高压大功率平面变压器和电感器的优化设计

摘要

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AnsysWorkbench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。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要研究内容

第2章 平面磁性器件的结构和优势

2．1 平面磁性器件的结构介绍

2．2 平面磁性器件的优缺点

2．3 本章小结

第3章 平面变压器的设计与优化

3．1 平面变压器的设计理论

3．2 平面变压器的寄生参数

3．2．1 平面变压器漏感

3．2．2 平面变压器中的分布电容

3．3 平面变压器的损耗

3．3．1 平面变压器的磁芯损耗

3．3．2 平面变压器的绕组损耗

3．4 平面变压器的模型建立与仿真优化

3．5 平面变压器的热仿真

3．6 总结

第4章 平面电感器的设计

4．1 平面电感器的理论设计和仿真分析

4．1．1 平面电感器的理论设计

4．1．2 平面变压器的仿真分析

4．2 平面电感器的优化

4．2．1 平面电感器的集肤效应和临近效应

4．2．2 平面电感器扩散磁通对绕组的影响

4．3 平面电感器的热仿真

4．4 结论

第5章 平面变压器的工程实现及实验验证

5．1 平面变压器的工程实现

5．2 平面变压器的实验验证

5．3 结论

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文