CN107895636A - 一种可调漏感的i型半匝绕组的平面变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可调漏感的I型半匝绕组的平面变压器，包括E型磁芯，I型磁芯，原边绕组，副边绕组W1~W4，整流管D1‑D4以及滤波电容C1~C4；所述原边绕组绕制在E型磁芯的边柱和中柱上，副边绕组的四个I型绕组两两分别叠放于两个窗口之中；每个I型绕组均为一端经整流管接地，一端经滤波电容接地，或者每个I型绕组均为一端经整流管接输出，一端经滤波电容接输出；E型磁芯和I型磁芯扣合；其中，同一窗口中的两个I型绕组，经电容接地的端口和经整流管接地的端口位于同侧。本发明使得副边绕组可以等效为0.5匝，因而可以使得原边的匝数变为一匝副边时的一半，大大降低了变压器的绕组体积和加工难度，提高了功率密度。

Description

一种可调漏感的I型半匝绕组的平面变压器
技术领域
本发明涉及一种可调漏感的I型半匝绕组的平面变压器，属于电磁技术领域。
背景技术
平面变压器由于其体积较小，常用于对功率密度要求较高的应用场合。其中LLC谐振变换器由于其能较容易的实现软开关，较高的效率和功率密度而广泛应用于高端电源和母线转换器中。
LLC谐振变换器一般包括前级全桥/半桥逆变电路，谐振电容，谐振电感，变压器和次级整流滤波电路。LLC谐振变换器常用于400V转12V等大电压变比的应用场合，因此其变压器变比可以达到16或者更高。
对于LLC谐振变换器等拓扑，为了减小其体积，其变压器一般采用平面变压器结构，而平面变压器的窗口面积比较小。对于高变比的变压器，由于常规绕法副边最低为一匝，因此对于一个变比为16的变压器其原边匝数最低为16匝。原边匝数过高可能导致变压器的窗口面积不足无法绕组高边比变压器，或者影响副边绕组空间使得无法使用较大截面的副边绕组而使得变压器容量受到限制。
发明内容
本发明提供了一种可调漏感的I型半匝绕组的平面变压器，以用于解决应用于LLC谐振变换器等场合的大变比平面变压器原边绕组匝数过多窗口面积不足的问题。
本发明的技术方案是：一种可调漏感的I型半匝绕组的平面变压器，包括E型磁芯，I型磁芯，原边绕组，副边绕组W1~W4，整流管D1-D4以及滤波电容C1~C4；
所述原边绕组绕制在E型磁芯的边柱和中柱上，副边绕组的四个I型绕组两两分别叠放于两个窗口之中；每个I型绕组均为一端经整流管接地，一端经滤波电容接地，或者每个I型绕组均为一端经整流管接输出，一端经滤波电容接输出；E型磁芯和I型磁芯扣合；其中，同一窗口中的两个I型绕组，经电容接地的端口和经整流管接地的端口位于同侧。
所述每个I型绕组均为一端经整流管接地，一端经滤波电容接地，具体为：
副边绕组中W1上端口经电容C1接地，下端口经整流管D3接地；副边绕组中W2上端口经整流管D1接地，下端口经电容C3接地；副边绕组中W3上端口经电容C2接地，下端口经整流管D4接地；副边绕组中W4上端口经整流管D1接地，下端口经电容C4接地；其中W1W3上端口和W2W4下端口并联作为正极输出。
所述每个I型绕组均为一端经整流管接输出，一端经滤波电容接输出，具体为：
副边绕组中W1上端口经电容C1接输出端，下端口经整流管D3接输出端；副边绕组中W2上端口经整流管D1接输出端，下端口经电容C3接输出端；副边绕组中W3上端口经电容C2接输出端，下端口经整流管D4接输出端；副边绕组中W4上端口经整流管D1接输出端，下端口经电容C4接输出端；其中W1W3上端口和W2W4下端口并联接地。
