一种用于LLC的分布式磁柱的磁集成变压器及其标定方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种用于LLC的分布式磁柱的磁集成变压器及其标定方法。

背景技术

提升功率密度一直是电力电子技术的致力追求之一，更加小型化的磁性元件，对提升功率密度有明显的帮助；传统的磁性元件设计绕组与磁芯常常需要分别占据空间，存在空间利用率不足，造成磁性元件小型化不理想的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于LLC的分布式磁柱的磁集成变压器及其标定方法，用于解决传统的磁性元件空间利用率不足的技术问题。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种用于LLC的分布式磁柱的磁集成变压器，包括沿上表面对称拼接的两个磁性件，所述磁性件包括：

磁盖，上表面中部具有向上延伸的平台；

第一磁柱，设置于所述磁盖上表面，且与所述平台具有重合区域；

第一绕组，绕制于所述第一磁柱外壁；

第二磁柱，设置于所述磁盖上表面，且与所述平台具有重合区域，与所述第一磁柱间隔设置；

第二绕组，绕制于所述第二磁柱外壁，且与所述第一绕组的绕制方向相反；

公共磁柱，设置于所述平台上表面，且位于所述第一磁柱和所述第二磁柱之间；

边磁柱，包括第一边磁柱、第二边磁柱、第三边磁柱以及第四边磁柱；所述第一边磁柱和所述第二边磁柱设置于靠近所述第一磁柱的所述磁盖上表面端角，所述第三边磁柱和所述第四边磁柱设置于靠近所述第二磁柱的所述磁盖上表面端角；

