CN216749562U - 磁集成llc变压器 - Google Patents

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班鹏程
谢运祥
田年斌
汤波兵
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Abstract

本实用新型涉及一种磁集成LLC变压器，包括骨架、磁芯、初级绕组、次级绕组和隔离挡墙，骨架包括绕线架和沿绕线架一侧的两端向外延伸的引脚端，绕线架包括绕线柱和沿绕线柱两端向外延伸设置的隔板，隔板分别沿绕线柱两端向外延伸形成供磁芯容纳其中容置空间；绕线柱中间开设有磁芯孔，绕线柱与隔板形成用于收纳绕组线圈的绕线槽；初级绕组和次级绕组分别绕制在绕线槽中；隔离挡墙设置在初级绕组和次级绕组之间，用于避免初级绕组和次级绕组接触。该实用新型结构简单，设计合理，减少LLC变换器中磁性元件的数量，实现了电源的小型化设计。

Description

磁集成LLC变压器
技术领域
本实用新型涉及高频变压器领域，尤其涉及磁集成LLC变压器。
背景技术
在现有电源产品中，内部器件高度一般由最高的原件决定，例如变压器，电容器，电感器等。如果整个电源产品的高度不均匀，某一个或几个器件超高或者超低，都会对电源的整体空间利用率带来负面影响，增大电源产品的体积与高功率密度的市场趋势相违背。更高的高效率和小体积是开关电源设计的追求和趋势。高功率密度带来的一系列挑战，比如低温升，高转换效率，小体积，高开关频率带来的各种干扰等。
磁芯的材料和结构是影响磁芯性能的重要因素。当前，对于磁芯的研究大多集中于磁芯材料的改进与开发方面，磁芯骨架的结构是整个变压器设计中非常重要的技术特征之一。而且现有变压器中，变压器的定位安装较为麻烦，安装于线路板上的变压器容易出现松动、移位的情况。而且现有分立式变压器体积较大，不利于提高功率密度，磁性元件多，需要进行多余的磁设计过程。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种减小磁芯元件的整体尺寸，实现电源小型化设计的磁集成LLC变压器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种磁集成LLC 变压器，包括骨架、磁芯、初级绕组、次级绕组和隔离挡墙，
所述骨架包括绕线架和沿所述绕线架一侧的两端向外延伸的引脚端，所述绕线架包括绕线柱和沿所述绕线柱两端向外延伸设置的隔板，所述隔板分别沿所述绕线柱两端向外延伸形成供所述磁芯容纳其中容置空间；
所述绕线柱中间开设有磁芯孔，所述绕线柱与所述隔板形成用于收纳绕组线圈的绕线槽；所述初级绕组和次级绕组分别绕制在所述绕线槽中；
所述隔离挡墙设置在所述初级绕组和次级绕组之间，用于避免初级绕组和次级绕组接触；
所述磁集成LLC变压器的绕组结构为双绕组分布结构、次级绕组夹绕初级绕组结构或平面绕组结构，次级绕组结构为中心抽头结构。
优选地，所述磁集成LLC变压器的绕组结构为双绕组分布结构；
所述隔离挡墙将所述绕线槽分为初级绕线空间和次级绕线空间，所述初级绕组绕制于所述初级绕线空间中，所述次级绕组绕制于所述次级绕线空间中。
优选地，所述磁集成LLC变压器的绕组结构为次级绕组夹绕初级绕组结构，
