一种集成磁元件和LLC变换器的制作方法

本发明涉及磁元件，尤其是涉及一种集成磁元件和llc变换器。

背景技术：

1、在数据中心供电架构中，ad/dc变换器负责将市电输入转换为400v直流输出，在通过dc/dc变换器将400v直流电压转换为48v直流输出。对于dc/dc变换器，不仅需要实现高低压隔离，还需要高效率实现副边低压大电流输出。

2、llc变换器由于其优秀的高频软开关性能，常被用来作为dc/dc变换器。为了实现低压大电流，副边绕组需要多绕组并联。然而在高频条件下很难实现各并联绕组的均流。

3、为了实现各并联绕组之间的均流，llc变换器通常由四个原边串联副边并联的子变压器实现。由于四个变压器原边串联连接，根据电磁感应定律，四个变压器的副边并联电流自然实现了均流。这种结构虽然能够实副边并联自动绕组的自动均流，但由于采用了四个分立变压器代替原有的一个变压器，这大大增大了变压器的损耗和体积。

技术实现思路

1、为了减少llc变换器的体积和磁通损耗，本方案提供了一种集成磁元件和llc变换器，通过磁通抵消和引入辅助磁柱的方法实现llc变换器中多个变压器和电感的高密度低损耗集成。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种集成磁元件，包括：矩阵排列的偶数个变压器磁芯、位于矩阵左右两侧的磁芯侧柱、位于上下相邻变压器磁芯之间的磁柱和位于变压器磁芯顶部和底部的平板磁芯。

3、可选地，在本发明提供的集成磁元件中，左右相邻的变压器绕组的绕制方向使左右变压器相邻的侧柱磁芯的总磁通量为0,从而使得变压器集成结构能够取消相邻的磁芯侧柱。

4、可选地，在本发明提供的集成磁元件中，磁芯侧柱、顶部磁芯和底部磁芯的气隙长度为0。

5、可选地，在本发明提供的集成磁元件中，磁芯侧柱的磁通量与顶部磁芯和顶部磁芯的磁通量相等，磁芯侧柱的磁阻与顶部磁芯和底部磁芯的磁阻相等。

6、可选地，在本发明提供的集成磁元件中，变压器原边绕组绕过磁柱，变压器副边绕组不绕过磁柱，使原边线圈在磁柱上产生漏磁通形成谐振电感。

7、可选地，在本发明提供的集成磁元件中，磁柱的磁阻为0。

8、可选地，在本发明提供的集成磁元件中，集成磁元件的励磁电感lm和谐振电感lk的表达式为：

9、

10、其中，np为变压器原边绕组匝数，rt为变压器磁芯对应的磁阻，rl为磁柱对应的磁阻。

11、可选地，在本发明提供的集成磁元件中，变压器磁芯为er型磁芯、ee型磁芯、ei型磁芯、efd型磁芯、rm型磁芯、pm型磁芯中任意一种。

12、可选地，在本发明提供的集成磁元件中，集成磁元件中变压器磁芯、平板磁芯、磁芯侧柱和磁柱垂直堆叠，形成具有多层结构的磁元件。

13、根据本发明的另一方面，提供了一种llc变换器，包括如上所述的集成磁元件。

14、根据本发明提供的集成磁元件和应用该集成磁元件的llc变换器，将分立的多个变压器和谐振电感集成到一个磁元件中，通过设计变压器绕组的绕制方向使相邻变压器磁芯的磁通抵消，实现矩阵化集成，可以减小磁元件体积；通过变压器矩阵左右两侧的磁柱和上下变压器磁芯之间的辅助磁柱，可以降低变压器磁芯的磁通量并减小漏磁通，从而减小了磁芯损耗，实现llc变换器中多个变压器和电感的高密度低损耗集成。

15、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

技术特征：

1.一种集成磁元件，其特征在于，包括：矩阵排列的偶数个变压器磁芯、位于矩阵左右两侧的磁芯侧柱、位于上下相邻变压器磁芯之间的磁柱和位于变压器磁芯顶部和底部的平板磁芯。

2.根据权利要求1所述的集成磁元件，其特征在于，所述集成磁元件中左右相邻的变压器绕组的绕制方向使左右变压器相邻的侧柱磁芯的总磁通量为0。

3.根据权利要求1所述的集成磁元件，其特征在于，所述磁芯侧柱、顶部磁芯和底部磁芯的气隙长度为0。

4.根据权利要求3所述的集成磁元件，其特征在于，所述磁芯侧柱的磁通量与顶部磁芯和顶部磁芯的磁通量相等，所述磁芯侧柱的磁阻与所述顶部磁芯和底部磁芯的磁阻相等。

5.根据权利要求1所述的集成磁元件，其特征在于，所述变压器原边绕组绕过所述磁柱，变压器副边绕组不绕过所述磁柱，使原边线圈在所述磁柱上产生漏磁通形成谐振电感。

6.根据权利要求5所述的集成磁元件，其特征在于，所述磁柱的磁阻为0。

7.根据权利要求6所述的集成磁元件，其特征在于，所述集成磁元件的励磁电感lm和谐振电感lk的表达式为：

8.根据权利要求1所述的集成磁元件，其特征在于，所述变压器磁芯为er型磁芯、ee型磁芯、ei型磁芯、efd型磁芯、rm型磁芯、pm型磁芯中任意一种。

9.根据权利要求1所述的集成磁元件，其特征在于，所述集成磁元件中变压器磁芯、平板磁芯、磁芯侧柱和磁柱垂直堆叠，形成具有多层结构的磁元件。

10.一种llc变换器，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项中所述的集成磁元件。

技术总结
本申请公开了一种集成磁元件和应用该集成磁元件的LLC变换器，该磁元件包括：矩阵排列的偶数个变压器磁芯、位于矩阵左右两侧的磁芯侧柱、位于上下相邻变压器磁芯之间的磁柱和位于变压器磁芯顶部和底部的平板磁芯。本方案能够实现多个变压器和电感的高密度低损耗集成，减小LLC变换器中磁性元件的体积和损耗。

技术研发人员：邓钧运,邢立飞
受保护的技术使用者：北京泰力控科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21