阅读说明：本技术 三相变压器组件及功率模块 (Three-phase transformer assembly and power module ) 是由 卢增艺 洪添丁 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本公开涉及电力电子技术领域,提出了一种三相变压器组件及功率模块。三相变压器组件包括两个三相变压器,三相变压器组件包括磁芯和绕组,磁芯包括第一盖板、第二盖板以及磁柱单元,第一盖板与第二盖板相对设置,磁柱单元夹设在第一盖板与第二盖板之间；第一绕组绕设在第一磁柱单元的第一磁柱上,第四绕组绕设在第一磁柱单元的第二磁柱上；第二绕组绕设在第二磁柱单元的第一磁柱上,第五绕组绕设在第二磁柱单元的第二磁柱上；第三绕组绕设在第三磁柱单元的第一磁柱上,第六绕组绕设在第三磁柱单元的第二磁柱上。(The disclosure relates to the technical field of power electronics, and provides a three-phase transformer assembly and a power module. The three-phase transformer assembly comprises two three-phase transformers, the three-phase transformer assembly comprises a magnetic core and a winding, the magnetic core comprises a first cover plate, a second cover plate and a magnetic column unit, the first cover plate and the second cover plate are arranged oppositely, and the magnetic column unit is clamped between the first cover plate and the second cover plate; the first winding is wound on the first magnetic column of the first magnetic column unit, and the fourth winding is wound on the second magnetic column of the first magnetic column unit; the second winding is wound on the first magnetic column of the second magnetic column unit, and the fifth winding is wound on the second magnetic column of the second magnetic column unit; the third winding is wound on the first magnetic column of the third magnetic column unit, and the sixth winding is wound on the second magnetic column of the third magnetic column unit.)

三相变压器组件及功率模块

技术领域

本公开涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种三相变压器组件及功率模块。

背景技术

现阶段，在高功率密度的电源模块中，变压器的体积、重量与损耗占有很大的比例，因此变压器的地位变得越来越重要。

尤其在涉及包括多个变压器的电源模块中，多个变压器经常是独立设置的，从而会导致整体变压器的体积较大，很难适用于集成度较高的电源模块中。

发明内容

本公开的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种三相变压器组件及功率模块。

根据本发明的第一个方面，提供了一种三相变压器组件，包括两个三相变压器，三相变压器组件包括：

磁芯，包括第一盖板、第二盖板以及磁柱单元，第一盖板与第二盖板相对设置，磁柱单元夹设在第一盖板与第二盖板之间，磁柱单元包括第一磁柱单元、第二磁柱单元以及第三磁柱单元，每个磁柱单元包括第一磁柱和第二磁柱；和

绕组，绕组包括第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组、第五绕组以及第六绕组；

第一绕组绕设在第一磁柱单元的第一磁柱上，第四绕组绕设在第一磁柱单元的第二磁柱上，流经第一绕组的第一励磁电流环绕第一磁柱的方向、与流经第四绕组的第四励磁电流环绕第二磁柱的方向相反；

第二绕组绕设在第二磁柱单元的第一磁柱上，第五绕组绕设在第二磁柱单元的第二磁柱上，流经第二绕组的第二励磁电流环绕第一磁柱的方向、与流经第五绕组的第五励磁电流环绕第二磁柱的方向相反；

第三绕组绕设在第三磁柱单元的第一磁柱上，第六绕组绕设在第三磁柱单元的第二磁柱上，流经第三绕组的第三励磁电流环绕第一磁柱的方向、与流经第六绕组的第六励磁电流环绕第二磁柱的方向相反。

在本发明的一个实施例中，第一磁柱单元、第二磁柱单元以及第三磁柱单元沿第一方向依次间隔设置，在每个磁柱单元中，第一磁柱和第二磁柱沿第二方向间隔设置，第一方向与第二方向的夹角介于60°和120°之间；

第一磁柱的两端分别连接第一盖板和第二盖板，第二磁柱的两端分别连接第一盖板和第二盖板。

在本发明的一个实施例中，第一盖板和第二盖板均为一体的板状结构，且第一盖板和第二盖板平行设置，第一磁柱和第二磁柱均垂直第一盖板和第二盖板。

在本发明的一个实施例中，每个绕组均包括原边绕组和副边绕组。

在本发明的一个实施例中，第一励磁电流与第四励磁电流的幅值和相位相同，第二励磁电流与第五励磁电流的幅值和相位相同，第三励磁电流与第六励磁电流的幅值和相位相同；

第一励磁电流、第二励磁电流以及第三励磁电流的相位相差120°。

在本发明的一个实施例中，第一励磁电流环绕第一磁柱单元的第一磁柱的方向、第二励磁电流环绕第二磁柱单元的第一磁柱的方向以及第三励磁电流环绕第三磁柱单元的第一磁柱的方向相同。

