一种推挽变换器的磁集成设计方法技术

本发明专利技术公开了一种推挽变换器的磁集成设计方法，包括以下步骤：S1：将推挽变换器的磁芯分为一个中柱和三个边柱，所述三个边柱中的一个边柱绕制变换器高频变压器的三个绕组，另外两个边柱分别绕制与变压器原边绕组串联的两个电感；S2：在绕制高频变压器绕组和两个串联电感绕组时，高频变压器原边两个绕组励磁电感在中柱上的磁路与其相应外接电感在中柱上形成的磁路方向相反，用于降低磁芯中柱磁感应强度；S3：所述磁芯的三个边柱均需要开相应的气隙，中柱不开气隙，用于实现三个边柱绕组磁路之间的解耦。通过合理的设计磁芯结构和绕组绕制方法，实现推挽变换器的磁集成，以提高磁芯利用率，减少了磁性器件的体积，提高变换器的功率密度。功率密度。功率密度。

【技术实现步骤摘要】
一种推挽变换器的磁集成设计方法


[0001]本专利技术涉及电力电子变换器的磁
，特别涉及一种推挽变换器的磁集成设计方法。

技术介绍

[0002]高频隔离DC/DC变换器作为电力电子领域的重要研究对象被大量应用于电力电子变压器、储能变流器以及电动汽车充放电系统等重要领域。特别是在电动汽车车载充电场合，对功率变换器功率密度、效率和稳定性等指标提出了更为严苛的要求。
[0003]现有一种新型推挽变换器，该变换器拓扑如附图1所示。T为高频变压器，C
C
箝位电容开关S1和S2为功率开关。L1和L2被分别为与变压器原边绕组串联的外接电感，D1‑
D4为输出整流二极管。开关S1和S2对称交替工作，导通占空比为D，开关频率为f
s
。该变换器克服了传统推挽变换器存在的漏感效应和变换器硬开关等问题，极大地提高了推挽变换器的性能，扩大了其应用范围。但是，在传统推挽变换器的基础上，该新型变换器为了使参数设计更加合理，往往需要在高频变压器原边两个绕组上分别串联两个外接电感，以增大等效漏感的感值，以满足变换器传输功率和电流应力等设计指标。因此，该新型推挽变换器一共存在三个磁性器件，即一个高频变压器和两个电感。过多的磁性器件使变换器体积难以有效降低，对变换器功率密度提高造成一定障碍。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种推挽变换器的磁集成设计方法，通过合理的设计磁芯结构和绕组绕制方法，将变换器的高频变压器和两个外接电感集成到一个磁芯上，有效地降低磁性器件的体积，对提高变换器的功率密度和降低了制造成本具有重要意义。
[0005]一种推挽变换器的磁集成设计方法，包括以下步骤：
[0006]S1：将推挽变换器的磁芯分为一个中柱和三个边柱，所述三个边柱中的一个边柱绕制变换器高频变压器的三个绕组，另外两个边柱分别绕制与变压器原边绕组串联的两个电感；
[0007]S2：在绕制高频变压器绕组和两个串联电感绕组时，高频变压器原边两个绕组励磁电感在中柱上的磁路与其相应外接电感在中柱上形成的磁路方向相反，用于降低磁芯中柱磁感应强度；
[0008]S3：所述磁芯的三个边柱均需要开相应的气隙，中柱不开气隙，用于实现三个边柱绕组磁路之间的解耦，即变压器与电感以及两个电感之间磁路的解耦。
[0009]进一步地，所述变压器原边绕组脉冲电压幅值为变换器输入电压V
in
，变换器输入电压V
in
满足如下关系：
[0010][0011]其中B
m
为磁芯运行工作的最大磁通密度，N
p
为变压器原边绕组的匝数，A
c
为磁芯截面积，T
on
为脉冲励磁电压的维持时间。
[0012]进一步地，当所述推挽变换器占空比D取到最大值时，所述磁芯参数如下：
[0013][0014]其中A
w
为磁芯窗口面积，η为变压器效率，K
u
为磁芯窗口利用系数，J为绕组电流密度。
[0015]进一步地，所述推挽变换器占空比D的最大值为0.5。
[0016]进一步地，所述外接电感的计算如下：
[0017][0018]其中u为磁芯磁导率，N为电感线圈匝数，L
m
为磁路长度。
[0019]与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：
[0020]1、本专利技术实现推挽变换器所有磁性器件的集成设计，通过合理的设计磁芯结构和绕组绕制方法，将变换器的高频变压器和两个外接电感集成到一个磁芯上，以提高磁芯利用率，减少了磁性器件的体积，提高变换器的功率密度。
