移相全桥变换器的集成磁件研究

论文摘要

针对当前开关电源不断向“小、轻、薄”方向发展的趋势,本文以一种小功率DC/DC电源为例研究了一种磁集成技术,论文总结了磁集成技术的发展历史,分析了磁件电路模型的建立、磁集成技术的实现方法以及磁路等效变换的分析方法。首先,论文针对移相全桥全波整流变换器进行了平面集成磁件的设计。在分析了该变换器的工作过程、ZVS的实现和占空比的丢失的问题后,重点研究了集成磁件在该拓扑中的设计。列出了该变换器磁件的三种集成方式,并从中选出了一种较好的方式。对该方式建立了磁件等效电路模型,并通过电路仿真软件进行功能仿真,验证了磁件集成的可能性。随后,本文利用有限元分析对该集成磁件进行了优化设计。通过Ansys分析了分立磁件、集成磁件及改进后集成磁件的磁通密度的分布,验证了集成磁件的磁材利用率高于分立磁件。随即得到通过改变传统磁芯的形状可进一步减低了集成磁件体积、重量的结论;同时利用Maxwell分析研究了集成磁件的绕组结构与分布对磁件损耗的影响,设计了阶梯结构绕组,来降低磁芯损耗。最后,论文给出了该变换器样机的具体设计结果及元件参数的设计和实测结果,验证了采用本集成磁件的功能,同时表明集成设计减小磁件的体积、重量和损耗,提高变换器的功率密度。本文对其他类型开关电源磁集成设计也有参考意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.1 国内外的研究现状
• 1.2.2 国内外的发展趋势
• 1.3 课题的来源及主要研究工作
• 第2章 磁集成技术及其设计方法
• 2.1 磁集成技术
• 2.2 磁件的集成方式
• 2.3 集成磁件等效电路模型的建立
• 2.3.1 磁路-电路对偶变换模型
• 2.3.2 回转器-电容等效模型
• 2.3.3 源转移等效变换法
• 2.4 磁集成对磁件的影响
• 2.5 磁集成技术的实现方法
• 2.5.1 不改变磁芯结构的磁件集成
• 2.5.2 改变磁芯结构的磁件集成
• 2.6 研究IM变换器的一般过程
• 2.7 本章小结
• 第3章 移相全桥软开关变换器的磁集成设计
• 3.1 引言
• 3.2 全桥整流移相软开关变换器的工作原理
• 3.3 ZVS的实现及副边占空比丢失
• 3.4 移相全桥变换器中集成磁件的应用研究
• 3.4.1 集成方式的选择
• 3.4.2 磁件模型的建立
• 3.4.3 IM变换器的磁路分析
• 3.4.4 磁芯设计依据
• 3.5 本章小结
• 第4章 集成磁件的优化设计
• 4.1 分立磁件和集成磁件的等效电路模型仿真
• 4.2 磁芯形状的改善设计
• 4.2.1 分立磁件中变压器的仿真
• 4.2.2 集成磁件的有限元仿真
• 4.2.3 集成磁件优化及仿真
• 4.3 绕组结构的改善设计及仿真
• 4.4 本章小结
• 第5章 参数设计与实验结果
• 5.1 变换器的主电路参数设计
• 5.2 集成设计与分立设计
• 5.3 控制方案及控制电路
• 5.4 实验结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