根据本发明的第二个方面，提供了一种功率模块，包括上述的三相变压器组件。

在本发明的一个实施例中，功率模块包括两个三相LLC电路模块；

第一励磁电流与第四励磁电流的幅值和相位相同，第二励磁电流与第五励磁电流的幅值和相位相同，第三励磁电流与第六励磁电流的幅值和相位相同；

第一励磁电流、第二励磁电流以及第三励磁电流的相位相差120°。

在本发明的一个实施例中，第一励磁电流环绕第一磁柱单元的第一磁柱的方向、第二励磁电流环绕第二磁柱单元的第一磁柱的方向以及第三励磁电流环绕第三磁柱单元的第一磁柱的方向相同。

在本发明的一个实施例中，第一绕组、第二绕组和第三绕组分别用于形成第一个三相LLC电路模块的第一变压器、第二变压器和第三变压器，第四绕组、第五绕组和第六绕组分别用于形成第二个三相LLC电路模块的第一变压器、第二变压器和第三变压器。

在本发明的一个实施例中，两个三相LLC电路模块中的每个包括用于电连接同一直流电源的输入端子，并联连接于输入端子的正极和负极之间的第一开关桥臂、第二开关桥臂和第三开关桥臂，第一变压器、第二变压器和第三变压器，用于电连接负载的输出端子，以及并联连接于输出端子的正极和负极之间的第四开关桥臂、第五开关桥臂和第六开关桥臂；

在每个三相LLC电路模块中，第一开关桥臂的中点通过第一谐振电感电连接第一变压器的原边绕组，第一变压器的副边绕组电连接第四开关桥臂的中点，第二开关桥臂的中点通过第二谐振电感电连接第二变压器的原边绕组，第二变压器的副边绕组电连接第五开关桥臂的中点，第三开关桥臂的中点通过第三谐振电感电连接第三变压器的原边绕组，第三变压器的副边绕组电连接第六开关桥臂的中点。

本发明的三相变压器组件通过将三个磁柱单元夹设在第一盖板与第二盖板之间，以此提高三相变压器组件的集成度；而且通过使六个绕组的磁通分别在第一盖板和第二盖板上叠加，以达到降低磁通密度的效果，从而可以减小第一盖板和第二盖板的厚度，从而减小了三相变压器组件的体积；或者通过使六个绕组的磁通分别在第一盖板和第二盖板上叠加，以达到降低高频磁通密度的效果，从而减小第一盖板和第二盖板的损耗，减小了三相变压器的损耗。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本公开的优选实施方式的详细说明，本公开的各种目标，特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本公开的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据现有技术示出的一种三相变压器的磁芯的分解结构示意图；

图2是根据现有技术示出的一种三相变压器的磁通走向示意图；

图3是根据现有技术示出的一种三相变压器的磁通密度分布示意图；

图4是根据一些实施例示出的一种两个三相LLC电路模块的示意图；

图5是根据一些实施例示出的一种三相变压器组件的部分结构示意图；

图6是根据一些实施例示出的一种三相变压器组件的磁通走向示意图；

图7是根据一些实施例示出的一种三相变压器组件的结构示意图；

图8是根据一些实施例示出的一种三相变压器组件的分解结构示意图；

图9是根据一些实施例示出的一种三相变压器组件的磁通密度分布示意图；

附图标记说明如下：

10、第一盖板；20、第二盖板；30、磁柱单元；

31、第一磁柱单元；311、第一磁柱；312、第二磁柱；

32、第二磁柱单元；321、第一磁柱；322、第二磁柱；

33、第三磁柱单元；331、第一磁柱；332、第二磁柱；

40、绕组；41、第一绕组；411、第一原边绕组；412、第一副边绕组；42、第二绕组；421、第二原边绕组；422、第二副边绕组；43、第三绕组；431、第三原边绕组；432、第三副边绕组；44、第四绕组；441、第四原边绕组；442、第四副边绕组；45、第五绕组；451、第五原边绕组；452、第五副边绕组；46、第六绕组；461、第六原边绕组；462、第六副边绕组。

