[发明专利]一种同步整流管集成的匝比可调节矩阵变压器

说明书

一种同步整流管集成的匝比可调节矩阵变压器，适用于MHz开关频率下的半桥LLC谐振变换器，包括四个分立的变压器，每个变压器设有一个原边绕组以及一个与该原边绕组对称耦合的中心抽头副边绕组，四个分立的变压器的原边绕组之间串联，与各原边绕组对称耦合的中心抽头副边绕组之间并联，在每个原边绕组上都并联了一只原边绕组控制开关管，且每个原边绕组上集成了LLC谐振变换器中各自的谐振电感和励磁电感，在每个副边绕组上集成了各自的两个同步整流管和两个输出电容，同步整流管的工作模式受原边绕组控制开关管的影响，通过控制原边绕组控制开关管的开通与关断来改变原边绕组的有效匝数，进而调节原副边绕组的匝比。

技术领域

本发明涉及一种矩阵变压器，尤其涉及一种同步整流管集成的匝比可调节矩阵变压器，可应用于半桥LLC谐振变换器中的高频可调节矩阵变压器。

背景技术

谐振变换器是目前研究比较火热的一种功率变换器，相对于PWM变换器，具有开关频率高，开关损耗小、允许输入电压范围宽、效率高、体积小、EMI噪声小、开关应力小等优点。LLC谐振变换器能在全负载范围内实现原边开关管的零电压开启(ZVS)和副边整流管的零电流开关(ZCS)，从而使得开关损耗大幅降低，能够工作在很高的频率(>5MHz)。LLC谐振变换器中的谐振电感和变压器易于实现磁性元件集成，而且LLC谐振变换器没有副边的滤波电感，使得副边整流的电压应力降低。结合以上优点，使得LLC谐振变换器已经应用在许多场合，特别是在低输出电压和高输出电流的场合。

平面化和集成化是功率变压器最主要的趋势，有助于减小体积、降低损耗以及优化热分布等。平面化是采用更低造型、更利于散热的平面型磁芯，使用印刷电路板(PCB)内紧凑的铜线代替传统功率变压器的圆铜线，大大减小了功率变压器的体积，同时减小了高频下绕组的交流损耗。集成化是充分利用功率变压器的磁芯结构以及绕组结构，实现在一个磁芯中能够集成变压器、电感等磁性元件，进一步减小磁性元件所占的体积。

对于高降压比LLC谐振变换器，功率变压器的损耗决定了整个变换器的损耗，因此功率变压器的设计十分重要。采用平面变压器，原边绕组串联，副边绕组并联，虽然功率变压器的损耗大大降低，但是实际上功率变压器的副边绕组依然有比较大的损耗，且在高降压比场合原副边绕组匝比较大，常用的四层板不能满足要求，需要更多层数的PCB板，这将会大大增加成本。

矩阵变压器可以看做是多个变压器的集合，实际使用中可以灵活地改变原边绕组、副边绕组的串并联关系，调节所需要的匝比，十分适合于高降压比、输出低压大电流场合。

发明内容

本发明目的是针对半桥LLC谐振变换器提供一种同步整流管集成的匝比可调节矩阵变压器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种同步整流管集成的匝比可调节矩阵变压器，应用于半桥结构的同步整流LLC谐振变换器，其特征在于：包括四个分立的变压器，每个变压器设有一个原边绕组以及一个与该原边绕组对称耦合的中心抽头副边绕组，四个分立的变压器的原边绕组之间串联，与各原边绕组对称耦合的中心抽头副边绕组之间并联，在每个原边绕组上都并联了一只原边绕组控制开关管，且每个原边绕组上集成了LLC谐振变换器中各自的谐振电感和励磁电感，在每个副边绕组上集成了各自的两个同步整流管和两个输出电容，同步整流管的工作模式受原边绕组控制开关管的影响，通过控制原边绕组控制开关管的开通与关断来改变原边绕组的有效匝数，进而调节原副边绕组的匝比。