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高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

摘要

高频开关电源磁性元件对功率变换器的重要性

●高频开关电源磁性元件的设计考虑与相应模型

●高频开关电源磁性元件模型参数对电路性能的影响

●变压器的涡流(场)特性-损耗效应

●变压器的磁(场)特性-感性效应

●变压器的电(场)特性-容性效应

功率变换器中的功率高频开关电源磁性元件

高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

●作用:起磁能的传递和储能作用,必不可少的元件

●特点:体积大,重量大,损耗大,对电路性能影响大

●挑战:对变换器功率密度影响很大,成为发展瓶颈

功率变换器技术与高频开关电源磁性元件

●拓扑: 正激,反激,推挽,全桥移相,LLC,等,磁集成,磁耦合;

●控制: 控制芯片+控制电路,变压器环节+滤波器环节;

●封装: PCB绕组,绕组+同步MOS, 超薄磁元件;

●元件: 有源器件,电容,高频开关电源磁性元件(设计+定制);

●仿真: 电路模型,器件模型(IC, MOS, Diode, Cap, 高频开关电源磁性元件);

●电磁兼容: 布板,EMI滤波器, 分布参数, 近场耦合;

●制造: 自动化, 高频开关电源磁性元件(人工制作)

●品质: 高频开关电源磁性元件测试,失效分析。

高频开关电源磁性元件的模型

高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

变压器模型


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

电感器模型


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

反激变换器实际工作波形


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

DCM下波形与变压器参数


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

CCM下波形与变压器参数


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

电感分布电容EPC对损耗的影响


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

变压器中的磁场/涡流场分布特性


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

铜箔导体的涡流损耗特性


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

降低变压器的绕组损耗--基本结构考虑


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

不同绕组结构的磁场和电流密度分布


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

绕组的分布电容EPC


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

电感绕组分布电容的形成机理


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

电感绕组不同绕法对分布电容的影响


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

分布电容计算的基本方法


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

线圈分布电容的近似理论计算


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

线圈分布电容的近似理论计算


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

多层线圈的分布电容


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

带屏蔽层的绕组分布电容


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

分段绕组的分布电容特性

高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

分段绕组的分布电容特性


高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

变压器内部的电荷分布情况与分布电容

高频开关电源各磁性元器件的分布参数方案

有屏蔽层变压器内部的电荷分布情况

变压器副边电荷的抵消设计

结论

●高频开关电源磁性元件技术对功率变换器是十分重要的;

●高频开关电源磁性元件的分布参数对电路性能(效率,功率密度和可靠性)具有重要的影响;

●从高频开关电源磁性元件内部的磁场、电场和涡流场层次,可以更深入完整地理解高频开关电源磁性元件的各项参数;

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