一种应用于双向DC-DC变换器中的平面变压器结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种应用于双向DC

【技术实现步骤摘要】
一种应用于双向DC
‑
DC变换器中的平面变压器结构


[0001]本技术涉及一种应用于双向DC
‑
DC变换器中的平面变压器结构，属于自主无人潜航器的无线充电领域。

技术介绍

[0002]近年来，通过采用高频隔离变压器取代传统的工频隔离变压器被普遍认为是功率转换技术的必然发展趋势。
[0003]变压器是双向DC
‑
DC变换器中的关键器件，减小变压器的损耗和体积有助双向DC
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DC变换器效率和功率密度的进一步提升，因此变压器的设计非常重要。传统的变压器体积过大，且高频工作时功率损耗较高。传统变压器已经难以满足需求，严重制约了装置整体的小型化。
[0004]平面变压器是一种以铁氧体为磁芯，呈低高度、扁平状的变压器，具有高功率密度、高效率和工作频率高等优点。与传统变压器相比，平面变压器具有扁平的外形，因此散热面积更大，散热性能更好；绕组大多采用扁平状导体，便于安装和实现绕组层的交错叠放，既可以提高窗口利用率，更大大降低了漏感，从而使得电磁干扰(EMI)小。
[0005]平面变压器按照线圈的制作工艺，一般可分为薄膜型、厚膜型和PCB型。目前应用最多的是PCB型。采用PCB板作为绕组工艺简单，配合铜箔和多层并联，通流能力与功率容量可以做到很大，应用较为广泛，特别是在低压大电流DC/DC变换器中。采用PCB板作为绕组，其几何形状及相关寄生特性可以控制在PCB制作公差内，解决了传统变压器工艺复杂的问题，而且有很好的重复性，产品外观和一致性好。综上所述，本专利设计新型的应用于双向DC
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DC变换器的平面变压器结构，为设计和改善双向DC
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DC变换器的性能研究提供新思路。

技术实现思路

[0006]本技术的目的是提出一种应用于双向DC
‑
DC变换器中的平面变压器结构，以解决现有技术中存在的问题。
[0007]一种应用于双向DC
‑
DC变换器中的平面变压器结构，平面变压器结构分为顶层和底层，每一层均包括原边绕组、副边绕组、原边和副边绕组对磁芯的分布电容C
mp
和C
ms
以及原边绕组和副边绕组之间的分布电容C
w
，在每一层中，分布电容C
mp
和C
ms
与分布电容C
w
并联在原边绕组和副边绕组间，顶层的原边绕组和底层的原边绕组并联，再与原边中其他绕组串联。
[0008]进一步的，绕组的排布方式为0.5P
‑
S
‑
P
‑
S
‑
0.5P，其中，P代表原边绕组层，S代表副边绕组层。
[0009]本技术的主要优点是：本技术提出的一种应用于双向DC
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DC变换器中的平面变压器结构，是一种改进的交叉绕组排布方式，相对于其它几种交叉结构在绕组损耗、漏感和分布电容上都有着更优异的表现，因此在交叉绕组排布方式中的选择，毫无疑问本技术改进交叉绕组排布方式是最优的。
附图说明
[0010]图1是平面变压器等效电路模型；
[0011]图2是四种绕组排布方式下磁动势示意图，其中，图2(a)为不交叉排布；图2(b)部分交叉排布；图2(c)为完全交叉排布；图2(d)为改进交叉排布；
[0012]图3是不同位置绕组层所受集肤效应示意图；
[0013]图4是相邻绕组层横截示意图；
具体实施方式
[0014]下面将结合本技术实施例中的附图对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0015]本技术的实施例在分析平面变压器的基本参数设计方法和建模方法的基础上，总结分析了平面变压器的各种寄生参数和损耗计算，并给出了相应的计算公式并提出了一种改进的交叉绕组排布方式。在MAXWELL软件中建立了不同绕组排布方式的平面变压器仿真模型，从绕组损耗、漏感和分布电容三个方面进行了对比分析，最终得到了最优的平面变压器设计方案。
[0016]平面变压器的等效电路模型如图1所示，漏感、分布电容是变压器最重要的两个寄生参数。
[0017]在图1中：R
p
和R
s
分别为原边、副边绕组电阻，R
m
是磁芯损耗的等效电阻，L
m
是变压器原边的励磁电感，L
p
和L
s
分别是原、副边绕组的漏感；C
mp
和C
ms
分别是原边和副边绕组对磁芯的分布电容，C
dp
和C
ds
分别是原边和副边绕组内的分布电容，C
w
是原边绕组和副边绕组之间的分布电容。
[0018]一种应用于双向DC
‑
DC变换器中的平面变压器结构，所述平面变压器结构分为顶层和底层，每一层均包括原边绕组、副边绕组、原边和副边绕组对磁芯的分布电容C
mp
和C
ms
以及原边绕组和副边绕组之间的分布电容C
w
，在每一层中，所述分布电容C
mp
和C
ms
与所述分布电容C
w
并联在原边绕组和副边绕组间，顶层的原边绕组和底层的原边绕组并联，再与原边中其他绕组串联。
[0019]进一步的，绕组的排布方式为0.5P
‑
S
‑
P
‑
S
‑
0.5P，其中，P代表原边绕组层，S代表副边绕组层。
[0020]具体的，根据邻近效应原理，不同绕组排布方式下的磁动势有很大的区别，这直接影响了绕组损耗的大小，还会影响绕组的一些其他寄生参数。对于原边和副边绕组各两层的平面变压器，一般绕组的排布方式有这几种：P
‑
P
‑
S
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S、P
‑
S
‑
S
‑
P、P
‑
S
‑
P
‑
S，其中P代表原边绕组层，S代表副边绕组层。
[0021]接下来将对这三种基本的绕组排布方式和一种改进绕组排布方式进行讨论，由于双向DC
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DC变换器工作在较高的频率下(几十kHz到几百kHz)，对降低损耗的要求更高，需要更高的效率，因此本技术提出了一种改进的绕组排布方式：0.5P
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S
‑
P
‑
S
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0.5P，将顶层的原边绕组和底层的原边绕组并联，再与原边其他绕组串联形成的改进绕组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于双向DC
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DC变换器中的平面变压器结构，其特征在于，所述平面变压器结构分为顶层和底层，每一层均包括原边绕组、副边绕组、原边和副边绕组对磁芯的分布电容C
mp
和C
ms
以及原边绕组和副边绕组之间的分布电容C
w
，在每一层中，所述分布电容C
mp
和C
ms
与所述分布电容C

【专利技术属性】
技术研发人员：王盼宝，周洋，牟英峰，刘巍，刘峰，
申请(专利权)人：黑龙江亿加合和科技开发有限公司，
类型：新型
国别省市：