旷建军[1]2001年在《平面变压器PCB板绕组的损耗分析、计算与设计优化》文中研究指明本文从Maxwell电磁场方程出发对一层薄铜箔的趋肤和邻近损耗进行了研究，得出铜箔的总损耗是趋肤和邻近效应单独起作用产生的损耗的和。从着名学者P.L.Dowell的一维变压器模型出发，建立了计算平面变压器绕组损耗的一维理论公式，从并联绕组两端电压平衡出发，解决了平面变压器绕组的并联损耗计算问题，并实现通用系统的计算机算法。 利用Ansoft电磁场仿真软件和本人开发的一维平面变压器的绕组损耗计算程序对PCB绕组的并联绕组的设计问题和PCB板绕组原副边宽度相等问题进行了研究，提出了减少PCB板绕组的高频损耗的设计方法。
赵映[2]2016年在《平面变压器综合优化设计研究》文中指出平面变压器因其具有体积小、高度低的结构特点,诸如良好的散热性能,制作上良好的重复性和准确性,低漏感以及较小的交流电阻等独特的优点,在高频率、高功率密度的开关电源中得到了广泛的运用。绕组损耗、磁芯损耗、漏感以及杂散电容等是平面变压器的几个关键参数,其中,漏感对电源变换器的开关尖峰、软开关电路的谐振性能、电磁干扰等有直接影响,损耗尤其是绕组损耗是限制变压器甚至整个电源效率、温升及可靠性的重要因素。漏感和绕组损耗是中大功率电源变压器的核心。本文将对这两个参数的设计和优化进行研究。论文首先对平面变压器的结构与电气特性进行了介绍,从理论上对平面变压器漏感和交流电阻进行了分析与计算,对平面变压器的基本参数设计方法进行了研究。绕组设计主要包括多层绕组并联与绕组的多种排布方式两部分。通过分析平面变压器空间磁动势(MMF)分布以及导体内电流密度分布来研究不同绕组排布方案对平面变压器漏感和交流电阻的影响,利用电磁场有限元分析软件可以对平面变压器的设计进行验证、提供指导。根据变压器基本原理,等效至原方的漏感和交流电阻可以通过副方绕组短路试验直接测量得到,与有限元仿真结果作对比可以检验设计方案的可行性。在平面变压器绕组并联和完全交错排布的基础上,论文详细分析了绕组层内电流分布对平面变压器漏感和交流电阻的影响,基于此提出了改变绕组层内的电流分布,来进一步减小变压器漏感和绕组交流损耗的方案。优化方案可以通过改变导体宽度的方法实现,论文结合一款标准磁芯,设计了一系列电流分布方案,利用有限元仿真对比验证了优化方案可以减小漏感和交流电阻。最后根据仿真模型确定的参数制作了相应的样品,通过测试样品的漏感和交流电阻并与仿真结果进行对比,进一步证实了优化方案的可行性。
耿笑炎[3]2005年在《高功率密度平面变压器》文中研究表明在电子行业领域里,设计和制造DC/DC 转换器的公司都面临着巨大的商业竞争压力。市场需要更小巧、密度更高、效率更高、功率选择范围更广且封装更结实的电源产品。由于变压器会影响DC/DC 转换器的成本、大小和性能,是转换器设计中的关键元件之一,人们不得不投入大量精力来优化这一元件,使之能符合半导体和无源元件的发展要求。平面变压器的出现为DC/DC 转换器设计带来了很大好处。而高功率密度的平面变压器无疑是这个领域发展的重点。针对如何提高平面变压器的功率密度,本论文抓住了叁个主要的方面:第一,如何减小体积;第二,如何达到低损耗转换;第叁,如何改进热设计。可以说这叁点是相辅相承,互相影响的。论文采用理论计算与实验制作共进的研究模式,首先通过分析平面变压器的结构,找到减小变压器的体积的方法,以提高平面变压器的功率密度。并设计了一种全新的平面绕组,对它的绝缘工艺和装配方法进行了研究;制做出一批平面变压器样品,通过测试,可适合在高频下工作。其次从Maxwell 电磁场方程出发对一层薄铜箔的趋肤和邻近损耗进行了研究,得出铜箔的总损耗是趋肤效应和邻近效应单独起作用产生的损耗的和。利用Ansoft 电磁场仿真软件对PCB 绕组的并联绕组的设计问题和PCB 板绕组原副边端部效应问题进行了研究,提出了减少PCB 板绕组的高频损耗的设计方法。最后介绍了用实验的方法建立平面变压器热模型的方法,利用该热模型,可以在设计前控制温升的范围,缩短平面变压器的设计周期。从而引出了平面变压器热设计的流程。
