[发明专利]一种应用于双向CLLC谐振变换器的磁集成平面变压器

说明书

本发明公开了一种应用于双向CLLC谐振变换器的磁集成平面变压器，包括EI型磁芯，其中E型磁芯包括磁芯中柱和磁芯边柱，所述E型磁芯中柱与I型磁芯之间设置有g1气隙，磁芯边柱与I型磁芯之间设置有g2气隙，原副边绕组不对称分布在EI磁芯的边柱上，I型磁芯在磁芯中线两侧开有狭长的前后上下贯通的g3气隙，通过原副边绕组不对称分布及调节气隙，增大了漏感并且在将平面变压器的漏感作为CLLC谐振变换器的谐振电感使用时实现了谐振电感的可调，同时减小了由较大气隙引起的边缘损耗。

技术领域

本发明涉及电力电子功率变换技术领域，具体为一种应用于双向CLLC谐振变换器的磁集成平面变压器。

背景技术

随着电力电子技术的发展，高功率密度和高效率的变换器广泛应用于汽车、航天和储能系统等方面。双向CLLC谐振变换器的软开关属性可以实现原边开关管的ZVS和副边开关管的ZCS。作为CLLC谐振变换器中的磁性元器件，谐振电感和变压器占据了变换器较大的体积。为了减小变换器的体积，实现变换器的小型化，可以采用磁集成方案减小变换器的体积。

双向CLLC谐振变换器，包括原边连接的储能电池和副边连接的直流母线，分别与两个全桥电路连接，每个全桥由4个MOSFET组成，分别是S₁-S₄和S₅-S₈。由S₁-S₄构成的桥臂后面连接谐振腔，原边谐振腔由谐振电感L_r1、谐振电容C_r1组成，副边谐振腔由L_r2和C_r2组成，由S₅-S₈构成的桥臂前面连接谐振腔。原副边谐振腔由高频变压器T相连，其变比为n:1。

如公开号为CN114268226A的专利公开了一种用于双向CLLC电路的磁集成平面变压器，使用EE磁芯。变压器原边绕组T1和副边绕组T2环绕在磁芯中柱V3上；具有相同匝数的原边电感绕组Lp1和原边电感绕组Lp2分别环绕在磁芯边柱V1和磁芯边柱V2上；具有相同匝数的副边电感绕组Ls1和副边电感绕组Ls2同样分别环绕在磁芯边柱V1和磁芯边柱V2上。本发明在一副磁芯中实现了CLLC中两个谐振电感与变压器的解耦集成，减少了功率变换器的体积，同时利用本结构中两个谐振电感的耦合特性，在保证CLLC电路的谐振频率和电感比不变的情况下，减少了谐振电感的匝数，降低了绕组损耗，提升了CLLC变换器的功率密度与效率。

如公开号为CN112019053A的专利公开了一种谐振变换器，包括EI型磁集成变压器，该磁集成变压器包括：磁芯，该磁芯具有中柱以及分别位于中柱两侧的第一侧柱和第二侧柱；缠绕在中柱上的初级绕组和次级绕组；以及分别缠绕在第一侧柱和第二侧柱上的第一电感绕组和第二电感绕组，其中，第一电感绕组、初级绕组以及第二电感绕组串联连接，以形成顺次缠绕在第一侧柱、中柱以及第二侧柱上的一个整体绕组，其中，第一电感绕组和第二电感绕组被布置成通过自感在第一侧柱和第二侧柱处产生感应电动势。

在实际操作过程中上述专利及现有技术存在如下不足：双向CLLC谐振变换器的磁集成方案主要有以下几种方式：为了增大平面变压器的漏感，在原有的EE磁芯中间加入了磁分流器件，但是这种结构增大了交流损耗；不对称水平气隙的结构一定程度上减小了交流损耗，但是不适用于对称CLLC拓扑；可调电感的平面变压器设计，将原副边绕组不对称地分布在侧柱上，通过调节气隙来调节电感，但是会增大边缘损耗。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种应用于双向CLLC谐振变换器的磁集成平面变压器，以解决上述问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：