半桥LLC谐振变换器中的高效率高功率密度平面变压器设计

发布时间：2024-04-27 00:14

　　在通信基站、服务器、数据中心、雷达、航空航天等应用领域,效率和功率密度已经成为DC/DC变换器的关键指标。应用宽禁带器件和高效率拓扑,通过提高工作频率以减小无源器件和散热器的体积,在维持较高效率的同时提高变换器的功率密度变得可能。然而,提高工作频率意味着集肤效应和邻近效应对平面变压器的影响变大。这些高频效应所产生的漏感、寄生电容、交流电阻等将影响平面变压器的效率及工作性能。因此研究高频下平面变压器的寄生参数、损耗分布及集成化等具有重要意义。本文基于传统平面变压器,针对高频半桥LLC谐振变换器应用,结合有限元分析软件Maxwell 3D,探讨了一种高效率高功率密度平面变压器的设计方法与具体实现。对平面变压器的漏感、寄生电容计算、绕组损耗模型及磁集成方法等关键问题进行了分析。本文主要工作如下:(1)建立了平面变压器的一种绕组损耗模型。该模型适用于任意匝数的圆形PCB绕组。基于此模型,可得到每匝绕组的宽度最优解及原副边绕组的铜厚最优解。(2)提出了平面变压器的一种层间寄生电容计算方法。该方法通过计算两层PCB绕组之间存储的能量得到较为精确的寄生电容值,适用于两层PCB绕组同向或反向情况。(3...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 高功率密度DC/DC变换器行业需求
        1.1.2 应用宽禁带器件及高效率拓扑
        1.1.3 应用平面磁技术
    1.2 平面变压器国内外研究现状
    1.3 研究内容与设计指标
    1.4 论文组织结构
第二章 LLC谐振变换器工作原理与平面变压器理论分析
    2.1 LLC谐振变换器工作原理
        2.1.1 LLC谐振变换器拓扑结构
        2.1.2 LLC谐振变换器模态分析
    2.2 平面变压器结构与高频模型
    2.3 平面变压器关键寄生参数
        2.3.1 漏感
        2.3.2 寄生电容
        2.3.3 对LLC谐振变换器的影响
    2.4 平面变压器损耗分析
        2.4.1 磁芯损耗
        2.4.2 绕组损耗
        2.4.3 过孔损耗
    2.5 传统平面变压器分析及改进
    2.6 本章小结
第三章 平面变压器关键参数设计
    3.1 平面变压器漏感计算
    3.2 平面变压器绕组损耗模型
        3.2.1 单匝铜箔绕组直流电阻模型
        3.2.2 两匝铜箔绕组直流电阻模型
        3.2.3 多匝铜箔绕组直流电阻模型
        3.2.4 铜箔绕组交流电阻模型
    3.3 平面变压器寄生电容计算
        3.3.1 层间寄生电容计算
        3.3.2 原副边绕组间寄生电容计算
    3.4 本章小结
第四章 高效率高功率密度平面变压器实现与仿真
    4.1 高效率高功率密度平面变压器实现
        4.1.1 矩阵变压器磁集成实现
        4.1.2 矩阵变压器屏蔽层实现
        4.1.3 高效率高功率密度平面变压器硬件实现
    4.2 高效率高功率密度平面变压器仿真
        4.2.1 磁仿真软件原理
        4.2.2 寄生参数提取
        4.2.3 变压器损耗分布
    4.3 本章小结
第五章 高效率高功率密度平面变压器实测与结果分析
    5.1 高效率高功率密度平面变压器测试平台
        5.1.1 功率级及驱动电路设计
        5.1.2 变压器设计
    5.2 高效率高功率密度平面变压器性能测试及分析
        5.2.1 关键节点波形测试分析
        5.2.2 效率测试分析
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间成果



本文编号：3965070