[发明专利]一种变压器、LLC谐振变换器及变压器设计方法

说明书

本发明公开了一种变压器、LLC谐振变换器及变压器设计方法，属于变压器技术领域，用于解决目前变压器应用于谐振电路时需要兼顾激磁电感和漏感而导致设计难度大的技术问题，变压器包括变压器本体，所述变压器本体的次边并联有次边电感，用于在变压器的原边产生一个等效激磁电感。LLC谐振变换器包括开关电路、谐振电路和整流滤波电路，所述谐振电路包括如上所述的变压器。设计方法则是通过在所述变压器本体的次边并联一个次边电感，以使变压器的原边产生一个等效激磁电感。本发明具有大幅降低变压器设计难度，提高变压器试制成功率，进而减少试验资源占用及用电量，提高生产效率等优点。

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，具体涉及一种变压器、LLC谐振变换器及变压器设计方法。

背景技术

随着现代电力电子技术的发展，开关电源向着高频化、集成化和模块化的方向发展。但是传统的PWM变换器中功率器件处于硬开关状态，由于功率器件有较高的开关损耗，无法通过提高开关频率来提升功率密度。而且，由于寄生电感影响，开关元件会承受较高的开关应力。谐振软开关变换器技术相对于传统PWM变换器技术，具有开关工作频率高，开关损耗小、允许输入电压范围宽、效率高、重量轻、体积小、EMI噪声小、开关应力小等优点。尤其LLC谐振变换器以其同时兼具空载工作能力和谐振槽路电流反映负载轻重的能力，而体现出普通串联谐振变换器和并联谐振变换器无法比拟的优势，因而得到了广泛的应用。

常规的LLC谐振变换器拓扑图如图1所示。图1中，Q₁～Q₄为主开关IGBT，构成全桥结构；T_r为谐振变压器；忽略死区的情况下，Q₁、Q₃的驱动信号互补，Q₁、Q₄的驱动信号相同；C₁～C₄为IGBT寄生输出电容,D₁～D₄为IGBT虚流二极管,D_R1～D_R4为副边整流二极管。串联谐振电感L_s、谐振电容C_s和变压器的激磁电感L_m构成LLC谐振网络。

当二次侧高频整流二极管D_R1(D_R4)或D_R2(D_R3)导通时，变压器原边电压被输出电压钳位，因此加在激磁电感L_m两端的电压是恒定的。此时，电路中只有谐振电感L_s与谐振电容C_s参与谐振。当D_R1(D_R4)与D_R2(D_R3)都处于关断状态时，变压器原边电压不再被钳位，因此，激磁电感将与谐振电感串联参与谐振过程。因此，LLC谐振变换器具有两个频率：串联谐振电感L_s和电容C_s谐振产生的串联谐振频率f_r1；串联谐振电感L_s加上激磁电感L_m的和与谐振电容C_s产生的串并联谐振频率f_r2。这两个谐振频率的表达式分别为：

当开关频率小于f_r2时，谐振网络呈容性状态，对开关管来说将难以实现零电压开关。当开关频率f_s＞f_r1时，原边开关管能实现零电压开关；当开关频率f_r2＜f_s＜f_r1时，流过整流二极管的电流断续，实现了整流二极管的零电流关断，消除了因二极管反向恢复产生的损耗，同时原边开关管也能实现零电压开关。因此，LLC谐振变换器在应用时，开关频率选取：

f_r2＜f_s＜f_r1(3)