【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电子信息，尤其是指一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法及系统。
技术介绍
1、随着功率半导体器件的进步，电力电子变换器一般都设计工作在高开关频率的情况下，拥有高功率密度和高效率等优点。电力电子变换器中一个关键的元件就是滤除电磁干扰的环形滤波电感器，由于环形滤波电感器在电力电子变换器中占了很大的体积，它成为了阻挡提高电力电子变换器功率密度的一个关键元件。电力电子变换器工作在高开关频率的情况时，所需环形滤波电感器的电感值变小，因此可以采用更小尺寸的环形滤波电感器，可以有效地提高电力电子变换器功率密度和效率。在高频情况下，环形滤波电感器的等效并联电容将与电感发生谐振，形成高于自谐振频率的容性阻抗，高于自谐振频率的容性阻抗可以有效地降低电力电子变换器工作时产生的高频噪声的影响，提高电力电子变换器的效率和稳定性。然而在高频情况下，环形滤波电感器的寄生元件严重影响环形滤波电感器的滤波性能，因此，如何有效减少环形滤波电感器寄生电容成为了一个新的问题。
2、目前，研究学者已经给出了多种减少环形滤波电感器寄生元件的办法，包括消除技术的移除方法，这些方法的核心在于优化环形滤波电感器的物理结构和材料选择，以尽量减少不必要的电容，而有效的绕组方案同样十分重要，绕组作为环形滤波电感器的核心部件，对环形滤波电感器的寄生电容有着至关重要的影响。如今，最普遍的绕组方案是两种全层绕组方案，包括反转连接型绕组方案和直接连接型绕组方案，而有研究者提出使用部分层绕组方案与现有的两种全层绕组方案相比较，能够明显减少环形滤波电感器的总寄生电容
3、现有研究提出了使用反转型连接的部分层绕组方案来降低电感器的寄生电容，但并未解决如何设计能够在保持电感值不变的情况下，使环形滤波电感器的寄生电容达到最低的问题，此外，由于带有绝缘层的铜线缠绕到磁芯上时，铜线的硬度使得其不能完全贴合磁芯表面，所以铜线会有一定的弧度也就是曲率，而在计算环形滤波电感器第一层全层绕组的单匝绕组与磁芯之间的寄生电容时，往往没有考虑到铜导线缠绕到磁芯上时产生的弧度，导致计算得到的环形滤波电感器第一层全层绕组的单匝绕组与磁芯之间的寄生电容存在一定程度的误差。
技术实现思路
1、为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中未解决如何设计能够在保持电感值不变的情况下，使环形滤波电感器的寄生电容值达到最低的问题，并且在计算环形滤波电感器寄生电容时，没有考虑到铜线缠绕时产生的弧度，导致计算得到的环形滤波电感器寄生电容存在一定程度误差的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法，包括以下步骤：
3、调整环形滤波电感器第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的最短距离，直至第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的最短距离处于第一最大临界值，将调整后第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的最短距离与环形滤波电感器的绕组结构参数、磁芯高度与磁芯宽度，输入第一层全层绕组的单匝绕组与磁芯间寄生电容计算模型，获取第一层全层绕组的单匝绕组与磁芯之间的寄生电容；
4、调整环形滤波电感器第一层全层绕组与第二层部分层绕组之间的最短距离，直至第一层全层绕组与第二层部分层绕组之间的最短距离处于第二最大临界值，将调整后第一层全层绕组与第二层部分层绕组之间的最短距离与环形滤波电感器的绕组结构参数，输入第一层全层绕组的单匝绕组与第二层部分层绕组的单匝绕组间寄生电容计算模型，获取第一层全层绕组的单匝绕组与第二层部分层绕组的单匝绕组之间的寄生电容；
5、调整磁芯电势，使磁芯电势等于第一层全层绕组的中间电势，得到目标电压比例系数；
6、将目标电压比例系数代入环形滤波电感器总寄生电容表达式，获取匝数百分比计算模型，将第一层全层绕组的单匝绕组与磁芯之间的寄生电容、第一层全层绕组的单匝绕组与第二层部分层绕组的单匝绕组之间的寄生电容输入匝数百分比计算模型，获取第二层部分层绕组与第一层全层绕组匝数百分比；
7、基于环形滤波电感器的总匝数、第二层部分层绕组与第一层全层绕组匝数百分比，分别计算第一层全层绕组匝数与第二层部分绕组匝数，得到具有最低寄生电容的目标环形滤波电感器；
8、所述第一层全层绕组的单匝绕组与磁芯间寄生电容计算模型获取过程包括：
9、将铜导线缠绕到磁芯上时产生的弧度看作抛物线，利用抛物线高度函数模拟第一层全层绕组的单匝绕组与磁芯之间最短距离；
10、基于第一层全层绕组的单匝绕组与磁芯之间最短距离，构建第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的电场线路径方程；
11、利用绕组弧长函数分别模拟磁芯内侧、外侧、上表面和下表面单匝绕组的绕组长度；
12、将第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的空气隙电容等效为平行平板电容，根据平行平板电容的计算公式，获取第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的空气隙电容；
13、将第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的绝缘层电容等效为圆柱形电容器电容，根据圆柱形电容器电容的计算公式，获取第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的绝缘层电容；
14、基于第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的空气隙电容与绝缘层电容，获取第一层全层绕组的单匝绕组与磁芯间寄生电容计算模型。
15、优选地，第一层全层绕组的单匝绕组与磁芯间寄生电容计算模型的获取，包括：
16、将铜导线缠绕到磁芯上时产生的弧度看作抛物线，利用抛物线高度函数分别模拟磁芯内侧、外侧、上表面和下表面的单匝绕组与磁芯之间最短距离；
