CN119517574A 一种用于cllc变换器的磁集成变压器设计方法及装置 （广东工业大学）

一种用于CLLC变换器的磁集成变压器设计本发明公开了一种用于CLLC变换器的磁集法和预置约束条件，确定原副边绕组线圈总匝2获取变压器设计参数，并采用预置面积乘积法根据所述变压器设采用预置约束条件根据所述变压器设计参数，确定左右采用预置变压器磁路模型根据所述左右侧边柱所分配到的原副根据所述中柱磁通支路的总磁阻和所述磁芯结构几何参数，确定精确中柱空气隙长采用预置磁芯拐角模型根据所述磁芯结构几何参数和所述磁通支路磁根据所述边柱磁通支路的总磁阻、所述磁芯结构几何参数、所述中圈之间的电气隔离距离、所述左右侧磁粉芯磁柱的磁粉芯材料磁导率和预置设计漏感量，基于预置线圈绕制方式，通过所述目标磁芯磁路中的原左侧边柱所分配到的原边绕组线圈的匝数与副边绕组线圈的匝数的乘积等于右侧边柱所分配到的原边绕组线圈的匝数与副边绕组线圈的匝采用预置约束条件根据所述变压器设计参数中的原边谐振电感感值和副边谐振电感基于所述左侧边柱原边绕组线圈匝数、所述左侧边柱副边绕组线绕制的情况下的左侧边柱原边绕组线圈宽度和左侧边柱副边绕3比较在紧密绕制的情况下的所述左侧边柱原边绕组线圈宽度和所述左侧边柱副边绕将最大的所述左侧边柱原边绕组线圈宽度或所述左侧边柱副边绕组线圈宽度作为目基于所述右侧边柱原边绕组线圈匝数、所述右侧边柱副边绕组线绕制的情况下的右侧边柱原边绕组线圈宽度和右侧边柱副边绕比较在紧密绕制的情况下的所述右侧边柱原边绕组线圈宽度和所述右侧边柱副边绕将最大的所述右侧边柱原边绕组线圈宽度或所述右侧边柱副边绕组线圈宽度作为目根据所述变压器设计参数中的变压器输入电压和变压器输出电压，根据所述左右侧边柱所分配到的原副边绕组线圈匝数、所述变压器对所述预置变压器磁路模型进行划分，生成左侧边柱磁通支路、右侧采用磁通支路法根据所述左侧边柱磁通支路、所述右侧边柱磁通支采用所述左侧边柱磁通支路、所述右侧边柱磁通支路和所述中柱磁通支路4;边柱所分配到的原边绕组线圈匝数；为右侧边柱所分配到的副边绕组线圈匝采用所述磁芯结构几何参数中的磁芯边柱的宽度分别对左侧边柱磁芯拐角模型和右采用所述左侧边柱磁通支路磁通量、所述磁芯结构几何参数中的磁芯5对所述左侧边柱磁芯拐角模型对应的第一磁芯拐角区域的磁阻、采用所述右侧边柱磁通支路磁通量、所述磁芯结构几何参数中的磁芯对所述右侧边柱磁芯拐角模型对应的第一磁芯拐角区域的磁阻、侧磁粉芯磁柱的磁粉芯材料磁导率包括左侧磁粉芯磁柱的磁粉芯材料磁导率和右侧磁粉根据所述左侧剩余磁芯磁路的磁阻和所述边柱磁通支路的总磁阻，根据所述右侧剩余磁芯磁路的磁阻和所述边柱磁通支路的总磁阻，基于所述左侧磁粉芯磁柱的磁阻、所述左侧磁粉芯磁柱长度、基于所述右侧磁粉芯磁柱的磁阻、所述右侧磁粉芯磁柱长度、采用所述左右侧磁粉芯磁柱的磁阻、所述磁通支路磁通量、所述左右侧边6对所述左右侧磁粉芯磁柱的磁粉芯材料磁导率进行微调，确定中间左采用所述中间左右侧磁粉芯磁柱的磁粉芯材料磁导率、所述左右侧磁粉芯磁柱长度、采用所述边柱磁通支路的总磁阻、所述中间左右侧磁粉芯磁柱的磁阻基于所述中间左右侧磁粉