组内的所述初级绕组与所述次级绕组之间的磁耦合。
2.如权利要求1所述的电源转换器,其特征在于,所述电源转换器还包括至少一个整流器,所述至少一个整流器联接在所述并联连接的次级绕组与所述一个或多个输出端之间。
3.如权利要求1所述的电源转换器,其特征在于,所述电源转换器还包括多个整流器,其中,每个整流器联接在所述次级绕组之一与所述一个或多个输出端之间,以及所述多个绕组组的所述次级绕组借助所述多个整流器的输出端的并联连接而并联连接。
4.如权利要求3所述的电源转换器,其特征在于,所述多个整流器中的每一者都包括全桥式整流器。
5.如权利要求1所述的电源转换器,其特征在于,所述电源转换器还包括至少两个开关、至少一个电容器、和电感器,所述开关、所述电容器和所述电感器联接在所述一个或多个输入端与所述变压器之间。
6.如权利要求5所述的电源转换器,其特征在于,所述电源转换器还包括控制器,所述控制器用于控制所述开关的开关操作以传导具有两个“半周期”的所述输入电压,其中,所述绕组全部在两个“半周期”期间传导用于所述负载的电流
7.如权利要求1所述的电源转换器,其特征在于,所述电源转换器还包括输出电容器,所述输出电容器与所述一个或多个输出端联接。
8.如权利要求1所述的电源转换器,其特征在于,所述多个绕组组包括恰好两个绕组组,且所述电源转换器的匝数比为2:1。
9.如权利要求1所述的电源转换器,其特征在于,所述多个绕组组包括恰好四个绕组组,且所述电源转换器的匝数比为4:1。
10.如权利要求1所述的电源转换器,其特征在于,每个绕组包括平面绕组。
11.如权利要求1所述的电源转换器,其特征在于,每个绕组包括每层一匝。
12.如权利要求1所述的电源转换器,其特征在于,所述电源转换器还包括谐振电感线圈,所述谐振电感线圈与所述变压器集成在一起。
13.如权利要求1至12中任一项所述的电源转换器,其特征在于,所述电源转换器包括如下项之一:固定频率谐振母线转换器、降压型谐振转换器、升压型谐振转换器、和降压-升压型谐振转换器。
14.一种交错LLC电源转换器,其特征在于,包括:
一个或多个输入端,所述一个或多个输入端用于从电压源接收输入电压;
一个或多个输出端,所述一个或多个输出端用于将输出电压供应到负载;
第一LLC转换器,所述第一LLC转换器包括第一变压器和第一间隔件,所述第一变压器联接在所述输入端与所述输出端之间,所述第一变压器包括第一多个绕组组,所述第一多个绕组组中的每个绕组组包括彼此磁耦合的初级绕组和次级绕组,所述第一间隔件被设置成使所述第一多个绕组组中相邻的两个绕组组分离,所述第一多个绕组组的所述初级绕组串联连接且所述第一多个绕组组的所述次级绕组并联连接;以及
与所述第一LLC转换器交错的第二LLC转换器,所述第二LLC转换器包括第二变压器和第二间隔件,所述第二变压器联接在所述输入端与所述输出端之间,所述第二变压器包括第二多个绕组组,所述第二多个绕组组中的每个绕组组包括彼此磁耦合的初级绕组和次级绕组,所述第二间隔件被设置成使所述第二多个绕组组中相邻的两个绕组组分离,所述第二多个绕组组的所述初级绕组串联连接且所述第二多个绕组组的所述次级绕组并联连接。
15.如权利要求14所述的电源转换器,其特征在于,每个LLC转换器包括至少两个开关、电容器和电感器,并且所述开关、所述电容器和所述电感器联接在所述一个或多个输入端与所述LLC转换器的变压器之间。
16.如权利要求15所述的电源转换器,其特征在于,所述电源转换器还包括控制器,所述控制器用于控制所述第一LLC转换器和所述第二LLC转换器的开关的开关操作,以操作相对于彼此具有45度相移、60度相移和90度相移之一的所述第一LLC转换器和所述第二LLC转换器。
17.如权利要求14所述的电源转换器,其特征在于,所述第一多个绕组组和所述第二多个绕组组分别包括恰好两个绕组组,并且每个LLC转换器的匝数比为2:1。
18.如权利要求14所述的电源转换器,其特征在于,所述第一多个绕组组和所述第二多个绕组组分别包括恰好四个绕组组,并且每个LLC转换器的匝数比为4:1。
