目前，大數(shù)據(jù)中心[1]已經(jīng)成為大勢(shì)所趨。LLC諧振變換器作為大數(shù)據(jù)中心的核心部件對(duì)于支持大數(shù)據(jù)中心建設(shè)，解決大數(shù)據(jù)中心高能耗、高碳排放問(wèn)題和綠色化發(fā)展具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)于當(dāng)前使用的數(shù)據(jù)中心第二代供電系統(tǒng)而言，其電壓調(diào)節(jié)器(VR，LLC諧振變換器)的電壓變比高達(dá)48V:1V，未來(lái)的數(shù)據(jù)中心第三代和綠色能源互聯(lián)網(wǎng)供電系統(tǒng)，其 DC/DC 變換部分(采用LLC諧振變換器)的電壓變比也高達(dá)400V:12V或380V:12V[2]。無(wú)論是當(dāng)前普遍使用的數(shù)據(jù)中心第二代供電系統(tǒng)還是未來(lái)使用的第三代和綠色能源互聯(lián)網(wǎng)供電系統(tǒng)，其LLC諧振變換器都屬于高電壓變比結(jié)構(gòu)。此外，為了滿足刀片式服務(wù)器的發(fā)展趨勢(shì)，LLC變換器的變壓器和電感等大體積元器件必須采用低高度的平面結(jié)構(gòu)和平面磁集成結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)LLC諧振變換器高變比的方法為在單級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下將多個(gè)較低匝數(shù)的變壓器進(jìn)行磁集成[3]。傳統(tǒng)變壓器的總匝數(shù)多達(dá)40匝甚至更多[4-5]，若使用PCB繞組，會(huì)導(dǎo)致PCB繞組的層數(shù)增加，不但繞組結(jié)構(gòu)排列變得復(fù)雜，降低了可靠性，而且還極大地增加了變換器繞組間的鄰近效應(yīng)和繞組損耗的分析難度。此外，采用層數(shù)較多的PCB繞組結(jié)構(gòu)，不但導(dǎo)致PCB的制造成本很高，而且變換器繞組導(dǎo)體在通過(guò)大電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的損耗，由損耗產(chǎn)生的熱量很難散發(fā)出去，引起 PCB的溫升過(guò)高，降低變換器可靠性和使用壽命，使導(dǎo)體的電流密度受到很大限制，很難長(zhǎng)期通過(guò)大電流，以滿足服務(wù)器CPU和GPU 的低壓大電流變換器供電需求。
針對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題，本文提出了一種低匝比平面變壓器，在保證LLC諧振變換器高變比的前提下，減少了平面變壓器的繞組匝數(shù)，并且減少了磁芯元件的數(shù)量和總體積，提高了變壓器效率。首先分析了高變比LLC諧振變換器主電路的工作原理和增益特性，計(jì)算出了諧振變換器槽參數(shù)，接著給出了低匝比平面變壓器磁芯的結(jié)構(gòu)及其PCB繞組方案，進(jìn)行了變壓器的參數(shù)設(shè)計(jì)，計(jì)算其損耗和效率，搭建了變壓器3D模型，進(jìn)行了磁場(chǎng)有限元仿真，證明了該平面變壓器的合理性和有效性。
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