楊玉崗 萬(wàn) 冬 張凱強(qiáng)
(遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院 葫蘆島 1251051)
?
“目”字形耦合電感器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用
楊玉崗萬(wàn)冬張凱強(qiáng)
(遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院葫蘆島1251051)
摘要為適應(yīng)新一代變換器低壓、大電流和快速暫態(tài)響應(yīng)的功率需求,提出一種“目”字形耦合電感結(jié)構(gòu),通過(guò)分析耦合電感的磁通分布,建立了磁路模型,從而得到自感、漏感和互感的計(jì)算公式,并給出耦合電感的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn),證明了磁件模型的正確性,得出“目”字形耦合電感器具有加工簡(jiǎn)單、電感量大、磁通密度分布更均勻以及直流疊加特性好等優(yōu)點(diǎn),將其應(yīng)用于交錯(cuò)并聯(lián)磁集成雙向DC-DC變換器,具有相電流紋波小及效率高等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:雙向DC-DC變換器“目”字形耦合電感器耦合度交錯(cuò)并聯(lián)磁集成
Design and Application of The “UUUU” Shape Coupled Inductor
YangYugangWanDongZhangKaiqiang
(Faculty of Electrical and Control EngineeringLiaoning Technical UniversityHuludao125105China)
AbstractIn order to meet the power needs of a new generation of low-voltage,high-current,and fast transient response converter,a “UUUU” shape coupled inductor structure is proposed.The flux distribution of the coupled inductor is firstly analyzed in order to establish the magnetic circuit model,and thus derive the formula for inductance,leakage inductance,and mutual inductance.Then the design method of coupled inductor is provided.Through simulation and experiments,the correctness of the magnetic component model is validated.The proposed “UUUU” shape coupled inductor has the characteristics of simple processing,large inductance,more uniform magnetic flux density distribution,and good DC superposition property.The “UUUU” shape coupled inductor can be applied to the interleaving bidirectional DC-DC converter with small phase current ripple and high efficiency.
Keywords:DC-DC converter,“UUUU” shape coupled inductor,coupling degree,interleaving magnetic integration
0引言