芯磁柱的磁阻对所述初始绕组线圈附近空气中的额外漏感判断所述中间绕组线圈附近空气中的额外漏感量和所述中间磁芯磁路中的原边漏感若是，则将所述中间绕组线圈附近空气中的额外漏感量作为目标述中间左右侧磁粉芯磁柱的磁粉芯材料磁导率作为目标左右侧磁粉芯磁柱的磁粉芯材料采用所述左右侧磁粉芯磁柱的磁阻和所述磁通支路磁通量，计算左右侧根据所述左右侧磁粉芯磁柱两端的磁压降、所述左右侧边柱的磁场强度和左右侧边柱副边绕组线圈中的采用所述左右侧边柱原边绕组线圈中的磁场强度、所述左右侧边柱电基于所述左右侧边柱绕组线圈空气总漏感能量和所述变压器设计对所述左侧边柱上原边漏感量和所述右侧边柱上原边漏感7;获取模块，用于获取变压器设计参数，并采用预置面积乘积第一计算模块，用于采用预置约束条件根据所述变压器设计第二计算模块，用于采用预置变压器磁路模型根据所述左右第三计算模块，用于根据所述中柱磁通支路的总磁阻和所第四计算模块，用于采用预置磁芯拐角模型根据所述磁芯8设计模块，用于基于预置线圈绕制方式，通过所述目标磁芯磁路9[0004]现有的用于CLLC变换器的磁集成变压器设计方法大多通过调整磁芯中柱与边柱而完成变压器的设计，但该方式在边柱磁通支路中采用较小宽度的空气隙实现较大的磁有的用于CLLC变换器的磁集成变压器设计方法无法实现磁集成变压器的漏感量的精确控[0009]采用预置变压器磁路模型根据所述左右侧边柱所分配到的原副边绕组线圈匝数、[0016]左侧边柱所分配到的原边绕组线圈的匝数与副边绕组线圈的匝数的乘积等于右侧边柱所分配到的原边绕组线圈的匝数与副边[0018]采用预置约束条件根据所述变压器设计参数中的原边谐振电感感值和副边谐振紧密绕制的情况下的左侧边柱原边绕组线圈宽度和左[0020]比较在紧密绕制的情况下的所述左侧边柱原边绕组线圈宽度和所述左侧边柱副[0021]将最大的所述左侧边柱原边绕组线圈宽度或所述左侧边柱副边绕组线圈宽度作紧密绕制的情况下的右侧边柱原边绕组线圈宽度和右[0023]比较在紧密绕制的情况下的所述右侧边柱原边绕组线圈宽度和所述右侧边柱副[0024]将最大的所述右侧边柱原边绕组线圈宽度或所述右侧边柱副边绕组线圈宽度作;磁通支路的总磁阻；为原边谐振电感感值；Lres_sw为副边谐振电感感值；为左侧边柱所分配到的原边绕组线圈匝数；为左侧边柱所分配到的副边绕组线圈匝数；NW为副边绕组线圈的总匝数；为原边绕组线圈的总匝数；述左右侧边柱磁芯拐角处磁阻包括左侧边柱磁芯拐角处的磁阻和右侧边柱磁芯拐角处的[0034]采用所述磁芯结构几何参数中的磁芯边柱的宽度分别对左侧边柱磁芯拐角模型和磁芯的厚度对所述左侧边柱磁芯拐角模型对应的第一磁芯拐角区域、第二磁芯拐角区和磁芯的厚度对所述右侧边柱磁芯拐角模型对应的第一磁芯拐角区域、第二磁芯拐角区[0051]基于所述中间左右侧磁粉芯磁柱的磁阻对所述初始绕组线圈附近空气中的额外[0052]判断所述中间绕组线圈附近空气中的额外漏感量和所述中间磁芯磁路中的原边气中的额外漏感量、将所述中间磁芯磁路中的原边漏感作为目标磁芯磁路中的原边漏感、将所述中间左右侧磁粉芯磁柱的磁粉芯材料磁导率作为目标左右侧磁粉芯磁柱的磁粉芯层