本发明专利技术涉及一种平面变压器多层绕组并联的优化布置方法，该方法可以实现平面变压器副边为单绕组情况下2n(n为正整数)层绕组的电流均分，副边为中心抽头情况下3n(n为正整数)层绕组的电流均分，并且保证不工作的绕组由于临近效应产生的损耗最小，以此提高并联绕组各层的载流能力，减小绕组的损耗，提高系统效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，应用于低压大电流DC/DC模块电源系统，属于功率电子变换技术范畴。
技术介绍
随着大规模集成电路的迅猛发展，通讯、计算机等电子系统要求直流电源的供电电压越来越低、供电电流越来越大。高频变压器是直流电源中的重要元件之一，减少其损耗是十分重要的。当电流较大时，为了提高导体的载流能力，一般可选用较厚的导体，这在直流和工作频率较低时的确是一个有效的方法。但对于工作在高频下的导体而言，其载流能力和损耗大小会受到集肤效应和邻近效应的影响。当考虑到集肤效应的情况下，导体厚度达到η 个集肤深度时，导体损耗达到最小值，如果进一步增加导体厚度，由于高频涡流影响，导体损耗将增加，并达到某一极限值。当考虑到邻近效应时，电流在导体中分布更加不均匀，使最小损耗的厚度小于η个集肤深度。由此可见，如果采用传统的绕组布置方法，靠增加绕组厚度的方法来提高绕组的载流能力是行不通的。为了减少高频效应对厚绕组的影响，一般采用把厚绕组分割为薄导体的并联。但这样可以减少由于集肤效应产生的高频损耗，而薄导体之间存在着邻近效应，由此产生高频损耗，最终总的损耗并未减小。而且，并联薄导体之间绝缘层的高频电磁场强度不为零，它在并联的导体内部产生涡流，导致绕组损耗增力口。因此为了提高绕组的载流能力，有必要研究如何设计变压器的并联绕组，以减少绕组损耗。现阶段，各种用电设备对开关电源的要求越来越高，开关电源日益向高效率、高功率密度、小型化、薄型化方向发展。因此，采用表面贴装技术和平面变压器技术的模块电源是未来的一个发展趋势，有着广阔的应用前景。而模块电源中平面变压器多层绕组的布置方法是其中的关键技术之一，对其进行研究具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对模块电源中的平面变压器，提出其多层绕组并联的优化布置方法，以使得各层绕组能够均分电流，切实提高载流能力，同时减小绕组的损耗，提高系统效率。本专利技术的目的是通过以下方案实现的 一种平面变压器多层并联绕组的优化布置方法，其特征是 I)对于副边单绕组的平面变压器，其绕组的布置方式采用以四层绕组作为一个基本单元，并在该基本单元向两侧任意叠加扩展； 或者在该基本单元及上述叠加扩展后的单元的单侧或双侧增加一组原副边绕，且增加一组原副边绕组时遵循相邻相同原则； 上述基本单元的结构为两原边绕组居中或两副边绕组居中排布方式；2)对于副边带中心抽头的平面变压器，其绕组的布置方式采用以三层绕组作为一个基本单元，并在该基本单元向两侧任意叠加扩展，且增加遵循相邻相同原则； 该基本单元由两个不同的副边绕组和一居中的原边绕组组成。所述的遵循相邻相同原则是指，其中“相同”是指相同的原边绕组或副边绕组。根据几何对称结构可以均分并联绕组电流的特性，以对其它绕组不产生影响为前提，对几何对称结构进行改进，形成更为灵活的绕组布置方式，实现平面变压器副边为单绕组情况下2η(η为正整数)层绕组的电流均分，以此切实提高并联绕组各层的载流能力，减小绕组的损耗，提高系统效率。根据几何对称结构可以均分并联绕组电流的特性，以对其它绕组不产生影响为前提，对几何对称结构进行改进，形成更为灵活的绕组布置方式，实现副边为中心抽头情况下3η(η为正整数)层绕组的电流均分，并且保证不工作的绕组由于临近效应产生的损耗最 小。本专利技术与现有技术相比主要特点如下 可以实现平面变压器副边为单绕组情况下2η (η为正整数)层绕组的电流均分；副边为中心抽头情况下3η (η为正整数)层绕组的电流均分，并且保证不工作的绕组由于临近效应产生的损耗最小。附图说明附图I是本专利技术单原边单副边绕组变压器示意图。附图2是对称绕组布置图(4层)。附图3是对称绕组布置图(8层)。附图4是提出的绕组布置方法(6层)。附图5是提出的绕组布置方法的推广(16层变到10层)。附图6是中心抽头变压器的结构示意图。附图7是提出的中心抽头变压器并联绕组布置方法出层). 