一种基于LLC谐振变换器拓扑磁集成的矩阵变压器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于LLC拓扑磁集成的矩阵变压器，包括磁芯及周边排布的绕组，所述磁芯(7)进一步包括四个中柱(1)和四个边柱(2)，所述绕组进一步包括原边绕组和副边绕组；其中：每个中柱(1)和每个边柱(2)的周边排布有原边绕组和副边绕组，构成变压器；在中柱(1)中：上边为两层中柱原边绕组(3)，下边为四层中柱副边绕组(5)；在边柱(2)中：上边为两层边柱原边绕组(4)，下边为四层边柱副边绕组(6)；中柱(1)和边柱(2)均留有气隙l

【技术实现步骤摘要】
一种基于LLC谐振变换器拓扑磁集成的矩阵变压器


[0001]本专利技术涉及DC
‑
DC变换器和谐振变换器领域，特别是涉及一种矩阵变压器。

技术介绍

[0002]LLC谐振变换器具有易于实现的软开关特性和良好的磁集成特性，能够在较窄的频率范围内实现输出电压的高效率宽范围调节，因此被广泛应用于DC
‑
DC降压场合，如微电网、电动汽车和数据中心等。目前，采用变压器的励磁电感代替LLC谐振变换器的并联谐振电感，并通过调节变压器气隙控制励磁电感的大小是一种常见的做法。此外，由于LLC谐振变换器的输出侧通常需要承受低压大电流，采用原边绕组串联、副边绕组并联的方式可以成倍降低副边整流器件的电流应力，矩阵变压器的概念应运而生。
[0003]一个四柱的矩阵变压器实际包含四个子变压器，在构成矩阵变压器时每个分立子变压器的磁通两两抵消，因此矩阵变压器的磁通密度更低，体积也更小，有助于实现变换器的高效率和高功率密度。但是矩阵变压器的漏感与它的励磁电感相比非常小且数值不可控，因此对于采用矩阵变压器结构的LLC谐振变换器来说，还需在谐振腔额外串联电感来满足调压的需求。

