一种磁芯结构及包含该结构的变压器制造技术

本发明专利技术提供一种磁芯结构及包含该结构的变压器，所述的磁芯结构包括形状相同顶盖和底盖，其特征在于：底盖上设置有n个原边磁柱、m个副边磁柱和p个漏感磁柱，n、m和P为正整数且至少有一项大于1；原边磁柱绕制原边绕组，副边磁柱绕制副边绕组，漏感磁柱不绕制绕组；原边磁柱、副边磁柱和漏感磁柱沿与底盖平行的对称轴对称排布，对称轴各侧的磁柱满足：任一原边磁柱几何中心到相邻漏感磁柱几何中心的距离≤任一漏感磁柱几何中心到相邻副边磁柱几何中心的距离，任一原边磁柱几何中心到相邻副边磁柱几何中心的距离≤任一漏感磁柱几何中心到相邻副边磁柱几何中心的距离，应用该磁芯结构的变压器能通过降低原副边的耦合来增大漏感的感量。的感量。的感量。

【技术实现步骤摘要】
一种磁芯结构及包含该结构的变压器


[0001]本专利技术涉及开关电源变压器，尤其涉及磁集成平面变压器。

技术介绍

[0002]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
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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。
[0003]目前常用的变压器原副边绕组均绕制在中柱上。针对原副边的匝比进行计算会出现分数匝的情况，设计者将原边或者副边的圈数采用近似取整的方法使得原副边圈数均为整数，近似取整的方法将导致变压器绕组的铜损增大或者减小，相应变压器的铁损减小或者增大，与初始设计存在一定的偏差，使得磁芯的利用率无法达成理想的效果。或采用原边与副边均采用倍数的方法得出整数匝比，此方法使得原副边的匝数较多，在变压器绕组的铜损增大，磁芯的铁损降低。由于原副边绕制在同一根磁柱无法实现分数匝的效果，使得磁芯利用率降低，无法进一步降低变压器上的损耗，且难以实现平面化。
[0004]随着技术的发展，对于效率和体积的要求越来越高，LLC谐振变换器自从被发现后应用越来越广泛，LLC谐振变换器在谐振点可实现较高的效率。然而LLC谐振变换器相比于其他拓扑，需同时设计谐振电感和主变压器，对于谐振电感和主变压器的设计亦不相同，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极大减小。LLC谐振变换器采用谐振电感和主变压器在PCB布局中占有较大体积的缺点，使得LLC谐振变换器难以小型化来满足越来越高的功率密度的要求。
[0005]在LLC谐振变换器应用于AC
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DC场合，现有技术出现了采用绕线变压器漏感作为谐振电感，通过调整原副边的距离来调整漏感的感量，满足谐振电感感量的要求，从而解决上述技术问题。然而将此方式应用于平面变压器时，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将不再增大，导致无法满足谐振电感的感量要求，故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，同样存在LLC谐振变换器无法满足高功率密度要求的问题。
[0006]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满足一定关系的情况下可实现谐振电感与主变压器的磁集成，且谐振电感与主变压器磁解耦，通过磁解耦的方式可将谐振电感与主变压器进行磁集成。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，同样使得LLC谐振
变换器无法进一步提高减小体积，提高功率密度。
[0007]此外，磁解耦集成变压器虽然可将谐振电感与主变压器进行磁集成，然而需同时在中柱和边柱上开气隙才能满足谐振参数的要求，对工艺的要求也较高，同时由于结构不稳定，使得磁解耦的结构存在难以批量生产的缺点。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术解决的技术问题是克服现有技术的不足，提出一种磁芯结构及包含该结构的变压器，该变压器相比于传统方案，既可实现谐振电感与主变压器的磁集成，又可实现分数匝的效果，原副边圈数有所降低，同时该变压器将原边磁柱放置在副边磁柱和漏感磁柱之间可保证磁芯的磁通密度分布均匀，相比于传统磁芯，可实现更薄的效果。并且可通过调节漏感磁柱的气隙来调整谐振电感的感量，通过调节副边磁柱的气隙来调整励磁电感的感量来满足LLC的谐振参数要求，集成变压器的体积相比于分立变压器的体积有所降低，有利于提高功率密度以及降低成本。