其中，所述公共磁柱和所述边磁柱的高度相等，且所述公共磁柱和所述边磁柱的高度大于所述第一磁柱和所述第二磁柱的高度。

可选的，所述第一磁柱的外壁采用第一弧面结构，且所述第一弧面结构与所述第一绕组内圈相匹配；

所述第二磁柱的外壁采用第二弧面结构，且所述第二弧面结构与所述第二绕组内圈相匹配。

可选的，所述公共磁柱包括间隔设置的第一公共磁柱和第二公共磁柱；

所述第一公共磁柱朝向所述第一磁柱的外壁采用第三弧面结构，且所述第三弧面结构与所述第一绕组外圈相匹配；

所述第一公共磁柱朝向所述第二磁柱的外壁采用第四弧面结构，且所述第四弧面结构与所述第二绕组外圈相匹配；

所述第二公共磁柱朝向所述第一磁柱的外壁采用第五弧面结构，且所述第五弧面结构与所述第一绕组外圈相匹配；

所述第二公共磁柱朝向所述第二磁柱的外壁采用第六弧面结构，且所述第六弧面结构与所述第二绕组外圈相匹配。

可选的，所述公共磁柱朝向所述第一磁柱的外壁采用第七弧面结构，且所述第七弧面结构与所述第一绕组外圈相匹配；

所述公共磁柱朝向所述第二磁柱的外壁采用第八弧面结构，且所述第八弧面结构与所述第二绕组外圈相匹配。

可选的，所述第一边磁柱朝向所述第一磁柱的外壁采用第九弧面结构，且所述第九弧面结构与所述第一绕组外圈相匹配；

所述第二边磁柱朝向所述第一磁柱的外壁采用第十弧面结构，且所述第十弧面结构与所述第一绕组外圈相匹配；

所述第三边磁柱朝向所述第二磁柱的外壁采用第十一弧面结构，且所述第十一弧面结构与所述第二绕组外圈相匹配；

所述第四边磁柱朝向所述第二磁柱的外壁采用第十二弧面结构，且所述第十二弧面结构与所述第二绕组外圈相匹配。

可选的，所述磁盖、所述第一磁柱、所述第二磁柱、所述公共磁柱以及所述边磁柱为一体成型结构。

第二方面，本发明提供了一种用于LLC的分布式磁柱的磁集成变压器的标定方法，采用如上述的磁集成变压器；所述标定方法包括：

构建所述磁集成变压器的等效电路；

以磁盖、公共磁柱、第一边磁柱、第二边磁柱、第三边磁柱以及第四边磁柱上的磁密均相等为目标，计算所述等效电路中各电阻的阻值；

根据各所述电阻的阻值计算磁盖、公共磁柱、第一边磁柱、第二边磁柱、第三边磁柱以及第四边磁柱的截面积。

可选的，所述构建所述磁集成变压器的等效电路包括：

将两个磁性件的第一绕组产生的磁势等效为电源E

将两个磁性件的第一磁柱产生的磁阻等效为电阻R

将一个磁性件的磁盖的平台靠近第一磁柱和第二磁柱两侧产生的磁阻等效为电阻R′

将另一个磁性件的平台靠近第一磁柱和第二磁柱两侧产生的磁阻等效为电阻R″

所述电源E

所述电源E

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明提供了一种用于LLC的分布式磁柱的磁集成变压器及其标定方法，将LLC谐振变换器的谐振电感与变压器集成在一起，采用分布式的磁柱，能够精确控制各磁路的磁通分配；并根据标定方法精确标定各磁柱和磁盖的面积，在满足设计要求的同时，最大程度提升空间利用率，减小磁芯体积。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的用于LLC的分布式磁柱的磁集成变压器的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的用于LLC的分布式磁柱的磁集成变压器的主视示意图；

图3是本发明实施例二提供的用于LLC的分布式磁柱的磁集成变压器的结构示意图；

图4是本发明实施例三提供的磁集成变压器的等效电路的电路原理图；

图中标记为：

1-磁盖；11-平台；

2-第一磁柱；21-第一弧面结构；

3-第二磁柱；31-第二弧面结构；

4-公共磁柱；41-第一公共磁柱；42-第二公共磁柱；43-第三弧面结构；44-第四弧面结构；45-第五弧面结构；46-第六弧面结构；47-第七弧面结构；48-第八弧面结构；

5-边磁柱；51-第一边磁柱；52-第二边磁柱；53-第三边磁柱；54-第四边磁柱；55-第九弧面结构；56-第十弧面结构；57-第十一弧面结构；58-第十二弧面结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1-2所示，本发明提供了一种用于LLC的分布式磁柱的磁集成变压器，包括沿上表面对称拼接的两个磁性件，两个磁性件结构相同，均包括磁盖1、第一磁柱2、第一绕组、第二磁柱3、第二绕组、公共磁柱4以及边磁柱5；磁盖1上表面中部具有向上延伸的平台11；通过调整磁盖1以及平台11的厚度，可以控制磁通分布。第一磁柱2设置于磁盖1上表面，且与平台11具有重合区域；第一绕组绕制于第一磁柱2外壁；第二磁柱3设置于磁盖1上表面，且与平台11具有重合区域，与第一磁柱2间隔设置；在本实施方式中，第一磁柱2为变压器绕组中柱，第二磁柱3为谐振电感中柱；第二绕组绕制于第二磁柱3外壁，且与第一绕组的绕制方向相反，使其极性相反；公共磁柱4设置于平台11上表面，且位于第一磁柱2和第二磁柱3之间；公共磁柱4包括间隔设置的第一公共磁柱41和第二公共磁柱42；通常由公共磁柱4的最窄处开设空隙分隔为第一公共磁柱41和第二公共磁柱42，最大程度减小截面积的损失。边磁柱5包括第一边磁柱51、第二边磁柱52、第三边磁柱53以及第四边磁柱54；第一边磁柱51和第二边磁柱52设置于靠近第一磁柱2的磁盖1上表面端角，第三边磁柱53和第四边磁柱54设置于靠近第二磁柱3的磁盖1上表面端角；其中，公共磁柱4和边磁柱5的高度相等，且公共磁柱4和边磁柱5的高度大于第一磁柱2和第二磁柱3的高度。在本实施例方式中，公共磁柱4和边磁柱5的高度相同，在两个磁性件沿上表面对称拼接后，只有第一磁柱2和第二磁柱3上存在气隙，确保其磁阻显著大于其他部分磁阻，磁力线部分在公用部分抵消。