19.如权利要求14至16和18中任一项所述的电源转换器,其特征在于,每个绕组包括平面绕组,所述平面绕组包括每层一匝。
20.一种变压器,其特征在于,包括:
至少一个芯;
卷绕所述至少一个芯的多个绕组组,每个绕组组包括彼此磁耦合的初级绕组和次级绕组,所述初级绕组和所述次级绕组包括相同的匝数,所述多个绕组组的所述初级绕组串联连接且所述多个绕组组的所述次级绕组并联连接以限定所述变压器的递降匝数比,或者所述多个绕组组的所述初级绕组并联连接且所述多个绕组组的所述次级绕组串联连接以限定所述变压器的递升匝数比;以及
至少一个间隔件,所述至少一个间隔件被设置成使所述多个绕组组中相邻的两个绕组组分离,所述多个绕组组中相邻的两个绕组组之间的磁耦合小于每个绕组组内的所述初级绕组与所述次级绕组之间的磁耦合。
21.如权利要求20所述的变压器,其特征在于,所述多个绕组组的所述初级绕组串联连接且所述多个绕组组的所述次级绕组并联连接,以限定所述变压器的所述递降匝数比。
22.如权利要求20所述的变压器,其特征在于,所述多个绕组组的所述初级绕组并联连接且所述多个绕组组的所述次级绕组串联连接,以限定所述变压器的所述递升匝数比。
23.如权利要求20所述的变压器,其特征在于,所述多个绕组组包括恰好两个绕组组,并且所述变压器的匝数比为2:1或1:2。
24.如权利要求20所述的变压器,其特征在于,所述多个绕组组包括恰好四个绕组组,并且所述变压器的匝数比为4:1或1:4。
25.如权利要求20所述的变压器,其特征在于,每个绕组包括平面绕组,所述平面绕组包括每层一匝。
26.如权利要求20至25中任一项所述的变压器,其特征在于,所述变压器还包括与所述芯集成在一起的谐振电感线圈。

说明书全文

开关模式DC-DC电源转换器、交错LLC电源转换器及变压器

技术领域

[0001] 本实用新型涉及低共模噪声变压器、开关模式DC-DC电源转换器及交错LLC电源转换器。

背景技术

[0002] 本部分提供与本实用新型相关的背景信息,该背景信息不一定是现有技术
[0003] 对于计算、数据中心等日益增长的功率需求要求功率效率增大且功率密度增大的电源。功率效率通常受由于导线中的邻近度和高频涡流造成的磁芯损失的限制。另外,由于变压器绕组中的电压随着时间的更大的变化,因此在高频下的共模噪声增大。实用新型内容
[0004] 本部分提供本实用新型的概括性总结,且不是本实用新型的全部范围或本实用新型的所有特征的全面公开。
[0005] 根据本实用新型的一个方面,一种开关模式DC-DC电源转换器包括:一个或多个输入端,所述一个或多个输入端用于从电压源接收输入电压;一个或多个输出端,所述一个或多个输出端用于将输出电压供应到负载;以及联接在所述输入端与所述输出端之间的变压器。所述变压器包括多个绕组组(winding set)。每个绕组组包括彼此磁耦合的初级绕组和次级绕组。所述初级绕组和所述次级绕组包括相同的数。所述多个绕组组的所述初级绕组串联连接且所述多个绕组组的所述次级绕组并联连接。所述电源转换器也包括至少一个间隔件,所述至少一个间隔件被设置成使所述多个绕组组中相邻的两个绕组组分离。所述多个绕组组中相邻的两个绕组组之间的磁耦合小于每个绕组组内的所述初级绕组与所述次级绕组之间的磁耦合。
[0006] 根据本实用新型的另一个方面,一种交错LLC电源转换器包括:一个或多个输入端,所述一个或多个输入端用于从电压源接收输入电压;一个或多个输出端,所述一个或多个输出端用于将输出电压供应到负载;以及第一LLC转换器。所述第一LLC转换器包括第一变压器和第一间隔件。所述第一变压器联接在所述输入端与所述输出端之间,且包括第一多个绕组组,所述第一多个绕组组中的每个绕组组包括彼此磁耦合的初级绕组和次级绕组。所述第一间隔件被设置成使所述第一多个绕组组中相邻的两个绕组组分离。所述第一多个绕组组的所述初级绕组串联连接且所述第一多个绕组组的所述次级绕组并联连接。所述电源转换器还包括与所述第一LLC转换器交错的第二LLC转换器。所述第二LLC转换器包括第二变压器和第二间隔件。所述第二变压器联接在所述输入端与所述输出端之间,且包括第二多个绕组组,所述第二多个绕组组中的每个绕组组包括彼此磁耦合的初级绕组和次级绕组。所述第二间隔件被设置成使所述第二多个绕组组中相邻的两个绕组组分离。所述第二多个绕组组的所述初级绕组串联连接且所述第二多个绕组组的所述次级绕组并联连接。
