CES TEMS 论文分享｜沈阳工业大学张殿海等：基于纳米晶软磁复合漏磁芯的LLC磁集成变压器设计

Design of LLC Magnetically Integrated Transformer Based on Nanocrystalline Soft Magnetic Composite Leakage Core

Kaimeng Shi; Dianhai Zhang*; Xuanzhe Zhao; Ziyan Ren

Shenyang University of Technology, Shenyang, China

K. Shi, D. Zhang, X. Zhao and Z. Ren, "Design of LLC Magnetically Integrated Transformer Based on Nanocrystalline Soft Magnetic Composite Leakage Core," in CES Transactions on Electrical Machines and Systems, Vol. 9, No. 4, pp. 454-462, December 2025, DOI: 10.30941/CESTEMS.2025.00039.

摘 要

磁集成技术可以减小电感-电感-电容（LLC）转换器的印刷电路板（PCB）尺寸。然而，通过修改变压器气隙来调节漏电感的传统方法灵敏度低，输出功率能力有限。本文提出了一种新型的磁集成变压器结构，该结构采用纳米晶软磁复合材料（SMC）层压来分离初级和次级铁芯。使用SMC作为漏芯可以更精确地控制磁通量分配，从而实现精确的漏电感调谐。此外，这种设计实现了每匝更高的磁化电感。实验结果表明，所提出的GU30磁集成变压器可承载206.9 W的原边输入有功功率，其性能优于传统设计方案，且满载效率保持在95%以上。这项技术有可能进一步提高功率转换产品的功率密度。

Abstract

Magnetic integration technology can reduce the printed circuit board (PCB) size of inductor-inductor-capacitor (LLC) converters. However, conventional methods for adjusting leakage inductance by modifying the transformer's air gap exhibit low sensitivity and limited output power capability. This paper proposes a novel magnetically integrated transformer structure that employs nanocrystalline soft magnetic composite (SMC) lamination to separate primary and secondary cores. Using SMC for the leakage core allows for more precise control of the magnetic flux division, enabling accurate leakage inductance tuning. Furthermore, this design achieves a higher magnetizing inductance per turn. Experimental results show that the proposed GU30 magnetically integrated transformer handles a primary input active power of 206.9 W, outperforming conventional designs while maintaining a full-load efficiency above 95%. This technology has the potential to further enhance the power density of power conversion products.

图1 半桥LLC谐振变换器拓扑

作者信息

史凯萌，出1995年出生于辽宁。于2017年和2020年分别获得沈阳工业大学电气工程学士学位和硕士学位。他正在沈阳工业大学攻读电气工程博士学位。他目前的研究兴趣包括新型磁性材料的建模及其在电力电子领域的应用。

张殿海(Member, IEEE)，分别于2006年和2009年在沈阳工业大学获得生物医学工程、电机和电器学士学位和硕士学位，并于2013年在韩国忠北国立大学获得电气工程博士学位。他目前是沈阳工业大学电气工程学院的教授。他的研究兴趣包括新型磁性材料的磁性能测量和建模以及电气设备的多物理场耦合分析。

赵轩哲，1998年出生于内蒙古自治区。于2020年获得吉林化工大学电气工程与自动化学士学位，2024年获得沈阳工业大学电气工程硕士学位。他正在沈阳工业大学攻读电气工程博士学位。他目前的研究兴趣包括电气工程材料的磁性能测量和模拟，以及软磁复合材料的结构表征和磁性能的分析预测。

任自艳(Member, IEEE)，分别于2006年和2009年获得沈阳工业大学学士学位和硕士学位。她于2013年获得韩国忠北国立大学电气工程博士学位。她目前是中国沈阳沈阳工业大学的教授。她的研究兴趣包括电磁设备的优化设计和电磁场的数值分析。

《中国电工技术学会电机与系统学报（英文）》(CES TEMS)是中国电工技术学会和中国科学院电工研究所共同主办、IEEE PELS学会技术支持的英文学术期刊。期刊发表国内外有关高性能电机系统、电机驱动、电力电子、可再生能源系统、电气化交通等研发及应用领域中原创、前沿学术论文。中国工程院院士马伟明担任主编，IEEE 副主席 Don Tan 博士为国际主编。目前已被ESCI、EI、Scopus、 Inspec、Google scholar、IEEE Xplore、中国科学引文数据库(CSCD) 核心版、DOAJ、CSTPCD、知网、万方、维普等数据库收录。

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