一种高频大功率多磁芯组合式平面变压器
阅读说明：本技术 一种高频大功率多磁芯组合式平面变压器 (High-frequency high-power multi-magnetic-core combined planar transformer ) 是由 王娜 石岩 常佳琪 王一轩 任帅 于 2021-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高频大功率多磁芯组合式平面变压器,包括：四个E型磁芯和多个PCB绕组铜片；四个磁芯依次层叠排布,且其中两个相邻磁芯紧连组成第一EE磁芯对,另外两个相邻磁芯紧连组成第二EE磁芯对；第一EE磁芯对和第二EE磁芯对之间通过一气隙连接；每个磁芯放置有12个PCB绕组铜片,依次形成2个原边P、4个副边S、4个原边P和2个副边S；其中,每个磁芯的各个原边依次串联后,再依次与其他三个磁芯依次串联,形成P+和P-；每个磁芯的各个原边依次并联后,再依次与其他三个磁芯依次并联,形成最终的S+和S-。本发明通过多磁芯组合结构、原边和副边交错排布的方式,实现了增大功率、减小漏感和分布电容、减小尺寸的目的。(The invention discloses a high-frequency high-power multi-magnetic-core combined planar transformer, which comprises: four E-shaped magnetic cores and a plurality of PCB winding copper sheets; the four magnetic cores are sequentially arranged in a laminated manner, two adjacent magnetic cores are tightly connected to form a first EE magnetic core pair, and the other two adjacent magnetic cores are tightly connected to form a second EE magnetic core pair; the first EE magnetic core pair and the second EE magnetic core pair are connected through an air gap; each magnetic core is provided with 12 PCB winding copper sheets, and 2 primary sides P, 4 secondary sides S, 4 primary sides P and 2 secondary sides S are sequentially formed; wherein, the primary sides of each magnetic core are sequentially connected in series and then sequentially connected in series with other three magnetic cores to form P + and P-; after the primary sides of all the magnetic cores are sequentially connected in parallel, the primary sides of all the magnetic cores are sequentially connected in parallel with other three magnetic cores to form final S + and S-. According to the invention, the purposes of increasing power, reducing leakage inductance and distributed capacitance and reducing size are realized by the way of staggered arrangement of the multi-magnetic-core combined structure and the primary side and the secondary side.)
技术领域
本发明涉及电子电力