所述隔离挡墙将所述绕线槽依次分为第一次级绕线空间、初级绕线空间和第二次级绕线空间，所述次级绕组包括第一次级绕组和第二次级绕组；所述第一次级绕组绕制于所述第一次级绕线空间中，所述初级绕组绕制于所述初级绕线空间中，所述第二次级绕组绕制于所述第二次级绕线空间中。
优选地，所述磁芯为罐型磁芯、E型磁芯、EC型磁芯、ETD型磁芯或PQ 型磁芯。
优选地，所述绕线柱两端的隔板长度大于所述绕线柱直径，所述隔板与所述绕线柱两端形成可供磁芯穿设其中的安装孔，用于限制所述磁芯位置；所述磁芯穿设于所述磁芯孔和安装孔并安装在所述容置空间中。
优选地，所述初级绕组的宽度dwp和所述次级绕组的宽度dws均为5毫米；所述隔离挡墙的宽度ds为4毫米；
优选地，所述初级绕组的宽度dwp为5毫米；所述次级绕组的第一次级绕组的宽度dws1和第二次级绕组的宽度dws2分别为2.5毫米；所述隔离挡墙的宽度ds为4毫米。
优选地，所述磁集成LLC变压器的绕组结构是由多层PCB绕组组成的平面绕组结构，所述磁芯为平面磁芯；
所述隔离挡墙将所述绕线槽依次分为初级绕线空间、隔离空间、次级绕线空间；所述初级绕组设置在所述初级绕线空间中，所述次级绕组设置在所述次级绕线空间中；所述隔离挡墙设置在所述隔离空间中。
优选地，所述初级绕组的宽度dwP和所述次级绕组的宽度dWS均为0.8毫米，所述隔离挡墙的宽度dS为7毫米。
优选地，所述初级绕组的线圈之间和/或所述次级绕组的线圈之间设置有绝缘件。
实施本实用新型具有以下有益效果：该实用新型结构简单，设计合理，提升了磁芯的使用效率，磁集成变压器绕组结构选取灵活，减少了磁性元件的数量，同时降低了磁芯占用变压器的空间面积，进而实现了减少了变换器的体积的目的，实现电源的小型化设计。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型的磁集成LLC变压器第一实施例的结构示意图；
图2是本实用新型的磁集成LLC变压器的等效模型原理图；
图3是本实用新型的磁集成LLC变压器第二实施例的结构示意图；
图4是本实用新型的磁集成LLC变压器第三实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。
还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。
第一实施例
如图1所示，在本实用新型的磁集成LLC变压器第一实施例中，包括骨架1、磁芯2、初级绕组3、次级绕组4和隔离挡墙，
骨架包括绕线架和沿绕线架一侧的两端向外延伸的引脚端，绕线架包括绕线柱和沿绕线柱两端向外延伸设置的隔板，隔板分别沿绕线柱两端向外延伸形成供磁芯容纳其中容置空间；
绕线柱中间开设有磁芯孔，绕线柱与隔板形成用于收纳绕组线圈的绕线槽；初级绕组和次级绕组分别绕制在绕线槽中；
隔离挡墙设置在初级绕组和次级绕组之间，用于避免初级绕组和次级绕组接触。
具体的，该磁集成LLC变压器的绕组结构为双绕组分布结构，次级绕组为中心抽头结构；
隔离挡墙5将绕线槽分为初级绕线空间和次级绕线空间，初级绕组3绕制于初级绕线空间中，次级绕组绕制于次级绕线空间中。
进一步地，磁芯2可以为罐型磁芯、E型磁芯、EC型磁芯、ETD型磁芯或PQ型磁芯。
在本实施例中，磁芯2具体型号为ETD29，骨架为7+7骨架；初级绕组匝数为28匝，次级绕组匝数为7匝；次级绕组结构为中心抽头；初级绕线采用多股线，具体为0.2mm*10股；次级绕线采用多股线，具体为0.2mm*20股；初级绕组宽度dWp为5mm；次级绕组宽度dwS为5mm；初次级绕组间距离即隔离挡墙宽度dS为4mm，绕组高度dH为6mm。可理解的，该初次级绕组间距离即隔离挡墙宽度ds可根据实际情况调整，以实现漏感可控，上述其余参数也可以根据实际情况相应调整。
