前言
CLLC變換器結(jié)構(gòu)對稱，具有軟開關、高效率等優(yōu)點。隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，對變換器的性能和功率密度提出了更高的要求。如今儲能得到了飛速發(fā)展，無論是大型集中儲能、工商業(yè)分布式儲能或是日常所見的小型儲能逆變器，各式各樣的應用場景使得儲能在我們生活中無處不在。說回LLC變換器，隨著功率密度的提升，變換器的頻率和體積在不斷的被壓縮。為了實現(xiàn)高的功率密度，諧振頻率被提到了兆赫茲，隨著帶來了新的問題，如驅(qū)動串擾問題、寄生參數(shù)對諧振的影響、死區(qū)時間對效率的影響及磁性器件設計等一些列問題都值得被研究。近年來行業(yè)內(nèi)對LLC的研究和應用非常多，現(xiàn)在可以說做變換器的沒有不知道LLC這個拓撲，但對這個拓撲完全吃透的應該有限。之前學習的時候閱讀了一篇關于CLLC變壓器分段氣隙的平面變壓器設計方法非常實用，文章從磁場分布、磁芯損耗和繞組損耗等方面對變壓器的設計進行講述，并研制了實驗樣機對設計方法進行驗證，證明了分段氣隙設計的優(yōu)點。
目錄
1 概述
2 一種分段氣隙的CLLC平面變壓器設計
3 實驗驗證
4 參考文獻
1 概述
學者們從LLC拓撲原理、新型器件、改進拓撲、先進調(diào)制方法、諧振參數(shù)優(yōu)化方法、磁性器件設計方法、應用場景等方法對變換器進行了研究，由于天然的ZVS和ZCS備受行業(yè)和學者的青睞。就磁性器件方面，傳統(tǒng)的磁性器件設計方法不能再滿足對功率密度和性能的需求，適用于高頻的平面變壓器隨著出現(xiàn)，為提高功率密度提供一種路徑，采用磁集成方法，對1MHz雙向CLLC變換器的變壓器進行研究、設計與測試，通過優(yōu)化PCB繞線方法、進行仿真優(yōu)化，提出了一種分段氣隙的變壓器結(jié)構(gòu)，通過Maxwell瞬態(tài)場、渦流場求解器仿真，驗證理論設計的正確性，為變壓器制作提供理論依據(jù)。文中基于圖1電路拓撲研究了平面變壓器的設計與實現(xiàn)方法。
2 一種分段氣隙的CLLC平面變壓器設計與實現(xiàn)
圖1中拓撲變壓器副邊三繞組并聯(lián)，實際上等效為三個變壓器，變壓器的制作方法有兩種，一是采用分立磁芯，二是采用一只磁芯，前者不利于功率密度的提升，同時寄生參數(shù)和成本較高。為了保證變換器的性能，因此采用平面變壓器，將在一個磁性上實現(xiàn)磁集成。
軟磁鐵氧體的平面磁芯傳輸功率滿足：
根據(jù)上式分析選擇PF值較高的材料，更有利于高頻應用中變壓器的設計，常見的幾種軟磁鐵氧體材料的PF曲線見圖2。
平面變壓器的關鍵在于磁路的設計，通常EE型磁芯應用最為常見，作者在文章中采用EE型磁芯進行變壓器的設計。傳統(tǒng)的變壓器采用分立磁芯設計，其優(yōu)化空間有限。該文章提出了集成磁芯的設計思路，繞組設計見圖3。
最終設計的變壓器結(jié)構(gòu)如圖4所示。
并采用Maxwell對所設計的變壓器進行了仿真，仿真結(jié)果達到了預期設計目標。
文中對單一氣隙進行了實驗測試，結(jié)果見第3部分，實現(xiàn)結(jié)果并未達到預期目的，于是采用分段氣隙法進行改進，如圖5所示。
3 實驗驗證
該文最后搭建了1MHz，高壓側(cè)400V，低壓側(cè)20V的400W實驗樣機，對額定工況下，雙向工作進行了測試，結(jié)果見圖6。
實驗結(jié)果表明降壓模式最大效率為94%+，反向升壓最大效率為92%+，功率密度為52.8W/in3。
由測試結(jié)果可以看出性能未達到預期目標，進行氣隙分段研究，分析可得，
磁芯中柱面積確定，磁路越長，邊緣效應越明顯。反之，磁芯外骨架一定，即磁路長度不變，則中柱越細，邊緣損耗越大；磁芯確定，邊緣磁通系數(shù)F隨氣隙長度lg的增大而增大；將其氣隙n等分，各自邊緣效應的影響加和是有可能小于單一氣隙影響的等。仿真證明了分段氣隙優(yōu)于單一氣隙。
該文對高頻變壓器的氣隙設計進行了研究，針對低壓側(cè)溫度不均的現(xiàn)象提出了分段氣隙的改進方法，給出了分析過程，變壓器的設計方法，并搭建了樣機進行驗證。結(jié)果表明設計方法改進了副邊輸出不均的問題。該文對高頻變壓器的設計具有很好的借鑒意義。
4 參考文獻
[1] 改進型分段氣隙的高頻平面變壓器研究_侯玉琦
往期筆記
文獻筆記1---“一種適用于半橋LLC的調(diào)幅調(diào)頻混合控制方法”
文獻筆記2---一種應用于SR-DAB的DPS-VF控制方法
文獻筆記5---基于無傳感器的Mhz高壓LLC變換器SR技術
文獻筆記7---全橋CLL諧振變換器諧振參數(shù)優(yōu)化方法
文獻筆記8---LLC變換器的平面磁設計與整體參數(shù)優(yōu)化
文獻筆記9---LLC-DCX變換器并機諧振網(wǎng)絡及均流優(yōu)化
文獻筆記11---半橋三電平LLC變換器諧振參數(shù)優(yōu)化
文獻筆記13---一種具有短路限制的GaN及驅(qū)動、保護的實現(xiàn)
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