付志恒[4]2016年在《高压大功率平面变压器和电感器的优化设计》文中提出随着电子技术的迅速发展,开关电源变换器受到了越来越多的关注。变压器作为开关电源产品的重要组成部分直接影响着开关电源产品的大小、成本和性能,是开关电源变换器设计中的关键元件之一。平面变压器的出现为开关电源变换器的优化提供了一个新的研究方法。因此近十年来平面变压器的发展迅速,但高压大功率平面变压器的设计较为复杂,需对平面变压器的各项寄生参数进行均衡分析,因此发展比较缓慢,而大功率平面变压器能在一些大功率电源设备中发挥巨大的优势。因此本文将以一个20kW的平面变压器为例对大功率平面变压器的设计进行研究。本文首先介绍了平面变压器的国内外研究现状以及大功率平面变压器研究的目的及意义。详细介绍了平面变压器的结构类型,并阐述了平面变压器的优劣势。其次阐述了平面变压器的热设计思想,采用以仿真为基础的热设计思想,给出了平面变压器的热设计流程；详细介绍了平面变压器的漏感、分布电容、磁芯损耗和绕组损耗等寄生参数,并利用电磁仿真软件分析了平面变压器绕组结构对变压器漏感和损耗的影响；给出了平面变压器的设计和仿真优化过程,采用交叉绕组结构将20kW平面变压器的效率提高至99.3%,功率密度达到30.7W/cm3；通过热仿真软件Ansys Workbench对平面变压器模型进行热仿真,计算其温升和热阻以确定平面变压器设计的合理性。然后设计一个应用于LC串联谐振变换器中的平面电感器,详细介绍了电感器的气隙扩散磁通对绕组损耗的影响以及优化方法,并通过仿真分析设计了一种将气隙开在E型磁芯上下边柱的磁芯结构,可降低电感器35.8%的绕组损耗。最后对平面变压器的设计和制作过程进行了介绍,通过实验测量了变压器的漏感等寄生参数,实验结果与仿真结果基本一致。
王叁新[5]2013年在《块状非晶合金平面变压器研究与设计分析》文中指出目前平面变压器设计技术面临二个工程难题：一是平面变压器单个功率小，结构特殊，不易标准化；二是平面变压器设计分析绕组特殊结构较多，而对平面变压器的关键部件铁芯研究分析较少。本文针对平面变压器的这二个工程难题展开研究，提出用并联的径向绕组平面变压器模块和用块体非晶合金制造铁芯，进行平面变压器的优化设计，并以此工作为基础，开展了相关的理论和设计研究。首先，引入电场数值计算方法和磁场能量推导方法，分析了平面变压器的动态电容，平面变压器漏感，平面变压器最佳绕组层间距，平面变压器窗口填充系数及研发出一种低损耗平面变压器的绕组结构。从理论上探索了一条了如何解决设计平面变压器时面临的损耗和绕组结构问题的途径，进而对优化设计和制作平面变压器提供了一套实用的方法。针对平面变压器的漏感和分布电容有效抑制的需求和关键问题，研究分析了如何减少平面变压器产生的漏感能及分布电容电场能，以期达到平面变压器的总损耗最小的效果，研究分析得出单层径向绕组结构使变压器的动态分布电容近似为零，变压器的漏感只由绕组本身产生，并可通过增加绕组宽度和降低绕组高度减小变压器的漏感。尽管单层径向绕组结构的平面变压器具有良好的性能，但它的功率小，难以作为较大功率变压器使用，针对该问题，本文研究了利用多层电路板把单层的平面径向绕组并联起来作为平面变压器模块，来解决单层径向绕组结构平面变压器的功率小和大电流难题。针对并联的径向绕组平面变压器模块功率不足的问题，本文研究分析了当设计的平面变压器功率大于单个并联的径向绕组平面变压器模块的功率时，将并联的径向绕组平面变压器模块并联起来使用的可能性，通过对并联的径向绕组平面变压器模块并联运行的条件和状态进行理论分析，得出可根据需要的变压器功率来决定并联平面变压器模块的数量，同时，平面变压器模块的最佳并联模块数由变压器的总损耗最小来确定，导出了块状非晶平面变压器模块的最佳并联模块数模型。