高变比LLC谐振变换器中低匝比平面变压器的设计
目前，大数据中心[1]已经成为大势所趋。LLC谐振变换器作为大数据中心的核心部件对于支持大数据中心建设，解决大数据中心高能耗、高碳排放问题和绿色化发展具有重大的理论和现实意义。对于当前使用的数据中心第二代供电系统而言，其电压调节器(VR，LLC谐振变换器)的电压变比高达48V:1V，未来的数据中心第三代和绿色能源互联网供电系统，其 DC/DC 变换部分(采用LLC谐振变换器)的电压变比也高达400V:12V或380V:12V[2]。无论是当前普遍使用的数据中心第二代供电系统还是未来使用的第三代和绿色能源互联网供电系统，其LLC谐振变换器都属于高电压变比结构。此外，为了满足刀片式服务器的发展趋势，LLC变换器的变压器和电感等大体积元器件必须采用低高度的平面结构和平面磁集成结构。
现有的实现LLC谐振变换器高变比的方法为在单级拓扑结构下将多个较低匝数的变压器进行磁集成[3]。传统变压器的总匝数多达40匝甚至更多[4-5]，若使用PCB绕组，会导致PCB绕组的层数增加，不但绕组结构排列变得复杂，降低了可靠性，而且还极大地增加了变换器绕组间的邻近效应和绕组损耗的分析难度。此外，采用层数较多的PCB绕组结构，不但导致PCB的制造成本很高，而且变换器绕组导体在通过大电流时会产生较大的损耗，由损耗产生的热量很难散发出去，引起 PCB的温升过高，降低变换器可靠性和使用寿命，使导体的电流密度受到很大限制，很难长期通过大电流，以满足服务器CPU和GPU 的低压大电流变换器供电需求。
针对现有问题，本文提出了一种低匝比平面变压器，在保证LLC谐振变换器高变比的前提下，减少了平面变压器的绕组匝数，并且减少了磁芯元件的数量和总体积，提高了变压器效率。首先分析了高变比LLC谐振变换器主电路的工作原理和增益特性，计算出了谐振变换器槽参数，接着给出了低匝比平面变压器磁芯的结构及其PCB绕组方案，进行了变压器的参数设计，计算其损耗和效率，搭建了变压器3D模型，进行了磁场有限元仿真，证明了该平面变压器的合理性和有效性。
暂无评论