[0007] 根据本实用新型的又一个方面,一种变压器包括:至少一个芯、以及卷绕所述至少一个芯的多个绕组组。每个绕组组包括彼此磁耦合的初级绕组和次级绕组。所述初级绕组和所述次级绕组包括相同的匝数。所述多个绕组组的所述初级绕组串联连接且所述多个绕组组的所述次级绕组并联连接,以限定所述变压器的递降(step-down)匝数比,或者所述多个绕组组的所述初级绕组并联连接且所述多个绕组组的所述次级绕组串联连接,以限定所述变压器的递升(step-up)匝数比。所述变压器还包括:至少一个间隔件,所述至少一个间隔件被设置成使所述多个绕组组中相邻的两个绕组组分离;以及多个整流器。所述多个绕组组中相邻的两个绕组组之间的磁耦合小于每个绕组组内的所述初级绕组与所述次级绕组之间的磁耦合。
[0008] 从本文提供的描述中,应用的其它方面和领域将变得明显。应当理解,本实用新型的各个方面可以单独实施或者与一个或多个其它方面组合实施。还应当理解,本文的描述和具体示例仅仅用于说明性目的,并不意图限制本实用新型的范围。附图说明
[0009] 本文中所描述的附图仅用于所选实施方式而非所有可能的实现方式的说明性目的,且不意图限制本实用新型的范围。
[0010] 图1为根据本实用新型的一个示例性实施方式的开关模式DC-DC电源转换器的电路图。
[0011] 图2为根据本实用新型的另一个示例性实施方式的开关模式DC-DC电源转换器的电路图。
[0012] 图3为根据本实用新型的另一个示例性实施方式的交错LLC电源转换器的电路图。
[0013] 图4为根据本实用新型的另一个示例性实施方式的变压器的分解图。
[0014] 图5为根据本实用新型的另一个示例性实施方式的包括谐振电感线圈的变压器的分解图。
[0015] 图6为根据本实用新型的另一个示例性实施方式的变压器的电路图。
[0016] 贯穿附图中的多个视图,对应的附图标记指示对应的部分或特征。

具体实施方式

[0017] 提供示例性实施方式,使得本实用新型将是透彻的且将向本领域的技术人员全面传达范围。提出多个具体细节,诸如具体部件、设备、和方法的示例,以提供对本实用新型的实施方式的透彻理解。对于本领域的技术人员来说将显而易见的是,不需要采用具体细节,示例性实施方式可以以许多不同形式来体现,并且具体细节和示例性实施方式二者均不应当被理解为限制本实用新型的范围。在一些示例性实施方式中,没有详细地描述公知的过程、公知的设备结构、和公知的技术。
[0018] 本文中所使用的术语仅出于描述特定示例性实施方式的目的且不意图进行限制。如本文中所使用,单数形式“一”和“该”也可以意图包括复数形式,除非上下文另有明确指示。术语“包括”、“包含”和“具有”是包含性的且因此指所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或部件的存在,但是不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或附加。本文中所描述的方法步骤、过程和操作不应被理解为必须要求它们以所讨论或所示出的特定次序来执行,除非具体被认定为执行次序。也将理解,可以采用附加或替选步骤。
[0019] 尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在本文中用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分,但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当受这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分。诸如“第一”、“第二”的术语和其它数字术语在本文中使用时不暗示顺序或次序,除非上下文有明确指示。因此,下文讨论的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一部分可以被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二部分,而不脱离示例性实施方式的教导。