为了满足并联的径向绕组平面变压器模块的性能和结构特点的要求，研究探索了并联的径向绕组平面变压器模块的性能和结构最优化设计技术，分析得出：对并联的径向绕组平面变压器模块来说，提高工作频率和改进磁芯损耗是提高并联的径向绕组平面变压器模块可传输功率的有效途径，减小并联的径向绕组平面变压器模块涡流损耗的主要途径是提高铁芯材料的电阻率，从铁芯材料微观结构考虑，应用均匀的小晶粒以及同电阻的晶界和晶粒来提高铁芯材料的电阻率，而常规磁芯材料如硅钢它们的电阻率不能满足并联的径向绕组平面变压器的要求。基于此，本文进行了一种电阻率高和涡流损耗小的铁芯材料的应用研究，研究发现铁基块体非晶合金不仅电阻率高和涡流损耗小，而且有优异的软磁性能，非常适合作为并联的径向绕组平面变压器模块的铁芯材料。同时，本文研究了利用工业纯铁以及Fe-B合金，通过适量Co对Fe的替换和通过适量Zr对Nb的替换，成功地合成了φ5mm的块体铁基非晶磁性合金，使(Fe_(71.2)B_(24)Y_(4.8))_(96)Nb_4合金体系非晶形成的范围被大大拓宽，研发出了[(Fe(1-x)Co_x)_(71.2)B_(24)Y_(4.8)]_(96)Nb_4(x=0，0.1，0.2，0.3和0.4)和(Fe_(71.2)B_(24)Y_(4.8))_(96)Nb_(4-x)Zr_x(x=0，1，2，3和4)非晶合金磁芯系列材料。最后，研究分析了常规平面变压器和并联的径向绕组平面变压器模块的设计方法，对设计程序，包括磁芯材料，磁芯结构，磁芯参数，线圈参数，组装结构和温升校核等内容分别进行了讨论。
林风[6]2006年在《基于软件集成平台的平面变压器优化设计与仿真的研究》文中研究表明采用传统变压器的开关电源在向高功率密度和低造型方向发展时暴露出诸多限制。为了提高功率密度,就得提高变换器的开关频率,从而减小电路中无源元件的体积。但是对于传统线绕式变压器,当开关频率高于100kHz时,变压器圆铜线的高频效应(主要为集肤效应和邻近效应)越来越显着,增加了变压器的损耗。为了削弱高频效应,可采用低造型铁芯以及印刷电路板平面绕组制作而成的平面变压器。与传统线绕式变压器相比,平面变压器具有相当多优点,例如低造型,良好的散热特性,漏感小,可实现特性重现等等,适用于高功率密度高频开关电源。对平面变压器的研究和应用在过去十年得到了快速发展。然而,当开关频率高达数百kHz,甚至大于1MHz时,平面变压器同样受到诸如集肤和邻近效应等高频效应的影响。这些高频效应产生的交流电阻、漏感以及分布电容,增大了开关电源的损耗,其中漏感和分布电容释放储能时产生危及功率开关安全运行的电压尖峰,降低了开关电源的性能,此外由于减小漏感与减小分布电容的要求相矛盾,因此平面变压器的优化设计必须考虑所有寄生效应的影响。本文提出了一种基于iSIGHT软件集成平台的平面变压器优化设计方法。将电磁分析软件Maxwell 3D和电路仿真软件Saber与优化软件iSIGHT集成,深入研究平面变压器的寄生效应,采取措施降低危及开关安全运行的电压尖峰,改善开关电源的性能,最终获得平面变压器的最优设计。论文的主要成果如下:1)对平面变压器的特殊结构及绕组绕制方式进行研究,分析各寄生效应产生的原理,以及对电源性能的危害,提出了相应的改进措施,并建立了用于综合分析高频效应和优化设计的平面变压器等效电路。2)通过对平面变压器高频效应的深入研究,发现电路寄生元件之间会发生谐振,在变换器开关器件两端产生高频高压的尖峰谐波,严重危及开关器件的安全远行,因此确立了尽量减小开关两端电压应力的优化目标,且优化设计变量为变压器原边与副边绕组之间的绝缘层厚度。3)提出了平面变压器的设计方法;利用电磁仿真软件Maxwell 3D对平面变压器进行了涡流场和静电场分析,根据仿真得到的阻抗矩阵和电容矩阵,推导出了提取平面变压器各寄生参数的方程。4)在iSIGHT软件集成平台中集成了Maxwell 3D和Saber软件。通过iSIGHT提供的优化算法对平面变压器进行迭代仿真。改变变压器原边与副边绕组之间的耦合程度,根据不同的耦合程度产生不同的寄生效应,对应的寄生元件释放储能产生不同的电压尖峰,从中选出电压尖峰最小所对应的平面变压器设计,从而实
