阅读说明：本技术 一种用于谐振电路的高频电抗器装置 (High-frequency reactor device for resonant circuit ) 是由 罗剑波 范伟 李雪荣 陈锋 彭凯 于 2018-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于谐振电路的高频电抗器装置,所述高频电抗器装置包括电抗器、吸收电路以及散热装置,其中：所述吸收电路包括一电阻和与所述电阻串联的一电容；所述电抗器具有两端,所述电抗器的第一端与所述吸收电路中的所述电阻的第一端耦接,所述电阻的第二端与所述电容的第一端串联,所述电容C的第二端与所述电抗器的第二端耦接；其中,所述电抗器与所述吸收装置整体封装在一起,成为一个封装有所述吸收电路的高频电抗器装置；所述散热装置设置在所述高频电抗器装置外部,以增加散热面积,散去吸收电阻的热量。(The present invention provides a high-frequency reactor device for a resonance circuit, the high-frequency reactor device including a reactor, an absorption circuit, and a heat dissipation device, wherein: the absorption circuit comprises a resistor and a capacitor connected with the resistor in series; the reactor is provided with two ends, a first end of the reactor is coupled with a first end of the resistor in the absorption circuit, a second end of the resistor is connected with a first end of the capacitor in series, and a second end of the capacitor C is coupled with a second end of the reactor; wherein the reactor and the absorber are integrally packaged together to form a high-frequency reactor device in which the absorber circuit is packaged; the heat dissipation device is arranged outside the high-frequency reactor device to increase the heat dissipation area and dissipate the heat of the absorption resistor.)

一种用于谐振电路的高频电抗器装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术应用领域，尤其涉及大功率谐振电路。

背景技术

传统的Si材料功率器件虽得到广泛应用，但由于其受到自身材料和结构的限制，并不适用于一些高压、高温、高效率以及高功率密度的场合。如今，以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)材料为代表的宽禁带半导体材料的出现引起了学者们的注意，与传统的Si材料关于物理特性的比较，SiC材料功率器件具有独特的物理结构，概括为如下几点特性及优点：1)较高的击穿场强使其能够实现高电压工作；2)较快的电子饱和漂移速度使其开关损耗较小，更适于高频化工作；3)工作温度很高，理论上结温最高可到600℃，简化了冷却系统，减小散热器的体积重量。

在相同功率等级下，宽禁带半导体材料功率器件的应用可以降低电路开关损耗，提高电路的开关频率，减小无源元件的体积与重量，增加变换器的功率密度，同时变换器的效率也得到了大幅度的提升。

但由于SiC元件应用于大功率变流装置中，其开关速度非常快，且高频应用中，传统的电感、电阻及电容都会随着频率的变化带来其模型参数的变化。因此，在实际电路应用中，换流过程中的瞬态过程将更加复杂，同时将带来一些高频振荡的问题。

此外，由于SiC元件在大功率变流装置中的开关频率非常高，会带来更大发热，现有换流回路设计无法满足要求。

因此，亟需一种能解决由于SiC元件的应用所带来的变压器模型参数变化、高频振荡、发热等问题的技术方案。

发明内容

为了解决SiC元件的应用所带来的高开关频率、高频振荡、发热等问题，本发明提供了一种用于谐振电路的高频电抗器装置。

所述高频电抗器装置包括电抗器、吸收电路以及散热装置。

所述吸收电路包括一电阻和与所述电阻串联的一电容。

所述电抗器具有两端，所述电抗器的第一端与所述吸收电路中的所述电阻的第一端耦接，所述电阻的第二端与所述电容的第一端串联，所述电容C的第二端与所述电抗器的第二端耦接；其中，所述电抗器与所述吸收装置整体封装在一起，成为一个封装有所述吸收电路的高频电抗器装置。

所述散热装置设置在所述高频电抗器装置外部，以增加散热面积，散去吸收电阻的热量。

在一个实施例中，所述电容和所述电阻通过涂覆导热硅脂贴在所述散热装置上面。

在一个实施例中，所述谐振电路应用于具有以碳化硅或氮化镓为材料的功率半导体开关器件的变压器电路。

在一个实施例中，该电抗器包括所述谐振电路中的谐振电感高频模型电路。

在一个实施例中，所述电阻为无感电阻。

在一个实施例中，所述电容为无感电容。

附图说明

本发明的以上发明内容以及下面的

具体实施方式

在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1示出在应用SiC元件的情况下的电感高频模型。

图2则示出了在应用SiC元件的情况下的电容高频模型。

图3示出在应用SiC元件的情况下的变压器高频模型。

图4示出在应用SiC元件的情况下LLC电路的实际模型。

图5示出在应用SiC元件的情况下整体LLC谐振回路的实际模型。

图6示出根据本发明一实施例的封装有RC吸收电路的高频电抗器装置600。

具体实施方式

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

本发明提出了一种用于高开关频率、大功率的谐振电路(LLC)拓扑中的电抗器，该电抗器封装RC吸收电路，或者在电抗器绕制过程中集成RC吸收参数，解决高开关频率，大功率的LLC的高频振荡问题。

