[發明專利]一種基于漏感控制的矩陣變壓器

在審

• 申請號: 202111146446.1
• 申請日: 2021-09-28
• 公開（公告）號: CN113871156A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 王議鋒;陳晨;陳博;陳夢穎;張明智;王浩
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01F27/24
• 分類號: H01F27/24;H01F27/30;H01F27/28
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發明公開了一種基于漏感控制的矩陣變壓器，包括磁芯及周邊排布的繞組，所述磁芯(7)進一步包括四個中柱(1)和四個邊柱(2)構成的磁柱，所述繞組進一步包括原邊繞組和副邊繞組；其中：每個中柱(1)和每個邊柱(2)中周邊排布有原邊繞組和副邊繞組，構成變壓器；在每個所述中柱(1)中，中柱副邊繞組(5)對應產生的磁通比中柱原邊繞組(3)對應產生的磁通少；在每個所述邊柱(2)中，邊柱副邊繞組(6)對應產生的磁通也比邊柱原邊繞組(4)對應產生的磁通多，所述中柱(1)與所述邊柱(2)之間均存在氣隙(8)；所述磁柱的截面積和所述副邊繞組與原邊繞組的距離決定矩陣變壓器漏感的大小。與現有技術相比，本發明解決了矩陣變壓器漏感不可控的問題。

技術領域

本發明涉及DC-DC變換、諧振變換器領域，特別是涉及一種矩陣變壓器的漏感控制方法。

背景技術

隨著開關電源朝著小型化、輕量化發展，作為核心器件之一的變壓器的改良對變換器整體效率的提升至關重要，其中包括采用矩陣變壓器和PCB繞組這一對變壓器改良的最佳方案。與普通變壓器相比，矩陣變壓器的體積和磁密更小，能夠有效地提高變換器的功率密度、減少磁芯損耗，因此被廣泛應用于DC-DC變換場合。但是對于諧振型變換器LLC來說，矩陣變壓器提供的漏感非常小且不可控，導致電感比非常小，不能滿足諧振變換器對調壓的需求，因此，通常需要在諧振腔額外串接電感，這不僅增加了磁芯元件的數量和體積，而且限制了諧振變換器發揮良好的磁集成特性。

由于采用印制在PCB板上的銅箔作為變壓器繞組，繞組的間距很小，原副邊繞組的耦合程度很高，矩陣變壓器的漏感通常很小。因此，為了獲得足夠量級的漏感，首先要降低原副邊繞組的耦合程度，常見的方法有增加原副邊距離、磁柱不均分繞組等。。

發明內容

針對矩陣變壓器漏感不可控的問題，本發明提出了一種矩陣變壓器，通過改善磁柱截面積控制磁阻的方案，利用原副邊繞組磁柱截面積的差異制造可控的漏感，以滿足LLC變換器調壓時對電感比的要求。

本發明利用以下技術方案實現：

一種矩陣變壓器，包括磁芯及周邊排布的繞組，所述磁芯7進一步包括共有四個中柱1和四個邊柱2構成的磁柱，所述繞組進一步包括原邊繞組和副邊繞組，每個中柱1 和每個邊柱2中周邊排布有原邊繞組和副邊繞組，構成變壓器；其中：

在每個所述中柱1中，中柱原邊繞組3被布置在兩側，對應的磁柱截面積保持不變，中柱原邊繞組3產生的磁通是固定的；中柱副邊繞組5共有四層，被置于中柱原邊繞組 3的中間位置，中柱副邊繞組5對應的截面積比中柱原邊繞組3對應的截面積缺少寬度 w₁×高度h₁的部分面積，中柱副邊繞組5對應產生的磁通也比中柱原邊繞組3對應產生的磁通少；

在每個所述邊柱2中，分別包括邊柱原邊繞組4以及設置于邊柱副邊繞組6，邊柱副邊繞組6共有四層，被置于中柱原邊繞組3的中間位置，邊柱副邊繞組6對應的截面積與邊柱原邊繞組4對應的截面積相比，存在凸出部分面積，邊柱副邊繞組6對應產生的磁通也比邊柱原邊繞組4對應產生的磁通多；

所述中柱1與所述邊柱2之間均存在氣隙8；

所述磁柱的截面積和所述副邊繞組與原邊繞組的距離決定矩陣變壓器漏感的大小。

與現有技術相比，本發明能夠達成以下的有益技術效果：

本發明在四柱矩陣變壓器的基礎上改良了磁芯的結構，解決了矩陣變壓器漏感不可控的問題；并且解決了LLC諧振變換器在采用矩陣變壓器時因漏感不足而需要外接分立磁件導致的體積增大和效率損失問題。

附圖說明

圖1為本發明的一種基于漏感控制的矩陣變壓器立體結構示意圖；

圖2為本發明的一種基于漏感控制的矩陣變壓器結構俯視圖示意圖；

圖3為本發明的一種基于漏感控制的矩陣變壓器結構A-A’向剖面圖；