前言
CLLC变换器结构对称，具有软开关、高效率等优点。随着现代技术的发展，对变换器的性能和功率密度提出了更高的要求。如今储能得到了飞速发展，无论是大型集中储能、工商业分布式储能或是日常所见的小型储能逆变器，各式各样的应用场景使得储能在我们生活中无处不在。说回LLC变换器，随着功率密度的提升，变换器的频率和体积在不断的被压缩。为了实现高的功率密度，谐振频率被提到了兆赫兹，随着带来了新的问题，如驱动串扰问题、寄生参数对谐振的影响、死区时间对效率的影响及磁性器件设计等一些列问题都值得被研究。近年来行业内对LLC的研究和应用非常多，现在可以说做变换器的没有不知道LLC这个拓扑，但对这个拓扑完全吃透的应该有限。之前学习的时候阅读了一篇关于CLLC变压器分段气隙的平面变压器设计方法非常实用，文章从磁场分布、磁芯损耗和绕组损耗等方面对变压器的设计进行讲述，并研制了实验样机对设计方法进行验证，证明了分段气隙设计的优点。目录
1 概述2 一种分段气隙的CLLC平面变压器设计3 实验验证4 参考文献1 概述
学者们从LLC拓扑原理、新型器件、改进拓扑、先进调制方法、谐振参数优化方法、磁性器件设计方法、应用场景等方法对变换器进行了研究，由于天然的ZVS和ZCS备受行业和学者的青睐。就磁性器件方面，传统的磁性器件设计方法不能再满足对功率密度和性能的需求，适用于高频的平面变压器随着出现，为提高功率密度提供一种路径，采用磁集成方法，对1MHz双向CLLC变换器的变压器进行研究、设计与测试，通过优化PCB绕线方法、进行仿真优化，提出了一种分段气隙的变压器结构，通过Maxwell瞬态场、涡流场求解器仿真，验证理论设计的正确性，为变压器制作提供理论依据。文中基于图1电路拓扑研究了平面变压器的设计与实现方法。
2 一种分段气隙的CLLC平面变压器设计
图1中拓扑变压器副边三绕组并联，实际上等效为三个变压器，变压器的制作方法有两种，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，同时寄生参数和成本较高。为了保证变换器的性能，因此采用平面变压器，将在一个磁性上实现磁集成。软磁铁氧体的平面磁芯传输功率满足：
根据上式分析选择PF值较高的材料，更有利于高频应用中变压器的设计，常见的几种软磁铁氧体材料的PF曲线见图2。
平面变压器的关键在于磁路的设计，通常EE型磁芯应用最为常见，作者在文章中采用EE型磁芯进行变压器的设计。传统的变压器采用分立磁芯设计，其优化空间有限。该文章提出了集成磁芯的设计思路，绕组设计见图3。
最终设计的变压器结构如图4所示。
通过Maxwell对所设计的变压器进行了仿真，仿真结果达到了预期设计目标。文中对单一气隙进行了实验测试，结果见第3部分，实现结果并未达到预期目的，于是采用分段气隙法进行改进，如图5所示。
3 实验验证
该文最后搭建了1MHz，高压侧400V，低压侧20V的400W实验样机，对额定工况下，双向工作进行了测试，结果见图6。
实验结果表明降压模式最大效率为94%+，反向升压最大效率为92%+，功率密度为52.8W/in3。由测试结果可以看出性能未达到预期目标，进行气隙分段研究，分析可得，磁芯中柱面积确定，磁路越长，边缘效应越明显。反之，磁芯外骨架一定，即磁路长度不变，则中柱越细，边缘损耗越大；磁芯确定，边缘磁通系数F随气隙长度lg的增大而增大；将其气隙n等分，各自边缘效应的影响加和是有可能小于单一气隙影响的等。仿真证明了分段气隙优于单一气隙。该文对高频变压器的气隙设计进行了研究，针对低压侧温度不均的现象提出了分段气隙的改进方法，给出了分析过程，变压器的设计方法，并搭建了样机进行验证。结果表明设计方法改进了副边输出不均的问题。该文对高频变压器的设计具有很好的借鉴意义。4 参考文献
[1] 改进型分段气隙的高频平面变压器研究_侯玉琦点击下方名片关注公众号
往期笔记
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