平面变压器优化设计方法技术

本发明专利技术公开一种平面变压器优化设计方法，包括：共模EMI传导路径确定；结构信息确定；粗优化；绕组PCBLayout绘制；精确仿真；最优解判断。本发明专利技术平面变压器优化设计方法先通过确定平面变压器的共模EMI传导路径、磁芯绕组结构信息以建立2D电场仿真模型，然后以耦合电荷为研究对象对2D电场仿真模型通过调整线圈相关参数进行有限元仿真粗优化，实现耦合电荷的快速优化，最后建立3D的全波电磁场仿真模型并进行有限元仿真精细优化正向传输系数特性，以获得最优共模EMI滤波特性的平面变压器，解决了平面变压器共模EMI滤波特性设计的盲目性问题，且减少打样轮次，可有效缩短研发周期，降低研发成本。研发成本。研发成本。

【技术实现步骤摘要】
平面变压器优化设计方法


[0001]本专利技术涉及变压器的优化设计
，尤其涉及一种平面变压器优化设计方法。

技术介绍

[0002]由于平面变压器的EMI(ElectromagneticInterference，电磁干扰)一致性显著优于传统绕线变压器，高频电源中平面变压器的应用越来越多；随着电源的小型化和高频化趋势愈专利技术显，EMI问题变得越来越突出，其EMI优化设计要求越来越高。平面变压器是电源传导干扰耦合路径中的重要支路，当平面变压器的共模EMI滤波特性达到最优时，该支路的传导干扰最小；当初级绕组对次级绕组的耦合电荷最小时，平面变压器的共模EMI滤波特性达到最优。
[0003]目前大多数研发人员对平面变压器的共模EMI滤波特性的研究手段是打样测试，即通过观察各匝绕组电位，再结合经验调整屏蔽层的匝数和电位，进而得到不同的屏蔽方案。但是，该方式通常需要多轮穷举打样才能得到较好方案，且获得的方案仍不是最优方案；另外，而平面变压器的单次打样时间长，多次打样使得研发周期过长、研发成本增加。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种平面变压器优化设计方法，以减少打样轮次，缩短研发周期。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种平面变压器优化设计方法，包括以下步骤：共模EMI传导路径确定：确定平面变压器的共模EMI传导路径；结构信息确定：确定磁芯绕组结构信息；其中，所述磁芯绕组结构信息包括磁芯模型、绕组结构、磁芯材料和绕组介电材料；粗优化：根据所述共模EMI传导路径及所述磁芯绕组结构信息建立2D电场仿真模型，以耦合电荷为研究对象对建立获得的所述2D电场仿真模型通过调整线圈相关参数进行有限元仿真粗优化，获得粗优化结果；其中，所述线圈相关参数包括屏蔽线圈的匝数、屏蔽线圈的线宽和屏蔽线圈的位置；绕组PCBLayout绘制：根据所述粗优化结果绘制绕组PCBLayout；精确仿真：根据平面变压器共模EMI滤波特性测试的接线方法、所述磁芯模型以及所述绕组PCBLayout，在ANSYSHFSS中建立全波电磁场仿真模型，仿真获取所述粗优化结果对应的正向传输系数；最优解判断：根据获得的所述正向传输系数判断绘制获得的绕组PCBLayout对应的共模EMI滤波特性是否为最优。
[0006]本专利技术的有益技术效果在于：本专利技术平面变压器优化设计方法先通过确定平面变压器的共模EMI传导路径、磁芯绕组结构信息以建立2D电场仿真模型，然后以耦合电荷为研究对象对2D电场仿真模型通过调整线圈相关参数进行有限元仿真粗优化，实现耦合电荷的快速优化，最后建立3D的全波电磁场仿真模型并进行有限元仿真精细优化正向传输系数特性，以获得最优共模EMI滤波特性的平面变压器，解决了平面变压器共模EMI滤波特性设计的盲目性问题，且减少了打样轮次，可有效缩短研发周期，降低研发成本，同时，经过多次优
化以获得最优解，可靠性强。
附图说明
[0007]为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0008]图1为本专利技术实施例提供的平面变压器优化设计方法的流程示意图；
[0009]图2为本专利技术实施例提供的平面变压器优化设计方法所设计的平面变压器的CM传导干扰滤波特性测试图；
[0010]图3为本专利技术实施例提供的平面变压器优化设计方法所设计的平面变压器的各匝线圈及磁芯的电位图；
[0011]图4为本专利技术实施例提供的平面变压器优化设计方法的第一子流程示意图；
[0012]图5为本专利技术实施例提供的平面变压器优化设计方法中2DRZ旋转模型的磁芯切边后的仿真模型图；
[0013]图6为本专利技术实施例提供的平面变压器优化设计方法中2DXY拉伸模型的仿真模型图；
[0014]图7为本专利技术实施例提供的平面变压器优化设计方法的初级绕组阵营对次级绕组阵营的总耦合电荷结果统计图；
[0015]图8为本专利技术实施例提供的平面变压器优化设计方法的第二子流程示意图；
[0016]图9为本专利技术实施例提供的平面变压器优化设计方法所设计的平面变压器的3D的全波电磁场仿真模型图；
[0017]图10为本专利技术实施例提供的平面变压器优化设计方法的第三子流程示意图；
[0018]图11为本专利技术实施例提供的平面变压器优化设计方法的正向传输系数仿真结果统计图。
具体实施方式
