多相电压调理模块的矩阵化多自由度耦合磁件

应用于多相电压调理单元(VRM)集成电感的合理设计影响和决定着其稳态和暂态性能,优化电感耦合度可同步改善VRM的稳态输出纹波和动态输出响应。通过建立电路方程推演出多相VRM耦合电感的等效稳态与暂态电感,获得多相VRM集成电感耦合度的设计准则。提出一种基于模块化耦合电感概念、可多自由度组合、可变耦合度的矩阵化耦合磁件。分析电感可消除直流偏磁原理,推演出阵列化耦合磁件的单元拓扑集成原理及其耦合结构多自由度组合演化规格,并推导单元耦合电感匝比、磁阻比荷电感耦合系数的关系曲线,实现集成电感可变耦合度设计。设计四相阵列式耦合磁件并应用于VRM进行测试,实验结果验证了阵列式耦合磁件设计准则的正确性及实用性。     

一种新型磁耦合高频交错型双向直流变换器

传统交错并联磁集成理论普遍存在多相耦合不平衡、耦合电感高频非对称化,以及随着工作相数增加、耦合度降低、高频不稳定等问题。基于柔性拓扑理论及电感复用原则,提出一种新颖的电感逐相首尾次序耦合的磁集成理论,通过将各相电感首尾次序相连、逐相耦合设计,构建出新型高频磁集成6相交错型双向DC/DC变换器,并推演出多相电感首尾次序逐相耦合的设计准则,提出一种单元耦合电感磁芯及其多自由度拓展的概念,设计出6相高频化阵列集成磁件。最后,设计耦合电感器样机及变换器进行了实验验证。     

一种新型单元耦合阵列化可变耦合度集成磁件的研究及应用

集成电感的研究对开关变换器实现小型化、轻量化具有重要意义,而且对变换器稳态和动态特性有显著改善,传统整体磁芯集成磁件存在设计复杂、成本较高、局部温升较高导致变换器损耗增加和效率降低等不足,该文通过对传统整体磁件进行等体分割,分析其磁路等效原理,提出一种单元耦合结构阵列式。分析了电感集成原理,给出了阵列式集成电感的单元位置拓扑和单元组合结构拓扑,并分析给出了自感互感单元匝比和磁阻比与电感耦合度的关系。通过耦合度范围对比,所提出的阵列式集成电感的集成耦合度与设计准则完全一致。建立了集成磁件仿真模型,仿真结果表明采用阵列式磁芯结构的集成耦合电感的两相电压调理模块(voltage regulating module,VRM)相比传统集成耦合电感具有更好的稳态特性和动态特性。设计耦合电感实验样机分别应用于两相交错并联双向DC-DC变换器和四相VRM,实验结果和仿真一致,证明了所提出的阵列式集成电感不仅具有实用性,而且比传统整体磁芯结构耦合电感具有更好的特性。     

分相耦合平面阵列式集成电感四相VRM研究

为了提高VRM的输出动态响应和降低稳态纹波,利用多副磁芯组合,提出了一种应用于四相VRM的分相耦合阵列式集成电感.在不考虑漏磁通影响的情况下,分析了分相耦合阵列式集成电感参数对VRM性能的影响,建立了磁件的等效电路.给出了分相耦合阵列式集成电感的平面化结构,对其进行了电磁场有限元分析.对分相耦合阵列式集成电感与分立电感进行了电路仿真分析比较.仿真结果验证了理论分析的正确性;实验结果表明使用相耦合阵列式集成电感的四相VRM动态效果较好.     

四相电压调整模块中平面型可消除直流偏磁集成磁件研究

由于电压调整模块(VRM)的磁件中存在较大的直流偏磁,限制了磁件尺寸和损耗的减小,进而制约了VRM向着低压大电流和“轻、薄、小”方向发展。文中以消除磁件的直流偏磁为突破点,提出了用于四相VRM的可消除直流偏磁的平面型两相集成磁件和四相集成磁件,并用“场”、“路”相结合的方法进行了理论分析和电磁设计,使磁件铁心中柱和中轭的直流偏磁都得到消除,与现有集成磁件相比,具有绕组长度小,所占VRM主板面积小,绕组损耗小,绕组制造工艺简化,铁心得到最充分利用等优点。通过仿真和实验验证了其正确性。     

阵列式集成电感在四相电压调整模块中的研究

为了提高VRM的输出动态响应和降低稳态纹波,利用多副磁芯组合,提出了一种应用于四相VRM的阵列式集成电感。在不考虑漏磁通影响的情况下,分析阵列式集成电感参数对VRM性能的影响;建立了磁件的等效电路,对阵列式集成电感与分立电感进行了电路仿真分析比较,仿真和试验结果验证了理论分析的正确性。     

