基于矩阵平面变压器的优化设计与共模噪声抑制

《Scientific Reports》：Mitigating common-mode noise in high frequency LLC resonant converters: a parallel interleaved approach

　　

摘要

电动汽车、5G基础设施和数据中心等现代应用对效率和功率密度的日益增长的需求，加速了高频DC-DC转换器的应用。宽带隙半导体的使用使得开关频率达到兆赫兹级别，从而促进了无源组件的微型化。然而，这些优势也伴随着挑战：平面变压器中的高dv/dt转换和寄生电容往往会导致显著的共模（CM）噪声，从而引起电磁干扰（EMI）。尽管传统的缓解技术，如结构对称、绕组平衡和屏蔽，可以在一定程度上缓解问题，但它们通常需要较大的共模滤波器。本文提出了一种替代方案，通过优化矩阵平面变压器的磁结构和电路布局，从本质上抑制共模噪声。所提出的方法通过全面的高频变压器建模、电路级优化以及对一个1 kW基于GaN的LLC转换器的实验评估得到了验证，该转换器的输入电压范围为375–405 V，输出电压为48 V。结果表明，所提出的设计实现了有效的共模噪声抑制，显著减小了所需的滤波器尺寸。