高频电感器与变压器几种设计方法的损耗比较.pdfVIP

高频电感器和变压器 几种设计方法的损耗比较‘ ■翼奉芷以薄小型、低损耗、$00kHz器件为倒．对广泛应用于高频电培器和变压嚣的三 种设汁方j杰作r精确比较·井与精确的有限单元摸型法得刊的结果比较发现，用标准方法能 料到的铜耗和铁捐值出乎意料的糟确． 褂一效事高鞭器件电感嚣变压器磁性器件 l 引言 现代许多应用需要一种高功率密度、且薄而小的磁性元件，当需安装在印制扳上时， 这种磁性元件在高度上会受到限制，大约在10ram左右。这种器件的典型应用场合如文 献【l】所叙述的不对称脉宽调制谐振DC／DC变换嚣．目的是为现代电信系统和计算机系统 提供分配电源。这种变换器需要一种AC电感罂和中心抽头的输出变压器．这二种器件 设计应：f：作在5001d-Iz，并尽可能使损耗最小。由于该磁性器件受安装空间尺寸曲最捌． 冈此要求器件为薄型且底面积根小． 如在麦克莱曼(Mclym姐)书中例子口l所述的那样，面积乘积法已被广泛用作高鞭和低 频这二种电葛器和变压器的基本设计方法。虽然这种方法是一种可用的设计方法。但其 设计的器件大多教在损耗或尺寸方面选不到优化程度．V．mdelac和zi嗡s的论文嗍较广地 讨论了使铜耗最小的问题，文献【4】介绍了用这些方法优化设计的一些小型器件，据报导 效率在99．5％左右。最近，Hurle甲等人提出了一种能使铁损和锕耗最小的优化设计方法[Sl。 本文着重研究分析了影响高频电感器和变压器铁损和铜耗的因素，尤其着眼于在文 献【2】-【5】中应用的设计方法。以文献fl】所述的典型应用为基础，对高频电感爨和变压嚣， 州标准设计法BI和最佳设计法”l作了比较．然后将该预计损耗和效率与有限单元模型得到 的结果进行比较．结果完全一致．本研究工作的部分动力是为了证实用假设铁心磁通密 度均匀分布的设计方法是否真正能达到99．5％的效率问题． 2设计参数 AC电感器和抽头输出变压器的设计是本文研究的重点，上述二种器件工作于500kI-lz, 营波’．匝比I：2．5。 ‘“Loss inthe of kdIl№andTmsformers”．[FEETrans．oct ComparisonDesignHi曲R掣∞cy Magndics,V01．35，No．5，Sept 1999，P．3541-3．54；5(吴东法译】 一70— 为了使铁损最小，电感器和变压器铁心都用低损耗0(型)MnZn铁氧体(铁心的尺寸和 即号址表1)。所有器件限定最大高度不超过10．16ram(即0．4英寸)。每种情况，用生产制 造商提供的损耗数据+以铁心平均损耗300mWlcm3为基础选择工作磁通密度．为使涡流 损耗毋小，所有绕组都用绞合线。 毫I铁心曩号和尺寸 器件 铁心类型 问障(nun】 高度(ram) 底面积(nun2) lU感{|}}罐形铁心SK．．41408-06 0635 8．46 153．5 l乜感器 环形铁心41305．TC 2．235 7．62 18n0 lb堪嚣 双E形铁心41803-EC0．660 S．∞ 3600 蹙慷器 O ln92 —41：3’ 双片武铁心DK．-42311-UG 坐K器 一…-0一’‘ 16．10 5103 双片式铁一9 9c‘42616-UCr一 3设计方法 一 本1，将评述高频电感器和变压器设计中广泛应用的三种基本方法。 3．1 McLyman法【方法一O垤1)】 这种厂泛应用于电感器和变压器的设计方法是基于这样～种概禽，即当给定铁心时， 则片I来传导磁通量冉q表面积(Ac)和可用于缠绕线圈的窗口面积(AJ与器件额定值有下式关 系：