第一磁柱2的外壁采用第一弧面结构21，且第一弧面结构21与第一绕组内圈相匹配；第二磁柱3的外壁采用第二弧面结构31，且第二弧面结构31与第二绕组内圈相匹配。第一公共磁41柱朝向第一磁柱2的外壁采用第三弧面结构43，且第三弧面结构43与第一绕组外圈相匹配；第一公共磁柱41朝向第二磁柱3的外壁采用第四弧面结构44，且第四弧面结构44与第二绕组外圈相匹配；第二公共磁柱42朝向第一磁柱2的外壁采用第五弧面结构45，且第五弧面结构45与第一绕组外圈相匹配；第二公共磁柱42朝向第二磁柱3的外壁采用第六弧面结构46，且第六弧面结构46与第二绕组外圈相匹配。第一边磁柱51朝向第一磁柱2的外壁采用第九弧面结构55，且第九弧面结构55与第一绕组外圈相匹配；第二边磁柱52朝向第一磁柱2的外壁采用第十弧面结构56，且第十弧面结构56与第一绕组外圈相匹配；第三边磁柱53朝向第二磁柱3的外壁采用第十一弧面结构57，且第十一弧面结构57与第二绕组外圈相匹配；第四边磁柱54朝向第二磁柱3的外壁采用第十二弧面结构58，且第十二弧面结构58与第二绕组外圈相匹配。通过第一弧面结构21和第二弧面结构31占据第一绕组和第二绕组在环绕时内圈未能占据的空间，第三弧面结构43、第四弧面结构44、第五弧面结构45、第六弧面结构46、第九弧面结构55、第十弧面结构56、第十一弧面结构57以及第十二弧面结构58占据第一绕组和第二绕组在环绕时外圈未能占据的空间，以提升空间利用率。

在制作工艺上，磁盖1、第一磁柱2、第二磁柱3、公共磁柱4以及边磁柱5采用一体成型工艺生成一体成型结构。

实施例二：

如图3所示，在实施例一的基础上，公共磁柱4不再拆分为第一公共磁柱41和第二公共磁柱42；公共磁柱4朝向第一磁柱2的外壁采用第七弧面结构47，且第七弧面结构47与第一绕组外圈相匹配；公共磁柱4朝向第二磁柱3的外壁采用第八弧面结构48，且第八弧面结构48与第二绕组外圈相匹配。

实施例三：

在实施例一的基础上，本发明提供了一种用于LLC的分布式磁柱的磁集成变压器的标定方法，标定方法包括以下步骤：

步骤S1、构建磁集成变压器的等效电路；

步骤S2、以磁盖、公共磁柱、第一边磁柱、第二边磁柱、第三边磁柱以及第四边磁柱上的磁密均相等为目标，计算等效电路中各电阻的阻值；

步骤S3、根据各电阻的阻值计算磁盖、公共磁柱、第一边磁柱、第二边磁柱、第三边磁柱以及第四边磁柱的截面积。

如图4所示，构建磁集成变压器的等效电路包括：

将两个磁性件的第一绕组产生的磁势等效为电源E

将两个磁性件的第一磁柱产生的磁阻等效为电阻R

将一个磁性件的平台靠近第一磁柱和第二磁柱两侧产生的磁阻等效为电阻R′

将另一个磁性件的平台靠近第一磁柱和第二磁柱两侧产生的磁阻等效为电阻R″

电源E

电源E

具体在本实施方式中，计算等效电路中各电阻的阻值包括：

将第一磁柱、第二磁柱、第一公共磁柱、第二公共磁柱、第一边磁柱、第二边磁柱、第三边磁柱以及第四边磁柱的截面积分别记为A

A＝A

令第一磁柱到第一、第二边磁柱的有效长度为l，第二磁柱到第三、第四边磁柱的有效长度也为l，第一磁柱和第二磁柱的高度为l/2，磁阻R

令：

R

由于R

忽略E

需要控制磁阻使得磁通按磁柱的面积平均分配，根据设定的各磁柱截面积，可以得到磁通应按如下比例关系分配：

R

计算得到R″

c为预设的磁盖宽度

计算得到R″

由于R″

令总磁通在第一磁柱上产生的磁密B为：

并以该值为最大磁密限制

按磁阻分配关系，可以容易得到E2的磁通

因此平台段总磁通为

因此该段磁密为

因此该处磁通叠加的几乎不会对饱和度或磁芯损耗产生影响，d

综上所述，初算得到的磁芯中分布的最大磁密略大于设计值，但仍处于可接受的范围，因此尺寸可行。

如果需要严格控制最大磁密，可以按比例的增加最大磁密处的截面积，如上面计算结果所示，将该处截面积增加到初算值的1.04倍，再迭代计算一次，甚至可以多次迭代计算，直到算得满足磁密需求的尺寸。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。