開(kāi)關(guān)變換器是現(xiàn)代電能轉(zhuǎn)換的重要組成部分,其性能直接關(guān)系到輸出電能指標(biāo)的高低。磁性器件(簡(jiǎn)稱(chēng)磁件,包括電感和變壓器)在變換器中實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換、濾波和電氣隔離等功能,是影響變換器體積、重量和效率的關(guān)鍵部分。因此,磁件的設(shè)計(jì)是變換器設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)[1-10]。
磁件的結(jié)構(gòu)決定了其各方面性能。文獻(xiàn)[1]提出的“EI”形耦合電感器將氣隙開(kāi)在中柱,兩個(gè)繞組纏繞在兩個(gè)側(cè)柱上,最大程度上減小了兩個(gè)繞組之間的磁阻,增大了兩個(gè)繞組的互感,但氣隙過(guò)于集中,磁通密度分布不均勻引起磁心損耗過(guò)大。
本文提出了一種“目”字形耦合電感器結(jié)構(gòu),建立了基本磁路模型和改進(jìn)磁路模型,并給出了設(shè)計(jì)方法,通過(guò)三維電磁場(chǎng)有限元仿真與應(yīng)用在交錯(cuò)并聯(lián)DC-DC變換器的實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了“目”字形耦合電感器具有磁通密度分布更均勻、直流疊加特性好以及相電流紋波小等優(yōu)點(diǎn)。
1“目”字形耦合電感器建模
1.1“目”字形耦合電感器結(jié)構(gòu)
本文提出的“目”字形耦合電感器結(jié)構(gòu)如圖1所示,耦合電感器由4個(gè)“U”字形鐵心1和兩相繞組2組成。此結(jié)構(gòu)中間兩個(gè)“U”字形鐵心對(duì)接,呈環(huán)狀,最大程度地提供了互感;上下兩側(cè)的兩個(gè)“U”字形鐵心提供了足夠的漏感;所開(kāi)的4個(gè)氣隙增大了上下兩側(cè)的磁阻,能夠增加通過(guò)互感的磁通量;結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng),變換器采用交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù),磁件的直流偏磁能夠相互削減。
圖1 “目”字形耦合電感器的磁通分布及磁路長(zhǎng)度Fig.1 Flux distribution and magnetic circuit length of “UUUU” shape coupled inductors
圖1中,φ1、φ2分別為兩相繞組的主磁通,φc為漏磁通,a、b、c、d分別為各部分鐵心長(zhǎng)度(a=3b),g1、g2分別為氣隙長(zhǎng)度,l1、l2、l3、l4分別為各部分磁路長(zhǎng)度。用N表示繞組匝數(shù),h表示鐵心厚度。
1.2“目”字形耦合電感器的電路模型
圖1中“目”字形耦合電感器的等效電路模型與傳統(tǒng)耦合電感器相同,如圖2所示。圖中,M為兩相電感繞組之間的互感,Lk1、Lk2分別為兩相電感繞組的漏感,i1、i2分別為流過(guò)兩相電感繞組的電流,Tr1為兩相電感全耦合時(shí)的理想變壓器模型。由于設(shè)兩相電感對(duì)稱(chēng)且反向耦合,所以?xún)上嚯姼欣@組的自感L1=L2=L,-1≤M/L≤0,并有
(1)
圖2 兩相耦合電感器的電路模型Fig.2 Circuit model of 2-phase coupled inductor
2“目”字形耦合電感器的磁路模型
2.1基本磁路模型
為了建立兩相“目”字形耦合電感器的簡(jiǎn)化磁路模型,需首先分析其磁通分布。在忽略了各相繞組產(chǎn)生的通過(guò)外部空氣的漏磁通和氣隙邊緣效應(yīng)后,得到“目”字形耦合電感器的磁通分布如圖1a所示,磁通所經(jīng)過(guò)的各段磁路長(zhǎng)度如圖1b所示。
根據(jù)磁路歐姆定律得到兩相“目”字形耦合電感器的基本磁路模型如圖3a所示。圖中,F(xiàn)1、F2分別為兩相繞組的磁動(dòng)勢(shì),F(xiàn)1=N1i1、F2=N2i2;R11、R12、R13、R14分別為各段磁路的磁阻;Rg1為g1的磁阻;Rg2為g2的磁阻。由于磁路左右對(duì)稱(chēng),所以其磁阻也是對(duì)稱(chēng)的。將串聯(lián)的磁阻合并,得到合并后的磁路模型如圖3b所示。
圖3 “目”字形耦合電感器的基本磁路模型Fig.3 Basic magnetic circuit model for “UUUU”shape coupled inductors
根據(jù)磁阻定義可得到圖3a中氣隙磁阻的計(jì)算公式為
(2)