具体实施方式

体现本公开特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本公开。

在对本公开的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，附图形成本公开的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本公开的多个方面的不同示例性结构，系统和步骤。应理解的是，可以使用部件，结构，示例性装置，系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本公开范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“之上”，“之间”，“之内”等来描述本公开的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本公开的范围内。

请参考图1至图3，传统的三相变压器中，三相变压器的磁芯只需要包含3个绕线柱和上、下盖板，三相变压器的第一磁通φa、第二磁通φb以及第三磁通φc在第一盖板10上叠加等于0，但是磁通会集中在盖板处，导致盖板处磁通密度较大，导致磁芯损耗较大。

请参考图4至图9，本发明的实施例提供了一种三相变压器组件以及包含该三相变压器组件的功率模块。该三相变压器组件包括两个三相变压器。该三相变压器组件包括磁芯和绕组40。磁芯包括第一盖板10、第二盖板20以及磁柱单元30，第一盖板10与第二盖板20相对设置，磁柱单元30夹设在第一盖板10与第二盖板20之间，磁柱单元30包括第一磁柱单元31、第二磁柱单元32以及第三磁柱单元33，每个磁柱单元30包括第一磁柱和第二磁柱，例如第一磁柱单元31包括第一磁柱311和第二磁柱312，第二磁柱单元32包括第一磁柱321和第二磁柱322，第三磁柱单元33包括第一磁柱331和第二磁柱332；绕组40绕设在每个磁柱单元30的第一磁柱和第二磁柱上，在每个磁柱单元30中，流经绕设在第一磁柱的绕组40的励磁电流环绕第一磁柱的方向、与流经绕设在第二磁柱的绕组40的励磁电流环绕第二磁柱的方向相反；其中，流经绕设在第一磁柱单元31的绕组40的励磁电流产生第一磁通φa，流经绕设在第二磁柱单元32的绕组40的励磁电流产生第二磁通φb，流经绕设在第三磁柱单元33的绕组40的励磁电流产生第三磁通φc，第一磁通φa、第二磁通φb以及第三磁通φc在第一盖板10和第二盖板上叠加，由于φa+φb+φc＝0，两个三相变压器之间能够独立工作；同时磁通在盖板处叠加的结果是盖板处的磁通比较分散，以达到降低磁通密度的效果，如图9所示。

在该实施例的三相变压器组件中，通过将三个磁柱单元30夹设在第一盖板10与第二盖板20之间，以此提高三相变压器组件的集成度；而且通过使六个绕组40的磁通在第一盖板10上至少部分抵消，从而减小磁芯损耗，可进一步减小三相变压器组件的体积。

请参考图5至图9。在一个实施例中，如图6和图8所示，绕组40包括第一绕组41、第二绕组42、第三绕组43、第四绕组44、第五绕组45以及第六绕组46。第一绕组41绕设在第一磁柱单元31的第一磁柱311上，第四绕组44绕设在第一磁柱单元31的第二磁柱312上，流经第一绕组41的第一励磁电流I_a1环绕第一磁柱311的方向、与流经第四绕组44的第四励磁电流I_a2环绕第二磁柱312的方向相反；这里描述的“方向相反”指的是如果沿着第一磁柱是顺时针绕制，则沿着第二磁柱为逆时针绕制；反之亦然。例如，第一励磁电流I_a1沿顺时针方向环绕第一磁柱311，第四励磁电流I_a2沿逆顺时针方向环绕第二磁柱312，则第一励磁电流I_a1和第四励磁电流I_a2产生的第一磁通φa在第一磁柱311、第一盖板10、第二磁柱312和第二盖板20所形成的闭合磁路中流动，减少第一磁通φa的泄漏。第二绕组42绕设在第二磁柱单元32的第一磁柱321上，第五绕组45绕设在第二磁柱单元32的第二磁柱322上，流经第二绕组42的第二励磁电流I_b1环绕第一磁柱321的方向、与流经第五绕组45的第五励磁电流I_b2环绕第二磁柱322的方向相反；例如，第二励磁电流I_b1沿顺时针方向环绕第一磁柱321，第五励磁电流I_b2沿逆顺时针方向环绕第二磁柱322，则第二励磁电流I_b1和第五励磁电流I_b2产生的第二磁通φb在第一磁柱321、第一盖板10、第二磁柱322和第二盖板20所形成的闭合磁路中流动，减少第二磁通φb的泄漏。第三绕组43绕设在第三磁柱单元33的第一磁柱331上，第六绕组绕设在第三磁柱单元的第二磁柱332上，流经第三绕组43的第三励磁电流I_c1环绕第一磁柱331的方向、与流经第六绕组46的第六励磁电流I_c2环绕第二磁柱332的方向相反；例如，第三励磁电流I_c1沿顺时针方向环绕第一磁柱331，第六励磁电流I_c2沿逆顺时针方向环绕第二磁柱332，则第三励磁电流I_c1和第六励磁电流I_c2产生的第三磁通φc在第一磁柱331、第一盖板10、第二磁柱332和第二盖板20所形成的闭合磁路中流动，减少第三磁通φc的泄漏。符号“x”表示磁通方向为垂直直面向内，符号“●”表示磁通方向为垂直纸面向外。在该实施例中，第一磁通φa、第二磁通φb和第三磁通φc均沿各自的闭合磁路流动，避免磁通泄漏至空气，有利于改善抗EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)的效果。绕组40可选用PCB，也可以选用多股绞线。

