本发明专利技术涉及一种高频变压器，包括磁芯和绝缘骨架，初级绕组、次级绕组缠绕在绝缘骨架上，在初级绕组和次级绕组之间缠绕薄金属阵列，所述薄金属阵列由多个相同厚度和形状的单个网状结构的薄金属层叠加而成。本发明专利技术还公开了一种高频变压器的漏感参数计算优化方法。本发明专利技术通过降低漏感减小了开关管的电压尖峰，降低了开关管的电压应力；本发明专利技术通过降低漏感减小了能量损失，提升了电路系统的效率；本发明专利技术中漏感的计算方法能够快速准确的捕捉漏感值，为电路的精细化设计提供有益帮助。路的精细化设计提供有益帮助。路的精细化设计提供有益帮助。
【技术实现步骤摘要】
一种高频变压器及其漏感参数计算优化方法
[0001]本专利技术涉及变压器
，尤其是一种高频变压器及其漏感参数计算优化方法。
技术介绍
[0002]微型逆变器DC
‑
DC环节采用反激电路结构，漏感是反激逆变器的高频变压器固有特性，会造成电压尖峰，漏感越大电压尖峰越大，造成开关器件的过压击穿。通常使用RCD电路及其类似吸收电路来吸收反激高频变压器上由漏感产生的电压尖峰。越大的漏感，一方面增大了RCD吸收电路的器件规格，增加了成本，另一方面增大了损耗，产生了更多的热量，降低了微型逆变器系统可靠性和寿命。同时高频变压器漏感增加了开关器件的电压应力，而且漏感储存的能量不能转移到副边，造成传统反激逆变器的效率较低。此外，高频变压器漏感值的准确性对变换器工作模态及控制具有重要影响，精确的漏感值是保障电路正常工作，减少故障率的重要因素，因此精确并快速计算漏感参数对于高频变压器乃至整个电路的精细化设计至关重要。
[0003]因此，需要设计一种高频变压器及其漏感参数计算优化方法，并做到漏感最优化，以解决上述技术问题。
[0004]目前针对高频变压器降低漏感的方法主要采用增大气隙和改变绕组排布方式的方法，增大气隙本身改变了高频变压器的励磁电感同时存在气隙扩散效应，而绕组方式改变受限于绕组本身设计方式，存在局限性。
技术实现思路
[0005]为解决使用RCD电路及其它类似缓冲电路，漏感太大的缺陷，本专利技术的首要目的在于提供一种大幅度降低系统的损耗和功率器件的开关应力，削弱电压尖峰，提升系统效率的高频变压器。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种高频变压器，包括磁芯和绝缘骨架，初级绕组、次级绕组缠绕在绝缘骨架上，在初级绕组和次级绕组之间缠绕薄金属阵列，所述薄金属阵列由多个相同厚度和形状的单个网状结构的薄金属层叠加而成。
[0007]所述单个网状结构薄金属层由金属线编织而成，其孔洞形状不限于正方形。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供一种高频变压器的漏感参数计算优化方法，该方法包括下列顺序的步骤：
[0009](1)对高频变压器的窗口进行区域划分，高频变压器的窗口包括绕组导体区域、网状结构的薄金属阵列区域和绕组绝缘区域；
[0010](2)使用有限元法对每个窗口区域进行高频变压器的漏磁场强度计算；
[0011](3)根据高频变压器的漏磁场强度，使用能量法进行漏磁能量计算，得到高频变压器窗口区域内部的总能量；
[0012](4)根据高频变压器窗口区域内部的总能量，通过参数化方程进行漏感参数的优
化。
[0013]在步骤(1)中，所述绕组导体区域包括初级绕组区域和次级绕组区域；所述网状结构的薄金属阵列区域包括n层厚度为d的薄金属结构；所述绕组绝缘区域包括绝缘骨架绝缘区域、层间绝缘区域和匝间绝缘区域。
[0014]所述步骤(2)具体包括以下步骤：
[0015](2a)构建高频变压器模型；
[0016](2b)设置短路工况下的励磁输入；
[0017](2c)添加高频变压器的边界条件，然后进行高频变压器模型的网格划分；
[0018](2d)使用有限元法计算高频变压器窗口的漏磁场强度。
[0019]所述步骤(3)具体包括以下步骤：
[0020](3a)使用能量法计算绕组导体区域的漏磁能量W
coil
：
[0021][0022]式中，B
coil
为绕组导体的磁感应强度，H
coil
为绕组导体的磁场强度，V
coil
为绕组导体区域的体积；
[0023](3b)使用能量法计算网状结构的薄金属阵列区域的漏磁能量W
tme
：
[0024][0025]式中，B
tme
为网状结构的薄金属阵列区域的磁感应强度，H
tme
为网状结构的薄金属阵列区域的磁场强度，V
tme
为网状结构的薄金属阵列区域的体积；
[0026](3c)使用能量法计算绕组绝缘区域的漏磁能量W
ins
：
[0027][0028]式中，B
ins
为绕组绝缘区域的磁感应强度，H
ins
为绕组绝缘区域的磁场强度，V