[0021]2、本专利技术有效利用了变压器漏感，减少外接电感的感值。
[0022]3、本专利技术利用变压器励磁与电感励磁在中柱磁路的抵消，减少了磁芯损耗。
附图说明
[0023]图1为本专利技术技术背景中提到的一种新型推挽变换器拓扑图；
[0024]图2为本专利技术所采用的推挽变换器的稳态工作波形图；
[0025]图3为本专利技术采用的推挽变换器的磁集成设计结构图；
[0026]图4为本专利技术采用的推挽变换器的磁集成设计中变压器磁芯结构右视图；
[0027]图5为本专利技术采用的推挽变换器的磁集成设计中两外接电感磁芯结构后视图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步描述。需要说明的是，实施例并不对本专利技术要求保护的范围构成限制。
[0029]实施例1
[0030]如图1至图5所示，一种推挽变换器的磁集成设计方法，该新型变换器拓扑如图1所示。T为高频变压器，C
C
箝位电容开关S1和S2为功率开关。L1和L2被分别为与变压器原边绕组串联的外接电感，D1‑
D4为输出整流二极管。开关S1和S2对称交替工作，导通占空比为D，开关频率为f
s
。
[0031]进一步地，所述一种互新型推挽变换器稳态工作波形如图2所示，根据变换器稳态时工作模式，基本电气特性分析如下。
[0032]漏感电流计算如下：
[0033][0034]其中，各时刻点t1‑
t6如表1所示。
[0035]表1稳态时各时刻点
[0036][0037]传输功率P
in
计算如下：
[0038][0039]一种推挽变换器的磁集成设计方法，所设计的磁芯结构如图1所示。该磁芯包含一个中柱和三个边柱，其中一个边柱绕制变换器高频变压器的三个绕组，另外两个边柱分别绕制与变压器原边绕组串联的两个电感。所设计的磁芯中三个边柱需要开相应的气隙，中柱不开气隙，以达到三个边柱绕组磁路之间的解耦，即变压器与电感以及两个电感之间磁路的解耦。
[0040]对于高频变压器，由于变压器原边两个绕组交替工作，变压器原边所施加的电压激励为双向矩形脉冲以实现磁芯的双向励磁，忽略变压器漏感以及外接电感，变压器磁芯原边绕组脉冲电压幅值为变换器输入电压V
in
，满足如下关系：
[0041][0042]其中B
m
为磁芯运行工作的最大磁通密度，N
p
为变压器原边绕组的匝数，A
c
为磁芯截
面积，T
on
为脉冲励磁电压的维持时间。
[0043]进一步地，根据(3)，可以推导出变压器磁芯的截面积为：
[0044][0045]其中ΔB为磁芯的磁通变化量。
[0046]进一步地，当变换器占空比D取到最大为0.5时，根据AP法计算变换器高频变压器磁芯参数如下：
[0047][0048]其中A
w
为磁芯窗口面积，η为变压器效率，K
u
为磁芯窗口利用系数，J为绕组电流密度。
[0049]进一步地，可以根据式(4)，可以计算出变压器原边绕组如下：
[0050][00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种推挽变换器的磁集成设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将推挽变换器的磁芯分为一个中柱和三个边柱，所述三个边柱中的一个边柱绕制变换器高频变压器的三个绕组，另外两个边柱分别绕制与变压器原边绕组串联的两个电感；S2：在绕制高频变压器绕组和两个串联电感绕组时，高频变压器原边两个绕组励磁电感在中柱上的磁路与其相应外接电感在中柱上形成的磁路方向相反，用于降低磁芯中柱磁感应强度；S3：所述磁芯的三个边柱均需要开相应的气隙，中柱不开气隙，用于实现三个边柱绕组磁路之间的解耦。2.如权利要求1所述的一种推挽变换器的磁集成设计方法，其特征在于，所述变压器原边绕组脉冲电压幅值为推挽变换器输入电压V
in
，推挽变换器输入电压V
in
满足如下关系：其中B
m
为磁芯运行工作的最大磁通密度，N

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志祥，李勇，冯喜军，赵英龙，姜利，孙勇卫，万江湖，李强，
申请(专利权)人：威胜电气有限公司，
类型：发明
国别省市：