中的磁场强度和左右侧边柱副边绕组线圈中的磁;[0067]第三计算模块，用于根据所述中柱磁通支路的总磁阻和中的额外漏感量和目标左右侧磁粉芯磁柱的磁粉芯[0075]图1为本发明实施例一提供的一种用于CLLC变换器的磁集成变压器设计方法的步[0083]图9为本发明实施例二提供的用于CLLC变换器的磁集成变压器设计方法的流程示[0084]图10为本发明实施例三提供的一种用于CLLC变换器的磁集成变压器设计装置的解决现有的用于CLLC变换器的磁集成变压器设计方法无法实现磁集成变压器的漏感量的[0105]左右侧内外层线圈之间的电气隔离距离包括左侧边柱上的内层线圈与外层线圈之间的电气隔离距离和右侧边柱上的内层线圈与外层线圈之间[0106]预置约束条件为左侧边柱所分配到的原边绕组线圈的匝数与副边绕组线圈的匝数的乘积等于右侧边柱所分配到的原边绕组线圈的匝数与副边绕组[0108]步骤S21、采用预置约束条件根据变压器设计参数中的原边谐振电感感值和副边感感值Lres_sw的比值等于原副边匝数比n的平方，根据这一关系可以推导出预置约束条件为左侧边柱所分配到的原边绕组线圈的匝数与副边绕组线圈的匝数的乘积等于右侧边紧密绕制的情况下的左侧边柱原边绕组线圈宽度和左[0111]步骤S23、比较在紧密绕制的情况下的左侧边柱原边绕组线圈宽度和左侧边柱副[0112]步骤S24、将最大的左侧边柱原边绕组线圈宽度或左侧边柱副边绕组线圈宽度作[0113]需要说明的是，计算左侧边柱上的原边绕组在紧密绕制情况下的线圈宽度,计算左侧边柱上的副边绕组在紧密绕制情况下的线圈宽度组线圈宽度即。比较左侧边柱上的原边绕组线圈和紧密绕制的情况下的右侧边柱原边绕组线圈宽度和右[0115]步骤S26、比较在紧密绕制的情况下的右侧边柱原边绕组线圈宽度和右侧边柱副[0116]步骤S27、将最大的右侧边柱原边绕组线圈宽度或右侧边柱副边绕组线圈宽度作度的步骤原理，计算右侧边柱上的原边绕组在紧密绕制情况下的线圈宽度、计算右侧边柱上的副边绕组在紧密绕制情况下的线圈宽度,取两者最大值作为右侧边柱的设计线圈宽度（即目标右侧边令右侧的磁粉芯磁柱的长度等于右侧边柱设计线圈与外层线圈之间的电气隔离距离和右侧边柱上的内层线圈与外层线圈之间的[0120]步骤103、采用预置变压器磁路模型根据左右侧边柱所分配到的原副边绕组线圈上的激磁磁势为，去磁磁势为，右侧边柱上的激磁磁势为为变压器的输入电压，Vu为变压器的输出电压，根据法拉第电[0140]最后，得到边柱磁通支路的总磁阻Rm和中柱磁通支路的总磁阻Rmw的表达[0144]需要说明的是，在中柱磁通支路通过开空气隙的方式来控制中柱磁通支路的磁[0152]计算在考虑气隙边缘磁通的情况下，气隙长度为的空气隙的磁阻大小可表[0165]左右侧边柱磁芯拐角处磁阻包括左侧边柱磁芯拐角处的磁阻和右侧边柱磁芯拐[0168]步骤S51、采用磁芯结构几何参数中的磁芯边柱的宽度分别对左侧边柱磁芯拐角芯拐角区域part3和第四磁芯拐角区域part4，在磁芯窗口的内拐角处以作四分之一圆边柱磁通支路磁通量和右侧边柱磁通支路磁通[0182]其中，"mmn为partl区域在相应的磁通密度下的准确磁导率；为par12区域在相应的磁通密度下的准确磁导率；为part3区域在相应的磁通[0185]基于上述步骤原理，分别计算出左侧边柱磁芯拐角处的磁阻和右侧。