[发明专利]一种高效率集成式LLC谐振变压器

说明书

本发明公开了一种高效率集成式LLC谐振变压器。所述变压器包括：磁芯1、骨架2、低导磁率磁层3、低导磁率磁层4、初级绕组5、次级绕组6、气隙7；所述气隙7位于磁芯1的中柱；所述低导磁率磁层3将磁芯1的中柱紧密包裹；所述初级绕组绕在里层；所述次级绕组绕在外层；所述低导磁率磁层4位于初级绕组5和次级绕组6之间；本发明解决了传统LLC谐振变压器在大功率应用中集成困难，效率降低的缺陷，不但能将LLC谐振变换器所需的谐振电感和激磁电感集成在变压器中，而且能降低变压器的边缘效应和邻近效应，有效提高了变压器能量传递的效率。

技术领域

本发明涉及电力电子技术及其应用领域，特别是涉及一种应用于LLC谐振变换器的高效率集成式变压器。

背景技术

LLC谐振变换器作为一种高效率、高功率密度、低EMI的优秀开关电源拓扑结构，得到了广大学者和工程师的关注，并且在通信电源、LED电源、电动车充电电源等产品中获得了广泛应用。LLC谐振式变压器作为LLC谐振变换器中的核心器件，对电路的效率、功率密度、可靠性等至关重要。传统的LLC谐振变压器的方案一般是采用双槽骨架，初级绕组和次级绕组分别绕在两个槽中，彼此隔离，存在较大的漏磁通，这个漏磁通被利用来实现谐振腔的谐振电感；磁芯磁路中插入气隙，以此获得谐振腔所需的激磁电感。传统方案存在的缺点是：气隙周围的磁场会对附近的绕组或导体产生边缘效率，引起较大损耗；双槽结构导致窗口长度减半，窗口利用率下降，每层绕组的匝数减少而绕组的层数增加，因此导致邻近效应显著，交流电阻损耗增加。这些缺点在大功率应用中更加明显，导致大功率应用时谐振参数的磁集成困难，变压器变换效率下降，削弱了LLC谐振变换器高效率的优势。为此，本发明提出了一种高效率集成式LLC谐振变压器，不但能保持传统方案中将谐振电感和激磁电感都集成在变压器内的优点，而且能明显改善传统方案存在的上述缺点；不但能适用于中小功率LLC谐振变换器，也适用于大功率LLC谐振变换器。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效率集成式LLC谐振变压器，能够将LLC谐振变换器中的谐振电感和激磁电感都集成在变压器中，同时能够降低边缘效应和邻近效应，提高变压器的效率，不但适用于中小功率LLC谐振变换器，也适用于大功率LLC谐振变换器。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种高效率集成式LLC谐振变压器，所述变压器包括：磁芯1、骨架2、第一低导磁率磁层3、第二低导磁率磁层4、初级绕组5、次级绕组6、气隙7；所述气隙7位于磁芯1的中柱；所述第一低导磁率磁层3将磁芯1的中柱紧密包裹；所述初级绕组绕在里层，层数不超过3层；所述次级绕组绕在外层，层数不超过3层；所述第二低导磁率磁层4位于初级绕组5和次级绕组6之间。

所述磁芯1为铁氧体，所述气隙7位于铁氧体中柱，边柱不插入气隙。

所述第一低导磁率磁层3采用低导磁率的材料，相对导磁率一般在5～10，所述第一低导磁率磁层3将磁芯1的中柱均匀紧密包裹，由于第一低导磁率磁层3的导磁率仍然远比空气大，因此气隙边缘的漏磁通大部分经过第一低导磁率磁层3，可有效降低气隙边缘漏磁对绕组产生的边缘效应，同时可以获得谐振所需的激磁电感；

所述变压器磁芯的选择、气隙长度的计算过程如下：

变压器初级的激磁电流ILm的值由公式(1)给出：

式中的Vpri为加在变压器初级两端的电压值，fs为变换器的工作频率；Lm为谐振腔的激磁电感值；

有效相对导磁率μeff为：

lc为变压器磁芯的磁路长度；Ac为磁芯中柱横截面积；N1为初级绕组的匝数；μ0为空气的导磁率；

由Ap值来选择合适的磁芯：