[0019]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]请参阅图1所示，图1为本专利技术实施例提供的平面变压器优化设计方法的流程示意图，所述平面变压器优化设计方法，包括以下步骤S11
‑
S16：
[0021]步骤S11、共模EMI传导路径确定：确定平面变压器的共模EMI传导路径；其中，所述平面变压器的共模EMI传导路径通过电路原理图确定。
[0022]其中，在本实施例中，所设计的平面变压器用于Flyback手机充电器电源中，图2展示了平面变压器CM传导干扰滤波特性测试图，如图2所示，干扰源为初级绕组动点对静点的电压波动，经过初级绕组对次级绕组的分布电容，传播到次级静点，最终经过地回路回到初级绕组静点，且次级绕组静点与磁芯短接。平面变压器的共模EMI传导路径包括各匝绕组电位、平面变压器共模EMI滤波特性测试的接线方法、各匝线圈及磁芯的电位等信息。在图2
中，Port1表示发射端口，Port2表示接收端口。
[0023]步骤S12、结构信息确定：确定磁芯绕组结构信息；其中，所述磁芯绕组结构信息包括磁芯模型、绕组结构、磁芯材料和绕组介电材料。根据所需设计的平面变压器的外形和效率等要求，选择确定包括磁芯模型、绕组结构、磁芯材料和绕组介电材料的磁芯绕组结构信息，磁芯绕组结构信息还包括绕组层数。优选地，磁芯模型可为跑道型磁芯中柱的EI磁芯，磁芯材料可为锰锌铁氧体合金，绕组层数为10层，绕组介电材料为环氧玻璃纤维布基板，绕组结构可为绕组的第1、2、9、10层为次级绕组、绕组的第4
‑
7层为初级绕组以及屏蔽绕组分布于绕组的第3、8层。
[0024]步骤S13、粗优化：根据所述共模EMI传导路径及所述磁芯绕组结构信息建立2D电场仿真模型，以耦合电荷为研究对象对建立获得的所述2D电场仿真模型通过调整线圈相关参数进行有限元仿真粗优化，获得粗优化结果；其中，所述线圈相关参数包括屏蔽线圈的匝数、屏蔽线圈的线宽和屏蔽线圈的位置。屏蔽线圈是指平面变压器中不流通大电流的线圈，以对初级绕组和次级绕组之间进行电磁屏蔽，通过调整屏蔽线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平面变压器优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：共模EMI传导路径确定：确定平面变压器的共模EMI传导路径；结构信息确定：确定磁芯绕组结构信息；其中，所述磁芯绕组结构信息包括磁芯模型、绕组结构、磁芯材料和绕组介电材料；粗优化：根据所述共模EMI传导路径及所述磁芯绕组结构信息建立2D电场仿真模型，以耦合电荷为研究对象对建立获得的所述2D电场仿真模型通过调整线圈相关参数进行有限元仿真粗优化，获得粗优化结果；其中，所述线圈相关参数包括屏蔽线圈的匝数、屏蔽线圈的线宽和屏蔽线圈的位置；绕组PCBLayout绘制：根据所述粗优化结果绘制绕组PCBLayout；精确仿真：根据平面变压器共模EMI滤波特性测试的接线方法、所述磁芯模型以及所述绕组PCBLayout，在ANSYSHFSS中建立全波电磁场仿真模型，仿真获取所述粗优化结果对应的正向传输系数；最优解判断：根据获得的所述正向传输系数判断绘制获得的绕组PCB Layout对应的共模EMI滤波特性是否为最优。2.根据权利要求1所述的平面变压器优化设计方法，其特征在于，所述共模EMI传导路径确定的步骤为：结合电路原理图和PCB绕组绕线方向，确定各匝绕组电位以及平面变压器共模EMI滤波特性测试的接线方法；将各绕组端口间的电容以及绕组端口与初次级地间的电容视为短路；将磁芯作为电位参考点，电势设为0V，确定各匝线圈及磁芯的电位。3.根据权利要求1所述的平面变压器优化设计方法，其特征在于，所述粗优化的步骤具体包括：在Maxwell2D中根据所述共模EMI传导路径及所述磁芯绕组结构信息建立最接近平面变压器结构的2D模型；识别磁芯为导体，根据建立获得的所述最接近平面变压器结构的2D模型进行2D电场仿真，获得对应的2D电场仿真模型，通过场计算器计算初级绕组阵营对次级绕组阵营的总耦合电荷；设置不同匝数的仿真算例对计算获得的所述初级绕组阵营对次级绕组阵营的总耦合电荷进行优化；选择绝对值最小的初级绕组阵营对次级绕组阵营的总耦合电荷所对应的平面变压器结构方案作为所述粗优化结果。4.根据权利要求1所述的平面变压器优化设计方法，其特征在于，所述粗优化的步骤具体包括：在Maxwell2D中根据所述共模EMI传导路径及所述磁芯绕组结构信息建立最接近平面变压器结构的2D模型；识别磁芯为导体，根据建立获得的所述最接近平面变压器结构的2D模型进行2D电场仿真，获得对应的2D电场仿真模型，通过场计算器计算初级绕组阵营对次级绕组阵营的总耦合电荷；根据优化要求设置优化次数及对应的优化参数并根据每次的优化参数对计算获得的所述初级绕组阵营对次级绕组阵营的总耦合电荷进行优化；
选择绝对值最小的初级绕组阵营对次级绕组阵营的总耦合电荷所对应的平面变压器结构方案作为所述粗优化结果。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘朝瑜，郭修根，肖德湖，
申请(专利权)人：东莞市奥海科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：