所述E型磁芯包括边柱M1、M3，中柱M2；原边绕组绕制在E型磁芯的边柱M1、M3和中柱M2之上，改变边柱、中柱上绕组匝数分布以调节漏感大小；边柱上绕线方向与中柱绕线方向相反，两个边柱绕线方向相同。
所述改变边柱、中柱上绕组匝数分布以调节漏感大小具体为：增加一匝中柱绕组，对应减少两个边柱绕组各一匝，能保证励磁电感不变同时降低漏感；增加两个边柱绕组各一匝，对应减少中柱绕组一匝，能保证励磁电感不变的同时增大漏感。
所述整流管为二极管或者可控器件。
本发明的有益效果是：
采用标准磁芯，无需定值即可实现更高的变比，降低了高变比平面变压器的绕组加工难度；匝数减小使得可以使用更大截面的绕组从而提高了绕组的载流量；相对于其他半匝变压器，本发明结构对称，各半绕组交替工作形成一个完整环路，不存在偏磁问题；出线简单，可以很容易地和电路部分的整流滤波电路连接；使得副边绕组可以等效为0.5匝，因而可以使得原边的匝数变为一匝副边时的一半，大大降低了变压器的绕组体积和加工难度，提高了功率密度。
附图说明
图1为本发明副边结构示意图；
图2为本发明原边结构示意图；
图3为实施例1结构示意图；
图4为实施例2结构示意图。
具体实施方式
实施例1：如图1-3所示，一种可调漏感的I型半匝绕组的平面变压器，包括E型磁芯，I型磁芯，原边绕组，副边绕组W1~W4，整流管D1-D4以及滤波电容C1~C4；
所述原边绕组绕制在E型磁芯的边柱和中柱上，副边绕组的四个I型绕组两两分别叠放于两个窗口之中（W1、W2叠放于边柱M1和中柱M2之间，W3、W4叠放于M2和M3之间；叠放可以为上下叠放，也可以并列叠放，如图3中展示的并列叠放；针对上下叠放W1和W2上下重叠，W3和W4上下重叠，所以图中没有展示）；每个I型绕组均为一端经整流管接地，一端经滤波电容接地；其中，同一窗口中的两个I型绕组，经电容接地的端口和经整流管接地的端口位于同侧。
进一步地，可以设置所述每个I型绕组均为一端经整流管接地，一端经滤波电容接地，具体如图3所示为：
副边绕组中W1上端口经电容C1接地，下端口经整流管D3接地；副边绕组中W2上端口经整流管D1接地，下端口经电容C3接地；副边绕组中W3上端口经电容C2接地，下端口经整流管D4接地；副边绕组中W4上端口经整流管D1接地，下端口经电容C4接地；其中W1W3上端口和W2W4下端口并联作为正极输出。
所述E型磁芯包括边柱M1、M3，中柱M2；原边绕组绕制在E型磁芯的边柱M1、M3和中柱M2之上，改变边柱、中柱上绕组匝数分布以调节漏感大小；边柱上绕线方向与中柱绕线方向相反，两个边柱绕线方向相同（图2中，两个边柱上绕线方向为顺时针，中柱绕线方向为逆时针）。
进一步地，可以设置所述改变边柱、中柱上绕组匝数分布以调节漏感大小具体为：增加一匝中柱绕组，对应减少两个边柱绕组各一匝，能保证励磁电感不变同时降低漏感；增加两个边柱绕组各一匝，对应减少中柱绕组一匝，能保证励磁电感不变的同时增大漏感。
进一步地，设置所述整流管为MOS管可控器件（如图3所示）。
实施例2：如图1-2及图4所示，一种可调漏感的I型半匝绕组的平面变压器，包括E型磁芯，I型磁芯，原边绕组，副边绕组W1~W4，整流管D1-D4以及滤波电容C1~C4；
所述原边绕组绕制在E型磁芯的边柱和中柱上，副边绕组的四个I型绕组两两分别叠放于两个窗口之中；每个I型绕组均为一端经整流管接输出，一端经滤波电容接输出；E型磁芯和I型磁芯扣合；其中，同一窗口中的两个I型绕组，经电容接地的端口和经整流管接地的端口位于同侧。
进一步地，可以设置所述每个I型绕组均为一端经整流管接输出，一端经滤波电容接输出，具体如图4所示为：