[0188]左右侧磁粉芯磁柱的磁粉芯材料磁导率包括左侧磁粉芯磁柱的磁粉芯材料磁导磁阻和减去以上两部分后的剩余磁芯磁路的磁阻三部分串,再结合边柱的截面积可计算出左侧边柱磁通支路的磁通密度和右侧边[0201]由边柱磁通支路的总磁阻Rm减去两个磁芯拐角磁阻和剩余磁芯磁路的磁阻后右侧磁粉芯磁柱的磁粉芯材料磁导率和预置设计漏感量，确定目标磁芯磁路中的原边漏感、目标绕组线圈附近空气中的额外漏感量和目标左右侧磁粉芯磁柱的磁粉芯材料磁导[0215]左右侧边柱原边绕组线圈中的磁场强度包括左侧边柱原边绕组线圈中的磁场强[0216]左右侧边柱电气隔离层中的磁场强度包括左侧边柱电气隔离层中的磁场强度和[0217]左右侧边柱副边绕组线圈中的磁场强度包括左侧边柱副边绕组线圈中的磁场强[0218]左右侧边柱绕组线圈空气总漏感能量包括左侧边柱绕组线圈附近空气中的总漏压降包括左侧磁粉芯磁柱两端的磁压降umw和右侧磁粉芯磁柱两端的磁压降中的磁场强度Haoaec、左侧边柱副边绕组线圈中的磁场强度H__w随距离x变化的表达感能量wm_un、电气隔离层中的漏感能量、副边绕组线圈中的漏感能量到空气中的总的额外原边漏感量（即初始绕组线圈附近空气中的额外漏感量）[0237]步骤S751、采用中间左右侧磁粉芯磁柱的磁阻对边柱磁通支路的总磁阻进行更的方式为左右侧磁粉芯磁柱的磁粉芯材料磁导率与设定的[0247]步骤S76、基于中间左右侧磁粉芯磁柱的磁阻对初始绕组线圈附近空气中的额外[0249]步骤S77、判断中间绕组线圈附近空气中的额外漏感量和中间磁芯磁路中的原边近空气中的额外漏感量、将中间磁芯磁路中的原边漏感作为目标磁芯磁路中的原边漏感、将中间左右侧磁粉芯磁柱的磁粉芯材料磁导率作为目标左右侧磁粉芯磁柱的磁粉芯材料芯磁路中的原边漏感之和等于预置设计漏感量时确定的中间绕组线圈附近空气中的额外[0253]预置线圈绕制方式为比较左侧边柱上的原边绕组线圈和副边绕组线圈在紧密绕产生磁位差，通过调整中柱和两侧边柱的气隙磁阻就可以控制流通于中柱的磁通量的大为磁芯的磁导率为无限大而忽略了磁芯磁路[0257]针对上述问题，本发明提出了一种用于CLLC变换器的磁的CLLC变换器磁集成变压器设计方法使用与绕组线圈长度等长的磁粉芯磁柱来代替空首先建立精确的磁芯磁路模型和空气漏感模型，然后根据模型计算出精确的变压器漏感[0261]在本发明实施例中，本发明提供了一种用于CLLC变换器的磁集成变压器设计方[0271]在本发明实施例中，本发明提出一种用于CLLC变换器的体地，在步骤2中推导出的关于原副边绕组线圈在左侧边柱和右侧边柱上的最优匝数分配得原副边绕组线圈长度等长；放置与绕组线圈等长的磁粉芯磁柱来控制磁通支路的磁阻；线圈的绕制方式以及等长的磁粉芯磁柱使得绕组线圈附近空间中的漏磁通分布更加规则，[0285]左侧边柱所分配到的原边绕组线圈的匝数与副边绕组线圈的匝数的乘积等于右侧边柱所分配到的原边绕组线圈的匝数与副边[0287]