SST 固态变压器里的 LLC 高频变压器和普通工频变压器、普通低压 LLC 变压器差别很大，它同时承担电气隔离、电压变换、谐振电感集成三个任务，很多方案直接把绕组漏感拿来充当 LLC 谐振电感，不用额外单独谐振电感，以此提升整机功率密度；但高频带来集肤效应、邻近效应、铁损激增，再叠加 SST 中压侧的高绝缘、局放、双向功率流动、宽电压波动要求，设计时不能只按普通小功率 LLC 思路算匝数，必须同步兼顾磁芯损耗、绕组损耗、绝缘耐压、漏感精度、ZVS 软开关区间、温升控制，下面把特性、选型、设计步骤、约束条件整理清楚。
一、LLC 高频变压器在 SST 中的核心特性清单
- 磁集成特性：漏感不再是有害寄生参数，而是 LLC 谐振腔的谐振电感 Lr，漏感数值直接决定谐振频率、增益曲线、软开关范围，对绕组排布、磁芯气隙、磁分路结构非常敏感
- 双向工作特性：SST 支持功率双向流动，变压器正反方向都要满足 LLC 增益、ZVS 条件，不能只按单向整流工况设计
- 高频损耗特性：包含磁芯的高频铁损、绕组的集肤 + 邻近效应铜损，非正弦励磁波形，不能直接套用工频变压器损耗公式
- 高压绝缘特性：中压 SST 单元绕组之间、原副边之间要承受中压直流 / 高频交流应力，需要控制局放，电场畸变集中在绕组端部
- 励磁电感约束特性：励磁电感 Lm 和谐振电感 Lr 的比值 Ln 是关键参数，Ln 太小无功环流大、损耗高；Ln 太大，轻载容易丢失 ZVS，控制范围变窄
- 宽工况特性：SST 接入光伏、储能、配网，输入电压波动范围大，LLC 变压器要在宽输入下维持稳定增益、软开关
二、磁芯材料选型对比表
| 磁芯材料 | 适用频率 | 饱和磁密 | 优势 | 短板 | 适合 SST 场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| 锰锌铁氧体（N97、3C96） | 100kHz~500kHz | 0.4~0.5T | 成本低、涡流损耗小 | 饱和磁密偏低、居里温度低、高温容易饱和 | 高频、中小功率 SST 单元 |
| 铁基纳米晶 | 20kHz~100kHz | 约 1.2T | 饱和磁密高、热稳定性好、同等磁密损耗更低 | 价格更高、加工切割容易增加损耗 | 中大功率、中压 SST，优先推荐 |
| 钴基非晶 | 10kHz~50kHz | 0.6~0.8T | 磁滞损耗低 | 成本高、磁致伸缩大、噪声偏大 | 对损耗要求极高的特种样机 |
三、完整设计步骤
- 先确定系统指标：SST 单元功率、谐振频率、原副边电压范围、目标效率、绝缘耐压等级、是否双向运行
- 选定 Ln 电感比，确定 Lm、Lr 目标值，Lr 就是需要控制的漏感；如果漏感不够，要增加磁分路结构来抬高漏感
- 磁芯选型：按 AP 法初选磁芯，核算工作磁密，预留饱和裕度，高频下磁密要压低，控制铁损
- 绕组设计：优先利兹线，抑制集肤和邻近效应；绕组排布方式决定漏感大小，同心绕组、交错绕组、分段绕组各有不同漏感特性
- 绝缘结构设计：原副边主绝缘、层间绝缘、端部电场均压，高压场景采用梯度绝缘、环氧浇注，控制局部放电
- 损耗与热校核：分开计算铁损、交流铜损，做热仿真，确定风冷 / 水冷方案，控制热点温度
- 有限元仿真校验：电场仿真检查端部电场集中、磁场仿真核验漏感、励磁电感、磁通分布
- 样机实测：实测漏感、励磁电感、温升、局放、全工况 ZVS 范围，微调绕组结构和气隙
四、重点设计约束与风险点
- 漏感精度约束：LLC 对 Lr 偏差敏感，绕组绕制、屏蔽层、磁分路加工公差都会改变漏感，公差一般控制在 ±5% 以内
- 软开关约束：死区时间、励磁电流要满足全负载范围 ZVS，轻载是最容易失效的区间
- 局放约束：中压 SST 不能只看工频耐压，高频交变电场下微小气隙会引发局放，长期会击穿绝缘
- 温升约束：高频下损耗集中在绕组端部和磁芯拐角，热点温度远高于平均温度
- EMI 约束：高频电压变化率高，绕组寄生电容会带来共模干扰，需要增加静电屏蔽层
五、常见绕组结构特点
- 同心绕组：结构简单、漏感可控范围适中，适合大多数 SST LLC 单元，容易加磁分路调漏感
- 交错绕组：邻近效应损耗大，漏感偏小，一般不适合需要把漏感当作谐振电感的方案
- 分段绕组：电场分布更均匀，降低端部电场应力，适合高压中压 SST，但绕制工艺复杂
【常见问题】
问题 1：SST 固态变压器 LLC 高频变压器特性分析与设计中，为什么可以直接用变压器漏感当 LLC 谐振电感？
回答 1：SST 固态变压器 LLC 高频变压器特性分析与设计中，通过绕组排布、磁分路设计，把漏感精准控制到目标谐振电感数值，省去单独谐振电感，提升 SST 功率密度，但是漏感精度要求很高。
问题 2：SST 固态变压器 LLC 高频变压器特性分析与设计，磁芯优先选纳米晶还是铁氧体？
回答 2：SST 固态变压器 LLC 高频变压器特性分析与设计，20–100kHz 中大功率中压 SST 优先铁基纳米晶；100kHz 以上、功率不大的单元，锰锌高频铁氧体性价比更高。
问题 3：SST 固态变压器 LLC 高频变压器特性分析与设计，Ln 电感比选大还是选小更好？
回答 3：SST 固态变压器 LLC 高频变压器特性分析与设计，Ln 偏小增益曲线陡、电压调节灵敏，但励磁无功环流大、损耗上升；Ln 偏大无功小，但轻载容易丢 ZVS，工程上一般取 3~8 区间折中。
【参考资料】
[2026-07-08]（SST 固态变压器中高频磁性材料选型与高频变压器设计方法论）电子工程世界
[2026-04-04]（固态变压器 (SST) 谐振腔设计：利用主变压器漏感完全取代谐振电感）电子工程世界
[2025-12-15]（应用于电力电子变压器的 CLLC 型直流变压器参数鲁棒性分析与优化设计）全球能源互联网学报
[2025-12-18]（基于 SiC 的模块化 SST 三电平 LLC 高频隔离单元设计）亿伟世科技
[2021-04-12]（高压大容量电力电子变压器中高频变压器研究现状和发展趋势）中国电机工程学会
【免责声明】
本文内容来自电力电子期刊、行业技术论坛公开技术资料，SST 固态变压器 LLC 高频变压器特性、设计参数受电压等级、功率、频率、绝缘工艺、散热方案影响很大；本文仅作为理论和工程科普参考，不可以直接作为高压样机投产依据，高压电力电子设备必须完成绝缘、局放、型式试验。