半导体变压器设计与分析

论文摘要

变压器是通过电磁感应原理,把某一种电压等级的交流电能转换成频率相同的另一种电压等级的交流电能的设备。随着电子技术的发展,电子变压器行业的产品结构发生了较大的变化,显现出产品类型多样性。国际电力电子技术飞的速发展呈现高频、高功率密度、小型化的趋势,相应的对电子变压器的性能指标提出了越来越高的要求。常规变压器是带有铁心和线圈的立体的能量变换器,由于大规模集成电路技术的发展,需要高频率、小体积、低功耗的高频变压器,所以研究能够取代常规变压器的无芯变压器,成为近年来的热点,并相继出现了许多无心平面变压器,比如无心PCB平面变压器。本文介绍了一种新型半导体平面变压器,又称IC变压器。虽然工作原理与常规变压器相同,但同以往任何一款变压器有着很大的区别。比起PCB平面变压器,这种新型的变压器结合半导体技术,在半导体基片上利用掺杂工艺蚀刻出一定载流子密度的线圈,因此体积更小、效率更高、功率密度更大,是真正意义上的“半导体”变压器。本文首先通过介绍常规变压器的基本结构和工作原理引出半导体变压器的设计,描述了半导体变压器的立体模型及线圈结构,并利用解析法对该变压器进行分析,利用仿真软件进行仿真,接着从电磁场基本理论出发,介绍有限元及其在磁场仿真计算中的应用,并利用有限元分析法对该变压器进行建模与仿真。从而,得到该新型变压器的一些重要参数及特性。目前,该种变压器还只是处于理论研究阶段,但是随着研究的更进一步深入,半导体变压器会因其突出的优势广泛应用于国防、航空航天、通讯、计算机、汽车电子、数码产品等多个领域,具有重要的实际意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 半导体变压器的特点
• 1.3 国内外发展状况
• 1.4 本课题研究意义
• 第二章 半导体变压器基本理论
• 2.1 变压器基本理论
• 2.1.1 变压器用途
• 2.1.2 常规变压器的构造
• 2.1.3 变压器工作原理
• 2.2 特殊变压器简介
• 2.3 半导体变压器
• 2.3.1 半导体变压器简介
• 2.3.2 半导体变压器优点
• 2.3.3 半导体变压器应用范围
• 第三章 半导体变压器结构及建模分析
• 3.1 材料的选用及加工工艺
• 3.2 结构尺寸
• 3.3 建模分析
• 第四章 基于解析法的半导体变压器分析与仿真
• 4.1 解析法分析
• 4.2 基于解析法的半导体变压器分析
• 4.2.1 线圈电感
• 4.2.2 变压器损耗计算及变压器效率
• 4.2.3 电压增益及输入阻抗
• 4.3 MATLAB软件介绍
• 4.3.1 MATLAB发展历程
• 4.3.2 MATLAB系统工程
• 4.3.3 Simulink介绍
• 4.4 半导体变压器仿真分析
• 4.4.1 计算机仿真软件在变压器设计中的应用
• 4.4.2 基于MATLAB的半导体变压器仿真分析
• 第五章 基于有限元法的半导体变压器仿真分析
• 5.1 电磁场基本理论
• 5.1.1 电磁场基本方程
• 5.1.2 稳态标量位和矢量位微分方程
• 5.1.3 有限元分析方法（FEM）
• 5.2 有限元基本理论
• 5.2.1 条件变分问题及其离散化
• 5.2.2 二维有限元计算的基本方程
• 5.3 半导体变压器磁场分析
• 5.3.1 建立有限元模型
• 5.3.2 分析结果
• 5.4 计算流程图
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