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。     

一种交错并联双向DC-DC变换器的新型磁集成技术EI北大核心CSCD

为了提高交错并联双向DC-DC变换器的功率密度,降低高频工作下的磁心损耗,提高变换器的整体效率,该文提出一种新型磁集成电感结构,采用分段绕组优化设计,通过计算磁心气隙以及各磁柱绕线匝数等参数,将两个分立的电感集成在一个EE型磁心上。使磁元件体积和重量分别减小了48.2%和46.7%。与现有的交错并联磁集成方案相比,该方法能有效降低磁心的饱和度,使磁心上的磁通分布更加均匀,减小电感磁心损耗,提高系统效率。最后,通过有限元仿真和实验样机验证该设计的正确性和有效性.     

无气隙可变耦合度的耦合电感研究

集成磁件的耦合度影响着交错变换器的稳态和瞬态性能。文中提出了可以改变耦合度的平面集成磁件,并分析改变电感耦合度的原理,给出了耦合电感耦合度数学表达式。利用磁场仿真分析软件对所提集成磁件进行了分析,结果表明磁件比传统集成磁件具有诸多优点。样机实验表明,交错变换器性能较好。     

三相“UⅢ”形无气隙可变耦合度耦合电感研究

为了适应多相交错并联磁耦合变换器对耦合电感的要求、降低磁件对其他元器件的电磁干扰,本文提出了一种适用于三相交错并联磁耦合变换器的"UⅢ"形并且可以改变耦合度的无气隙耦合电感结构。分析了其改变电感耦合度的原理,给出了相关磁芯设计的数学表达式,并通过有限元仿真和实验验证了所提"UⅢ"形耦合电感结构的有效性及其磁路模型的可行性。     

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。     

多相交错并联Buck变换器的磁集成技术研究

本文研究了各种磁件对交错并联变换器动态性能和磁心损耗的影响,建立了磁集成器件等效电路的模型,并以两相交错并联的Buck变换器为例进行了实验验证。     

混合储能系统六通道双向DC-DC变换器耦合电感研究

采用交错并联磁耦合技术设计了一种六通道双向DC-DC变换器,能够在增大输出功率的同时降低通道电流应力,提高变换器效率。针对多通道变换器主电感磁耦合较难实现的问题,提出一种可应用于复杂多相电感耦合的新型阵列式磁集成技术,实现六个通道主电感之间三种不同的耦合设计,并给出相应的耦合度设计准则,可在保证变换器动态响应速度的同时改善输出电流纹波。实验证明,采用分立电感的变换器和采取耦合电感的变换器,在相同的动态响应速度下,后者能够明显减小通道电流纹波、总输出电流纹波及输出电压纹波。     

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。     

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。     

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。     

开关变换器中阵列式平面集成磁件的磁集成研究

阵列式磁芯结构使矩阵变压器具有多个磁路,本文以矩阵变压器的多磁路为基础,从磁路和电路的结合出发,提出在矩阵变压器上通过电路的有效组合并利用解耦集成方法集成电感,形成阵列式解耦集成磁件基本单元,并从整体磁路的角度分析了其解耦集成原理,给出其基本单元等效电路并进行了仿真。通过将该解耦集成磁件平面化,形成了阵列式平面集成磁件。将阵列式平面集成磁件应用到带变压器隔离的Cuk变换电路的实验研究表明,阵列式平面集成磁件的平面化和阵列式结构使其达到了轻、小、薄的目的,并降低了损耗,并证明本文提出的阵列式平面集成磁件具有良好的性能。     

阵列式平面集成磁件的研究

本文从磁路和电路的结合出发，提出了在矩阵变压器上集成电感，通过电路的有效组合实现了解耦集成，形成了阵列式解耦集成磁件，然后，将其平面化，从而形成了阵列式平面集成磁件。阵列式平面集成磁件的平面化和阵列式结构使其达到了轻、小、薄的目的，并降低了损耗。仿真和实验表明本文提出的阵列式平面集成磁件具有良好的性能。     

采用磁集成技术的高效率、低压输出正反激变换器

要进一步提高低压 /大电流电源的功率密度 ,必须减小二次侧整流管损耗、磁件损耗以及磁件体积 ,提出了采用磁集成技术和同步整流技术的正反激电路。文中给出集成磁件的等效电路 ,对该变换器的工作原理进行了分析 ,并着重讨论集成磁件的工作状态并给出设计公式。完成 4 0～ 6 0V输入、 5V/ 30A输出、 30 0K开关频率的原理样机 ,满载时 ,变换器的效率不低于88%。     

输出纹波最小化有源箝位正激磁集成变换器

传统的有源箝位变换器存在输出电流脉动较大的缺点。文中利用磁集成技术、将电感和变压器的交变磁通正向耦合，来减小有源箝位变换器的输出电流脉动。文中提出了磁集成有源箝位正激变换器，并对其工作原理进行详细分析。通过将零纹波点设定在0.5占空比处，使得变换器同时得到最小的输出电流纹波和最低的原边开关管的电压应力。文中给出了集成磁件的设计公式以及原边电流脉动和输出电流脉动的表达式。最后通过2台100W磁集成和传统式的有源箝位正激变换器的实验对比，验证了理论分析的正确性。实验表明，与传统的变换器相比，磁集成有源箝位变换器具有更高的变换效率和更小的输出纹波。     

输出纹波最小化有源箝位正激磁集成变换器

传统有源箝位变换器存在输出电流脉动较大的缺点。利用磁集成技术将电感和变压器的交变磁通正向耦合,以减小有源箝位变换器的输出电流脉动。该文提出磁集成有源箝位正激变换器,并对其工作原理进行分析。通过将零纹波点设定在0.5占空比处,使变换器同时得到最小输出电流纹波和最低原边开关管的电压应力。给出集成磁件的设计公式以及原边电流脉动和输出电流脉动的表达式。通过2台100 W磁集成和传统式的有源箝位正激变换器的实验对比,验证了理论分析的正确性。实验表明,与传统变换器相比,磁集成有源箝位变换器具有更高的变换效率和更小的输出纹波。     

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。