圖3a中各段鐵心的磁阻計(jì)算公式為
(3)
式中,μ0為空氣磁導(dǎo)率;μr為鐵心材料的相對(duì)磁導(dǎo)率;gi為氣隙長(zhǎng)度;b為鐵心寬度;h為鐵心厚度;li為鐵心長(zhǎng)度。圖3b中磁阻R1、R2和R3可用圖3a中的磁阻表示
(4)
圖4為“目”字形耦合電感器的磁路-電路等效模型。
圖4 “目”字形耦合電感器的磁路-電路模型Fig.4 The magnetic circuit model for “UUUU” shape coupled inductors
圖4中磁動(dòng)勢(shì)Ni1和Ni2(N1=N2=N)以及磁通φ1和φ2可表示為
(5)
為了方便計(jì)算,設(shè)
(6)
則磁動(dòng)勢(shì)Ni1和Ni2(N1=N2=N)以及磁通φ1和φ2可表示為
(7)
可得到磁通φ1和φ2的表達(dá)式為
(8)
由電磁感應(yīng)定律,加在兩個(gè)繞組上的電壓V1和V2可表示為
(9)
(10)
比較式(1)和式(10),表征“目”字形耦合電感器的自感L1和L2、互感M以及漏感Lk1和Lk2分別為
(11)
(12)
(13)
2.2改進(jìn)磁路模型
為了提高上述磁路模型的精度,需要考慮所忽略的氣隙磁阻的磁場(chǎng)邊緣效應(yīng)和繞組外面的空氣漏磁通。于是根據(jù)圖3得到兩相“目”字形耦合電感器的改進(jìn)磁路模型如圖5所示。圖中,氣隙磁阻Rg1、Rg2中考慮了g1和g2的磁場(chǎng)邊緣效應(yīng),磁動(dòng)勢(shì)N1i1和N2i2上并聯(lián)了空氣磁阻Rair1和Rair2,圖5b是對(duì)圖5a中串聯(lián)磁阻合并后的模型。
圖5 “目”字形耦合電感器的改進(jìn)磁路模型Fig.5 Improved magnetic circuit model for “UUUU” shape coupled inductors
2.2.1“目”字形鐵心的磁軛氣隙磁阻R′g1和R′g2
當(dāng)考慮g1和g2的磁場(chǎng)邊緣效應(yīng)時(shí),可求得圖1中“目”字形耦合電感器氣隙磁阻R′g1、R′g2[11]分別為
(14)
(15)
式中,d=N′d1+2δ,其中N′為繞組層數(shù),d1為繞組厚度,δ為繞組與其窗口兩側(cè)之間所留的裕量。
2.2.2繞組外面的空氣磁阻Rair
對(duì)“目”字形耦合電感器繞組產(chǎn)生的外部空氣磁場(chǎng)進(jìn)行分析,可得其近似磁力線分布如圖6所示。圖中矩形底座表示纏繞著寬度為w=2a-2b的繞組的“目”字形鐵心磁柱,半圓柱表示磁力線通過(guò)的區(qū)域。
圖6 耦合電感器繞組外面的空氣磁力線分布Fig.6 Flux distribution in the air out of the coupled inductors
由圖6及文獻(xiàn)[12]的空間切割概念可得到“目”字形耦合電感器各相繞組產(chǎn)生的空氣磁力線區(qū)域如圖7所示,繞組產(chǎn)生的磁力線所通過(guò)的區(qū)域包括前、后兩部分,其磁力線所遇到的磁阻分別為Rt和Rb,呈半圓柱型,由于前、后兩面的繞組對(duì)稱(chēng),故只畫(huà)了一面。于是可得兩相繞組的空氣磁阻Rair1和Rair2為
Rair=Rair1=Rair2=Rt//Rb
(16)
圖7 “目”字形耦合電感器繞組外面的空氣磁阻Fig.7 Air reluctance outside the winding of“UUUU”shape coupled inductors
磁阻Rt和Rb的計(jì)算公式為
(17)
(18)
式中,Vt為磁阻區(qū)域的體積。
2.2.3改進(jìn)磁路的電感計(jì)算
在得到各磁阻的計(jì)算公式后,可計(jì)算圖4中改進(jìn)磁路模型的繞組自感L1、L2和漏感Lk1、Lk2,若N1=N2=N,可得
(19)
(20)
3“目”字形耦合電感器的設(shè)計(jì)
通過(guò)上述分析,得到了“目”字形耦合電感器各部分尺寸與電感值和漏感值之間的關(guān)系,能夠按照電路對(duì)電感的電感值和耦合度的要求,設(shè)計(jì)出所需的“目”字形結(jié)構(gòu)耦合電感器,具體設(shè)計(jì)步驟如下。
3.1設(shè)計(jì)規(guī)格
設(shè)輸入電壓為Vin;輸出電壓為Vo;輸出電流為Io;開(kāi)關(guān)頻率為fs;穩(wěn)態(tài)輸出電流紋波為ΔIo,暫態(tài)電流響應(yīng)速度為Δi/ΔD。
