一种磁集成高频变压器磁芯结构及漏感控制方法

本公开涉及高频变压器，具体涉及一种磁集成高频变压器磁芯结构及漏感控制方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、近年来，随着新能源的使用，以及电力电子技术的发展，供电系统所需要的功率变换器的数量越来越多，其作用为实现电能的传输与转换。功率密度作为功率变换器系统中一个重要指标，得到了广泛的研究。为了减小变换器的体积，实现变换器的小型化，可以采用磁集成方案减小变换器的体积。

3、传统的电力电子设备中的变压器，一般是使用多个铁氧体或其他高性能磁芯，因为其在设计原理上简单，容易制作而得到了大量应用。对于多变压器的应用场合，变压器的集成对提高电力电子装置的功率密度和运行效率具有重要意义。

4、其中，漏感对高频变压器的优化至关重要，能够帮助提高能量传输效率，并且对于高频电路的稳定性和可靠性也具有重要意义。同时，对高频变压器的漏感进行调节来满足软开关电源谐振电路的需要。

5、但是目前鲜有关于高频变压器漏感调节的技术。传统高频变压器调整漏感的方法主要是改变铁芯的气隙，但是铁芯开气隙会增加损耗、引起磁场不稳定、产生噪音，对高频变压器性能和稳定性造成负面影响。

技术实现思路

1、本公开为了解决上述问题，提出了一种磁集成高频变压器磁芯结构及漏感控制方法，设计一种磁集成磁芯结构，并基于该磁集成磁芯结构，通过调节次级辅助绕组匝数，实现该磁集成高频变压器的漏感精确调制，规避在磁芯上开设气隙时产生的损耗、发热和噪音等负面影响。

2、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

3、一种磁集成高频变压器磁芯结构，包括：

4、两个方形磁芯边柱、第一主磁芯柱、第二主磁芯柱、第一副磁芯柱以及第二副磁芯柱，两个方形磁芯边柱上下平行放置，所述第一主磁芯柱和第二主磁芯柱平行竖直放置在所述两个方形磁芯边柱中间，且第一主磁芯柱和第二主磁芯柱的两端分别与两个方形磁芯边柱的两端部固定连接；

5、所述两个方形磁芯边柱为中间镂空设置，所述第一副磁芯柱与第二副磁芯柱平行竖直放置在镂空两侧，且与两个方形磁芯边柱固定连接；两个主磁芯柱和两个副磁芯柱上设有绕组，所述方形磁芯边柱与主、副磁芯柱相固定，作为连接主、副磁芯柱的磁通通道。

6、进一步地，第一主磁芯柱、第二主磁芯柱、第一副磁芯柱、第二副磁芯柱以及两个方形磁芯边柱均采用各向同性磁性材料，使磁芯在不同方向上都具有相同的磁导性能，且主磁芯柱和副磁芯柱的磁导率大于方形磁芯边柱的磁导率。

7、进一步地，所述第一主磁芯柱、第二主磁芯柱、第一副磁芯柱以及第二副磁芯柱的截面积相同。

8、进一步地，所述方形磁芯边柱的片宽等于第一主磁芯柱、第二主磁芯柱、第一副磁芯柱以及第二副磁芯柱的片宽。

9、进一步地，第一变压器的第一初级绕组和第一次级绕组绕设在第一主磁芯柱上，第二变压器的第二初级绕组和第二次级绕组绕设在第二主磁芯柱上，且两组初级绕组和次级绕组均采用交迭式，沿两个主磁芯柱垂直方向互相交迭放置。

10、进一步地，第一次级绕组、第二次级绕组分别串联连接第一次级辅助绕组和第二次级辅助绕组，第一次级辅助绕组和第二次级辅助绕组采用交迭式，整体绕设在副磁芯柱上，沿副磁芯柱垂直方向互相交迭放置。

11、进一步地，第一次级辅助绕组和第二次级辅助绕组绕线方向与第一次级绕组和第二次级绕组绕线方向相反。

12、进一步地，绕组的导线采用铜箔或利兹线。

13、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

14、磁集成高频变压器磁芯结构的漏感控制方法，包括：

15、第一次级辅助绕组和第二次级辅助绕组产生的漏磁电抗xσ计算为：

16、

17、其中，f为该高频变压器的激励频率，na为次级辅助绕组的线圈匝数，μ0为空气的磁导率，μ0＝4π×10-7h/m，a0、l0分别为空气磁路截面积和空气磁路长度。

18、进一步地，通过调节次级辅助绕组的匝数，调整次级辅助绕组在磁芯中空里的漏磁通，进而实现漏感的精确调制，第一变压器的第一初级绕组匝数为np1，第一次级绕组匝数为ns1，第一次级辅助绕组匝数为na1，次级辅助绕组主要用来提供漏感，对磁芯中流过初级绕组和次级绕组的磁通影响小，根据np1/(ns1+na1)≈np1/ns1，所述第一变压器电压变比近似为np1/ns1；第二变压器同理。

19、与现有技术相比，本公开的有益效果为：

20、本公开的一种磁集成高频变压器磁芯结构及漏感控制方法，将两个方形磁芯边柱设置为中间留有空隙的结构，第一副磁芯柱与第二副磁芯柱平行竖直放置在镂空两侧，两个主磁芯柱和两个副磁芯柱上设有绕组，方形磁芯边柱与主、副磁芯柱相固定，作为连接主、副磁芯柱的磁通通道，在这种磁集成磁芯结构下，通过调节改变次级辅助绕组匝数，可以实现该磁集成高频变压器的漏感精确调制，有效规避了在磁芯上开设气隙时产生的损耗、发热和噪音等负面影响。

