高频LLC谐振变换器的磁集成和一体化PCB绕组优化设计

研究了一种基于磁集成技术和一体化PCB绕组的高频高密度LLC谐振变换器的优化设计与实现方式。LLC谐振变换器的变压器与谐振电感被集成在一个磁芯中，通过将谐振电感配置在变压器副边以实现两个磁件之间更大的磁通相位差。有限元仿真结果表明，相比于分立磁件，集成磁件的体积降低了12%，磁芯损耗降低了23%。此外，为了减小PCB绕组层间电容引起共模噪声，研究了一种针对全桥整流电路的对称一体化PCB绕组实现方式，部分屏蔽层绕组集成为原边绕组以提高绕组利用率。最后，搭建了一台1.2 MHz-750 W-270 V/48 V的LLC谐振变换器，峰值效率达96.6%，功率密度达44 W/mm³，共模电流的对比测试结果也验证了所研究的一体化PCB绕组的有效性。     

ZVS半桥变换器的磁集成研究

为了减小高频时开关电源的开关损耗,提高变换器的效率和比功率,对传统的半桥变换器进行改造,增加谐振电感和谐振电容,通过谐振电感对并联在开关管两端的谐振电容的充、放电来实现开关管的零电压开关。为了减小开关电源中磁件的数量和体积采用平面磁集成技术将分立的谐振电感和变压器集成在同一个平面磁芯上。重点分析集成后ZVS半桥变换器的工作原理,研究谐振电感和变压器的集成方案。通过仿真和实验结果证明该方案的正确性和可行性。     

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。     

CRM-PFC矩阵式低高度平面电感优化设计

文中分别从扩展磁板横截面积和降低磁板中高频磁通分量入手,提出降低平面电感高度以实现超薄化设计的方法。通过拉伸磁柱结构,扩展磁板横截面积,进而可以降低磁芯高度;进一步,提出基于矩阵磁结构低高度平面电感结构,利用高频磁通抵消降低了磁板中高频磁通量,进而实现磁芯高度降低。此外,针对临界连续模式功率因数校正变换器,文中给出其平面滤波电感尺寸结构参数优化设计方法和设计实例,并进行实验验证。结果表明,相同高度和体积下,所提出的优化矩阵磁结构平面电感具有更高效率。     

CLTLC多谐振变换器的磁集成方法

基于印制电路板(PCB)绕组及平面变压器技术,提出一种仅包含单一磁件的磁集成设计方案,可有效解决多谐振变换器中磁性元件数量过多的问题,并将其成功应用到CLTLC多谐振变换器中.该变换器的所有磁性元件,包括两个谐振电感和两个高频变压器,都可集成到EIE型磁心结构中.为实现变压器励磁电感和漏感的解耦控制,利用矩阵变压器思想...     

基于UCC25600的LLC谐振变换器设计

介绍了TI公司的LLC谐振变换器控制芯片UCC25600。分析了LLC电路的工作原理和UCC25600在LLC半桥谐振式开关电源中的用法。采用磁集成技术,利用变压器的漏感和励磁电感,将谐振电感Lr集成到变压器中,减少了磁件的数量和体积,减小变压器副边漏感,以确保副边整流管实现零点流开关。最后制作了样机,实验结果表明,该LLC谐振变换器结构简单,运行可靠,输出稳定。     

平面VRM新型阵列结构高频磁集成研究

高频磁集成电压调理模块(VRM)的集成电感直接影响其稳态特征、效率和输出特性。以改善变换器高频特性、消除直流偏磁和对称化为研究目标,提出一种基于单元耦合磁芯及其柔性组合概念的新型矩阵式对称化高频集成电感。通过逆向推演拓扑复用原理,等效切割传统耦合电感磁芯及绕组,采用物理磁场和电气场、路相结合并融合磁路-电路等效对偶变换模型的多尺度分析方法,探究集成磁件可消除直流偏磁、可自由调节耦合度、可任意拓展集成相数的机理,推导出集成磁件高频对称化设计准则。最后设计两相和四相样机进行实验,证明该矩阵结构集成电感理论分析的正确性和应用于高频VRM的输出特性优势。     

软开关高增益Buck-Boost集成CLLC型直流双向变换器

研究一种Buck-Boost集成CLLC直流双向变换器,适用于输入输出共地且宽输入电压范围场合应用。直流双向变换器通过Buck-Boost与CLLC电路原边集成、CLLC副边母线电容叠加到原边母线电容上实现高增益。半桥CLLC电路与Buck-Boost电路集成,通过定频PWM同步控制;有助于开关管在较宽输入电压和负载范围实现软开关、高功率密度。该文分析了变换器的拓扑结构及工作模式,理论推导出变压器匝比取n_1:n_2=1:1即可获得高增益,减小了高频谐振变压器的体积和原边的谐振电流。此外,研究Buck-Boost电感L_b对变换器的软开关特性影响,给出了软开关实现的工作条件。搭建了一台低压侧适用电压20~80V、高压侧适用电压100~400V,双向功率600W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性及方案的可行性。     