平面型VRM消除直流偏磁集成磁件研究

为消除四相电压调整模块(VRM)的直流偏磁和提高其动态响应速度,提出利用"场"、"路"结合的方法,在此基础上阐述了集成磁件消除直流偏磁的原理并且部分集成磁件设计了薄膜化。电路仿真和电磁场有限元仿真分析验证表明,集成磁件的直流偏磁得以消除,交错变换器的动态响应得到了改善。     

应用于四相电压调整模块的阵列式集成磁件

为了提高电压调整模块(VRM)的输出动态响应速度并降低其稳态电流纹波,利用多副磁心组合的方法,提出了一种应用于四相VRM的阵列式集成磁件。在不考虑漏磁通影响的情况下,分析了阵列式集成磁件参数对VRM性能的影响,建立了阵列式集成磁件的等效电路模型,并对磁件的平面化结构进行了电磁场有限元分析;在考虑漏磁通影响的情况下,对等效电路进行了修正;在稳态等效电感和动态等效电感相同的条件下,对阵列式集成磁件和分立磁件的等效电路进行了比较,并进行了电路仿真、实验。仿真结果验证了理论分析的正确性,实验结果表明使用阵列式集成磁件的四相VRM动态效果较好。     

大功率直流系统六相磁耦合非隔离型双向DC-DC变流器研究

针对大功率电力电子系统对高效率、高功率密度、高可靠性双向变流器的需求,采用交错并联磁集成技术,深入研究了适用于大功率系统的六相交错型非隔离全耦合双向功率变换器,同时研究了适用于该变换器的、具备多自由度可变耦合度的阵列式对称化六相耦合电感器。首次提出了可实现六通道变换器主电感之间对称化全耦合的磁集成理论;通过对主电感全耦合理论和变换器的工作模态的详述分析,推导了不同占空比区间下静态及动态等效电感,采用归一化的处理方法,给出最佳耦合系数设计准则,并同时给出了通用扩展型阵列式耦合磁件的设计方法;最后通过仿真和实验,对采用非耦合与全耦合电感的变换器进行性能对比测试,证明了理论分析的正确性。六相非隔离磁耦合技术能够降低每个通道的电流应力、增大功率输出容量、降低总电压电流纹波,并同时改善变换器每相电流纹波和动态响应特性,进一步提高功率密度,更适用于大功率直流变换系统。     

交错并联变换器中无气隙集成磁件耦合度研究

集成磁件的耦合度影响着交错变换器的稳态和瞬态性能。论文提出了可以改变耦合度的平面集成磁件．分析了磁芯在没有气隙的情况下改变电感耦合度的原理,给出了耦合电感耦合度和磁芯设计的数学表达式。利用磁场仿真分析软件比较了不开气隙集成磁件和传统集成磁件的电感量、耦合度和绕组损耗,结果表明不开气隙集成磁件比传统集成磁件具有诸多优点。...     

基于集成磁件的光伏升压移相全桥DC/DC变换器

研究一种基于集成磁件的光伏升压移相全桥 DC/DC 变换器,将集成磁件引入到光伏升压型移相全桥变换器中,即将实现软开关的电感和高频变压器集成在一个磁芯上以减小体积,并采用移相的控制方式实现软开关以提高效率.通过磁路分析,推导出了基于耦合系数的集成磁件表达式,根据耦合系数取值范围的不同,得出了2种集成方式.再根据集成磁件的表达式分析了变换器的开关模态,即集成磁件可实现超前开关管和滞后开关管的零电压开通,并给出了集成磁件的设计依据.该变换器效率及升压比高,结构紧凑,最后通过实验样机进行原理验证.     

交错并联磁耦合双向直流变换器中多相耦合电感的设计准则

四相并列式排布的非对称耦合电感因其结构特点,运行于磁耦合交错并联双向直流变换器的输出结果与对称耦合电感有所不同。通过分析四相非对称耦合电感应用于磁集成交错并联双向直流变换器的工作模态,研究了对称度、占空比以及耦合系数的变化对变换器稳态性能和暂态性能的影响,给出了四相非对称耦合电感的设计准则,即在对此类非对称耦合电感进行设计时,利用给出的设计公式确定参数的选择区域,进而进行相关参数的选取。最终,通过对此类结构的耦合电感进行设计与实验,验证了理论分析的正确性。     

CLLC双向谐振变换器电感–变压器矩阵式一体化集成与优化设计

文中提出CLLC双向谐振变换器高频谐振电感–变压器一体化磁集成结构。采用矩阵式磁芯结构和非对称绕组结构设计,仅通过一个磁件即实现了双向CLLC谐振变换器中原边高频谐振电感、副边谐振电感和高频隔离变压器的集成,且利用矩阵式磁芯结构布局,实现了磁板中高频磁通抵消和磁通均匀分布,有效降低了磁件体积和损耗。文中详细分析所提出的矩阵式集成功率磁件的磁路模型,并给出集成功率磁件的优化设计方法,最后通过有限元仿真和样机实验证明所提出的电感–变压器一体化集成方案的可行性和有效性。     

阵列式集成电感四相VRM的研究

为了提高VRM的输出动态响应和降低稳态纹波,提出了一种用于四相vRM的阵列式集成电感.在不考虑漏磁通影响的情况下,分析阵列式集成电感参数对VRM性能的影响;建立了磁件的等效电路,对阵列式集成电感与分立电感四相VRM进行电路仿真比较,仿真结果验证了理论分析的正确性.试验结果表明阵列式集成电感四相VRM动态响应性能较好.     

