開關(guān)電源中磁性元件繞組損耗的分析與研究.pdf

1、大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，促進(jìn)了電子設(shè)備的小型化。這要求為之供電的開關(guān)電源也隨之小型化。在開關(guān)電源中，磁性元件的體積和重量都占較大比例，因此它們是決定開關(guān)電源體積和重量的關(guān)鍵因素。提高工作頻率，可以減少磁性元件的體積，但高頻效應(yīng)(包括集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng))使繞組損耗增加。本文針對(duì)開關(guān)電源中的磁性元件，以減少繞組損耗為出發(fā)點(diǎn)，研究高頻效應(yīng)對(duì)單層導(dǎo)體和并聯(lián)導(dǎo)體的損耗影響、扁平變壓器并聯(lián)繞組的均流設(shè)計(jì)方法以及電感氣隙的設(shè)計(jì)。 本文基于導(dǎo)體的

2、一維模型，利用集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的正交性，得出了集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)各自產(chǎn)生的損耗隨導(dǎo)體厚度和頻率的變化趨勢。在一維理想情況下分析得出，將厚導(dǎo)體分割為等厚的兩層薄導(dǎo)體并聯(lián)不能減少導(dǎo)體損耗的機(jī)理，這是因?yàn)楹駥?dǎo)體分割為薄導(dǎo)體并聯(lián)后，減少了集膚效應(yīng)產(chǎn)生的損耗，但薄導(dǎo)體之間存在鄰近效應(yīng)，由此引起新的損耗。利用二維電磁場軟件，進(jìn)一步分析指出：把厚導(dǎo)體分割為薄導(dǎo)體的并聯(lián)，由于在絕緣層處存在交變磁通，將導(dǎo)致?lián)p耗增加。論文分析了導(dǎo)體并聯(lián)層數(shù)對(duì)損耗的影響，

3、指出當(dāng)并聯(lián)導(dǎo)體總厚度大于兩個(gè)集膚深度后，并聯(lián)層數(shù)增加對(duì)減少損耗的效果不明顯，當(dāng)并聯(lián)導(dǎo)體總厚度大于π個(gè)集膚深度時(shí)，損耗反而略有增加，因此在實(shí)際應(yīng)用中，并聯(lián)導(dǎo)體總厚度選擇在兩個(gè)集膚深度左右較適合。 在低壓大電流DC/DC模塊電源中，為了增加繞組的載流能力，經(jīng)常使用并聯(lián)繞組。但是高頻效應(yīng)可能導(dǎo)致電流在各并聯(lián)繞組中并不均分，因此交流電阻較大。對(duì)于單副邊繞組變壓器，本文基于繞組布置的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性和并聯(lián)繞組中電阻值與電流的關(guān)系，提出并聯(lián)繞組層

4、數(shù)為偶數(shù)時(shí)，使電流均分的繞組布置方法。在此基礎(chǔ)上，提出在中心抽頭變壓器中，并聯(lián)繞組電流均分的繞組布置方法。論文通過有限元分析軟件和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述繞組布置方法是有效的。 論文對(duì)電感氣隙設(shè)在磁芯窗口拐角處或其附近進(jìn)行了分析，指出擴(kuò)散磁通在此處容易深入到磁芯窗口內(nèi)，易導(dǎo)致繞組損耗增加。針對(duì)分別由漆包線和銅箔構(gòu)成的繞組，分析了氣隙位置對(duì)磁芯窗口內(nèi)旁路磁通的影響，指出氣隙位置不影響銅箔繞組電感的旁路磁通，但對(duì)漆包線繞組的電感有影響，可以調(diào)