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电源的小型化是当今电源设计的一个主流方向,人们通常采用提高频率的办法来减小电源中磁性器件的体积和损耗,但高频化的方法仍有一定的局限性。为进一步减小磁件的体积、损耗,同时保证变换器的性能良好,研究人员对变换器中的磁件作了大量的研究,提出了磁集成技术。磁集成技术是将变换器中的两个或多个分立磁件,如电感、变压器等,绕制在一副磁芯上,从结构上集中到一起。这样做不仅能够减小变换器的体积、重量,提高功率密度,通过恰当地设计还可以减小电流纹波、降低磁件损耗、改善电源动态性能,对提高电源的性能有重要意义。
本文首先对国内外磁集成技术的研究现状和应用作了概述,总结了适于磁集成的拓扑电路和每种电路适用的集成方式以及集成磁件的设计步骤和分析方法。
多路输出电源中,变压器有多个副边绕组,每条输出支路都有滤波电感。当这些磁性元件分立时,每一个元件都有一个磁芯,这样会占用较大体积。将磁集成技术运用在多路输出变换器中,通过每路输出电感的耦合,不仅可以减小电源体积,提高功率密度,还可以减小输出电流的纹波。
其次,针对两路输出正激变换器的拓扑电路,利用前面介绍的方法对其进行磁集成的设计,并给出了详细的推导过程,同时分析了集成磁件的等效电路和磁路。集成磁件绕组的排列方式是极为重要的,因为这关系到磁集成变换器的性能。文中给出了耦合电感的两种不同的集成方式,通过对比分析得知,两个输出支路上的滤波电感反向耦合可以减小输出电流的脉动,从而提高变换器的性能。
另外本文还介绍了电力电子中常用的磁性材料,这些知识有助于选择磁件的磁芯。
最后,根据电路的具体参数要求,设计出完整的两路输出磁集成变换器,并进行了仿真和实验。其实验证明,利用磁集成技术不仅可以减小变换器的体积,还有利于输出电流纹波的减小,具有很好的应用前景。