绕线柱两端的隔板长度大于绕线柱直径，隔板与绕线柱两端形成可供磁芯穿设其中的安装孔，用于限制磁芯位置；磁芯同时穿设于磁芯孔和安装孔并安装在容置空间中。具体的，ETD型磁芯截面呈E型，其包括一中柱位于中间位置，在中柱的两侧分别设有第一侧柱和第二侧柱，在中柱的后侧设有后本体。该中柱穿设于该磁芯孔中，中柱的两侧的第一侧柱和第二侧柱分别通过安装孔置于绕线柱的两侧，后本体安装在开槽中。
进一步地，初级绕组的线圈之间和/或次级绕组的线圈之间设置有绝缘件。
进一步地，初级绕组由线圈与绝缘件叠合缠绕而成，次级绕组由线圈与绝缘件叠合缠绕而成。对于带有次级中心抽头的变压器，还需要考虑另一个重要方面：两个绕组需要彼此紧密耦合，以便在任一次级绕组短路时在初级侧测量的漏电感几乎是相同。事实上，在运行的每半周期内，谐振电容器会随着初级绕组和在次级侧传导电流的相应中心抽头绕组之间的漏电感而环回。为了在中心抽头绕组之间获得良好的耦合，最好将次级绕组并联绕制。
如图2所示，为磁集成LLC变压器等效模型，磁集成变压器电感参数：
谐振电感Lr＝105μH；电感比
Figure DEST_PATH_GDA0003613526910000051
变压器规格具体包括：
输入电压Vin_nom＝390V，输出电压Vo_nom＝48V，额定输出功率Pr＝192W，输出电流
Figure DEST_PATH_GDA0003613526910000052
期望效率η1＝92％。
变压器参数包括：变压器匝比n＝4，
初级端口电压Vp＝320V，
次级端口电压VS＝100V，
初级绕组额定电流Ipw＝2A，
次级绕组额定电流Isw＝4A。
本实施例变压器漏感可调整初次级绕组距离，漏感可控可计算，利用变压器漏感实现谐振电感的功能，与分立式磁元件的结构相比减小了磁芯元件的整体尺寸。
第二实施例
如图3所示，在本实用新型的磁集成LLC变压器第二实施例中，包括骨架1、磁芯2、初级绕组3、次级绕组4和隔离挡墙5，
骨架包括绕线架和沿绕线架一侧的两端向外延伸的引脚端，绕线架包括绕线柱和沿绕线柱两端向外延伸设置的隔板，隔板分别沿绕线柱两端向外延伸形成供磁芯容纳其中容置空间；
绕线柱中间开设有磁芯孔，绕线柱与隔板形成用于收纳绕组线圈的绕线槽；初级绕组和次级绕组分别绕制在绕线槽中；
隔离挡墙设置在初级绕组和次级绕组之间，用于避免初级绕组和次级绕组接触。
具体的，该磁集成LLC变压器的绕组结构为次级绕组夹绕初级绕组结构，次级绕组为中心抽头结构；
隔离挡墙5将绕线槽依次分为第一次级绕线空间、初级绕线空间和第二次级绕线空间，次级绕组4包括第一次级绕组41和第二次级绕组42；第一次级绕组41绕制于第一次级绕线空间中，初级绕组3绕制于初级绕线空间中，第二次级绕组42绕制于第二次级绕线空间中。即第一次级绕组41和第二次级绕组42分别设置在两侧最外层，初级绕组3设置在该两侧第一次级绕组41和第二次级绕组42之间，形成次级绕组夹绕初级绕组结构。
进一步地，磁芯2可以为罐型磁芯、E型磁芯、EC型磁芯、ETD型磁芯或PQ型磁芯。