祝锦[7]2008年在《平面变压器绕组高频损耗的研究》文中进行了进一步梳理与传统绕线式变压器相比,平面变压器具有相当多的优点,例如低造型、良好的散热特性、漏感小、可实现特性重现等等,适用于高功率密度高频开关电源。平面变压器的研究和应用在过去十年得到了快速发展。然而,当开关频率高达数百KHz,甚至大于1MHz时,平面变压器受到诸如集肤和邻近效应等高频效应的影响。这些高频效应产生的交流电阻、漏感增大了开关电源的损耗,降低了开关电源的性能,因此平面变压器的优化设计必须考虑所有高频效应的影响。本文从Maxwell电磁场方程组出发,在一维情况下对薄铜箔的集肤效应和邻近效应引起的损耗进行了研究,得出薄铜箔总的涡流损耗是集肤和邻近效应单独起作用产生损耗的总和。运用Ansoft公司的Maxwell 2D电磁场仿真软件对多层绕组并联在高频时带来的问题进行了研究,说明了简单的绕组并联并不能减小高频损耗,并且分析了在并联绕组中产生不均流的原因,对影响并联PCB线圈中电流分配的重要因素进行了研究。同时对平面变压器原副边绕组利用交叉换位技术减少高频损耗在不同类型变压器中的运用进行了深入研究,详细说明了在不同类型变压器中如何具体运用交叉换位技术来减小绕组的高频损耗。随后在考虑高频开关电流及其谐波的情况下对不同的交叉换位方案进行了分析,提出了绕组交叉换位设计必须考虑全部电流分量,不能只针对某一频率设计。最后分析了绕组边缘效应对高频损耗和漏感的影响。本文最后详细阐述了基于反激变换器的平面变压器的设计过程。根据前面的理论分析,设计制作了叁种不同绕组布局的平面变压器,并和普通绕线式变压器进行了实验对比,实验结果表明原副边绕组交叉换位布局的平面变压器性能优良,显着的提高了变换器的效率。
冯雪[8]2017年在《LLC谐振变换器损耗分析与效率优化》文中研究指明随着电力电子技术的飞速发展,高输入电压、大变比、高开关频率的变换器已经广泛应用到各个领域。同时,由于LLC谐振变换器在提高开关频率、减小开关应力和开关损耗、提高变换器效率等方面的明显优势,使用性广和发展空间大,因此使其成为了研究热点之一。本文是基于四变压器输入串联输出并联LLC谐振变换器电路,以高压输入低压输出的实际应用为背景,对变换器主要元器件的损耗进行详细分析,给出损耗数学模型,并通过平面变压器的优化设计减少损耗,提高变换器效率。首先,利用电磁场仿真软件ANSYS Maxwell和ANSYS Simplorer对四变压器输入串联输出并联LLC电路及其中的平面变压器进行3D建模和仿真。完成平面变压器的优化设计工作,对四种对称交迭结构的PCB铜绕组进行比较分析,根据电流密度和铜损的仿真结果,得到最优的交错并联PCB绕组;对四种结构不同的磁芯结构进行比对分析,根据磁场分布和铁损的仿真结果,得到最优的中柱双气隙磁芯。其次,文中在变换器损耗构成分析计算的基础上,利用ANSYS Q3D对寄生参数进行提取,并通过分析各个寄生参数对变换器的影响进行相关的优化,并完成对结果的验证。最后,通过一台输入800V-1000V,输出25V的4kWDC/DC变换器,对文中理论计算和仿真分析进行验证,证明理论分析的正确性及仿真模型的研究意义,同时证明了本文所采用的效率提升措施的有效性。
时坤[9]2013年在《开关电源变压器的优化设计及应用》文中研究表明随着电子信息技术的发展，各种各样的电子设备发展日新月异，在电子设备不断升级换代的同时，对于电子设备中的电源也提出了新的要求，要求电源模块必须小型化、轻量化、以及高可靠性。要实现这个目标的关键性技术就是开关电源高频化，而且高频开关电源变换器是开关电源的主要部件。所以，高频变换器的优化设计是达成电源系统小型化、轻量化和高可靠性的关键点。随着频率的提高，高频必然带来了集肤效应和邻近效应等高频效应的影响。这些高频效应所产生的漏感、交流电阻和分布电容，将会大大增加开关电源的损耗，其中漏感和分布电容中的能量释放时，必然产生危及开关电源开关管正常运行工作的尖峰电压，这大大降低了开关电源的性能。