一种半桥LLC谐振变换器中的高频中间抽头平面变压器制造技术

一种半桥LLC谐振变换器中的高频中间抽头平面变压器，采用八层结构，原边绕组位于第一、三、六、八层，两个副边绕组分别位于第二、七层和四、五层，原边附加绕组包括两个矩形的附加绕组，第一、三、五、七层的绕组串联构成一个附加绕组，第二、四、六、八层的绕组串联构成另一个附加绕组，相邻两层之间的附加绕组交叉设置，且相邻两层之间的附加绕组之间采用完全正对绕制，使两个附加绕组之间的等效电感Lr’和等效电容Cr’替代谐振网络中分立的谐振电感Lr和谐振电容Cr，励磁电感Lm由中间抽头平面变压器提供，通过磨磁芯的气隙来获得需要的励磁电感值；原边绕组或副边绕组分别位于该层相应的矩形附加绕组之内。

A high frequency intermediate tap plane transformer in a half bridge LLC resonant converter

A high frequency half bridge LLC resonant converter in the center tapped planar transformer, the eight layer structure, the primary winding is located at first, third, sixth, eight, two secondary windings are respectively arranged in the second, seventh layer and four or five layer, additional winding primary additional winding comprises two rectangular, winding first, third, fifth, seven layers form a series additional winding, winding second, fourth, sixth and eight layers are connected in series to form another additional winding, two adjacent layers between the additional winding cross set, and between the two adjacent layers of the additional winding is wound by completely, the equivalent inductance Lr between two additional winding and the equivalent capacitance of Cr resonant network in discrete alternative resonant inductance Lr resonant capacitor Cr, excitation inductance Lm is provided by the center tapped planar transformer, through the air gap grinding core to get the required excitation Inductance value; the original side winding or the secondary winding is located in the corresponding rectangular additional winding of the layer.