技术实现思路

[0004]为了解决LLC谐振变换器的串联谐振电感难以与矩阵变压器集成的问题，本专利技术提出了一种基于LLC拓扑磁集成的矩阵变压器，利用中心磁柱、边柱的气隙分别控制励磁电感和漏感，以满足LLC变换器调压时对电感比的要求。
[0005]本专利技术利用以下技术方案实现：
[0006]一种基于LLC拓扑磁集成的矩阵变压器，包括磁芯及周边排布的绕组，所述磁芯7进一步包括四个中柱1和四个边柱2，所述绕组进一步包括原边绕组和副边绕组；其中：
[0007]每个中柱1和每个边柱的周边排布有原边绕组和副边绕组，构成变压器；
[0008]在所述中柱1中：上边为两层中柱原边绕组3，且每层为四匝线圈相互串联，下边为四层中柱副边绕组5；在所述边柱2中：上边为两层边柱原边绕组4，两两并联，且每层为四匝线圈相互串联，下边为四层边柱副边绕组6，两两并联；副边绕组与原边绕组之间留有间距；
[0009]所述中柱1和所述边柱2在相应的副边绕组位置处具有两侧向内凹且形状类似1/4圆的空间，用于放置副边绕组，以削弱副边绕组之间的耦合；
[0010]所述中柱1和所述边柱2均留有气隙l
g1
、l
g2
，且l
g1
、l
g2
大小不同；对气隙l
g1
、l
g2
的控制带来了变压器的漏感和励磁电感相互解耦，从而满足LLC谐振变换器调压时对电感比的需求。
[0011]与现有技术相比，本专利技术能够达成以下的有益技术效果：
[0012]本专利技术在四柱矩阵变压器的基础上改良了磁芯结构，实现了励磁电感和漏感解耦控制的方案。
附图说明
[0013]图1为本专利技术的一种基于LLC拓扑磁集成的矩阵变压器结构立体图；
[0014]图2本专利技术的一种基于LLC拓扑磁集成的矩阵变压器结构俯视图；
[0015]图3为本专利技术的一种基于LLC拓扑磁集成的矩阵变压器A
‑
A
’
向剖视截面放大图；
[0016]图4为等效的磁阻图。
[0017]附图标记：
[0018]1、中柱，2、边柱，3、中柱原边绕组，4、边柱原边绕组，5、中柱副边绕组，6、边柱副边绕组，7、磁芯。
具体实施方式
[0019]下面结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细描述。
[0020]如图1所示，为专利技术提出的一种基于LLC拓扑磁集成的矩阵变压器结构立体图。如图2所示，本专利技术的一种基于LLC拓扑磁集成的矩阵变压器结构俯视图。该矩阵变压器包括磁芯及绕组。其中，所述磁芯7包括磁柱，；所述绕组包括原边绕组和副边绕组。
[0021]如图3所示，为本专利技术的一种基于LLC拓扑磁集成的矩阵变压器A
‑
A
’
向剖视截面放大图。示出了本专利技术的磁芯结构和绕组排布。其中，所述磁柱共有四个中柱1和四个边柱2。每个中柱1和每个边柱2周边排布有原边绕组和副边绕组，构成变压器。在中柱1中：上边为两层中柱原边绕组3，且每层为四匝线圈相互串联，下边为四层中柱副边绕组5；在边柱2中：上边为两层边柱原边绕组4，两两并联，再分别与副边的器件相连，且每层为四匝线圈相互串联，下边为四层边柱副边绕组6，两两并联，再分别与副边的器件相连。为了减小绕组的耦合程度，副边绕组与原边绕组之间留有一定间距，此外，中柱1和边柱2在副边绕组位置处对应处具有两侧向内凹且形状类似1/4圆的空间，用于放置副边绕组，以削弱副边绕组之间的耦合。中柱1和边柱2都留有气隙l
g1
、l
g2
，且l
g1
、l
g2
大小不同。所述磁芯结构包括被气隙分割成的两部分。通过分别控制中柱、边柱的气隙l
g1
、l
g2
，变压器的漏感和励磁电感可以相互解耦，因此二者的比值也实现可控，能够满足LLC谐振变换器调压时对电感比的需求。φ、φ
σ
分别是主磁通和漏磁通φ
σ
。
[0022]如图4所示，为等效的磁阻图。其中，LLC谐振变换器的谐振腔由串联谐振电感L
r
、并联谐振电感L
m
和谐振电容C
r
组成。通常，L
m
可由变压器的励磁电感代替，并通过调节气隙l
g
控制励磁电感的感值。将L
r
、L
m
和变压器集成在一起，此时，谐振腔仅由变压器和谐振电容组成，减少了元件的数量和体积，有助于提升变换器整的的功率密度和效率。
[0023]每层副边绕组的宽度参照对应位置磁芯截面积的大小进行设计，以补偿空气磁通在副边绕组感应产生的涡流损耗，使各层绕组的电流密度均匀。
[0024]漏感和励磁电感的解耦控制，为了满足变换器调压的需求，漏感和励磁电感的比值被设计在合理的范围内
[0025]以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本专利技术的专利保护范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LLC拓扑磁集成的矩阵变压器，包括磁芯及周边排布的绕组，其特征在于，所述磁芯(7)进一步包括四个中柱(1)和四个边柱(2)，所述绕组进一步包括原边绕组和副边绕组；每个中柱(1)和每个边柱(2)的周边排布有原边绕组和副边绕组，构成变压器；其中：在所述中柱(1)中：上边为两层中柱原边绕组(3)，且每层为四匝线圈相互串联，下边为四层中柱副边绕组(5)，两两并联；在所述边柱(2)中：上边为两层边柱原边绕组(4)，且每层为四匝线圈相互串联，下边为四层边柱副边绕组(6)，两两并联；副边绕组与原边绕组之间留有间距；所述中柱(1)和所述边柱(2)在相应的副边绕组位置处具有两侧向内凹且形状类似1/4圆的空间，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王议锋，陈晨，陈博，陈梦颖，王忠杰，张明智，王浩，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：