[0020] 为了便于描述,在本文中可以使用空间相对术语,诸如“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等,来便于描述如图中所示的一个元件或特征与其它的一个或多个元件或特征的关系。除了图中示出的取向之外,空间相对术语可以意图涵盖设备在使用或操作中的不同取向。例如,如果图中的设备被翻转,则描述为在其它元件或特征的“下方”或“下面”的元件将被取向为在该其它元件或特征的“上方”。因而,示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方两种取向。该设备可以被另外地取向(旋转90度或以其它取向旋转)且本文中所使用的空间相对描述符被相应地理解。
[0021] 现在将参照附图更全面地描述示例性实施方式。
[0022] 根据一个示例性实施方式的开关模式DC-DC电源转换器在图1中示出且总体上用附图标记100来表示。电源转换器100包括:用于从电压源接收输入电压的一个或多个输入端102、以及用于将输出电压供应到负载的一个或多个输出端104。
[0023] 电源转换器100还包括联接在输入端102和输出端104之间的变压器110。变压器110包括两个绕组组。第一绕组组包括初级绕组112和次级绕组114,且第二绕组组包括初级绕组116和次级绕组118。
[0024] 初级绕组112与次级绕组114磁耦合(例如借助紧密耦合等)。初级绕组112和次级绕组114可以具有相同的匝数。类似地,初级绕组116与次级绕组118磁耦合(例如借助紧密耦合等)。初级绕组116和次级绕组118可以具有相同的匝数。
[0025] 电源转换器100还包括间隔件120,该间隔件120被设置成使彼此相邻的所述多个绕组组分离。由于间隔件120的设置,因此所述多个绕组组中相邻的两个绕组组之间的磁耦合(例如松散耦合等)小于每个绕组组内的初级绕组与次级绕组之间的磁耦合(例如紧密耦合等)。
[0026] 初级绕组112和初级绕组116串联连接且次级绕组114和次级绕组118并联连接。例如,电源转换器100包括可选的整流器134和整流器136,并且次级绕组114和次级绕组118借助可选的整流器134和整流器136并联连接。
[0027] 具体地,可选的整流器134联接在次级绕组114与输出端104之间,以及整流器136联接在次级绕组118与输出端104之间。整流器134和整流器136的输出端并联连接。在其它实施方式中,次级绕组114和次级绕组118可以直接并联连接(例如,如图2所示且如下所述)。
[0028] 电源转换器100降低了(例如最小化)由于初级绕组112与次级绕组114之间以及初级绕组116与次级绕组118之间的寄生电容造成的共模噪声,同时在高切换频率下提供高功率效率。
[0029] 例如,如上所述,初级绕组112和初级绕组116可以分别与其对应的次级绕组114和次级绕组118具有相同的匝数。初级绕组112和初级绕组116分别与其对应的次级绕组114和次级绕组118紧密耦合(例如磁性地),同时间隔件120使相邻的绕组组分离以创建相邻绕组组之间的松散耦合(例如磁性地)。
[0030] 如果初级绕组112和初级绕组116的匝数分别与其对应的次级绕组114和次级绕组118相同,则可以匹配每个绕组的随时间的电压变化(dV/dt),以降低(例如最小化)由于相应的初级绕组与次级绕组之间的寄生电容造成的共模电流。当通过间隔件120使另一个绕组组分离时,匝数比为1:1的紧密耦合的初级绕组和次级绕组可以降低每个绕组组的AC电阻
[0031] 如图1所示,电源转换器100包括两个开关Q1和Q2、两个电容器C1和C2、以及电感器L1。尽管图1示出了两个电容器C1和C2,但是其它实施方式可以包括在初级侧的仅一个电容器(例如,如图2所示且如下所述)、在初级侧的多于两个的电容器等等。