【技术实现步骤摘要】
一种半桥LLC谐振变换器中的高频中间抽头平面变压器
本专利技术涉及平面变压器，尤其涉及一种半桥LLC谐振变换器中的高频中间抽头平面变压器(L-C-L-T集成高频中间抽头变压器),属于集成电路领域。
技术介绍
目前，对应用在通信电源、服务器DC/DC电源和分布式电源系统的功率变换器，都有高功率密度、高效率以及高可靠性的要求。就高功率密度而言，如何减小功率变换器的体积成为研究焦点。其中，磁性元件的体积占到功率变换器体积的30％左右，已经成为功率变换器进一步发展的瓶颈。实际上，提高功率密度最有效的方法就是提高功率变换器的工作频率，使磁性元件的体积减小，特别是变压器的体积。对于变压器而言，集成化和平面化是两个最主要的趋势。集成化即是利用变压器的磁芯结构以及绕组结构，尽可能地将磁性元件集成到一起，从而大幅减小磁性元件所占的体积。平面化即是将磁性元件的绕组用印刷电路板紧凑的铜线代替，从而减小磁性元件的体积。因此，平面变压器的集成化成为当前的研究热点。LLC谐振变换器是目前研究最为火热的一种功率变换器。这是因为LLC谐振变换器能在宽负载范围内实现原边的ZVS和副边的零电流开关(ZCS)，从而使得开关损耗大幅降低，能够工作在很高的频率(>5MHz)。LLC谐振变换器的软开关过程使其应用在许多场合，特别是在低输出电压和高输出电流的场合。而且LLC谐振变换器没有副边的滤波电感，使得副边整流的电压应力降低。针对半桥LLC谐振变换器，其谐振网络包括谐振电感Lr、谐振电容Cr、励磁电感Lm和变压器T。通常，平面变压器的漏感不足以满足谐振电感Lr的要求，需要外加电感构成谐振电感Lr。励磁电感Lm是变压器T固有的电感，可通过磨气隙得到需要的值。因此，磁性元件的集成是提高功率密度十分有效的方法。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种半桥LLC谐振变换器中的高频中间抽头平面变压器。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：一种半桥LLC谐振变换器中的高频中间抽头平面变压器，半桥LLC谐振变换器中包括谐振电感Lr、谐振电容Cr、励磁电感Lm和变压器T构成的谐振网络，其中励磁电感Lm是变压器T固有的电感，其特征在于：谐振网络采用八层PCB结构的中间抽头平面变压器，包括原边绕组Np、磁芯、副边中心抽头绕组以及原边附加绕组；原边绕组Np位于第一、三、六、八层共四层，每层绕组均采用铜箔绕组环形绕制，第一、三、六、八层的绕组之间并联；副边绕组中心抽头分为两个绕组Nsa和Nsb，副边绕组Nsa位于第二、七层共二层，每层绕组均采用铜箔绕组环形绕制，第二、七层的绕组之间并联，另一个副边绕组Nsb位于第四、五层共二层，每层绕组均采用铜箔绕组环形绕制，第四、五层的绕组之间并联；原边附加绕组集成了半桥LLC谐振变换器谐振网络中的谐振电感和谐振电容，原边附加绕组位于磁芯的外部，包括两个矩形的附加绕组AA’和BB’，附加绕组AA’和BB’分别由四层铜箔绕组绕制后串联而成，即第一、三、五、七层的绕组之间串联构成其中一个附加绕组AA’，第二、四、六、八层的绕组之间串联构成另一个附加绕组BB’，相邻两层之间的附加绕组交叉设置，达到相邻两层的两个附加绕组之间的距离最小化，相邻两层之间的附加绕组之间采用完全正对绕制，达到该两个附加绕组之间的正对面积最大化，使两个附加绕组之间的等效电感Lr’和等效电容Cr’能够替代谐振网络中分立的谐振电感Lr和谐振电容Cr使用，附加绕组AA’的A’端无电气连接，A端连接半桥LLC谐振变换器下MOS管的源极即中间抽头平面变压器的原边地端；附加绕组BB’的B’端无电气连接，B端连接原边绕组的非同名端，励磁电感Lm由中间抽头平面变压器提供，通过磨磁芯的气隙来获得需要的励磁电感值；在第一～第八层的每一层上，相应设置的原边绕组Np或副边绕组Nsa或副边绕组Nsb分别位于该层相应的矩形附加绕组之内。所述原边绕组的四层结构中，每层均采用16匝铜箔线圈绕制，铜箔线圈每匝宽度为10mil，匝间距为10mil，铜厚为2oz；副边的两个铜箔线圈绕组共四层，每层只有1匝，每匝宽度为70mil，铜厚为2oz；八层原边附加绕组每层均为2匝，每匝宽度为50mil，匝间距为15mil，铜厚为2oz。所述层板厚为1.9mm，其中绝缘层厚度为：第一二、第七八层之间绝缘层厚度为0.25mm，第二三、第三四、第四五、第五六、第六七层之间绝缘层厚度为0.2mm。所述中间抽头平面变压器的封装为插针式，中间抽头平面变压器对外提供五个针脚位，分别为P+，A，S1，S2，S3，均为焊盘形式，焊盘的孔径为40mil，外径为50mil，P+接桥臂中点，A接原边侧地，S1接输出整流即副边绕组Nsa的同名端，S2接副边侧地即副边中心抽头，S3接输出整流即副边绕组Nsb的非同名端。所述磁芯选用RM8形状，磁芯材料选用3F4，磁芯的中柱嵌入在中心开孔的八层PCB板上。本专利技术具有如下优点及显著效果：1)高频中间抽头平面变压器采用八层结构，原边绕组位于第一、三、六、八层，两个副边绕组分别位于第二、七层和四、五层，原边附加绕组包括两个矩形的附加绕组AA’和BB’，附加绕组AA’和BB’分别由四层铜箔绕组绕制后串联而成，即第一、三、五、七层的绕组之间串联构成其中一个附加绕组AA’，第二、四、六、八层的绕组之间串联构成另一个附加绕组BB’，相邻两层之间的附加绕组交叉设置，达到相邻两层的两个附加绕组之间的距离最小化，相邻两层之间的附加绕组之间采用完全正对绕制，达到该两个附加绕组之间的正对面积最大化，包括两个矩形的附加绕组，第一、三、五、七层的绕组串联构成一个附加绕组，第二、四、六、八层的绕组串联构成另一个附加绕组，相邻两层之间的附加绕组交叉设置，且相邻两层之间的附加绕组之间采用完全正对绕制，使两个附加绕组之间的等效电感Lr’和等效电容Cr’替代谐振网络中分立的谐振电感Lr和谐振电容Cr，励磁电感Lm由中间抽头平面变压器提供，通过磨磁芯的气隙来获得需要的励磁电感值，原边绕组或副边绕组分别位于该层相应的矩形附加绕组之内。2)本专利技术集成高频中间抽头平面变压器集成度高，体积小。不仅集成了半桥LLC谐振变换器中的磁性元件，还进一步集成了谐振电容。3)本专利技术集成高频中间抽头平面变压器参数一致性好。在确定平面变压器的设计之后，参数就已经确定，确保了参数的高度一致性。4)本专利技术中间抽头平面变压器采用对称交叉结构，绕组间耦合紧密，并联均流效果好，高频下的变压器损耗低。5)本专利技术集成高频中间抽头平面变压器特别适用于MHz工作频率下，且成本低，可靠性好。附图说明图1是本专利技术整体原理图；图2是本专利技术绕组结构图；图3是本专利技术磁芯结构与参数图；图4是本专利技术板层结构图；图5是定频模式下原副边电压电流波形图。具体实施方式下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明：本专利技术一种半桥LLC谐振变换器中的高频中间抽头平面变压器(L-C-L-T集成高频中间抽头平面变压器)，在提出的L-C-L-T集成结构上，该变压器原副边以及原边附加绕组的绕线层数乃至于各层的匝数，可以根据实际应用的需求，任意决定。本专利技术提供了一种实质上可为不限匝数，不限层数的平面磁集成方法。如图1所示，一种L-C-L-T集成高频中间抽头平面变压器应用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半桥LLC谐振变换器中的高频中间抽头平面变压器，半桥LLC谐振变换器中包括谐振电感Lr、谐振电容Cr、励磁电感Lm和变压器T构成的谐振网络，其中励磁电感Lm是变压器T固有的电感，其特征在于：谐振网络采用八层PCB结构的中间抽头平面变压器，包括原边绕组Np、磁芯、副边中心抽头绕组以及原边附加绕组；原边绕组Np位于第一、三、六、八层共四层，每层绕组均采用铜箔绕组环形绕制，第一、三、六、八层的绕组之间并联；副边绕组中心抽头分为两个绕组Nsa和Nsb，副边绕组Nsa位于第二、七层共二层，每层绕组均采用铜箔绕组环形绕制，第二、七层的绕组之间并联，另一个副边绕组Nsb位于第四、五层共二层，每层绕组均采用铜箔绕组环形绕制，第四、五层的绕组之间并联；原边附加绕组集成了半桥LLC谐振变换器谐振网络中的谐振电感和谐振电容，原边附加绕组位于磁芯的外部，包括两个矩形的附加绕组AA’和BB’，附加绕组AA’和BB’分别由四层铜箔绕组绕制后串联而成，即第一、三、五、七层的绕组之间串联构成其中一个附加绕组AA’，第二、四、六、八层的绕组之间串联构成另一个附加绕组BB’，相邻两层之间的附加绕组交叉设置，达到相邻两层的两个附加绕组之间的距离最小化，相邻两层之间的附加绕组之间采用完全正对绕制，达到该两个附加绕组之间的正对面积最大化，使两个附加绕组之间的等效电感Lr’和等效电容Cr’能够替代谐振网络中分立的谐振电感Lr和谐振电容Cr使用，附加绕组AA’的A’端无电气连接，A端连接半桥LLC谐振变换器下MOS管的源极即中间抽头平面变压器的原边地端；附加绕组BB’的B’端无电气连接，B端连接原边绕组的非同名端，励磁电感Lm由中间抽头平面变压器提供，通过磨磁芯的气隙来获得需要的励磁电感值；在第一～第八层的每一层上，相应设置的原边绕组Np或副边绕组Nsa或副边绕组Nsb分别位于该层相应的矩形附加绕组之内。...