ins
为绕组绝缘区域的体积；
[0029](3d)计算高频变压器窗口区域内部的总能量W
all
：
[0030]W
all
＝W
coil
+W
tme
+W
ins
。
[0031]所述步骤(4)具体包括以下步骤：
[0032](4a)计算高频变压器的总漏感：
[0033]L
σ
＝2W
all
/I2[0034]式中，I为绕组导体上的电流值；W
all
为高频变压器窗口区域内部的总能量；
[0035](4b)将漏感方程参数化，变量参数为网状结构的薄金属阵列的层数n和厚度d，参数化方程为：
[0036]L
σ
＝f(n,d)
[0037](4c)对参数化方程进行优化，进行迭代计算，取漏感最小时对应的参数即层数n和厚度d，其中n为整数，从1开始计算，nd的乘积必须小于初级绕组和次级绕组之间的最大间距。
[0038]由上述技术方案可知，本专利技术的有益效果为：第一，本专利技术通过降低漏感减小了开关管的电压尖峰，降低了开关管的电压应力；第二，降低漏感减小了能量损失，提升了电路系统的效率；第三，漏感的计算方法能够快速准确的捕捉漏感值，为电路的精细化设计提供有益帮助。
附图说明
[0039]图1是带RCD缓冲电路的反激电路拓扑图；
[0040]图2是开关管Q开断时的电压波形示意图；
[0041]图3是本专利技术中高频变压器的拓扑结构示意图；
[0042]图4是本专利技术中薄金属阵列示意图；
[0043]图5是图4中单个网状结构薄金属层示意图；
[0044]图6是本专利技术有网状结构的薄金属阵列与现有技术无网状结构的薄金属阵列的高频变压器漏感随频率变化的曲线示意图；
[0045]图7是本专利技术的方法流程图；
[0046]图8是短路情况下高频变压器磁芯窗口范围内不同频率下(50kHz、100kHz、150kHz、200kHz)的漏磁场强度随距离的变化曲线示意图。
具体实施方式
[0047]如图3、4所示，一种高频变压器，包括磁芯1和绝缘骨架2，初级绕组5、次级绕组3缠绕在绝缘骨架2上，在初级绕组5和次级绕组3之间缠绕薄金属阵列6，薄金属阵列6和初级绕组5、次级绕组3之间均有间隙4，间隙4即空气，所述薄金属阵列6由多个相同厚度和形状的单个网状结构的薄金属层叠加而成。薄金属阵列6用于降低绕组的集肤效应和邻近效应，进而降低本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高频变压器，包括磁芯和绝缘骨架，初级绕组、次级绕组缠绕在绝缘骨架上，其特征在于：在初级绕组和次级绕组之间缠绕薄金属阵列，所述薄金属阵列由多个相同厚度和形状的单个网状结构的薄金属层叠加而成。2.根据权利要求1所述的高频变压器，其特征在于：所述单个网状结构薄金属层由金属线编织而成，其孔洞形状不限于正方形。3.根据权利要求1至2中任一项所述的高频变压器的漏感参数计算优化方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：(1)对高频变压器的窗口进行区域划分，高频变压器的窗口包括绕组导体区域、网状结构的薄金属阵列区域和绕组绝缘区域；(2)使用有限元法对每个窗口区域进行高频变压器的漏磁场强度计算；(3)根据高频变压器的漏磁场强度，使用能量法进行漏磁能量计算，得到高频变压器窗口区域内部的总能量；(4)根据高频变压器窗口区域内部的总能量，通过参数化方程进行漏感参数的优化。4.根据权利要求3所述的高频变压器的漏感参数计算优化方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述绕组导体区域包括初级绕组区域和次级绕组区域；所述网状结构的薄金属阵列区域包括n层厚度为d的薄金属结构；所述绕组绝缘区域包括绝缘骨架绝缘区域、层间绝缘区域和匝间绝缘区域。5.根据权利要求3所述的高频变压器的漏感参数计算优化方法，其特征在于：所述步骤(2)具体包括以下步骤：(2a)构建高频变压器模型；(2b)设置短路工况下的励磁输入；(2c)添加高频变压器的边界条件，然后进行高频变压器模型的网格划分；(2d)使用有限元法计算高频变压器窗口的漏磁场强度。6.根据权利要求3所述的高频变压器的漏感参数计算优化方法，其特征在于：所述步骤(3)具体包括以下步骤：(3a)使用能量法计算绕组导体区域的漏磁能量W
coil
：式中，B
coil
为绕组导体的磁感应强度，H
【专利技术属性】
技术研发人员：黄亚，陈浩，曹子沛，倪有源，
申请(专利权)人：安徽微伏特电源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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