一種緊耦合高效llc諧振變壓器的制造方法

【專利摘要】本發明公開了一種緊耦合高效LLC諧振變壓器，包括磁芯不帶氣隙的環形主變壓器，主變壓器的初級線圈一端與輸入輔助電感連接；主變壓器的第二次級線圈兩端分別與輸出輔助電感兩端連接；初級線圈由多股漆包線或扁平銅帶包好絕緣層后均勻纏繞在所述主變壓器的磁芯最里層，主變壓器的第一次級線圈由多股漆包線或扁平銅帶包好絕緣層后均勻纏繞在所述主變壓器的磁芯第二層，第二次級線圈由多股漆包線或扁平銅帶包好絕緣層后均勻纏繞在所述主變壓器的磁芯最外層。本發明保證了變壓器是緊密耦合，漏磁幾乎可以忽略的同時又能滿足勵磁電感參數的要求，比傳統LLC變壓器的能量傳遞效率大大提高。

【專利說明】一種緊耦合高效LLC諧振變壓器

【技術領域】

[0001] 本發明涉及一種用于電動汽車充電樁的LLC諧振變壓器，尤其是一種用于大功率 半橋或全橋LLC諧振變換器中的變壓器。

【背景技術】

[0002] LLC諧振拓撲是目前大功率開關電源中最常用的一種電路拓撲之一，因其具有較 好的軟開關特性，次級整流二極管能實現零電流關斷(ZCS)，不需要輸出濾波電感，工作電 流波形接近正弦波等特點使其具有其他拓撲結構所希望但很難達到的優點：電磁干擾小， 效率高(可超過96%)。變壓器作為LLC諧振拓撲中的關鍵器件，對電路的可靠性以及效 率起著關鍵作用。

[0003] 目前，業界的LLC諧振變壓器的繞制方式大多采用分槽型骨架結構，該結構有擋 墻將初級和次級分開，通過調節擋墻的寬度來調節變壓器的漏感，通過調節變壓器磁芯氣 隙的長度來調節勵磁電感，因而目前業界的LLC諧振變壓器均屬于一種松耦合。由于工藝 的一致性、磁芯導磁率的偏差等原因，漏感的大小一致性難以保證，因而會影響電源的效率 和可靠性。由于加入氣隙，變壓器在工作過程中漏磁增大，在氣隙處溫升較高，而且漏磁會 使得變壓器的鐵磁材料和銅材產生渦流，使得變壓器的能量傳輸效率大打折扣，同時磁芯 磨氣隙也提高了變壓器加工的復雜程度和難度。由于初級和次級是一種松耦合，當變壓器 次級采用帶中心抽頭結構時會因為正負半周漏感的不一致而導致LLC諧振電路正負電流 大小不一致，降低電源的效率和可靠性。

[0004] 發明專利《高效LLC恒流電源諧振變壓器線圈的繞制方法》(申請號 201210554330.6)提出了次級線圈采用雙線并繞的繞制方式來減輕變壓器帶中心抽頭結 構時因為正負半周漏感的不一致而導致LLC諧振電路正負電流大小不一致現象，但仍采用 的是帶隔離擋墻和加氣隙的松耦合方式來獲得LLC諧振所需的電感參數。文獻《Design Methodology for Transformers Including Integrated andCenter-tapped Structures for LLC Resonant Converters》表明帶氣隙的變壓器因漏磁在變壓器內部造成比較嚴重的 渦流損耗(包括渦流鐵損和渦流銅損，主要集中在氣隙附件)，因為這些損耗而降低了變壓 器傳遞能量的效率。