在本文中，分析得到减小变压器漏感和减小变压器分布电容的要求时相互矛盾的，所以在本文中的优化设计过程中必须考虑到所有寄生参数，减小它们对变压器性能的影响。本文的优化设计内容是一款平面变压器的优化设计。在对平面变压器的各种寄生参数的综合分析的基础上，本文提出了一种将Maxwell3D和Saber软件集合在一起的优化方法，通过软件iSIGHT可以连通Maxwell3D和Saber软件的数据，进而用来分析变压器的高频寄生参数。通过改变原边和副边绕组的间距，来调整平面变压器等效电路中的寄生参数，进而最大限度的减小寄生参数对开关电源性能的影响，从而达到了平面变压器的优化设计目的。本文的主要成果有以下叁个方面：对平面变压器中的寄生参数进行了理论分析，建立了实际变压器的等效模型；使用Maxwell3D仿真软件对平面变压器的涡流场和静电场进行了仿真分析，得出了变压器等效模型的详细参数；通过iSIGHT多平台优化软件集成了Maxwell3D和Saber仿真软件，以开关管电压峰值为优化目标，以原边和副边绕组间距为优化变量，最终得出了开关管两侧电压峰值最小的设计方案，达到了优化设计的目标。
丁泳鑫[10]2010年在《小功率高功率密度DC/DC模块电源的研究》文中提出随着我国通讯、电力系统以及个人数字产品的快速发展,模块电源的应用越来越广泛。分布式供电系统在高科技的航空航天领域的采用,推动了模块电源在航空航天领域的使用。本文主要研究小功率高功率密度DC/DC模块电源。首先,对各种隔离型小功率DC/DC变换器拓扑的优缺点进行了比较,确定了采用低边箝位有源箝位正激变换器作为主电路拓扑,并对其工作原理进行了详细的分析。其次,在该变换器的设计中采用软开关,同步整流,平面变压器,磁集成等实用的新技术,并对这些技术的改进方法进行了一定的探索。旨在保证变换器转换效率的同时可以提高其功率密度,从而减小变换器的体积。对于已经大量采用高频软开关技术的模块电源,限制其功率密度进一步提高、性能进一步改善的重要因素之一是磁性元件,而磁集成技术由于具有可以减小磁件体积重量,减少磁件损耗,减小输出电流脉动,提高变换器效率等优点,成为本文研究的重点之一。再次,详细分析了采用集成磁件的有源箝位正激变换器的工作原理,讨论了磁集成技术对电流脉动、变换器效率的影响,并给出磁件设计的依据。最后完成了18V～36V输入、12V/50W输出的采用集成磁件的有源箝位正激变换器和采用分立磁件的有源箝位正激变换器的参数设计、硬件制作与实验。实验结果充分证明了磁集成技术可以提高有源箝位正激变换器的整体性能。在理论分析和电路设计的基础上,制作了一台18V～36V输入、12V/50W输出、频率为500kHz的模块电源样机,体积可以做到1/4砖,满载效率可达86%。实验分析和考核表明,电源的各项性能指标都达到了设计要求,验证了理论分析和设计思想的正确性。
参考文献：
[1]. 平面变压器PCB板绕组的损耗分析、计算与设计优化[D]. 旷建军. 福州大学. 2001
[2]. 平面变压器综合优化设计研究[D]. 赵映. 华中科技大学. 2016
[3]. 高功率密度平面变压器[D]. 耿笑炎. 电子科技大学. 2005
[4]. 高压大功率平面变压器和电感器的优化设计[D]. 付志恒. 西南交通大学. 2016
[5]. 块状非晶合金平面变压器研究与设计分析[D]. 王叁新. 华中科技大学. 2013
[6]. 基于软件集成平台的平面变压器优化设计与仿真的研究[D]. 林风. 重庆大学. 2006
[7]. 平面变压器绕组高频损耗的研究[D]. 祝锦. 南京航空航天大学. 2008
[8]. LLC谐振变换器损耗分析与效率优化[D]. 冯雪. 北京交通大学. 2017
[9]. 开关电源变压器的优化设计及应用[D]. 时坤. 湖南大学. 2013
[10]. 小功率高功率密度DC/DC模块电源的研究[D]. 丁泳鑫. 南京航空航天大学. 2010
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