附图8是9层带中心抽头绕组变压器绕组布置方式。上述附图中的主要符号名称其中Pn表示原边第η层绕组，Sn表示副边第η层绕组。M为变压器原边绕组的匝数、Λ 和Λ 分别表示中心抽头变压器两个副边的匝数。ip和is分别为变压器原边和副边的电流。‘ O印“ ”分别表示电流方向垂直纸面向外和垂直纸面向里。具体实施例方式下面结构实例对本专利技术进一步描述 相关文献研究表明利用绕组结构上的几何对称性，可以使得电流在各并联绕组中分布一致。如附图I所示变压器，以4层绕组(原边由2层绕组串联而成，副边由2层绕组并联而成，构成一个2:1的绕组)来进行说明，附图2给出了其示意图。从附图2(a)中可以看出若把绕组分为上下两部分，则这两部分在结构上是对称的，所以电流在这两部分的分布也是对称的，即流经并联绕组中S1中的电流等于流经S2中的电流。附图2(b)为4层绕组的另一种对称布置方案，故并联绕组中的电流在此布置方案中也是相等的。以附图2的两种绕组布置分别作为8层绕组布置的上下半部分，就得到两种8层绕组对称布置方式(如附图3(a)、(b)所示，其中原边由4层绕组串联而成，副边由4层绕组并联而成，构成一个4:1的绕组)。在附图3(a)中S1和S4中的电流相等，S2和S3中的电流相等。将它的上半部分拿出来研究(即为4层绕组)，在绕组结构上它是对称的，S1和S2中的电流相等，所以副边电流在各并联绕组中均分。同理在附图3(b)中，各并联绕组中的电流也是相等的。以附图3中两种绕组布置分别作为16层绕组布置的上下半部分，就可以得到两种使电流在各并联层中分布一致的两种16层对称结构。同理，可以得到32，64层…，即2"层(η为大于I的自然数)的绕组对称布置使电流在并联绕组中分布一致。但这种方法对绕组层数限制得太死。对于理想变压器，满足关系式 = nA(I) 其中义和< 分别为变压器原边和副边的匝数'ip和is分别为变压器原边和副边的电流。附图3(a)为原副边变比为4:1的变压器，由8层绕组构成，其中原边由4层构成，每层为I胆，串联起来组成4匝，副边也由4层构成，每层为I匝，并联起来作为副边I匝。所以Np=A, Ns=I,由式(I)可得 h = % (2) 由于原边为串联，所以原边每层中的电流都等于ip。副边I匝由4层绕组并联而成，由于在附图3(a)的绕组布置中，副边电流在各并联绕组中均分，所以副边每层中的电流为4/4ο根据式(2)可知原边每层中的电流和副边每层中的电流都相等。由于副边是并联连接，并且各并联层上的电流都相等，所以按附图3(a)对称方法布置的各层并联绕组的交流电阻是相等的。对于附图3(a)中的下面2层(即绕组层P4、S4)，由于这2层是原副边各I层，电流方向相反，同时由前面所述，它们的电流大小相等，所以在一维理想情况下，它们对附图3(a)中的其余各层产生的影响是相互完全相互抵消的，所以从附图3(a)中去掉这2层，所得如附图4所示的6层绕组布置，各并联绕组的交流电阻不变，保持相等。根据并联绕组中电阻值与电流的关系可知，电流在附图4中的并联绕组中均分。可以将此方法推广到其它层数的绕组中去。如附图5所示，变比为8:1的基于绕组几何结构对称的16层绕组，从下面去掉原副边各I层，变成14层，根据以上原理可获得变比为7:1，电流在各并联层本文档来自技高网...
【技术保护点】
平面变压器多层绕组并联的优化布置方法，其特征是：1）对于副边单绕组的平面变压器，其绕组的布置方式采用以四层绕组作为一个基本单元，并在该基本单元向两侧任意叠加扩展；或者在该基本单元及上述叠加扩展后的单元的单侧或双侧增加一组原副边绕，且增加一组原副边绕组时遵循相邻相同原则；上述基本单元的结构为两原边绕组居中或两副边绕组居中排布方式；2）对于副边带中心抽头的平面变压器，其绕组的布置方式采用以三层绕组作为一个基本单元，并在该基本单元向两侧任意叠加扩展，且增加遵循相邻相同原则；该基本单元由两个不同的副边绕组和一居中的原边绕组组成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：旷建军，任小永，阮新波，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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