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

磁集成技術可以減小電感-電感-電容（LLC）轉換器的印刷電路板（PCB）尺寸。然而，通過修改變壓器氣隙來調節漏電感的傳統方法靈敏度低，輸出功率能力有限。本文提出了一種新型的磁集成變壓器結構，該結構采用納米晶軟磁復合材料（SMC）層壓來分離初級和次級鐵芯。使用SMC作為漏芯可以更精確地控制磁通量分配，從而實現精確的漏電感調諧。此外，這種設計實現了每匝更高的磁化電感。實驗結果表明，所提出的GU30磁集成變壓器可承載206.9 W的原邊輸入有功功率，其性能優于傳統設計方案，且滿載效率保持在95%以上。這項技術有可能進一步提高功率轉換產品的功率密度。

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.

圖1 半橋LLC諧振變換器拓撲

作者信息

史凱萌，出1995年出生于遼寧。于2017年和2020年分別獲得沈陽工業大學電氣工程學士學位和碩士學位。他正在沈陽工業大學攻讀電氣工程博士學位。他目前的研究興趣包括新型磁性材料的建模及其在電力電子領域的應用。

張殿海(Member, IEEE)，分別于2006年和2009年在沈陽工業大學獲得生物醫學工程、電機和電器學士學位和碩士學位，并于2013年在韓國忠北國立大學獲得電氣工程博士學位。他目前是沈陽工業大學電氣工程學院的教授。他的研究興趣包括新型磁性材料的磁性能測量和建模以及電氣設備的多物理場耦合分析。

趙軒哲，1998年出生于內蒙古自治區。于2020年獲得吉林化工大學電氣工程與自動化學士學位，2024年獲得沈陽工業大學電氣工程碩士學位。他正在沈陽工業大學攻讀電氣工程博士學位。他目前的研究興趣包括電氣工程材料的磁性能測量和模擬，以及軟磁復合材料的結構表征和磁性能的分析預測。

任自艷(Member, IEEE)，分別于2006年和2009年獲得沈陽工業大學學士學位和碩士學位。她于2013年獲得韓國忠北國立大學電氣工程博士學位。她目前是中國沈陽沈陽工業大學的教授。她的研究興趣包括電磁設備的優化設計和電磁場的數值分析。

《中國電工技術學會電機與系統學報（英文）》(CES TEMS)是中國電工技術學會和中國科學院電工研究所共同主辦、IEEE PELS學會技術支持的英文學術期刊。期刊發表國內外有關高性能電機系統、電機驅動、電力電子、可再生能源系統、電氣化交通等研發及應用領域中原創、前沿學術論文。中國工程院院士馬偉明擔任主編，IEEE 副主席 Don Tan 博士為國際主編。目前已被ESCI、EI、Scopus、 Inspec、Google scholar、IEEE Xplore、中國科學引文數據庫(CSCD) 核心版、DOAJ、CSTPCD、知網、萬方、維普等數據庫收錄。

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