应用于双向功率变流器的新型平面化集成磁件

这里提出一种新型EIE结构耦合电感器应用于两两对称耦合的四相磁集成双向DC/DC变换器(BDC)。根据电感集成原理和磁路等效原则,分析其磁通及气隙分布,建立起考虑边缘磁阻和气隙磁阻的磁路模型,推演出耦合磁件自感、互感及耦合系数,给出可实现磁通对称化和解耦集成的设计原则和方法。该结构耦合电感器可实现耦合系数高自由度调节,并解决了传统E型铁心构造的耦合电感器中边缘气隙磁通损耗较高的问题。通过有限元仿真和实验证明了磁路理论和设计方法的正确性及在稳态损耗、暂态响应和效率等方面的优越性。     

平面集成磁件在电源中的应用

在有源钳位正激变换器工作原理基础上,利用磁集成技术,将变压器与滤波电感集成在一个磁芯上,对该集成磁件进行了分析研究。通过电路和磁路推导,提出了该集成磁件的等效模型和设计依据。设计了特殊的磁芯和绕组结构,采用特殊磁性材料制作薄膜磁芯,实现集成磁件的平面化。采用有限元分析工具,对集成磁件进行仿真,得出了磁通密度的分布情况。在集成磁件模型基础上,对变换器进行仿真,得出了变换器的输出结果,实现了变换器的零纹波,验证了设计的正确性。     

应用于多相电压调节器的单元耦合与矩阵组合的阵列式集成电感

集成电感对多相电压调节模块(VRM)稳态和动态特性有重要影响,合理的耦合度可以提高VRM的输出动态响应,并能够降低每一通道的稳态纹波。提出一种利用小电感单元进行矩阵组合的阵列式集成电感,分析电感集成原理,给出阵列式集成电感的单元位置拓扑和单元组合结构拓扑,并分析自感互感单元匝比和磁阻比与电感耦合度的关系。通过电路方程推导了多相VRM耦合电感的等效稳态与暂态电感,获得多相VRM集成电感耦合度的设计准则。耦合度范围对比表明,所提出的阵列式集成电感的集成耦合度与设计准则完全一致。利用设计准则设计四相阵列式集成电感,实验样机测试结果验证了设计准则的正确性。将实验样机应用于四相VRM,实验结果表明应用阵列式集成电感的VRM具有良好的稳态和动态特性,证明了所提出的阵列式集成电感具有实用性。     

交错并联DC/DC变换器中集成磁件无直流偏磁控制策略研究

在开关电源中存储和传递直流功率,会在磁件铁心中产生较大的直流偏磁,限制了磁件铁心利用率和电源性能的提高。本文依据消除直流偏磁的思想,提出了利用移相控制策略消除直流偏磁的控制理论,并把该控制策略应用于双通道交错并联型Buck变换器的耦合电感,提出了两种控制方式,并分析了变换器的在两种控制方式下的工作过程,通过仿真和实验表明,集成磁件在磁路不存在气隙的结构下消除了直流偏磁,验证了该控制策略的实用性。     

可削减直流偏磁集成磁件在DC/DC变换器中的应用

在开关电源中存储和传递直流功率，会在磁件铁心中产生较大的直流偏磁，限制了磁件铁心利用率和电源性能的提高。该文依据削减和消除直流偏磁的思想，提出一种用于两通道交错并联型Buck变换器的可削减直流偏磁的集成磁件结构，建立了集成磁件的等效磁路和电路模型，分析了集成磁件的交、直流磁通分布及其对变换器动态响应速度、稳态电流纹波和输出电流波形的影响，给出了集成磁件的设计公式，完成了采用这种集成磁件的两通道交错并联型Buck变换器原理样机设计，通过理论分析和实验证明该文提出的可削减直流偏磁的集成磁件结构与现有结构相比具有诸多优点。     

三相VRM集成电感的稳态性能研究

针对电压调整模块(VRM)中储能电感设计与分析的要求,提出一种基于VRM的三相对称集成电感;通过对三相VRM工作模态的分析,对比分立电感与耦合电感对三相VRM稳态电流的影响,说明应用耦合电感有效地减小了三相VRM的稳态相电流纹波,使其稳态性能更稳定、高效。通过电路实验验证了理论分析的正确性。