Конструкция планарного трансформатора с малым коэффициентом оборачиваемости в резонансном LLC-преобразователе с богатым источником и высоким коэффициентом перестройки

В настоящее время большой центр обработки данных [1] стал большой тенденцией.LLC резонансный преобразователь как основной компонент большого центра обработки данных имеет большое теоретическое и практическое значение для поддержки строительства большого центра обработки данных, решения проблемы высокого потребления энергии, высокого выброса углерода и зеленого развития большого центра обработки данных. Для используемой в настоящее время системы электропитания ЦОД второго поколения соотношение напряжения регулятора напряжения (VR, LLC резонансный преобразователь) составляет 48 В:1 В, а для будущего ЦОД третьего поколения и системы электропитания "зеленого" Интернета соотношение напряжения части DC/DC-преобразователя (с использованием LLC резонансного преобразователя) также будет составлять 400 В:12 или 380 В:12 [2]. Резонансный преобразователь LLC относится к структуре с высоким соотношением напряжений как в системе электропитания второго поколения для центров обработки данных, которая широко используется сегодня, так и в системе электропитания третьего поколения и зеленой энергии Интернета, которая будет использоваться в будущем. Кроме того, чтобы соответствовать тенденции развития блейд-серверов, такие объемные компоненты, как трансформаторы и индукторы LLC-преобразователей, должны иметь планарные структуры малой высоты и планарные магнитные интегральные структуры.

Существующий метод достижения высоких коэффициентов трансформации в резонансных LLC-преобразователях заключается в магнитной интеграции нескольких трансформаторов с меньшим числом витков в однокаскадную топологию ^[3]. Общее число витков обычных трансформаторов достигает 40 витков или даже больше^[4-5], и если используются обмотки печатной платы, это приводит к увеличению числа слоев обмоток печатной платы, что не только усложняет конструкцию обмоток и снижает их надежность, но и значительно усложняет анализ эффекта близости между обмотками преобразователя и потерь в обмотках. Кроме того, использование структуры обмотки печатной платы с большим количеством слоев не только приводит к высокой стоимости изготовления печатной платы, но и создает большие потери в проводнике обмотки преобразователя при прохождении большого тока, а тепло, выделяемое потерями, трудно отводить, что приводит к высокому повышению температуры печатной платы, снижает надежность и срок службы преобразователя, а также ограничивает плотность тока в проводнике, что затрудняет прохождение большого тока в течение длительного периода времени для удовлетворения слаботочных требований CPU и GPU серверов. Плотность тока в проводнике очень ограничена, что затрудняет прохождение больших токов в течение длительного времени для удовлетворения требований к низковольтному и сильноточному питанию преобразователя для CPU и GPU.

Для решения существующих проблем в данной статье предлагается планарный трансформатор с низким коэффициентом трансформации, который позволяет уменьшить число витков обмотки планарного трансформатора при условии обеспечения высокого переменного коэффициента резонансного LLC-преобразователя, а также уменьшить число компонентов сердечника и общий объем, что повышает эффективность трансформатора.

Сначала анализируются принцип работы и характеристики усиления главной цепи резонансного LLC-преобразователя с высоким коэффициентом трансформации, рассчитываются параметры паза резонансного преобразователя, затем приводится структура сердечника планарного трансформатора с низким коэффициентом трансформации и схема его намотки на печатной плате, проводится параметрический расчет трансформатора для расчета потерь и КПД, строится 3D-модель трансформатора и проводится магнитное конечно-элементное моделирование, которое доказывает, что данный планарный трансформатор является целесообразным и эффективность планарного трансформатора.