图1示出在应用SiC元件的情况下的电感高频模型。图2则示出了在应用SiC元件的情况下的电容高频模型。图3示出在应用SiC元件的情况下的变压器高频模型。图4示出在应用SiC元件的情况下LLC电路的实际模型。图5示出在应用SiC元件的情况下整体LLC谐振回路的实际模型。

从上述图示可知，由于SiC元件应用于大功率变流装置中，其开关速度非常快，造成传统的电感、电阻及电容都会随着频率的变化带来其模型参数的变化。在实际电路应用中，换流过程中的瞬态过程将更加复杂，同时将带来一些高频振荡的问题。例如，如图5所示，电抗器功率元件Lm(谐振电感)分布电容，电容器及变压器的等效分布电容在换流过程中将产生高频振荡。

此外，传统的大功率SiC半导体器件分布参数较大，只有生产厂家可以控制。高频大功率变压器的分布电容的大小与变压器结构、绕制工艺有着密不可分的联系，高频大功率变压器可以通过如下方式进行控制匝间分布电容和层间分布电容：(1)通过增加初次级绕组的耦合面积可以降低变压器漏感，降低开关管电压应力，但是耦合面积的增大导致绕组间分布电容增大，不能有效抑制共模干扰；(2)绕组间分布电容与绕组间绝缘材料的介电常数、绕组半径及绕组间距有关，增大绕组间距能够减小分布电容，但这导致漏感增大。因此漏感和分布电容构成一对矛盾。而且也需要针对每个具体实物的情况进行相应设计分析，何况对于大功率LLC高频变压器而言，其应用的体积以及温升情况也是评估其设计的关键因素。

基于此，本发明考虑通过在谐振电感上加入吸收装置，以便将存储在电感上的能量进行消耗，抑制电路中产生的高频振荡。在一个实施例中，该吸收装置为RC电路。一般而言，RC吸收电路主要用于抑制半导体或者电气元件开关过程中高频振荡，RC吸收电路在吸收变压器或者电感所产生的高频振荡并不是很常见。针对LLC电路，高频变压器自带漏感，LLC电路利用漏感作为谐振电感(如图5的Lm)，且可利用高频变压器制造工艺对漏感进行控制。如果谐振回路所需要漏感值比较小，可将RC支路放置于变压器两端并进行吸收，同时吸收能量并不大，不必考虑吸收器件的散热问题；若按照谐振频率的需求需要将漏感值增大，一方面漏感很难再次集成到变压器里面去，另外，即使集成漏感和变压器，则将RC支路放置于变压器两端难以达到吸收的效果；再次，如果漏感很大，则损耗的能量将会很大，则需要有散热器对电阻和电容专门进行散热。因此，考虑到漏感值大时所带来的技术难题，本发明的吸收装置在设计时具有两个特点，即，直接将无感电阻和无感电容封装在谐振电感里面，同时在设计的电感底部增加散热功能，这样，可以做到体积精致而且满足功能实现。

图6示出根据本发明一实施例的封装有RC吸收电路的高频电抗器装置600。在原有电抗器模型601的基础上，耦接一RC吸收电路602与之并联，同时在RC的整体封装外面，增加散热装置603，方便进行散热，散去吸收电阻的热量。

在一个实施例中，本发明封装有RC吸收电路的电抗器装置600包括电抗器601、RC吸收装置602以及散热器603。在一个实施例中，该电抗器601可等效为谐振电路中的谐振电感高频模型。该电抗器601与RC吸收电路并联。具体而言，该电抗器601具有两端，第一端与电阻R的第一端耦接，电阻R的第二端与电容C的第一端串联，该电容C的第二端与该电抗器601的第二端耦接。电抗器601与RC吸收装置602整体封装在一起，成为一个封装有RC吸收电路的电抗器装置600。在该电抗器601外部，设置有散热装置603，以增加散热面积，散去吸收电阻的热量。在一个实施例中，RC吸收装置602中的电容C和电阻R通过涂覆导热硅脂贴在散热装置上面。

在一个实施例中，电阻R为无感电阻，电容C为无感电容。

本发明提供的上述封装有RC吸收电路的电抗器装置，能够吸收电感中存在的高频能量，同时保证了整个装置的小型化，同时能够吸收掉RC吸收装置的热量，本发明应用于该种电路和结构类似的电抗器。

这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。