技术领域
，更具体的说是涉及一种高频大功率多磁芯组合式平面变压器。背景技术
在储能系统中，要求电池侧和电网侧的电力系统隔离。常用的隔离方法是，在PCS(功率转换系统)的网侧安装变压器。传统的变压器通常由铁氧体磁芯及铜线圈构成，体积庞大而且容易产生电磁干扰。平面变压器与传统的变压器相比最大的区别在于铁芯及线圈绕组。平面变压器采用小尺寸的E型、RM型或环型铁氧体磁芯，在高频下有较低的磁芯损耗；绕组采用多层印刷电路板迭绕而成，绕组或铜片迭在平面的高频铁芯上构成变压器的磁回路。这种设计有低的直流铜阻、低的漏感和分布电容，可满足谐振电路的设计要求。而且由于磁芯良好的磁屏蔽，可抑制射频干扰。
现有的平面变压器要么层数较少，难以应用于大功率场合，要么单体磁芯耐受功率小，且散热面积小。
因此，如何提供一种体积小，单体功率较大的频大功率多磁芯组合式平面变压器是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高频大功率多磁芯组合式平面变压器，通过多磁芯组合结构、PCB铜片做线圈，原边和副边交错排布的方式，实现了在高频电源隔离电力网络中增大功率、减小漏感和分布电容、减小尺寸的目的。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高频大功率多磁芯组合式平面变压器，包括：四个E型磁芯和多个PCB绕组铜片；四个所述磁芯依次层叠排布，且其中两个相邻所述磁芯紧连组成第一EE磁芯对，另外两个相邻所述磁芯紧连组成第二EE磁芯对；所述第一EE磁芯对和所述第二EE磁芯对之间通过一气隙连接；
每个所述PCB绕组铜片由一个铜片和一匝线圈组成；每匝所述线圈分别具有一组线圈“+”“-”引出端；
每个所述磁芯放置有12个所述PCB绕组铜片，且自其远边至所述第一EE磁芯对或所述第二EE磁芯对的中间位置依次设置，并依次形成2个原边P、4个副边S、4个原边P和2个副边S；其中，四个所述磁芯的各个原边依次串联后，分别形成一组原边“+”“-”引出端，四组所述原边“+”“-”引出端再依次串联，形成最终的P+和P-；四个所述磁芯的各个副边依次并联后，分别形成一组副边“+”“-”引出端，四组所述副边“+”“-”引出端再依次并联，形成最终的S+和S-；其中，P+和P-连接于电池侧，S+和S-连接于电网侧。
优选的，在上述一种高频大功率多磁芯组合式平面变压器中，所述磁芯的尺寸为：宽63mm，高30mm，深50mm。
优选的，在上述一种高频大功率多磁芯组合式平面变压器中，所述磁芯材料为铁氧体DMR95。
优选的，在上述一种高频大功率多磁芯组合式平面变压器中，所述气隙的宽度为5-7mm。
优选的，在上述一种高频大功率多磁芯组合式平面变压器中，每片所述铜片的厚度为0.6±0.05mm。
优选的，在上述一种高频大功率多磁芯组合式平面变压器中，所述第一EE磁芯对或所述第二EE磁芯对的中间位置为两个所述磁芯紧连的位置处；所述磁芯的远边为远离所述第一EE磁芯对或所述第二EE磁芯对的中间位置的一端。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高频大功率多磁芯组合式平面变压器，通过电池-高频大功率变压器-负载电网这一连接形式，使大功率的电池侧和电网侧的电力系统得以隔离，不仅降低了变压器尺寸，还在高频环境下降低了变压器的漏感和分布电容，也降低了能量消耗。
在减小变压器尺寸方面，本发明通过推高频率，使磁性器件尺寸大大减少，从而降低变压器尺寸；同时，采样平面设计方案，使变压器的散热性能增加，进一步减小了同等功率下的变压器尺寸；通过规划原副边的绕组，使变压器的漏感减小，从而减小变压器中的邻近效应，使变压器的效率提高，进一步减小变压器的自身发热，从而进一步减小尺寸。
在降低变压器的漏感和分布电容方面，由于线圈所产生的磁力线不能都通过次级线圈，变压器初次级在耦合的过程中会产生漏磁的电感，漏掉的这部分磁通则为漏感。由于本发明采用了铁氧体DMR95，是高磁导率的材料，同时增大线圈的卷幅，增加原边和副边的接触面积，缩短原边和副边的距离，从而减小了漏感。
变压器每个单独绕组各层之间的电容称之为绕组的层间电容，层间电容占变压器总分布电容的比例相当大。本发明通过选择绕线面积较宽的骨架，即PCB印刷铜板，同时采用了原边副边交叉堆叠绕法，即放几个原边，隔几个副边，再放原边，进而实现降低层间电容的目的。