在本实施例中，磁芯2具体型号为ETD34，骨架为7+7骨架；初级绕组匝数为28匝，次级绕组匝数为7匝；次级绕组结构为中心抽头；初级绕线采用多股线，具体为0.2mm*10股；次级绕线采用多股线，具体为0.2mm*20股；初级绕组宽度dWp为5mm；次级绕组的第一次级绕组41的宽度dws1为2.5mm，第二次级绕组42的宽度dws2分别为2.5mm，初次级绕组间距离即隔离挡墙宽度ds为4mm，绕组高度dH为6mm。可理解的，该初次级绕组间距离即隔离挡墙宽度ds可根据实际情况调整，以实现漏感可控，上述其余参数也可以根据实际情况相应调整。
绕线柱两端的隔板长度大于绕线柱直径，隔板与绕线柱两端形成可供磁芯穿设其中的安装孔，用于限制磁芯位置；磁芯同时穿设于磁芯孔和安装孔并安装在容置空间中。具体的，ETD型磁芯截面呈E型，其包括一中柱位于中间位置，在中柱的两侧分别设有第一侧柱和第二侧柱，在中柱的后侧设有后本体。该中柱穿设于该磁芯孔中，中柱的两侧的第一侧柱和第二侧柱分别通过安装孔置于绕线柱的两侧，后本体安装在开槽中。
进一步地，初级绕组的线圈之间和/或次级绕组的线圈之间设置有绝缘件。
进一步地，初级绕组由线圈与绝缘件叠合缠绕而成，次级绕组由线圈与绝缘件叠合缠绕而成。
本实施例变压器的结构保证了漏感更加均匀，变压器漏感可通过计算初次级绕组距离调整，实现漏感可控，磁集成变压器绕组结构选取灵活，磁集成结构同样减少了变换器的整体体积。
第三实施例
如图4所示，在本实用新型的磁集成LLC变压器第一实施例中，包括骨架1、磁芯2、初级绕组3、次级绕组4和隔离挡墙5，
骨架包括绕线架和沿绕线架一侧的两端向外延伸的引脚端，绕线架包括绕线柱和沿绕线柱两端向外延伸设置的隔板，隔板分别沿绕线柱两端向外延伸形成供磁芯容纳其中容置空间；
绕线柱中间开设有磁芯孔，绕线柱与隔板形成用于收纳绕组线圈的绕线槽；初级绕组和次级绕组分别绕制在绕线槽中；
隔离挡墙设置在初级绕组和次级绕组之间，用于避免初级绕组和次级绕组接触。
具体的，磁集成LLC变压器的绕组结构是由多层PCB绕组组成的平面绕组结构，磁芯为平面磁芯，且采用次级绕组夹绕初级绕组结构，次级绕组结构为中心抽头结构。绕组采用多层印刷电路板迭绕而成，绕组或铜片迭在平面的高频铁芯上构成变压器的磁回路。
隔离挡墙将绕线槽依次分为初级绕线空间、隔离空间、次级绕线空间；初级绕组设置在初级绕线空间中，次级绕组设置在次级绕线空间中；隔离挡墙设置在隔离空间中。
进一步地，磁芯2可以为小尺寸的平面磁芯为E型、RM型或环型铁氧体磁芯，通常是由高频功率铁氧体材料制成，在高频下有较低的磁芯损耗。
在本实施例中，磁芯2为平面磁芯；初级绕组3匝数为4匝，次级绕组匝数为2匝；次级绕组结构为中心抽头；初级绕线采用平面式PCB绕组，绕组各层厚度为2oz；次级绕线采用平面式PCB绕组，绕组各层厚度为2oz；初级绕组3宽度dwp为0.8mm；次级绕组宽度dws为0.8mm；初次级绕组间距离即隔离挡墙宽度ds为7mm；绕组高度dH为7mm。可理解的，该初次级绕组距离即隔离挡墙宽度ds可根据实际情况调整，以实现漏感可控，上述其余参数也可以根据实际情况相应调整。
进一步地，初级绕组的线圈之间和/或次级绕组的线圈之间设置有绝缘件。
进一步地，初级绕组由线圈与绝缘件叠合缠绕而成，次级绕组由线圈与绝缘件叠合缠绕而成。
本实施例变压器的平面绕组结构保证了漏感更加均匀，平面绕组结构使得漏感控制更为精确，变压器漏感可通过计算初次级绕组距离调整，实现漏感可控，磁集成结构同样减少了变换器的整体体积。绕线匝数大大少于传统的变压器，结构更紧凑，磁耦合大大优于传统的变压器，平面变压器的体积、重量大大降低，而效率更高。