基于双边绕组的高PCB利用率集成磁元件设计

在高功率密度电力电子变换器中,电感和变压器的尺寸占有越来越高的比重。为了提升变换器的功率密度,高频平面磁元件得到广泛应用和研究。磁元件的集成能够实现绕组或磁路的共用,从而大幅减小了磁元件总体积。但是,目前平面型的集成磁元件普遍存在印制电路板(PCB)绕组空间利用率低下的问题。针对该问题,提出了变压器双边绕组与谐振电感同时集成在同一谐振电感磁柱结构,从而实现了PCB空间完全充分利用,减小了磁元件体积。此处建立了分析模型,最后通过实验验证了所提集成磁元件的可行性和优势。     

LLC谐振变换器UIU型电感-变压器磁集成设计

采用解耦磁集成方法,结合磁路-电路对偶变换,得到LLC谐振变换器UIU磁芯结构的三线圈磁集成模型。分析了UIU磁芯三线圈磁芯结构,建立UIU磁路-电路等效模型,推导出以UIU磁芯为基础的LLC变换器三线圈集成设计公式。仿真磁通分布表明在缩小体积和减小边缘磁通方面,UIU磁芯结构优于传统EE磁芯结构。使用UIU磁芯结构建立三线圈模型进行瞬态电磁场分析和温度场分析,表明该磁芯结构工作磁通密度和工作温度符合设计要求。设计1台谐振频率180 kHz、输出功率10 W的实验样机,实验结果验证了UIU磁芯结构三线圈模型的适用性和有效性。     

基于CLLC谐振变换器的磁集成变压器优化设计

针对车载充电器后级DC/DC变换器,采用CLLC谐振变换器作为主电路拓扑,通过对变压器的磁芯尺寸进行自定义设计,实现用变压器漏感代替变换器谐振电感。为了减小变压器高度、提高功率密度,进一步对初步设计的变压器结构进行了优化,给出了磁芯优化改进的约束条件。最后通过有限元仿真以及样机实验验证了变压器设计理论的正确性和结构改进的合理性。     

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。     

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.     

交错并联双向CLLC型谐振变换器中U+U型磁集成变压器的设计

交错并联技术提高了变换器的传输容量,但增加了系统的元器件数量,特别是变压器、电感等磁性元件,通过磁集成技术可减少磁件的数量和损耗.传统的磁集成变压器结构多采用EE型结构,绕组和气隙分布在边柱上,因而造成磁压、磁通分布不均等问题,且绕组完全包围气隙,使得扩散磁通和绕组交链产生涡流损耗.因此该文提出一种U+U型磁集成变压器...     

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。...     

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。     

基于Maxwell的半桥LLC谐振变换器平面磁元件优化设计

LLC谐振变换器广泛应用于分布式电源系统DC/DC变换器的前端和可再生能源发电系统,而LLC谐振变换器的磁元件的集成平面化使其具有高性能、高效率和低成本的优点.介绍一种基于损耗的改进的变换器设计方案,从损耗、增益、空载特性等多角度分析谐振电感、变压器激磁电感、谐振电容的影响,从而确定性能最优的系统参数.由于平面磁元件在DC/DC变换器中起着十分重要的作用,通过有限元分析软件Maxwell对多种结构形式的平面变压器进行数值仿真,确定变压器设计的最优结构,实现对LLC谐振网络的精确控制.     

改进型分段气隙的高频平面变压器研究

基于一种适用于家庭储能的1 MHz双向Multi-CLLC直流变换器,提出了一种应用于高频变换器的平面变压器设计方法.该方法充分考虑了高频应用下的磁芯材料特性、磁路磁通相消原理和绕组趋肤效应、邻近效应的影响,对磁件设计具有重要意义.搭建了一台400 W的实验样机验证设计的合理性与可靠性,在额定工况下进行实验,实现了最高...     

基于LLC变换器的多路LED自动均流策略研究

针对大功率LEDSg动电源需要实现多路均流输出的特点,提出1种新型的具有多路LED均流功能的磁集成LLC变换器,将LLC变换器中的变压器与均流耦合电感集成在1个磁芯上,并通过加入均流电容实现多路输LED自动均流。详细分析磁集成LLC变换器的集成方案及均流原理。设计1台80W4路均流输出的LED-~动电源,实验结果验证了所提方案是可行的。     

一种适用于两级DC/DC变换器的磁集成结构

针对48 V输入低压大电流输出的两级DC/DC变换器,提出了一种包含两个电感和一个变压器的磁集成结构。该结构的主要特点是实现了磁芯窗口面积利用率的最大化,可降低集成磁元件的铜损和改善其散热条件。以Buck级联半桥两级DC/DC变换器为应用实例,集成了磁元件并制成90 W的样机。实验结果表明,按提出的结构对磁元件进行集成,原有变换器电路的工作特性可得到保持。依据实验结果,对其中的集成磁元件进行损耗分析,并进一步提出了若干集成磁元件的优化措施。