副边绕组中W1上端口经电容C1接输出端，下端口经整流管D3接输出端；副边绕组中W2上端口经整流管D1接输出端，下端口经电容C3接输出端；副边绕组中W3上端口经电容C2接输出端，下端口经整流管D4接输出端；副边绕组中W4上端口经整流管D1接输出端，下端口经电容C4接输出端；其中W1W3上端口和W2W4下端口并联接地。
所述E型磁芯包括边柱M1、M3，中柱M2；原边绕组绕制在E型磁芯的边柱M1、M3和中柱M2之上，改变边柱、中柱上绕组匝数分布以调节漏感大小；边柱上绕线方向与中柱绕线方向相反，两个边柱绕线方向相同。
进一步地，可以设置所述改变边柱、中柱上绕组匝数分布以调节漏感大小具体为：增加一匝中柱绕组，对应减少两个边柱绕组各一匝，能保证励磁电感不变同时降低漏感；增加两个边柱绕组各一匝，对应减少中柱绕组一匝，能保证励磁电感不变的同时增大漏感。
所述整流管为二极管（如图4所示）。
本发明的工作原理为：
如图1所示，W1W3上端口和W2W4下端口并联作为正极输出时，原理原如下：
对于可调漏感的原边绕组结构：
原边绕组同时绕制在边柱和中柱上，分别考虑边柱上的绕组和中柱上的绕组对于漏感的贡献。对于边柱上的绕柱，由于其磁力线有相对较多的部分通过外围的空气闭合，因而产生的漏磁较多，对原边绕组的漏感贡献较大。而对于中柱上的绕组，由于其被两个边柱包围，其磁力线大部分通过磁芯闭合，因而产生的漏磁比较小，对原边绕组的漏感贡献较小。因此，当我们改变中柱和边柱的匝数分布时即可以调整原边绕组的总漏感。同时需要注意的是，每一匝中柱上的绕组产生的磁力线等同于两个边柱各绕一匝产生的磁力线。
对于半匝副边绕组结构：
工作时，原边绕组通入交变电流，在磁芯中产生交变的磁通，副边感应产生电流来抵消原边电流产生的磁通。假设原边通入为正弦交变电流。
假设在正半周期，磁柱M2中的磁力线方向垂直纸面向外且强度逐渐增大，则为了抵消此磁通的增加，将会在W1-W4组成的绕组中有形成顺时针的电流的趋势，但由于对于顺时针的电流，整流管D2,D3处于截止状态，因而仅有W1W4有电流通过，此时W1上端口和W4下端口电压为正，并联作为输出。
则在负半周期时，磁柱M2中的磁力线方向垂直纸面向内且强度逐渐增大，则为了抵消此磁通的增加，将会在W1~W4组成的绕组中有形成逆时针的电流的趋势，但由于整流管D1D4处于截止状态，因而仅有W2W3中有电流通过，此时W2下端口和W3上端口电压为正，并联作为输出。
由上述分析可以看出，在一个完整的周期内，四个绕组交替导通，始终保证了W1上端口，W4下端口，W2下端口和W3上端口并联的输出端电压为正。同时在各半个周期内，输出电压为两个半匝的线圈并联输出，因此抽头的实际电压为半匝线圈所感应得到的电压，因此实现了半匝线圈的结构。
如图4所示，W1W3上端口和W2W4下端口并联作为地时，原理原如下：
对于可调漏感的原边绕组结构：
原边绕组同时绕制在边柱和中柱上，分别考虑边柱上的绕组和中柱上的绕组对于漏感的贡献。对于边柱上的绕柱，由于其磁力线有相对较多的部分通过外围的空气闭合，因而产生的漏磁较多，对原边绕组的漏感贡献较大。而对于中柱上的绕组，由于其被两个边柱包围，其磁力线大部分通过磁芯闭合，因而产生的漏磁比较小，对原边绕组的漏感贡献较小。因此，当我们改变中柱和边柱的匝数分布时即可以调整原边绕组的总漏感。同时需要注意的是，每一匝中柱上的绕组产生的磁力线等同于两个边柱各绕一匝产生的磁力线。
对于半匝副边绕组结构：
工作时，原边绕组通入交变电流，在磁芯中产生交变的磁通，副边感应产生电流来抵消原边电流产生的磁通。假设原边通入为正弦交变电流。