以上三个实施例的变压器绕组结构和磁芯选择灵活，可以根据不同应用灵活选择和不同的磁芯和绕组结构，可实现输入电压400V至输出电压48V转换。
可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种磁集成LLC变压器，其特征在于，包括骨架、磁芯、初级绕组、次级绕组和隔离挡墙，
所述骨架包括绕线架和沿所述绕线架一侧的两端向外延伸的引脚端，所述绕线架包括绕线柱和沿所述绕线柱两端向外延伸设置的隔板，所述隔板分别沿所述绕线柱两端向外延伸形成供所述磁芯容纳其中容置空间；
所述绕线柱中间开设有磁芯孔，所述绕线柱与所述隔板形成用于收纳绕组线圈的绕线槽；所述初级绕组和次级绕组分别绕制在所述绕线槽中；
所述隔离挡墙设置在所述初级绕组和次级绕组之间，用于避免初级绕组和次级绕组接触；
所述磁集成LLC变压器的绕组结构为双绕组分布结构、次级绕组夹绕初级绕组结构或平面绕组结构，次级绕组结构为中心抽头结构。
2.根据权利要求1所述的磁集成LLC变压器，其特征在于，所述磁集成LLC变压器的绕组结构为双绕组分布结构；
所述隔离挡墙将所述绕线槽分为初级绕线空间和次级绕线空间，所述初级绕组绕制于所述初级绕线空间中，所述次级绕组绕制于所述次级绕线空间中。
3.根据权利要求1所述的磁集成LLC变压器，其特征在于，所述磁集成LLC变压器的绕组结构为次级绕组夹绕初级绕组结构，
所述隔离挡墙将所述绕线槽依次分为第一次级绕线空间、初级绕线空间和第二次级绕线空间，所述次级绕组包括第一次级绕组和第二次级绕组；所述第一次级绕组绕制于所述第一次级绕线空间中，所述初级绕组绕制于所述初级绕线空间中，所述第二次级绕组绕制于所述第二次级绕线空间中。
4.根据权利要求2或3所述的磁集成LLC变压器，其特征在于，所述磁芯为罐型磁芯、E型磁芯、EC型磁芯、ETD型磁芯或PQ型磁芯。
5.根据权利要求4所述的磁集成LLC变压器，其特征在于，所述绕线柱两端的隔板长度大于所述绕线柱直径，所述隔板与所述绕线柱两端形成可供磁芯穿设其中的安装孔，用于限制所述磁芯位置；所述磁芯穿设于所述磁芯孔和安装孔并安装在所述容置空间中。
6.根据权利要求2所述的磁集成LLC变压器，其特征在于，所述初级绕组的宽度dwp和所述次级绕组的宽度dws均为5毫米；所述隔离挡墙的宽度ds为4毫米。
7.根据权利要求3所述的磁集成LLC变压器，其特征在于，所述初级绕组的宽度dwp为5毫米；所述次级绕组的第一次级绕组的宽度dws1和第二次级绕组的宽度dws2分别为2.5毫米；所述隔离挡墙的宽度ds为4毫米。
8.根据权利要求1所述的磁集成LLC变压器，其特征在于，所述磁集成LLC变压器的绕组结构是由多层PCB绕组组成的平面绕组结构，所述磁芯为平面磁芯；
所述隔离挡墙将所述绕线槽依次分为初级绕线空间、隔离空间、次级绕线空间；所述初级绕组设置在所述初级绕线空间中，所述次级绕组设置在所述次级绕线空间中；所述隔离挡墙设置在所述隔离空间中。
9.根据权利要求8所述的磁集成LLC变压器，其特征在于，所述初级绕组的宽度dwp和所述次级绕组的宽度dws均为0.8毫米，所述隔离挡墙的宽度ds为7毫米。
10.根据权利要求1所述的磁集成LLC变压器，其特征在于，所述初级绕组的线圈之间和/或所述次级绕组的线圈之间设置有绝缘件。
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