文献综述（或调研报告）：
对于传统的有线变压器，初级侧绕组是实心或多线绕组，用于低开关频率和低成本设计。在高频率下，选择绞合线以降低传导损耗。对于离线DC-DC转换器，次级侧电流远高于初级侧。因此，选择铜箔用于次级侧绕组。为了减轻交流绕组损耗，初级侧和次级侧绕组交错作为夹层结构。大多数情况下，次级侧绕组通过铜柱与主板连接。然而，由于邻近效应和交流连接端子中的电流浪涌，该结构遭受高端接损耗。与此同时，次级侧绕组与PCB板上的SR器件集成在一起。实际上，在直流输出端实现端接，可以显着降低端接损耗[1] [2]。但是，有一些限制。对于每个电池，初级侧绕组串联连接。为了完成整个变压器，多个电池并联连接。结果，这种结构变得非常复杂。此外，由于所有初级侧和次级侧绕组并联，因此绕组之间的电流共享可能是某些情况下的潜在问题，尤其是对于高电流应用。进一步简化这种变压器结构，初级侧绕组串联放置，次级绕组并联。然而，由于半绞合线半PCB板变压器，制造过程仍然很复杂。每个并联的次级侧绕组之间的电流共享也不能保证。平面变压器可以实现高功率密度和薄型变压器[3]。大多数情况下，多层PCB板用作平面变压器绕组。初级和次级侧绕组交错为夹层结构。然而，很难将SR器件集成在PCB板内的次级侧绕组上[4]。
矩阵变压器可以帮助解决这个难题。矩阵变压器被定义为互连的元件阵列，因此整个功能作为单个变压器[5]。每个元件都是一个包含设定匝数比的变压器，即1：1,2：1 ... .n：1。通过串联或并联连接元件的初级绕组和串联或并联的次级绕组获得所需的匝数比。对于高输出电流情况，仅考虑单匝次级。矩阵变压器的好处是它可以在并联连接的次级绕组之间分流电流，通过降低N2来降低漏感二次回路电感的值，并通过分配整个元件的功率损耗来改善热性能。另一方面，矩阵变压器结构还可以有效地降低绕组的磁通势（MMF），特别是对于PCB绕组。这也意味着减少漏电感和绕组交流电阻。
矩阵变压器可以通过分配多个内核的二次电流来帮助提高输出电流能力[6] ，[7]。提出了通量消除的概念，以减少核心大小和损失[8]但变压器采用非常昂贵的12层PCB实现，该PCB还具有大的分布式绕组电容，因此对于高输入电压应用而言具有较大的CM噪声电流。而且终止点对效率非常关键，使用12层PCB作为变压器绕组时，必须使用通孔来连接次级绕组和SR [9]，这会导致额外的损耗，因为所有交流电流都会通过这些通孔。改变电路，将SR和输出电容器集成到次级绕组中，并采用简单的四层PCB绕组。其中顶层和底层是两组用于中心抽头结构的次级绕组，而中间两层是初级绕组[10]。采用这种方法，所有电流相加的终端点出现在直流侧，因此，没有交流终端损耗。与漏电感一样，变压器绕组损耗显着降低。所以12层PCB的一种替代解决方案是使用简单的四层PCB来实现380 V / 12 V LLC转换器的矩阵变压器。并将SR和输出电容器集成为次级绕组的一部分，以消除交流终止损失[11]。当使用四层PCB绕组时，可以在初级和次级绕组之间放置两个屏蔽层。每个屏蔽层连接到主接地。因此，CM噪声电流只能在初级侧循环[12]。380 V / 12V LLC转换器设计通过设计优化程序进一步优化，峰值效率约为97％ [13]。但是这些设计仍然存在具有多个核心的复杂结构的问题，并且存在提高效率的空间。需要进一步努力在矩阵变压器的设计，优化和磁集成上，以便提高效率和功率密度。
影响绕组损耗的另一个因素是绕组铜的厚度。绕组损耗受高频操作时绕组铜厚度的严重影响。较厚的铜在高频下不会导致较低的绕组损耗。相反，过重的铜会增加总绕组损耗。这可以通过涡流效应来解释。对于较厚的导体，可以引起更多的涡流。因此，损失甚至更高。此外，更多的铜厚度意味着更高的成本。因此，应选择最佳的铜厚度。在1 MHz的情况下，2盎司和3盎司铜能达到最低的绕组损耗。考虑到成本，可以选择2盎司铜用于改进设计。结果，选择最佳铜厚度为工作频率的1个趋肤深度[14]。
所提出的矩阵变压器结构2的详细绕组布置在图中示出 ，其中黄色箭头表示正电流周期中的电流方向。顶层（层1）和底层（层4）是次级绕组。SR和输出电容集成在次级绕组中，以消除交流终端损耗。由于简单的四层PCB绕组实现，不需要用于连接辅助PCB层的过孔。中间两层（第2层和第3层）是初级绕组。虽然初级绕组通过过孔连接，但由于初级电流很小，过孔相关的损耗相对较小。这种绕组结构的另一个好处是两个主要端子彼此非常接近，这意味着与初级端子相关的漏电感和端接损耗可以忽略不计。虽然所提出的设计采用了埋入式通孔，但整体PCB成本仍然低于12层PCB实现 ，并且使用四层PCB绕组减少了缠绕电容[15]。
参考文献：
[1] D. Fu, F. C. Lee, Shuo Wang, 'Investigation on transformer design of high frequency high efficiency dc–dc converters', Proc. IEEE APEC 2010, pp. 940-947.