在一个实施例中，每个绕组均包括，每个绕组40均包括原边绕组和副边绕组。如图7和图8所示，第一绕组41包括第一原边绕组411和第一副边绕组412，第一原边绕组411和第一副边绕组412均绕设在第一磁柱单元31的第一磁柱311上。第二绕组42包括第二原边绕组421和第二副边绕组422，第二原边绕组421和第二副边绕组422均绕设在第二磁柱单元32的第一磁柱321上。第三绕组43包括第三原边绕组431和第三副边绕组432，第三原边绕组431和第三副边绕组432均绕设在第三磁柱单元33的第一磁柱331上。第四绕组44包括第四原边绕组441和第四副边绕组442，第四原边绕组441和第四副边绕组442均绕设在第一磁柱单元31的第二磁柱312上。第五绕组45包括第五原边绕组451和第五副边绕组452，第五原边绕组451和第五副边绕组452均绕设在第二磁柱单元32的第二磁柱322上。第六绕组46包括第六原边绕组461和第六副边绕组462，第六原边绕组461和第六副边绕组462均绕设在第三磁柱单元33的第二磁柱332上。

请参考图5至图9。在一个实施例中，如图5所示，第一磁柱单元31、第二磁柱单元32以及第三磁柱单元33沿第一方向依次间隔设置，在每个磁柱单元30中，第一磁柱和第二磁柱沿第二方向间隔设置，第一方向与第二方向的夹角介于60°和120°之间，例如第一方向与第二方向垂直。具体地，第一磁柱单元31的第一磁柱311、第二磁柱单元32的第一磁柱321以及第三磁柱单元33的第一磁柱331沿横向间隔设置，第一磁柱单元31的第二磁柱312、第二磁柱单元32的第二磁柱322以及第三磁柱单元33的第二磁柱332沿横向间隔设置；第一磁柱单元31的第一磁柱311和第二磁柱312沿纵向间隔设置，第二磁柱单元32的第一磁柱321和第二磁柱322沿纵向间隔设置，第三磁柱单元33的第一磁柱331和第二磁柱332沿纵向间隔设置。第一磁柱的两端分别连接第一盖板10和第二盖板20，第二磁柱的两端分别连接第一盖板10和第二盖板20，即第一盖板10和第二盖板20分别设置于六个磁柱的下方与上方，以形成闭合磁路。在该实施例中，磁芯包括六个磁柱，且六个磁柱呈2x3阵列排布，但本申请并不局限于此。在其它实施例中，六个磁柱可以为非阵列排布，且磁柱的数量也可以不同。

在一个实施例中，如图7所示，第一盖板10和第二盖板20均为一体的板状结构，且第一盖板10和第二盖板20平行设置，第一磁柱和第二磁柱均垂直第一盖板10和第二盖板20。第一磁柱和第二磁柱可为直线型磁柱，竖直夹设在第一盖板10和第二盖板20之间，且第一磁柱和第二磁柱高度一致。磁芯的结构简单，方便制作。