假设在正半周期，磁柱M2中的磁力线方向垂直纸面向外且强度逐渐增大，则为了抵消此磁通的增加，将会在W1~W4组成的绕组中有形成顺时针的电流的趋势，但由于对于顺时针的电流，整流管D1,D4处于截止状态，因而仅有W2W3有电流通过，此时W2上端口和W3下端口为高电位，经整流管并联作为输出。
则在负半周期时，磁柱M2中的磁力线方向垂直纸面向内且强度逐渐增大，则为了抵消此磁通的增加，将会在W1~W4组成的绕组中有形成逆时针的电流的趋势，但由于整流管D2D3处于截止状态，因而仅有W1W4中有电流通过，此时W1下端口和W4上端口为高电位，经整流管并联作为输出。
由上述分析可以看出，在一个完整的周期内，四个绕组交替导通，始终保证了W1下端口，W4上端口，W2上端口和W3下端口为高电位，经整流管后并联可作为正极输出。同时在各半个周期内，输出电压为两个半匝的线圈并联输出，因此抽头的实际电压为半匝线圈所感应得到的电压，因此实现了半匝线圈的结构。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种可调漏感的I型半匝绕组的平面变压器，其特征在于：包括E型磁芯，I型磁芯，原边绕组，副边绕组W1~W4，整流管D1-D4以及滤波电容C1~C4；
所述原边绕组绕制在E型磁芯的边柱和中柱上，副边绕组的四个I型绕组两两分别叠放于两个窗口之中；每个I型绕组均为一端经整流管接地，一端经滤波电容接地，或者每个I型绕组均为一端经整流管接输出，一端经滤波电容接输出；E型磁芯和I型磁芯扣合；其中，同一窗口中的两个I型绕组，经电容接地的端口和经整流管接地的端口位于同侧。
2.根据权利要求1所述的可调漏感的I型半匝绕组的平面变压器，其特征在于：所述每个I型绕组均为一端经整流管接地，一端经滤波电容接地，具体为：
副边绕组中W1上端口经电容C1接地，下端口经整流管D3接地；副边绕组中W2上端口经整流管D1接地，下端口经电容C3接地；副边绕组中W3上端口经电容C2接地，下端口经整流管D4接地；副边绕组中W4上端口经整流管D1接地，下端口经电容C4接地；其中W1、W3上端口和W2、W4下端口并联作为正极输出。
3.根据权利要求1所述的可调漏感的I型半匝绕组的平面变压器，其特征在于：所述每个I型绕组均为一端经整流管接输出，一端经滤波电容接输出，具体为：
副边绕组中W1上端口经电容C1接输出端，下端口经整流管D3接输出端；副边绕组中W2上端口经整流管D1接输出端，下端口经电容C3接输出端；副边绕组中W3上端口经电容C2接输出端，下端口经整流管D4接输出端；副边绕组中W4上端口经整流管D1接输出端，下端口经电容C4接输出端；其中W1、W3上端口和W2、W4下端口并联接地。
4.根据权利要求1所述的可调漏感的I型半匝绕组的平面变压器，其特征在于：所述E型磁芯包括边柱M1、M3，中柱M2；原边绕组绕制在E型磁芯的边柱M1、M3和中柱M2之上，改变边柱、中柱上绕组匝数分布以调节漏感大小；边柱上绕线方向与中柱绕线方向相反，两个边柱绕线方向相同。
5.根据权利要求4所述的可调漏感的I型半匝绕组的平面变压器，其特征在于：所述改变边柱、中柱上绕组匝数分布以调节漏感大小具体为：增加一匝中柱绕组，对应减少两个边柱绕组各一匝，能保证励磁电感不变同时降低漏感；增加两个边柱绕组各一匝，对应减少中柱绕组一匝，能保证励磁电感不变的同时增大漏感。
6.根据权利要求1所述的可调漏感的I型半匝绕组的平面变压器，其特征在于：所述整流管为二极管或者可控器件。
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