【摘 要】
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平面变压器具有体积小、高度低的结构特点,同时具备良好的自散热性能、低漏感、低损耗及较小的交流电阻等独特的优点,在高频率、高功率密度的开关电源中得到广泛的应用。但传统平面变压器磁芯绕线窗中绝缘材料的比例较大,降低了铜填充系数,窗口利用率低。因此本文设计一种新的变压器来解决这些问题。首先,论文提出了一种新型的平面变压器:基于利兹线的平面变压器,在PCB板外采用利兹线进行配置,让PCB板完全被这些线束覆
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平面变压器具有体积小、高度低的结构特点,同时具备良好的自散热性能、低漏感、低损耗及较小的交流电阻等独特的优点,在高频率、高功率密度的开关电源中得到广泛的应用。但传统平面变压器磁芯绕线窗中绝缘材料的比例较大,降低了铜填充系数,窗口利用率低。因此本文设计一种新的变压器来解决这些问题。首先,论文提出了一种新型的平面变压器:基于利兹线的平面变压器,在PCB板外采用利兹线进行配置,让PCB板完全被这些线束覆盖,使得表面的利用率得到改善,从而使集肤效应显著降低;并对其结构进行了分析,包括:利兹线配置、窗口利用率、DC-DC转换器及迟滞电流控制逆变器。然后,论文对该新型平面变压器的理论进行了研究;分析了包括转换和传导在内的功率损耗,采用软开关技术来最大化降低功率损耗并提高整体效率。通过状态空间法处理和等效电路模型,随后分析了迟滞电流控制器和LC低通滤波器的原理,并给出了相关电磁的计算理论。其次,论文对平面利兹变压器的拓扑结构进行了设计,包括绕组布局、钢绞线布局、绝缘层、PCB结构以及核心材料等,并且分析了 DC-DC转换器和DC-AC逆变滤波器的工作原理。最后,论文主要通过绘图特征来对给定的结构进行建模,用Maxwell 3D绘制出两种模型:绞合线配置的3D模型和实心导体的3D模型,并给出导体和PCB版的关于厚度宽度材料的详细细节设计,之后对这两种模型进行电流密度分布和集肤效应仿真,得出以下仿真结果:电流在绞合线配置的模型中均匀分布,而对于实心导体模型,电流主要集中在它的边缘。可以预见,随着绞合线股数的增加,集肤效应会越来越不明显,电流在导线中的分布将越来越均匀。接下来还对这两类模型的交流电阻进行测试,从测试结果可以看到:在10kHz和1.5MHz之间的频率范围内,绞合线配置的AC电阻相对较小。相反,当工作频率超过1.5MHz时,它高于实心导体模型的AC电阻。论文最后给出了 DC-DC转换器和DC-AC逆变器的组合建模与分析;该组合系统可以将直流信号通过两级转换器,即DC-DC转换器和DC-AC逆变器,转换得到工频50Hz交流电,最终的工频输出与给定的参考信号幅值一致,相位差极小,可忽略不计。论文有图56幅,表2个,参考文献84篇。
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