LLC諧振變換器中平面集成磁件的研究

作者：時(shí)間：2012-09-03 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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本文引用地址：http://2s4d.com/article/176309.htm

(10)

使用上述方法，可設(shè)計(jì)出集成磁件結(jié)構(gòu)。例如，設(shè)計(jì)圖6所示結(jié)構(gòu)的集成磁件。為了得到與分立設(shè)計(jì)相同的值，可使：Lr=14uH，Lm=60uH，繞組匝數(shù)比=16：4，集成磁件的設(shè)計(jì)結(jié)果為：Nl=9，Np=13，Ns=4，每個(gè)磁柱的氣隙為0.56mm。

3、 LLC諧振 變換器集成磁件結(jié)構(gòu)的平面化

目前平面磁件研究和應(yīng)用較多的是PCB型，其鐵芯采用平面EI型鐵氧體鐵芯，其繞組導(dǎo)體做成寬片狀的PCB或銅箔，以增大散熱面積，減小在高頻工作時(shí)由集膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)所引起的渦流損耗并有利于散熱，本文采用這種類(lèi)型，進(jìn)行了LLC諧振 變換器集成磁件結(jié)構(gòu)平面化的設(shè)計(jì)。

前面分析的LLC諧振 變換器的集成磁件，按傳統(tǒng)集成磁件設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖11(a)所示。磁心選用Philips公司的E42/21/20軟磁鐵氧體鐵芯，線圈采用圓導(dǎo)線繞制，原邊繞組Nl為13匝，副邊Np、Ns都為4匝，由于副邊電流較大，采用兩層并聯(lián)結(jié)構(gòu)。 Nl、Np線圈選用AWG18，Ns線圈選用AWG13。左柱上繞制電感線圈，右柱上繞制變壓器線圈，緊靠右柱的是原邊繞組的13匝線圈，外邊兩層分為上下兩部分，各對(duì)應(yīng)兩個(gè)Ns線圈，采用兩匝并聯(lián)纏繞方式。圖11(b)為它的磁力線仿真圖。

(a)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(b)

圖11　傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的集成磁件截面圖與磁力線仿真圖

我們把上文的集成磁件設(shè)計(jì)成平面集成磁件。首先把圓型導(dǎo)體轉(zhuǎn)換為平面型導(dǎo)體，轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)保證導(dǎo)體截面積不變。先把圓導(dǎo)線轉(zhuǎn)換成等截面積的正方形導(dǎo)線，如圖12(a)所示，然后再把正方形導(dǎo)線轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的銅箔導(dǎo)線。考慮到銅導(dǎo)線通過(guò)的最大電流密度一般為3～5A/mm2,平面導(dǎo)線銅箔為10～20A/mm2，轉(zhuǎn)換后，相應(yīng)銅箔的截面積要比圓導(dǎo)線的截面積小3～4倍。銅箔非常薄，如果把一個(gè)圓導(dǎo)體轉(zhuǎn)換成一個(gè)銅箔導(dǎo)體，那么銅箔將是非常寬的，這顯然不適合磁件的寬度要求。因此，可以把它分成幾個(gè)等寬度的銅箔，再把這幾個(gè)銅箔并聯(lián)就可以了。這樣得到的集成磁件如圖12(b)所示。Nl、Np的每根導(dǎo)線變成兩個(gè)平面導(dǎo)體并聯(lián)，每個(gè)銅箔寬0.6mm，厚0.2mm，對(duì)于Ns，每根圓導(dǎo)線可轉(zhuǎn)換成5個(gè)平面導(dǎo)體并聯(lián)，導(dǎo)體寬2mm，厚0.2mm。

在圖中我們看到轉(zhuǎn)換后繞組所占總體積減小，而且平面導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)更緊湊，每根平面導(dǎo)體厚0.2mm，十二層平面導(dǎo)體的厚度為2.4mm，即使加上絕緣層厚度，與E42/21/20磁芯的窗高(窗高29.6mm，窗寬8.65mm)相比也是很小的，這使得EE磁芯的窗口利用率明顯下降。而且使用EE磁芯，也不利于降低磁件的高度，下面研究把EE磁芯轉(zhuǎn)換成EI磁芯。

(a)　　　　　　　　　　　　　　　　 (b)

圖12　平面磁件轉(zhuǎn)換的中間過(guò)程

我們選用的EI磁芯是E/43/10/28。下面給出兩磁芯的尺寸，鐵芯參數(shù)的對(duì)照如圖13和表1、表2所示。兩種鐵芯的截面積差不多，這里選用E/43/10/28最主要的原因是，可以保證磁件鐵芯的最大工作磁通密度小于其飽和磁通密度。選用E/43/10/28后有效磁路長(zhǎng)度減少較大，對(duì)集成磁件的電感量會(huì)產(chǎn)生影響，但由于鐵芯的三個(gè)磁柱都有氣隙，所以電感量的大小主要由氣隙的磁路決定，受磁芯磁路的影響很小，可以忽略。因而選用E/43/10/28后磁芯有效磁路的減少對(duì)集成磁件的影響并不是很大。替換后，磁芯體積和質(zhì)量都大大減小，達(dá)到了減小體積和重量的目的。由表1可以計(jì)算出，選用E43/10/28后，磁芯窗寬為11.31mm，窗高為4.55mm，可設(shè)定導(dǎo)線厚度都為0.15mm，原邊線寬0.8mm，副邊線寬2.7mm。平面集成磁件結(jié)構(gòu)如圖14(a)所示。該結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)磁件體積、高度、重量都小很多。圖14(b)為該結(jié)構(gòu)的磁力線仿真圖。通過(guò)與傳統(tǒng)集成磁件的仿真圖比較，可以看出平面集成后，磁芯的磁通密度減小。因此集成后，磁芯損耗也將減小。