[0032] 开关Q1和开关Q2、电容器C1和电容器C2、以及电感器L1联接在输入端102与初级绕组112、116之间。具体地,开关Q1和开关Q2与电容器C1和电容器C2并联联接,且电感器L1联接在电容器C1和电容器C2与初级绕组112和初级绕组116之间。
[0033] 如果初级绕组112和初级绕组116分别具有与其对应的次级绕组114和次级绕组118相同的匝数,则每组相应的初级绕组和次级绕组将具有1:1的匝数比。由于初级绕组串联连接而次级绕组借助整流器134和整流器136并联连接,因此电源转换器100将具有2:1的变压器匝数比。
[0034] 在其它实施方式中,可以通过增加或减少电源转换器100中的绕组组的数量同时保持所有初级绕组的串联连接和所有次级绕组借助整流器的并联连接来调节用于电源转换器100的匝数比。例如,如果电源转换器包括四组初级绕组和次级绕组,则该电源转换器可以具有4:1的变压器匝数比。其它实施方式可以具有更高或更低的匝数比,诸如1:1、3:1、5:1、8:1等。
[0035] 输入电压可以被设置为期望输出电压的整数倍,假设由于绕组、初级场效应晶体管(Field-Effect Transistor,FET)等造成的电阻压降很小或没有。具体地,输入电压(Vin)可以等于输出电压(Vo)乘以转换器中的绕组组的数量。
[0036] 例如,对于48V的输出,输入电压可以为48V、96V、144V等。如果使用PFC预调整器(例如,用于可变输出电压应用等),则用于230V标称输入的输出电压可以被选择为384V。使用半桥式LLC拓扑,输入电压将为384/2=192V。在该情况下,4:1的变压器匝数比将提供48V的输出电压。如上所述,可以使用四个1:1的初级绕组和次级绕组的组(例如线圈)来通过使这四组的初级绕组串联连接同时使次级绕组并联连接而实现4:1的变压器匝数比。
[0037] 为了适应由于负载电流造成的电阻下降,可能需要增大输入电压,可能需要将LLC操作频率设置为低于谐振频率等等。补偿电阻压降所需的操作频率调节可以取决于LLC增益对(versus)频率特性等。尽管本文中将48V的DC输出电压描述为示例,但是其它实施方式可以使用任何其它合适的输入或输出电压,诸如12V的DC等。电源转换器包括与输出端104并联联接的可选输出电容器C5。其它实施方式可以包括多于一个的输出电容器、不包括输出电容器等。
[0038] 电源转换器100可以包括用于控制开关Q1和开关Q2的开关操作的一个或多个控制器。例如,该控制器可以控制开关Q1和开关Q2的开关操作以传导具有两个“半周期”(two half cycles)的输入电压,其中,所述绕组全部在两个“半周期”期间传导用于负载的电流(例如,负载相关电流)。这两个“半周期”可以对应于AC电压的正相和负相等。
[0039] 所述一个或多个控制器可以控制开关Q1和开关Q2的开关操作以利用任何合适的切换频率(诸如高于20kHz、高于100kHz、高于400kHz、大约1MHz等的切换频率)操作。
[0040] 如上所述,电源转换器100可以提供高功率效率,同时在高切换频率下操作。例如,所述一个或多个控制器可以控制LLC转换器106和LLC转换器108的开关Q1和开关Q2的开关操作以便以任何合适的功率效率(诸如大于90%、大于95%、在98%和99%之间的范围内等的功率效率)操作。
[0041] 尽管图1示出了电容器和电感器的具体LLC布置方式,但是其它实施方式可以包括LLC转换器,该LLC转换器包括更多或更少电容器和电感器、以不同LLC电路布置方式连接的电感器和电容器、等等。
[0042] 例如,图2示出了包括单一电容器C1的示例性开关模式电源转换器200,该电容器C1在输入端102与初级绕组112、116之间。如图2所示,电容器C1和电感器L1串联连接在初级绕组112与一节点之间,该节点被限定在开关Q1与开关Q2之间。
