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用于有源箝位模块电源的穿孔平板磁器件研究

作　者: 任思宇
导　师: 和军平
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 穿孔平板变压器穿孔平板电感有源箝位有限元仿真
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

当前开关电源不断向“小、轻、薄”方向发展,减小储能元件厚度成为提高开关电源功率密度的一个有效方法。本文即以小功率有源箝位DC-DC模块电源应用为例,分析和研究了穿孔平板磁技术,进行一种新结构磁器件设计以提高模块电源的功率密度。论文的主要内容如下:首先,分析了有源箝位电路的工作原理,包括主开关管工作过程、箝位电容设计要求、同步整流驱动电路及主电路传递函数,并对有源箝位电路中磁性器件的工作特性进行了总结,进而引入了穿孔平板磁器件来降低电源高度,提高功率密度。其次,介绍了穿孔平板磁器件原理,细致分析、阐述了穿孔平板变压器磁芯单元的结构和特点,并在有源箝位电路应用条件下分析了磁芯上磁感应强度峰值及其它一些性能参数,设计了变压器原副边绕组的优化布置方案。针对穿孔平板电感的结构和一些重要设计参数也进行细致的说明,并提出对电感进行迭代优化设计的方法。再次,对两个尺寸相同、磁芯单元数目相异的穿孔平板变压器磁芯进行了有限元仿真,证实了在合适范围内时,较多的磁芯单元有利于充分利用磁芯。也对使用高磁导率材料,带有气隙的穿孔平板电感磁芯进行了有限元仿真,证明了电感在大电流负载下可有效工作。最后,在有源箝位DC-DC变换器上对所设计的穿孔平板变压器和电感进行了实验。尽管由于制作工艺和试验条件的限制,使得穿孔平板磁芯的体积和寄生参数偏大,但测试仍然证明了设计功能正常,降低了磁性器件及整个电源的高度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-15
    1.2.1 DC-DC 模块电源发展现状  9-11
    1.2.2 平面变压器发展现状  11-14
    1.2.3 扁平矩阵变压器的发展现状  14-15
  1.3 主要研究工作  15-16
第2章有源箝位电路及穿孔平板磁件  16-34
  2.1 有源箝位电路原理  16-28
    2.1.1 有源箝位电路箝位电容  17-21
    2.1.2 有源箝位电路工作过程  21-23
    2.1.3 有源箝位主电路交流小信号建模  23-25
    2.1.4 有源箝位同步整流管驱动电路  25-27
    2.1.5 输出滤波电容  27-28
  2.2 有源箝位电路中的磁器件特性  28-31
    2.2.1 变压器特性  28-31
    2.2.2 电感的特性  31
  2.3 穿孔平板磁器件  31-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章穿孔平板磁器件的设计  34-44
  3.1 引言  34
  3.2 穿孔平板变压器的分析与设计  34-41
    3.2.1 穿孔平板变压器磁芯单元  35-38
    3.2.2 磁芯单元内最小磁感应强度峰值的选取  38-39
    3.2.3 穿孔平板变压器的绕组布置  39-41
  3.3 穿孔平板电感的设计与分析  41-43
    3.3.1 穿孔平板电感结构  41-42
    3.3.2 穿孔平板电感磁芯参数  42-43
  3.4 本章小结  43-44
第4章穿孔平板磁器件性能的仿真与分析  44-48
  4.1 穿孔平板变压器的仿真与分析  44-45
  4.2 穿孔平板电感的仿真与分析  45-47
  4.3 本章小结  47-48
第5章穿孔平板磁芯的实验  48-55
  5.1 穿孔平板变压器的试验研究  48-53
  5.2 穿孔平板电感的实验  53-54
  5.3 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-60
致谢  60

用于有源箝位模块电源的穿孔平板磁器件研究

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