开关电源被广泛应用于各种电力电子设备领域,其高效率、高功率密度、高可靠性的发展要求决定了开关器件、电路拓扑、控制技术、磁性元件等方面的未来发展趋势。高频LLC谐振变换器具有高效率、高可靠性的特点,而磁性元件是限制其体积和高度的主要因素,为了进一步提高变换器的功率密度,本文针对高频LLC谐振变换器的磁元件需求进行平面磁集成变压器设计,采用理论分析和Maxwell 3D高频电磁场建模仿真的方式,分别从以下三个方面展开研究:(1)平面变压器设计与磁集成研究。首先,针对LLC谐振变换器拓扑的工作原理进行了分析,给出了高频平面变压器的设计方法。其次,完成了平面变压器的设计方案,并通过建模仿真验证了设计方法的合理性。然后,通过对多种磁集成方案特点的对比,选择利用边柱解耦集成和磁芯组合集成两种方案进行理论设计以及建模仿真,确定了磁芯组合集成具有电感易调节、损耗低和副边漏感小的优点,并通过样机测试进一步验证了该方案的合理性。最后,针对平面变压器成组方案进行了研究,研究表明变压器成组方案具有提高变换器空间利用率的作用。(2)平面磁集成变压器损耗优化设计。首先,进行了磁芯损耗和绕组损耗分析,利用麦克斯韦方程建立了绕组损耗理论模型。其次,对不同绕组结构下的一维变压器模型进行了绕组损耗计算分析,并通过高频电磁场仿真分析对比,确定了采用并联绕组对称交错排列的方式可以有效地减少绕组高频损耗。最后,研究了气隙位置对于变压器磁通分布和绕组损耗的影响,并通过建模仿真进行了分布气隙的结构优化,为平面变压器的气隙结构设计提供了参考方向。(3)平面磁集成变压器分布参数的分析与优化。首先,分析了磁集成变压器分布参数及其对LLC变换器的影响。其次,利用磁场能量法针对变压器漏感进行了理论计算分析,并通过建模仿真针对磁集成方式、绕组排列方式以及绕组自身结构对漏感的影响进行研究,确定了采用磁芯组合磁集成、原边绕组单层排布、并联绕组对称交错排列的变压器结构具有较小的副边漏感。最后,利用电场能量法和平板电容等效法对平面变压器不同绕组结构下的分布电容进行计算分析,得到了采用原边绕组单层排布结构具有较小的匝间电容的结论,并针对原副边绕组之间的分布电容进行了屏蔽层的相关设计。