[发明专利]一种紧耦合高效LLC谐振变压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电动汽车充电桩的LLC谐振变压器，尤其是一种用于大功率半桥或全桥LLC谐振变换器中的变压器。

背景技术

LLC谐振拓扑是目前大功率开关电源中最常用的一种电路拓扑之一，因其具有较好的软开关特性，次级整流二极管能实现零电流关断(ZCS)，不需要输出滤波电感，工作电流波形接近正弦波等特点使其具有其他拓扑结构所希望但很难达到的优点：电磁干扰小，效率高(可超过96％)。变压器作为LLC谐振拓扑中的关键器件，对电路的可靠性以及效率起着关键作用。

目前，业界的LLC谐振变压器的绕制方式大多采用分槽型骨架结构，该结构有挡墙将初级和次级分开，通过调节挡墙的宽度来调节变压器的漏感，通过调节变压器磁芯气隙的长度来调节励磁电感，因而目前业界的LLC谐振变压器均属于一种松耦合。由于工艺的一致性、磁芯导磁率的偏差等原因，漏感的大小一致性难以保证，因而会影响电源的效率和可靠性。由于加入气隙，变压器在工作过程中漏磁增大，在气隙处温升较高，而且漏磁会使得变压器的铁磁材料和铜材产生涡流，使得变压器的能量传输效率大打折扣，同时磁芯磨气隙也提高了变压器加工的复杂程度和难度。由于初级和次级是一种松耦合，当变压器次级采用带中心抽头结构时会因为正负半周漏感的不一致而导致LLC谐振电路正负电流大小不一致，降低电源的效率和可靠性。

发明专利《高效LLC恒流电源谐振变压器线圈的绕制方法》(申请号201210554330.6)提出了次级线圈采用双线并绕的绕制方式来减轻变压器带中心抽头结构时因为正负半周漏感的不一致而导致LLC谐振电路正负电流大小不一致现象，但仍采用的是带隔离挡墙和加气隙的松耦合方式来获得LLC谐振所需的电感参数。文献《Design Methodology for Transformers Including Integrated andCenter-tapped Structures for LLC Resonant Converters》表明带气隙的变压器因漏磁在变压器内部造成比较严重的涡流损耗(包括涡流铁损和涡流铜损，主要集中在气隙附件)，因为这些损耗而降低了变压器传递能量的效率。

所以，简化变压器的生产工艺，提高变压器生产时参数的控制精度、提高变压器的传输效率是需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对上述现有技术的不足，提供一种紧耦合高效LLC谐振变压器。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种紧耦合高效LLC谐振变压器，包括磁芯不加气隙的环形主变压器，所述主变压器的初级线圈一端与输入辅助电感连接；所述主变压器的第二次级线圈两端分别与输出辅助电感两端连接；所述初级线圈由多股漆包线或扁平铜带包好绝缘层后均匀缠绕在所述主变压器的磁芯最里层，所述主变压器的第一次级线圈由多股漆包线或扁平铜带包好绝缘层后均匀缠绕在所述主变压器的磁芯第二层，所述第二次级线圈由多股漆包线或扁平铜带包好绝缘层后均匀缠绕在所述主变压器的磁芯最外层。

所述输入辅助电感、输出辅助电感均采用有气隙的铁氧体为磁芯，且所述输入辅助电感、输出辅助电感的线圈均由多股漆包线或扁平铜带包好绝缘层后均匀缠绕在各自的铁氧体磁芯上。

所述主变压器初级最小匝数N1_(min)的公式如下：