[0005] 所以，簡化變壓器的生產工藝，提高變壓器生產時參數的控制精度、提高變壓器的 傳輸效率是需要解決的問題。

【發明內容】

[0006] 本發明所要解決的技術問題是，針對上述現有技術的不足，提供一種緊耦合高效 LLC諧振變壓器。

[0007] 為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種緊耦合高效LLC諧振變 壓器，包括磁芯不加氣隙的環形主變壓器，所述主變壓器的初級線圈一端與輸入輔助電感 連接；所述主變壓器的第二次級線圈兩端分別與輸出輔助電感兩端連接；所述初級線圈由 多股漆包線或扁平銅帶包好絕緣層后均勻纏繞在所述主變壓器的磁芯最里層，所述主變壓 器的第一次級線圈由多股漆包線或扁平銅帶包好絕緣層后均勻纏繞在所述主變壓器的磁 芯第二層，所述第二次級線圈由多股漆包線或扁平銅帶包好絕緣層后均勻纏繞在所述主變 壓器的磁芯最外層。

[0008] 所述輸入輔助電感、輸出輔助電感均采用有氣隙的鐵氧體為磁芯，且所述輸入輔 助電感、輸出輔助電感的線圈均由多股漆包線或扁平銅帶包好絕緣層后均勻纏繞在各自的 鐵氧體磁芯上。

[0009] 所述主變壓器初級最小匝數Nl(min)的公式如下：

【權利要求】

1. 一種緊耦合高效LLC諧振變壓器，其特征在于，包括磁芯不加氣隙的環形主變壓器， 所述主變壓器的初級線圈一端與輸入輔助電感連接；所述主變壓器的第二次級線圈兩端分 別與輸出輔助電感兩端連接；所述初級線圈由多股漆包線或扁平銅帶包好絕緣層后均勻纏 繞在所述主變壓器的磁芯最里層，所述主變壓器的第一次級線圈由多股漆包線或扁平銅帶 包好絕緣層后均勻纏繞在所述主變壓器的磁芯第二層，所述第二次級線圈由多股漆包線或 扁平銅帶包好絕緣層后均勻纏繞在所述主變壓器的磁芯最外層。

2. 根據權利要求1所述的緊耦合高效LLC諧振變壓器，其特征在于，所述輸入輔助電 感、輸出輔助電感均采用有氣隙的鐵氧體為磁芯，且所述輸入輔助電感、輸出輔助電感的線 圈均由多股漆包線或扁平銅帶包好絕緣層后均勻纏繞在各自的鐵氧體磁芯上。

3. 根據權利要求1所述的緊耦合高效LLC諧振變壓器，其特征在于，所述主變壓器初級 最小匝數Nl(min)的公式如下：

其中，Vin〇MX)為主變壓器初級輸入電壓的最高值，VdGnin)為主變壓器環形磁芯單匝飽和 壓降的最小值，fs〇Diri為主變壓器工作頻率的最小值，4為測量VdGlliri所對應的主變壓器工 作頻率。

4. 根據權利要求3所述的緊耦合高效LLC諧振變壓器，其特征在于，所述主變壓器初級 和第一次級的匝比n的公式為：

其中，N1為初級線圈的匝數，N2為第一次級線圈的匝數，Vinta(M)為主變壓器初級輸入電 壓的額定值，Vwt為主變壓器第一次級整流輸出電壓，VD為主變壓器第一次級整流二極管的 導通壓降，L為諧振電感值，Lm為主變壓器的勵磁電感值。

5. 根據權利要求4所述的緊耦合高效LLC諧振變壓器，其特征在于，所述主變壓器勵磁 電感Lm的計算公式如下：

其中，N1為初級線圈的匝數，N3為第二次級線圈的匝數，L1為輸出輔助電感的電感量。

6. 根據權利要求1所述的緊耦合高效LLC諧振變壓器，其特征在于，所述主變壓器采用 的環形磁芯材料為鐵基納米晶。

【文檔編號】H01F27/30GK104409202SQ201410775493

【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月15日 優先權日:2014年12月15日

【發明者】戴瑜興, 趙振興, 鄭崇偉, 曾國強, 張正江 申請人:溫州大學

總結

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