大变比LLC谐振变换器的矩阵式变压器优化设计

效率和功率密度是功率变换器的两大要素。LLC谐振变换器由于具有零至满负荷范围内的零电压开关能力和同步整流装置的零电流开关等优点，是高功率密度、高效率dc-dc的理想转换器。高开关频率提高了功率密度，同时也带来了高开关损耗和高磁元件损耗。新兴的GaN器件为减小开关损耗提供可能^[1]，因此，磁元件的损耗就成为制约开关变换器损耗的关键影响因素。

当LLC谐振变换器的输出侧为大电流时，为降低电流应力可以采用矩阵式变压器的方案，通过变压器原边串联副边并联的方式实现每个变压器子模块的副边均流^[2]。在高频场合下LLC变压器的绕组损耗与直流损耗的计算方式不同。直流电阻只与导线的材质、长度以及横截面积有关；而交流电阻与绕组的布置、线宽、频率等因素有关。由于使用PCB绕组的平面变压器的绕组长宽比很大，符合Dowell一维模型情况，所以可以利用该模型对矩阵式变压器的PCB绕组损耗进行理论计算。本文设计了应用于大变比LLC 谐振变换器的矩阵式变压器，对变压器绕组原副边电流进行傅里叶分解，利用Dowell一维模型对两种不同矩阵式变压器结构的损耗进行理论计算，并与仿真软件Ansys在涡流场下的Maxwell2D和Maxwell3D的仿真结果进行对比，最后确定了变换器的最优结构。