【技术特征摘要】
1.一种半桥LLC谐振变换器中的高频中间抽头平面变压器，半桥LLC谐振变换器中包括谐振电感Lr、谐振电容Cr、励磁电感Lm和变压器T构成的谐振网络，其中励磁电感Lm是变压器T固有的电感，其特征在于：谐振网络采用八层PCB结构的中间抽头平面变压器，包括原边绕组Np、磁芯、副边中心抽头绕组以及原边附加绕组；原边绕组Np位于第一、三、六、八层共四层，每层绕组均采用铜箔绕组环形绕制，第一、三、六、八层的绕组之间并联；副边绕组中心抽头分为两个绕组Nsa和Nsb，副边绕组Nsa位于第二、七层共二层，每层绕组均采用铜箔绕组环形绕制，第二、七层的绕组之间并联，另一个副边绕组Nsb位于第四、五层共二层，每层绕组均采用铜箔绕组环形绕制，第四、五层的绕组之间并联；原边附加绕组集成了半桥LLC谐振变换器谐振网络中的谐振电感和谐振电容，原边附加绕组位于磁芯的外部，包括两个矩形的附加绕组AA’和BB’，附加绕组AA’和BB’分别由四层铜箔绕组绕制后串联而成，即第一、三、五、七层的绕组之间串联构成其中一个附加绕组AA’，第二、四、六、八层的绕组之间串联构成另一个附加绕组BB’，相邻两层之间的附加绕组交叉设置，达到相邻两层的两个附加绕组之间的距离最小化，相邻两层之间的附加绕组之间采用完全正对绕制，达到该两个附加绕组之间的正对面积最大化，使两个附加绕组之间的等效电感Lr’和等效电容Cr’能够替代谐振网络中分立的谐振电感Lr和谐振电容Cr使用，附加绕组AA’的A’端无电气连接，A端连接半桥LLC谐振变换器下MOS管的源极即中间抽头平面变压器的原边地端；附加绕组BB’的B’端无电气连接，B端...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱钦松，田豪傑，朱俊杰，刘琦，孙伟锋，陆生礼，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32