[0043] 电源转换器200包括联接在输出端104与次级绕组114和次级绕组118之间的单一整流器134。如图2所示,在整流器134之前,次级绕组114和次级绕组118直接并联联接。因此,整流器134联接在输出端104与并联联接的次级绕组114和次级绕组118之间。
[0044] 尽管图1示出了联接在各个次级绕组114和118的输出端处的一个整流器134或136,且图2示出了单一整流器134,但是其它实施方式可以包括更多或更少(或零个)整流器、以其它电路布置方式设置的整流器、等等。
[0045] 再次参照图1,开关Q1和开关Q2被示出为布置在半桥式电路中,但是其它实施方式可以包括LLC转换器,该LLC转换器包括更多或更少的开关、以不同电路布置方式(例如全桥式电路)连接的开关、等等。
[0046] 输入端102和输出端104可以包括用于从电压源接收电或将电力供应到负载的任何合适的连接器、端子、电线、导电迹线等。例如,输入端102可以连接为从DC电压源、从预调整器输出等接收输入电压。尽管图1示出了两个输入端102和两个输出端104,但是其它实施方式可以包括更多或更少的输入端和输出端。
[0047] 根据本实用新型的另一个示例性实施方式的交错LLC电源转换器在图3中示出且总体上用附图标记300来表示。电源转换器300包括:用于从电压源接收输入电压的输入端202、以及用于将输出电压供应到负载的输出端204。
[0048] 电源转换器300还包括LLC转换器206,该LLC转换器206联接成从输入端202接收输入电压且将输出电压供应到输出端204。LLC转换器206包括变压器210。变压器210包括:包括初级绕组212和次级绕组214的第一绕组组,以及包括初级绕组216和次级绕组218的第二绕组组。
[0049] 如图3所示,间隔件220设置在具有绕组212和214的第一绕组组与具有绕组216和218的第二绕组组之间。初级绕组212和初级绕组216串联联接且次级绕组214和次级绕组
218借助整流器234和整流器236并联联接。
[0050] 电源转换器300还包括与LLC转换器206交错的LLC转换器208(例如,LLC转换器206和LLC转换器208彼此并联联接在输入端202与输出端204之间等)。LLC转换器208包括变压器222。变压器222包括:包括初级绕组224和次级绕组226的第一绕组组,以及包括初级绕组228和次级绕组230的第二绕组组。
[0051] 如图3所示,间隔件232设置在第一组绕组224和226与第二组绕组228和230之间。初级绕组224和初级绕组228串联联接且次级绕组226和次级绕组230借助整流器238和整流器240并联联接。
[0052] 如图3所示,LLC转换器206包括两个开关Q1和Q2、两个电容器C1和C2、以及电感器L1。开关Q1和开关Q2、电容器C1和电容器C2、以及电感器L1联接在输入端202与初级绕组212和初级绕组216之间。具体地,开关Q1和开关Q2与电容器C1和电容器C2并联联接,且电感器L1联接在电容器C1和电容器C2与初级绕组212和初级绕组216之间。
[0053] LLC转换器206还包括联接在次级绕组214与输出端204之间的整流器234、以及联接在次级绕组218与输出端204之间的整流器236。整流器234和整流器236并联联接,且可以包括任何合适的整流电路,诸如全桥式整流器等。尽管图3示出了两个整流器234和236,但是在其它实施方式中,次级绕组可以以中间抽头式变压器电路布置方式等来连接。
[0054] LLC转换器208包括两个开关Q3和Q4、两个电容器C3和C4、以及电感器L2。开关Q3和开关Q4、电容器C3和电容器C4、以及电感器L2联接在输入端202与初级绕组224和初级绕组228之间。开关Q3和开关Q4与电容器C3和电容器C4并联联接,且电感器L2联接在电容器C3和电容器C4与初级绕组224和初级绕组228之间。
[0055] LLC转换器208还包括联接在次级绕组226与输出端204之间的整流器238、以及联接在次级绕组230与输出端204之间的整流器240。整流器238和整流器240并联联接,且可以包括任何合适的整流电路,诸如全桥式整流器等。由于各个LLC转换器206和208中的初级绕组串联连接而次级绕组借助整流器并联连接,因此可以在各个LLC转换器中的次级绕组之间共享电流。