17、基于磁芯内侧、外侧、上表面和下表面的单匝绕组与磁芯之间最短距离，构建磁芯内侧、外侧、上表面和下表面的单匝绕组到磁芯之间的电场线路径方程；
18、利用绕组弧长函数分别模拟磁芯内侧、外侧、上表面和下表面的单匝绕组的绕组长度；
19、基于磁芯内侧、外侧、上表面和下表面的单匝绕组的绕组长度以及磁芯内侧、外侧、上表面和下表面的单匝绕组到磁芯之间的电场线路径方程，将第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间空气隙中的电容等效为平行平板电容，根据平行平板电容的计算公式，分别得到磁芯内侧、外侧、上表面和下表面第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的空气隙电容；
20、将第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的绝缘层电容等效为圆柱形电容器电容，根据圆柱形电容器电容的计算公式，分别得到磁芯内侧、外侧、上表面和下表面第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的绝缘层电容；
21、基于磁芯内侧、外侧、上表面和下表面第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的空气隙电容与绝缘层电容，分别得到磁芯内侧、外侧、上表面和下表面第一层全层绕组的单匝绕组与磁芯之间的寄生电容；
22、基于磁芯内侧、外侧、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法，其特征在于，第一层全层绕组的单匝绕组与磁芯间寄生电容计算模型的获取，包括：
3.根据权利要求1所述的一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法，其特征在于，所述第一层全层绕组的单匝绕组与第二层部分层绕组的单匝绕组间寄生电容计算模型的获取过程为：
4.根据权利要求1所述的一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法，其特征在于，所述基于环形滤波电感器总寄生电容表达式，获取匝数百分比计算模型，包括：
5.根据权利要求1所述的一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法，其特征在于，目标环形滤波电感器的最低寄生电容为：
6.根据权利要求1所述的一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法，其特征在于，所述环形滤波电感器，包括：第一层全层绕组与部分层绕组之间采用反转方式连接。
7.根据权利要求1所述的一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法，其特征在于，所述环形滤波电感器的结构参数，包括：绕组
8.根据权利要求1所述的一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法，其特征在于，所述调整环形滤波电感器第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的最短距离，包括：通过在第一层全层绕组和磁芯之间增加塑料垫片，增加环形滤波电感器第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的最短距离；
9.根据权利要求1所述的一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法，其特征在于，所述调整磁芯电势，使磁芯电势等于第一层全层绕组的中间电势，得到目标电压比例系数，包括：通过将第一层全层绕组的中间匝与磁芯外表面通过焊锡焊接相连，使磁芯电势等于第一层全层绕组的中间电势。
10.一种环形滤波电感器最低寄生电容设计系统，其特征在于，包括：单匝绕组到磁芯寄生电容计算模块，用于调整环形滤波电感器第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的最短距离，直至第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的最短距离处于第一最大临界值，将调整后第一层全层绕组的单匝绕组到磁芯之间的最短距离与环形滤波电感器的绕组结构参数、磁芯高度与磁芯宽度，输入第一层全层绕组的单匝绕组与磁芯间寄生电容计算模型，获取第一层全层绕组的单匝绕组与磁芯之间的寄生电容；
...【技术特征摘要】
1.一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法，其特征在于，第一层全层绕组的单匝绕组与磁芯间寄生电容计算模型的获取，包括：
3.根据权利要求1所述的一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法，其特征在于，所述第一层全层绕组的单匝绕组与第二层部分层绕组的单匝绕组间寄生电容计算模型的获取过程为：
4.根据权利要求1所述的一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法，其特征在于，所述基于环形滤波电感器总寄生电容表达式，获取匝数百分比计算模型，包括：
5.根据权利要求1所述的一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法，其特征在于，目标环形滤波电感器的最低寄生电容为：
6.根据权利要求1所述的一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法，其特征在于，所述环形滤波电感器，包括：第一层全层绕组与部分层绕组之间采用反转方式连接。
7.根据权利要求1所述的一种最低寄生电容的环形滤波电感器设计方法，其特征在于，所述环形滤波电感器的结构参数，包括：绕组绝缘层介电常数、绕组中铜线内部直径、绕组中铜线最外层直径、单匝绕组平均长度、第一层全层绕组与第二层部分层绕组之间的最短距离、磁芯...
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