[0009]本专利技术的构思之一为，常规情况下，变压器的原副边同时绕制于中柱、原副边平行放置，耦合较为良好，漏感可控制在5％以内，但无法满足LLC谐振变换器的谐振电感感量的要求。本专利技术将原副边绕组分别绕制在不同的磁柱上，通过调节副边磁柱和漏感磁柱的磁阻来调节副边磁柱和漏感磁柱的磁通量。根据磁路
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电路等效变换可知，可以通过调节漏感磁柱的气隙来调整谐振电感感量，通过调整副边磁柱的感量来调整LLC电路中的励磁电感的感量，利用此技术可将LLC谐振变换器的谐振电感与主变压器磁集成，从而提高功率密度。
[0010]本专利技术的构思之二为，常规情况下，变压器的原副边均绕制于中柱，仅可绕制整数倍的匝比，无法满足变压器的分数匝要求。本专利技术将原边绕组绕制在原边磁柱上，副边绕组绕制在副边磁柱上，漏感磁柱无绕线，将原边磁柱拆分为多个磁柱后，通过绕组串并联即可实现分数匝的效果，并且原副边的圈数有所降低。
[0011]本专利技术的构思之三为，根据磁通连续性可知，现有技术的磁柱排布副边磁柱的磁通量之和等于原边磁柱的磁通量，顶盖或底盖的厚度较厚。本专利技术通过改进磁柱排布，使得在谐振电感与主变压器磁集成的情况下，顶盖或底盖不会出现副边磁柱的磁通量和漏感磁柱的磁通量在顶盖或底盖出现叠加的现象，且原边磁柱存在n个磁柱，流过顶盖或底盖的磁通量被均分为n份，从而有利于降低顶盖或底盖的厚度，使得集成变压器更薄，可满足小型化的要求。
[0012]基于上述专利技术构思，本申请提供的磁芯结构技术方案如下：
[0013]一种磁芯结构，包括顶盖和底盖，顶盖和底盖的形状相同，其特征在于：
[0014]底盖上设置有n个原边磁柱、m个副边磁柱和p个漏感磁柱，n、m和P为正整数且至少有一项大于1；
[0015]各原边磁柱用于绕制各对应的原边绕组，各副边磁柱用于绕制各对应的副边绕组，漏感磁柱不绕制绕组；
[0016]各原边磁柱、各副边磁柱和各漏感磁柱沿与底盖平行的对称轴对称排布，对称轴各侧的磁柱满足：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。
[0017]优选地，n≥2。
[0018]优选地，顶盖和底盖的形状为长方形，n＝2、m＝2、p＝1，各原边磁柱、各副边磁柱和漏感磁柱与底盖的两条对边平行设置，且漏感磁柱居中，对称轴各侧的原边磁柱位于漏感磁柱和该侧的副边磁柱之间。
[0019]优选地，顶盖和底盖的形状为长方形，n＝2、m＝1、p＝2，各原边磁柱、副边磁柱和各漏感磁柱与底盖的两条对边平行设置，且副边磁柱居中，对称轴各侧的原边磁柱位于副边磁柱和该侧的漏感磁柱之间。
[0020]进一步地，各副边磁柱和各本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁芯结构，包括顶盖和底盖，顶盖和底盖的形状相同，其特征在于：底盖上设置有n个原边磁柱、m个副边磁柱和p个漏感磁柱，n、m和P为正整数且至少有一项大于1；各原边磁柱用于绕制各对应的原边绕组，各副边磁柱用于绕制各对应的副边绕组，漏感磁柱不绕制绕组；各原边磁柱、各副边磁柱和各漏感磁柱沿与底盖平行的对称轴对称排布，对称轴各侧的磁柱满足：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。2.根据权利要求1所述的磁芯结构，其特征在于：n≥2。3.根据权利要求1所述的磁芯结构，其特征在于：顶盖和底盖的形状为长方形，n＝2、m＝2、p＝1，各原边磁柱、各副边磁柱和漏感磁柱与底盖的两条对边平行设置，且漏感磁柱居中，对称轴各侧的原边磁柱位于漏感磁柱和该侧的副边磁柱之间。4.根据权利要求1所述的磁芯结构，其特征在于：顶盖和底盖的形状为长方形，n＝2、m＝1、p＝2，各原边磁柱、副边磁柱和各漏感磁柱与底盖的两条对边平行设置，且副边磁柱居中，对称轴各侧的原边磁柱位于副边磁柱和该侧的漏感磁柱之间。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClH零一F二七二六，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：