LLC谐振变换器中平面集成磁件的研究

作者：时间：2012-09-03 来源：网络收藏

本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/176309.htm

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使用上述方法，可设计出集成磁件结构。例如，设计图6所示结构的集成磁件。为了得到与分立设计相同的值，可使：Lr=14uH，Lm=60uH，绕组匝数比=16：4，集成磁件的设计结果为：Nl=9，Np=13，Ns=4，每个磁柱的气隙为0.56mm。

3、LLC谐振 变换器集成磁件结构的平面化

目前平面磁件研究和应用较多的是PCB型，其铁芯采用平面EI型铁氧体铁芯，其绕组导体做成宽片状的PCB或铜箔，以增大散热面积，减小在高频工作时由集肤效应和临近效应所引起的涡流损耗并有利于散热，本文采用这种类型，进行了LLC谐振 变换器集成磁件结构平面化的设计。

前面分析的LLC谐振 变换器的集成磁件，按传统集成磁件设计方法设计的结构如图11(a)所示。磁心选用Philips公司的E42/21/20软磁铁氧体铁芯，线圈采用圆导线绕制，原边绕组Nl为13匝，副边Np、Ns都为4匝，由于副边电流较大，采用两层并联结构。 Nl、Np线圈选用AWG18，Ns线圈选用AWG13。左柱上绕制电感线圈，右柱上绕制变压器线圈，紧靠右柱的是原边绕组的13匝线圈，外边两层分为上下两部分，各对应两个Ns线圈，采用两匝并联缠绕方式。图11(b)为它的磁力线仿真图。

(a)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(b)

图11　传统设计的集成磁件截面图与磁力线仿真图

我们把上文的集成磁件设计成平面集成磁件。首先把圆型导体转换为平面型导体，转换时应保证导体截面积不变。先把圆导线转换成等截面积的正方形导线，如图12(a)所示，然后再把正方形导线转换成相应的铜箔导线。考虑到铜导线通过的最大电流密度一般为3～5A/mm2,平面导线铜箔为10～20A/mm2，转换后，相应铜箔的截面积要比圆导线的截面积小3～4倍。铜箔非常薄，如果把一个圆导体转换成一个铜箔导体，那么铜箔将是非常宽的，这显然不适合磁件的宽度要求。因此，可以把它分成几个等宽度的铜箔，再把这几个铜箔并联就可以了。这样得到的集成磁件如图12(b)所示。Nl、Np的每根导线变成两个平面导体并联，每个铜箔宽0.6mm，厚0.2mm，对于Ns，每根圆导线可转换成5个平面导体并联，导体宽2mm，厚0.2mm。

在图中我们看到转换后绕组所占总体积减小，而且平面导体布置结构更紧凑，每根平面导体厚0.2mm，十二层平面导体的厚度为2.4mm，即使加上绝缘层厚度，与E42/21/20磁芯的窗高(窗高29.6mm，窗宽8.65mm)相比也是很小的，这使得EE磁芯的窗口利用率明显下降。而且使用EE磁芯，也不利于降低磁件的高度，下面研究把EE磁芯转换成EI磁芯。

(a)　　　　　　　　　　　　　　　　 (b)

图12　平面磁件转换的中间过程

我们选用的EI磁芯是E/43/10/28。下面给出两磁芯的尺寸，铁芯参数的对照如图13和表1、表2所示。两种铁芯的截面积差不多，这里选用E/43/10/28最主要的原因是，可以保证磁件铁芯的最大工作磁通密度小于其饱和磁通密度。选用E/43/10/28后有效磁路长度减少较大，对集成磁件的电感量会产生影响，但由于铁芯的三个磁柱都有气隙，所以电感量的大小主要由气隙的磁路决定，受磁芯磁路的影响很小，可以忽略。因而选用E/43/10/28后磁芯有效磁路的减少对集成磁件的影响并不是很大。替换后，磁芯体积和质量都大大减小，达到了减小体积和重量的目的。由表1可以计算出，选用E43/10/28后，磁芯窗宽为11.31mm，窗高为4.55mm，可设定导线厚度都为0.15mm，原边线宽0.8mm，副边线宽2.7mm。平面集成磁件结构如图14(a)所示。该结构比传统磁件体积、高度、重量都小很多。图14(b)为该结构的磁力线仿真图。通过与传统集成磁件的仿真图比较，可以看出平面集成后，磁芯的磁通密度减小。因此集成后，磁芯损耗也将减小。