在一个实施例中，如图4所示，提供一种功率模块，该功率模块包括输入端子并联的两个三相LLC电路模块。该两个三相LLC电路模块可以包括图6中的三相变压器组件。

如图4和图6所示，可以将图6中的三相变压器组件用作图4中的变压器。例如可以将第一绕组41、第二绕组42和第三绕组43分别用于形成第一个三相LLC电路模块的第一变压器Tx_A1、第二变压器Tx_B1和第三变压器Tx_C1，第四绕组44、第五绕组45和第六绕组46分别用于形成第二个三相LLC电路模块的第一变压器Tx_A2、第二变压器Tx_B2和第三变压器Tx_C2。具体地，每个绕组均包括两个子绕组，该两个子绕组分别用作对应变压器的原边绕组和副边绕组；例如第一绕组41包括两个子绕组，该两个子绕组分别用作第一变压器Tx_A1的原边绕组和副边绕组，即第一原边绕组411和第一副边绕组412。在该实施例中，第一励磁电流I_a1流经第一绕组41，第二励磁电流I_b1流经第二绕组42，第三励磁电流I_c1流经第三绕组43，第四励磁电流I_a2流经第四绕组44，第五励磁电流I_b2流经第五绕组45，第六励磁电流I_c2流经第六绕组46。值得说明的是，第一励磁电流I_a1可以指流经第一绕组41中两个子绕组的励磁电流。可以设置第一励磁电流I_a1与第四励磁电流I_a2的幅值和相位相同，第二励磁电流I_b1与第五励磁电流I_b2的幅值和相位相同，第三励磁电流I_c1与第六励磁电流I_c2的幅值和相位相同，第一励磁电流I_a1、第二励磁电流I_b1以及第三励磁电流I_c1的相位相差120°，且均为三角波。可以设置第一励磁电流I_a1、第二励磁电流I_b1以及第三励磁电流I_c1的方向相同，具体地，如图6所示，第一励磁电流I_a1环绕第一磁柱单元的第一磁柱的方向、第二励磁电流I_b1环绕第二磁柱单元的第一磁柱的方向以及第三励磁电流I_c1环绕第三磁柱单元的第一磁柱的方向均相同，例如均为顺时针。相应地，第一励磁电流I_a1和第四励磁电流I_a2产生的第一磁通φa、第二励磁电流I_b1和第五励磁电流I_b2产生的第二磁通φb以及第三励磁电流I_c1和第六励磁电流I_c2产生的第三磁通φc相位差也是120°，第一磁通φa、第二磁通φb以及第三磁通φc在第一盖板10和第二盖板20处叠加之后的磁通和φa+φb+φc减小，三路磁通有相互抵消的效果，可有效减小盖板处的磁芯损耗。

在一个实施例中，两个三相LLC电路模块中的每个包括用于电连接同一直流电源V_DC的输入端子极A+和A-，并联连接于输入端子的正极A+和负极A-之间的第一开关桥臂、第二开关桥臂和第三开关桥臂，第一变压器、第二变压器和第三变压器，用于电连接负载R的输出端子Vo+和Vo-，以及并联连接于输出端子的正极Vo+和负极Vo-之间的第四开关桥臂、第五开关桥臂和第六开关桥臂。在每个三相LLC电路模块中，第一开关桥臂的中点D1通过第一谐振电感电连接第一变压器的原边绕组，第一变压器的副边绕组电连接第四开关桥臂的中点D4；第二开关桥臂的中点D2通过第二谐振电感电连接第二变压器的原边绕组，第二变压器的副边绕组电连接第五开关桥臂的中点D5；第三开关桥臂的中点D3通过第三谐振电感电连接第三变压器的原边绕组，第三变压器的副边绕组电连接第六开关桥臂的中点D6。具体地，在第一个三相LLC电路模块中，第一开关桥臂的中点D1通过第一电感L_A1电连接第一变压器Tx_A1的原边绕组，第二开关桥臂的中点D2通过第二电感L_B1电连接第二变压器Tx_B1的原边绕组，第三开关桥臂的中点D3通过第三电感L_C1电连接第三变压器Tx_C1的原边绕组。在第二个三相LLC电路模块中，第一开关桥臂的中点D1通过第四电感L_A2电连接第一变压器Tx_A2的原边绕组，第二开关桥臂的中点D2通过第五电感L_B2电连接第二变压器Tx_B2的原边绕组，第三开关桥臂的中点D3通过第六电感L_C2电连接第三变压器Tx_C2的原边绕组。在该实施例中，每个开关桥臂均可包括串联连接的两个开关器件S。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和示例实施方式仅被视为示例性的，本发明的真正范围由权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。