21、本公开的一种磁集成高频变压器磁芯结构及漏感控制方法，在实现较小磁器件体积的基础上，有效提高高频变压器的功率密度和效率，减少了变压器损耗，有利于电力电子装置可靠性的提高和小型化。同时，次级辅助绕组绕设在整体的副磁芯柱上，通过改变次级辅助绕组的匝数可以实现漏感的精确调节。

22、本公开的一种磁集成高频变压器磁芯结构及漏感控制方法，第一主磁芯柱、第二主磁芯柱、第一副磁芯柱、第二副磁芯柱以及两个方形磁芯边柱均采用各向同性磁性材料，确保磁芯在不同方向上具有相同的磁导性能，且主磁芯柱和副磁芯柱的磁导率远远大于方形磁芯边柱的磁导率，实现第一变压器与第二变压器的解耦集成，从而实现较小磁芯体积的基础上，有效提高高频变压器的功率密度和效率。具体而言，通过采用主磁芯柱和副磁芯柱的磁导率大于方形磁芯边柱的磁导率，使主、副磁芯柱形成低磁阻磁路，对于第一变压器而言，使第一初级绕组产生的磁通主要沿低磁阻磁路分布，磁通沿着第一主磁芯柱-上方形磁芯边柱-两个副磁芯柱-下方形磁芯边柱-第一主磁芯柱的方向构成磁通回路。第二变压器同理。因此，在这种结构的磁芯上实现了两个变压器的解耦集成。

技术特征：

1.一种磁集成高频变压器磁芯结构，其特征在于，包括两个方形磁芯边柱、第一主磁芯柱、第二主磁芯柱、第一副磁芯柱以及第二副磁芯柱，两个方形磁芯边柱上下平行放置，所述第一主磁芯柱和第二主磁芯柱平行竖直放置在所述两个方形磁芯边柱中间，且第一主磁芯柱和第二主磁芯柱的两端分别与两个方形磁芯边柱的两端部固定连接；所述两个方形磁芯边柱为中间镂空设置，所述第一副磁芯柱与第二副磁芯柱平行竖直放置在镂空两侧，且与两个方形磁芯边柱固定连接；两个主磁芯柱和两个副磁芯柱上设有绕组，所述方形磁芯边柱与主、副磁芯柱相固定，作为连接主、副磁芯柱的磁通通道。

2.如权利要求1所述的一种磁集成高频变压器磁芯结构，其特征在于，第一主磁芯柱、第二主磁芯柱、第一副磁芯柱、第二副磁芯柱以及两个方形磁芯边柱均采用各向同性磁性材料，且主磁芯柱和副磁芯柱的磁导率大于方形磁芯边柱的磁导率。

3.如权利要求1所述的一种磁集成高频变压器磁芯结构，其特征在于，所述第一主磁芯柱、第二主磁芯柱、第一副磁芯柱以及第二副磁芯柱的截面积相同。

4.如权利要求1所述的一种磁集成高频变压器磁芯结构，其特征在于，所述方形磁芯边柱的片宽等于第一主磁芯柱、第二主磁芯柱、第一副磁芯柱以及第二副磁芯柱的片宽。

5.如权利要求1所述的一种磁集成高频变压器磁芯结构，其特征在于，第一变压器的第一初级绕组和第一次级绕组绕设在第一主磁芯柱上，第二变压器的第二初级绕组和第二次级绕组绕设在第二主磁芯柱上，且两组初级绕组和次级绕组均采用交迭式，沿两个主磁芯柱垂直方向互相交迭放置。

6.如权利要求5所述的一种磁集成高频变压器磁芯结构，其特征在于，第一次级绕组、第二次级绕组分别串联连接第一次级辅助绕组和第二次级辅助绕组，第一次级辅助绕组和第二次级辅助绕组采用交迭式，整体绕设在副磁芯柱上，沿副磁芯柱垂直方向互相交迭放置。

7.如权利要求6所述的一种磁集成高频变压器磁芯结构，其特征在于，第一次级辅助绕组和第二次级辅助绕组绕线方向与第一次级绕组和第二次级绕组绕线方向相反。

8.如权利要求6所述的一种磁集成高频变压器磁芯结构，其特征在于，绕组的导线采用铜箔或利兹线。

9.基于权利要求1-8任一项所述磁集成高频变压器磁芯结构的漏感控制方法，其特征在于，第一次级辅助绕组和第二次级辅助绕组产生的漏磁电抗xσ计算为：

10.如权利要求9所述的磁集成高频变压器磁芯结构的漏感控制方法，其特征在于，包括：

技术总结本公开提供了一种磁集成高频变压器磁芯结构及漏感控制方法，涉及高频变压器技术领域，包括两个方形磁芯边柱、第一主磁芯柱、第二主磁芯柱、第一副磁芯柱以及第二副磁芯柱，两个方形磁芯边柱上下平行放置，第一主磁芯柱和第二主磁芯柱平行竖直放置在两个方形磁芯边柱中间，且第一主磁芯柱和第二主磁芯柱的两端分别与两个方形磁芯边柱的两端部固定连接；两个方形磁芯边柱为中间镂空设置，第一副磁芯柱与第二副磁芯柱平行竖直放置在镂空两侧，两个主磁芯柱和两个副磁芯柱上设有绕组，方形磁芯边柱与主、副磁芯柱相固定，作为连接主、副磁芯柱的磁通通道，能够通过调节次级辅助绕组匝数，实现该磁集成高频变压器的漏感精确调制。技术研发人员：赵文良,窦明磊,隋智伟,丁海波受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18