[0056] 一个或多个控制器可以配置成控制LLC转换器206和LLC转换器208的开关Q1-Q4的开关操作以操作相对于彼此具有90度相移的LLC转换器206和LLC转换器208。
[0057] 尽管图3示出了电源转换器200中的两个交错半桥式LLC转换器206和208,但是其它实施方式可以包括更多或更少的LLC转换器、其它转换器拓扑等。LLC转换器可以在相对于彼此不同的相移(诸如90度相移、60度相移、45度相移等)下操作。相移的数量和度数可以对应于电源转换器300中的LLC转换器的数量。
[0058] 变压器110和变压器210为示例性实施方式,且本文中所描述的电源转换器100、电源转换器200、电源转换器300可以包括除了变压器110和变压器210之外的一个或多个合适的变压器,这些变压器包括不同数量的芯、不同的芯构造、不同的绕组图案等。
[0059] 图4示出了根据本实用新型的另一个示例性实施方式的变压器310的分解图。变压器310包括芯342。围绕芯342设置初级绕组314、次级绕组316和间隔件320。
[0060] 变压器310具有4:2的匝数比。初级绕组314包括四层平面绕组,其中,每层一匝。对于初级绕组314中的总共四匝来说,初级绕组314的四层串联连接。次级绕组316也包括四层平面绕组,其中,每层一匝。对于4:2的匝数比(例如,2:1的匝数比),两个串联连接的层并联连接以限定次级绕组316中的总共两匝。
[0061] 间隔件320设置在两组初级绕组314与次级绕组316之间,这两组均包括两个初级匝和两个次级匝且具有1:1的比,从而在这两组之间创建松散耦合(例如磁耦合)。间隔件320可以包括用于使具有松散耦合的绕组层分离的任何合适的材料,诸如塑料、FR4印制电路板材料等。间隔件320可以包括具有与每个绕组相同的尺寸、周长、覆盖区(footprint)等的圆盘、圆形物等。
[0062] 在一些实施方式中,可以使用均具有1:1比的多个变压器来实现期望的匝数比。例如,均具有1:1匝数比的四个变压器可以将初级绕组串联连接,且次级绕组直接并联连接或借助整流器并联连接,从而实现4:1的匝数比。在其它实施方式中,初级绕组可以并联连接,同时次级绕组直接串联连接或借助整流器串联连接,以限定递升匝数比(例如,1:4的递升匝数比等)。
[0063] 图5示出了根据本实用新型的另一个示例性实施方式的变压器410的分解图。变压器410包括变压器芯442。围绕变压器芯442设置初级串联连接414、次级串联连接416和间隔件420。
[0064] 具体地,图5示出了通过三个间隔件420彼此分离的初级绕组414的四个线圈。初级绕组414的每个线圈包括两匝,且初级绕组的线圈串联连接。
[0065] 次级绕组416包括四个线圈,其中,每个线圈具有对应于初级绕组414的四个线圈中的不同线圈的两匝。匝数比为1:1的均具有两匝的四组初级线圈和次级线圈分别通过三个间隔件420而彼此分离。次级绕组416的每个线圈包括两匝,且次级绕组的线圈直接并联连接或借助整流器并联连接。
[0066] 由于初级绕组414包括串联连接的四组线圈(每个线圈具有两匝),且次级绕组包括并联连接的四组线圈(每个线圈具有两匝),因此变压器410具有8:2(例如4:1)的匝数比。通常,具有1:1匝数比的N个绕组组可以连接在一起以限定N:1的匝数比。
[0067] 图5将每个线圈示出为包括两个平面匝。在其它实施方式中,可以使用其它合适的初级绕组和次级绕组的线圈布置方式,包括更多或更少的线圈、每个线圈更多或更少的匝、更多或更少的间隔件420、非平面电线等。
[0068] 变压器410还包括集成式谐振电感器444。将谐振电感器444集成在变压器410中可以改善变压器的体积、降低变压器410中的损耗等。例如,根据电源转换器的功率级,诸如至少100W/立方英寸等,电源转换器的LLC部分可以具有任何合适的功率密度。
