[发明专利]堆叠矩阵变压器

说明书

一种变压器组件包括：顶部芯部、顶部芯部下方的底部芯部、多层的且绕顶部芯部和底部芯部中的每一个延伸的初级绕组、以及多层的且绕顶部芯部和底部芯部中的每一个延伸的次级绕组。初级绕组绕顶部芯部和底部芯部延伸，使得当电流在初级绕组中流动时，磁通量在顶部芯部与底部芯部之间的区域中被抵消或实质上抵消。一种转换器组件包括该变压器组件、包括初级绕组的初级侧电路、以及包括次级绕组的次级侧电路。

相关申请的交叉引用

本申请要求209年6月14日提交的美国专利申请第62/861,342号的权益，其全部内容通过引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及变压器。更具体地，本发明涉及可与DC/DC谐振转换器一起使用的堆叠矩阵变压器。

背景技术

图1中示出了半桥LLC转换器。图1中所示的半桥LLC转换器既可以与本节中讨论的已知变压器一起使用，或者也可以与在以下优选实施例的具体实施方式部分中讨论的根据本发明优选实施例的新型变压器一起使用。

图1示出了使用LLC串联谐振电路的半桥DC-DC转换器的典型应用。在图1中，“初级侧”是指变压器T1左侧连接到初级绕组的电路部分，而“次级侧”是指变压器T1右侧连接到次级绕组的电路部分。LLC是指无源部件电容器C_r、电感器L_r和连接到堆叠变压器T1的初级侧的电感器L_m。开关Q₁和Q₂连接到变压器T1的初级侧和输入电压V_i。开关Q₃、Q₄作为同步整流器(SR)连接到变压器T1的次级侧。如图1中所示，开关Q₁、Q₂、Q₃、Q₄可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。开关Q₃、Q₄中的每一个可以是单个开关(如图1中所示)，或者可以是并联连接且由控制器CON控制的多个开关(图1中未示出)。并联联接的开关是指开关的漏极连接在一起，并且开关的源极连接在一起。输出电容器C_o与输出负载并联连接到变压器T1的次级侧。图1中的输出电容器C_o可以包括多个并联联接的电容器。

在高功率和高电流应用中应考虑变压器的设计。为了实现高功率密度，使用高开关频率来减小磁性部件的尺寸，并且应谨慎设计高频变压器。在高频下，设计变压器绕组时应考虑趋肤深度效应(skin depth effect)和邻近效应(proximity effect)。趋肤深度效应和邻近效应会生成较大的AC损耗和较大的DC电阻损耗。此外，还应考虑变压器次级绕组与开关Q₃、Q₄之间的连接。次级绕组与SR(即开关Q₃、Q₄)之间的距离应减小，以降低与导线的寄生阻抗，并且最终降低端接损耗。

美国专利申请公开第2018/0068782号公开了一种高频LLC换流变压器的设计。图2和图3中所示的变压器组件200具有带有四个印刷电路板(PCB)205的交错绕组。变压器组件200包括连接到输出整流器PCB 210的变压器204。变压器204包括芯部203、串联连接的PCB205上的初级绕组201和并联连接的由冲压铜206制成的次级绕组202。图2示出了连接到输出整流器PCB 210之前的变压器204。变压器204包括可以焊接到输出整流器PCB 210中的对应焊盘215的中心端子220、左端子221和右端子222。优选地，端子220、221、222不通过摩擦配合或干涉配合而连接到焊盘215，并且端子220、221、222之间的电连接通过焊料产生。中心端子220提供次级绕组202的中心抽头，而左端子221和右端子222连接到次级绕组202的端部。变压器204可以包括集成输出电感器226。