[发明专利]一种变压器及包含该变压器的开关电源

说明书

本发明提供了一种变压器及包含该变压器的开关电源，其特征在于，包括：形状相同的磁芯顶盖和磁芯底盖；设置于磁芯底盖上的原边磁柱、副边磁柱和和漏感磁柱；绕制在原边磁柱上的原边绕组、绕制在副边磁柱上的副边绕组和绕制在漏感磁柱上的采样绕组；各磁柱沿与底盖平行的对称轴对称排布，对称轴各侧：任一原边磁柱几何中心到相邻漏感磁柱几何中心的距离≤该相邻漏感磁柱几何中心到相邻副边磁柱几何中心的距离，该任一原边磁柱几何中心到该相邻副边磁柱几何中心的距离≤该相邻漏感磁柱几何中心到该相邻副边磁柱几何中心的距离。本发明的变压器可将电流互感器、谐振电感和主变压器磁集成，降低开关电源磁性元器件体积，提高功率密度且降低成本。

技术领域

本发明涉及开关电源变压器，尤其涉及复合型磁集成平面变压器。

背景技术

电力电子技术的飞速发展，对变换器的功率密度、性能等不断提出更高的要求。随着技术的发展，越来越发现磁性元件是限制变换器体积、重量、效率、成本的一个重要因素。据美国电源制造者协会(PSMA)统计，磁性元器件体积在DC-DC模块中占到总体积的20％以上、重量占总重的30％以上、损耗也占有相当比例。

随着技术的发展，对于功率密度的要求越来越高，LLC谐振变换器由于在谐振点的效率较高，应用越来越广泛。然而LLC谐振变换器相比于其他拓扑而言多出一个谐振电感，两个磁性元器件在PCB布局中占有较大的体积，导致其他功率器件的布局空间被极大地减小。若采用全桥LLC电路，由于桥臂中点为悬浮信号，无法利用采样电阻进行电流采样，需借助电流互感器来采集谐振腔的电流信号，故全桥LLC电路，原边存在电流互感器、谐振电感以及主变压器三个磁性元器件，导致功率密度的提高受到限制。

LLC谐振变换器应用于AC-DC场合，采用绕线变压器可将漏感作为谐振电感，通过调整原副边的距离来调整漏感的感量，从而满足谐振电感感量的要求。然而将此方式应用于平面变压器，由于平面变压器中的原副边绕组均绕制在同一根磁柱，且原副边的走线完全平行，在原副边距离增大到一定程度后漏感不再增大，无法满足谐振电感的感量要求。由于平面变压器无法通过控制原副边的距离来持续增大漏感的缺点，使得LLC谐振变换器无法满足高功率密度要求，且无法将谐振电感集成到主变压器中。

业内针对LLC谐振变换器进行磁集成的研究发现，在采用EE型变压器时，可通过将部分原边绕组绕制在边柱上，在边柱的匝数与原边匝数及感量满足一定关系的情况下可将谐振电感与主变压器磁解耦，从而实现谐振电感和主变压器的磁集成。然而，此方法虽可实现磁集成，但是原边走线较长，使得集成变压器绕组上的铜损增大。此种集成变压器的磁通密度由于谐振电感的磁通密度经过边柱，主变压器的磁通密度根据磁通密度连续性可知既经过中柱同时也经过边柱。由于顶盖或底盖既通过谐振电感的磁通密度又通过主变压器的磁通密度，根据磁通密度连续性可知，在顶盖或底盖存在部分叠加和部分减弱的情况，故存在磁通密度分布不均匀的情况，不利于降低顶盖或底盖的厚度。磁解耦集成变压器由于顶盖或底盖较厚的缺点，使得LLC谐振变换器无法进一步减小体积，提高功率密度，且由于结构不稳定难以批量生产，另外暂还无法将电流互感器集成到集成变压器中，故应用受到了限制。

综上所述，随着技术的发展，要求器件频率持续提升，功率密度越来越高，磁性器件体积越来越小。当全桥LLC电路应用于低压大电流的场合时，电流互感器带来的损耗较大，导致整体效率降低，同时电流互感器的体积较大，使得功率密度无法进一步降低，因此亟待将谐振电感、主变压器以及电流互感器进行磁集成。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是克服现有技术的不足，提出一种变压器及包含该变压器的开关电源，该变压器可将谐振电感、主变压器以及电流互感器进行磁集成，降低开关电源中谐振电路磁性器件的体积和成本。