[0069] 图6示出了根据本实用新型的另一个示例性实施方式的变压器510。变压器510包括变压器芯542。芯542可以包括任何合适材料,包括磁材料等。
[0070] 第一组绕组包括均卷绕变压器芯542的初级绕组512和次级绕组514。第二组绕组包括均卷绕变压器芯542的初级绕组516和次级绕组518。
[0071] 尽管图6示出了围绕芯542的初级绕组和次级绕组的具体绕组布局,但是其它实施方式可以包括任何合适的变压器构造,诸如三相LLC集成变压器等。芯542可以包括任何合适数量的支柱(leg)、任何合适的支柱连接布置方式等。
[0072] 间隔件520设置在第一组绕组和第二组绕组之间以使第一组绕组和第二组绕组分离。由于间隔件520的设置,因此两组绕组之间的磁耦合小于初级绕组512与次级绕组514之间的磁耦合,且小于初级绕组516与次级绕组518之间的磁耦合。
[0073] 如图5所示,初级绕组512和初级绕组516串联连接且次级绕组514和次级绕组518并联连接。如果初级绕组512和初级绕组516具有与次级绕组相同的匝数,则变压器510应当具有2:1的递降匝数比。
[0074] 在其它实施方式中,初级绕组512和初级绕组516可以并联联接,且次级绕组514和次级绕组518可以串联联接(例如直接地、借助整流器等)。在该情况下,如果各个绕组具有相同的匝数,则变压器510应当具有1:2的递升匝数比。
[0075] 使初级线圈并联连接而使次级线圈串联连接(例如直接地、借助整流器等)可以针对在递升应用中使用的电源转换器限定递升匝数比。例如,如果变压器包括八组1:1的绕组,其中,初级绕组并联联接且次级整流器串联联接,则可以限定1:8的匝数比。如果输入电压为48V,则可以使用全桥式交错LLC转换器、利用1:8的变压器比产生384V的输出电压。使用半桥式交错LLC转换器,相同的1:8的匝数比应当提供192V的输出。通常,具有1:1匝数比的N个绕组组可以连接在一起以限定用于转换器的1:N的匝数比。
[0076] 在其它实施方式中,可以具有多于或少于两组绕组且每个绕组中的匝数可以不同、可以具有多于或少于两组绕组,因此变压器510的递升或递降匝数比可以改变。
[0077] 变压器510可以被用在任何合适的应用中,诸如被并入开关模式DC-DC电源转换器(例如,本文中所描述的电源转换器100、电源转换器200、电源转换器300;推挽式转换器;正向转换器;半桥式转换器;全桥式转换器;脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)转换器等)中。
[0078] 如本文中所描述,示例性电源转换器和控制器可以包括微处理器微控制器、集成电路、数字信号处理器等,这些部件可以包括存储器。电源转换器和控制器可以配置成使用任何合适的硬件和/或软件实现来执行(例如操作以执行等)本文中所描述的任何示例过程。例如,电源转换器和控制器可以执行存储在存储器中的计算机可执行指令,可以包括一个或多个逻辑、控制电路等。
[0079] 本文中所描述的示例性实施方式可以被用在任何合适的电源转换器应用中,该电源转换器应用诸如单轨谐振母线转换器、交错谐振母线转换器、固定频率谐振母线转换器、降压型(buck-fed)转换器、升压型(boost-fed)转换器、降压-升压型(buck-boost-fed)LLC转换器、超规模应用、电信应用、用于数据中心的开放计算项目(Open Compute Project,OCP)电力、服务器电源等。
[0080] 出于说明和描述目的,已经提供了前述对实施方式的描述。这并不旨在穷举或限制本实用新型。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式,而是在可适用时,可以互换并且可以在所选定的实施方式中使用,即使没有具体示出或描述。特定实施方式的各个元件或特征也可以以多种方式变化。这些变化不应当视为背离本实用新型,并且所有这些修改旨在包括在本实用新型的范围内。
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