一种紧耦合高效llc谐振变压器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种紧耦合高效LLC谐振变压器，包括磁芯不带气隙的环形主变压器，主变压器的初级线圈一端与输入辅助电感连接；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；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，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，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。本发明保证了变压器是紧密耦合，漏磁几乎可以忽略的同时又能满足励磁电感参数的要求，比传统LLC变压器的能量传递效率大大提高。
【专利说明】一种紧耦合高效LLC谐振变压器
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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】
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 所述主变压器初级最小匝数Nl(min)的公式如下：
【权利要求】
1. 一种紧耦合高效LLC谐振变压器，其特征在于，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。
2. 根据权利要求1所述的紧耦合高效LLC谐振变压器，其特征在于，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。
3. 根据权利要求1所述的紧耦合高效LLC谐振变压器，其特征在于，所述主变压器初级 最小匝数Nl(min)的公式如下：
其中，Vin〇MX)为主变压器初级输入电压的最高值，VdGnin)为主变压器环形磁芯单匝饱和 压降的最小值，fs〇Diri为主变压器工作频率的最小值，4为测量VdGlliri所对应的主变压器工 作频率。
4. 根据权利要求3所述的紧耦合高效LLC谐振变压器，其特征在于，所述主变压器初级 和第一次级的匝比n的公式为：
其中，N1为初级线圈的匝数，N2为第一次级线圈的匝数，Vinta(M)为主变压器初级输入电 压的额定值，Vwt为主变压器第一次级整流输出电压，VD为主变压器第一次级整流二极管的 导通压降，L为谐振电感值，Lm为主变压器的励磁电感值。
5. 根据权利要求4所述的紧耦合高效LLC谐振变压器，其特征在于，所述主变压器励磁 电感Lm的计算公式如下：
其中，N1为初级线圈的匝数，N3为第二次级线圈的匝数，L1为输出辅助电感的电感量。
6. 根据权利要求1所述的紧耦合高效LLC谐振变压器，其特征在于，所述主变压器采用 的环形磁芯材料为铁基纳米晶。
【文档编号】H01F27/30GK104409202SQ201410775493
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】戴瑜兴, 赵振兴, 郑崇伟, 曾国强, 张正江 申请人:温州大学