在降低能耗方面，由于高频变压器传输的是高频脉冲方波信号，在传输的瞬变过程中，漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压，以及顶部振荡，造成损耗增加的情况，因此，本发明也降低了能量损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的四个磁芯连接的结构示意图；
图2附图为本发明提供的磁芯E1中PCB绕组铜片的分布示意图；
图3附图为本发明提供的磁芯E2中PCB绕组铜片的分布示意图
图4附图为本发明提供的磁芯与PCB绕组铜片的连接示意图；
图5附图为本发明提供的每匝线圈的示意图；
图6附图为本发明提供的PCB绕组串联结构示意图；
图7附图为本发明提供的PCB绕组并联结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种高频大功率多磁芯组合式平面变压器，包括：四个E型磁芯和多个PCB绕组铜片；四个所述磁芯依次层叠排布，且其中两个相邻所述磁芯紧连组成第一EE磁芯对，另外两个相邻所述磁芯紧连组成第二EE磁芯对；所述第一EE磁芯对和所述第二EE磁芯对之间通过一气隙连接；
每个所述PCB绕组铜片由一个铜片和一匝线圈组成；每匝线圈分别具有一组线圈“+”“-”引出端；
每个所述磁芯放置有12个所述PCB绕组铜片，且自其远边至所述第一EE磁芯对或所述第二EE磁芯对的中间位置依次设置，并依次形成2个原边P、4个副边S、4个原边P和2个副边S；其中，四个所述磁芯的各个原边依次串联后，分别形成一组原边“+”“-”引出端，四组所述原边“+”“-”引出端再依次串联，形成最终的P+和P-；四个所述磁芯的各个副边依次并联后，分别形成一组副边“+”“-”引出端，四组所述副边“+”“-”引出端再依次并联，形成最终的S+和S-；其中，P+和P-连接于电池侧，S+和S-连接于电网侧。
在一个具体实施例中，本发明高频大功率多磁芯组合式平面变压器包括磁芯E1、E2、E3、E4和PCB绕组铜片4，磁芯E1、E2、E3、E4的尺寸相等，规格均为宽63mm，高30mm，深50mm，磁芯E1、E2、E3、E4的材料为铁氧体DMR95，PCB绕组铜片4由一个铜片和一匝线圈组成。.
四个磁芯层叠排布，磁芯E1和E2紧连合成第一EE磁芯对1，磁芯E3和E4紧连合成第二EE磁芯对2，E2和E3通过一定空气气隙3连接，即第一EE磁芯对和第二EE磁芯对之间通过一定气隙连接，本实施例中的气隙宽度为5mm，如图1所示。
在磁芯E1、E2、E3、E4中分别放置PCB绕组铜片4，如图4所示，每片铜片厚度为0.6±0.05mm，每片铜片有一匝线圈，如图5所示。
磁芯E1、E2、E3、E4上分别放置12片PCB绕组铜片4，即本实施例中一套变压器有48片PCB绕组铜片。以磁芯E1为例，从磁芯E1远边到第一EE磁芯对1中间位置的PCB绕组铜片4依次命名为P1、P2、S1、S2、S3、S4、P3、P4、P5、P6、S5、S6，如图2-3所示。以P开头的PCB绕组铜片为变压器原边，S开头的PCB绕组铜片为变压器副边，即磁芯E1、E2、E3、E4上分别依次套有2个原边、4个副边、4个原边、2个副边。
各原边串联，各副边并联，串联和并联连接形式如图6-7所示。因此，对于每个磁芯来说连接方式为P1-连P2+，P2-连P3+，P3-连P4+，P4-连P5+，P5-连P6+，至此原边最后引出的线是P1+和P6-，形成E1P+和E1P-。副边是S1+连S2+连S3+连S4+连S5+连S6+，S1-连S2-连S3-连S4-连S5-连S6-，形成E1S+和E1S-。以此类推磁芯E2的引出端分别为E2P+、E2P-和E2S+和E2S-，磁芯E3的引出端为E3P+、E3P-和E3S+和E3S-，磁芯E4的引出端为E4P+、E4P-和E4S+和E4S-。之后仍然保持原边串联，副边并联的形式，连接E1P-和E2P+，E2P-和E3P+，E3P-和E4P+，连接E1S+和E2S+和E3S+和E4S+，连接E1S-和E2S-和E3S-和E4S-。最后形成P+、P-、S+、S-。
本发明应用在高频大功率电源网络中，起到隔离作用，原边线圈接口P+、P-需要接在电池的接口两端，副边线圈接口S+、S-需要接在负载电路的两端。通过多磁芯组合结构、采用PCB铜片做线圈，原边和副边交错排布的方式，实现了在高频电源隔离电力网络中增大功率、减小漏感和分布电容、并减小尺寸的目的。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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