3.2自感和漏感計(jì)算
由于ΔIo和Δi/ΔD不一定能同時(shí)滿(mǎn)足,在設(shè)計(jì)雙向DC-DC變換器時(shí),應(yīng)優(yōu)先保證Δi/ΔD。為了滿(mǎn)足Δi/ΔD,可求得漏感Lki為
(21)
式中,Lki為漏感,下標(biāo)i=1,2。
為了滿(mǎn)足ΔIo,可求得穩(wěn)態(tài)電流紋波為
(22)
若ΔI′o≤ΔIo,說(shuō)明設(shè)計(jì)的耦合電感不但滿(mǎn)足變換器對(duì)暫態(tài)電流響應(yīng)速度的要求,還滿(mǎn)足變換器對(duì)穩(wěn)態(tài)電流紋波的要求。若ΔI′o>ΔIo,說(shuō)明所設(shè)計(jì)的電感僅達(dá)到了暫態(tài)電流響應(yīng)速度的需求,而不能達(dá)到穩(wěn)態(tài)電流紋波的要求。自感L為
(23)
式中,k為耦合系數(shù),-1≤k≤0。
3.3鐵心尺寸計(jì)算
“目”字形鐵心磁柱在不飽和限制條件下的最大磁通密度[13]為
(24)
式中,Φ為直流磁通;Δφ為交流磁通。所以
(25)
式中,A為“目”字形耦合電感器繞組纏繞磁心的截面積;Bmax為鐵心不飽和前提下能夠承受的最大磁通密度。
由式(24)可得到A的值,進(jìn)而根據(jù)A=b×h得到a、b和h的值,如圖1b所示。將式(21)和式(23)求得的漏感和自感代入式(19)和式(20)可得到g1和g2。
4實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果分析
為了驗(yàn)證前面的理論分析,并分析磁件特性,分別進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)。
設(shè)計(jì)規(guī)格為:Buck工作模態(tài)下,輸入電壓VH=10 V,輸出電壓VL=2 V,輸出電流值Io=4 A;Boost工作模態(tài)下,輸入電壓VL=10 V,輸出電壓VH=14 V,輸出電流值Io=2A,fs=100 kHz。控制電路采用DSP2812,相電流的測(cè)試采用閉環(huán)霍爾電流傳感器CHB-25NP,匝比n=1/1 000,測(cè)試電阻RM=1 000 Ω。根據(jù)電路對(duì)電感的要求,制作了傳統(tǒng)“EI”和“目”字形耦合電感器樣品如圖8所示。
圖8 磁件樣機(jī)Fig.8 Magnetic prototype
4.1磁件樣機(jī)制作
根據(jù)第二節(jié)的內(nèi)容計(jì)算磁件。設(shè)計(jì)的電感采用TP4材料制作鐵心,墊氣隙紙來(lái)加工“目”字形耦合電感器的氣隙,采用一個(gè)“E”形鐵氧體和一個(gè)“I”形鐵氧體制作傳統(tǒng)“EI”形耦合電感器,如圖8a所示;采用相同材料,設(shè)定圖1b中a、b、d、h分別為6 mm、2 mm、4 mm、6 mm,制作“目”字形耦合電感器,如圖8b所示。
為了便于比較“EI”形耦合電感器和“目”字形耦合電感器的性能,兩者的繞組及磁性尺寸應(yīng)相同,匝數(shù)相同,調(diào)整氣隙大小使得兩種耦合電感器的漏感相等。
由圖8可見(jiàn),“目”字形耦合電感器和“EI”形耦合電感器均可進(jìn)行組裝加工:繞組繞在標(biāo)準(zhǔn)圈骨架上,再將其套在磁心柱上?!澳俊弊中务詈想姼衅髂軌蛲ㄟ^(guò)墊氣隙紙的方式來(lái)加工氣隙。
4.2電感值比較
圖9為兩種磁件開(kāi)不同氣隙時(shí)繞組的自感和互感?!澳俊弊中未偶臍庀斗秶鸀?~0.2 mm,“EI”形磁件的氣隙范圍為0~0.4 mm。
從圖9中可看出,“目”字形耦合電感器氣隙長(zhǎng)度是“EI”形耦合電感器氣隙長(zhǎng)度的一半時(shí),兩磁件漏感接近相等,此時(shí),“目”字形耦合電感器的自感、互感和耦合系數(shù)均大于“EI”形耦合電感器,且氣隙長(zhǎng)度越大,相差越大。
圖9 電感值比較Fig.9 Inductance value comparison
4.3鐵心的磁通密度分布
電感設(shè)計(jì)要求在電感通過(guò)最大電流時(shí),鐵心的最大工作磁通密度不能大于鐵心材料磁性飽和的磁通密度。利用ANSYS電磁場(chǎng)仿真軟件對(duì)兩種磁件建模。磁心中磁通密度分布不均勻可能會(huì)導(dǎo)致電感較易飽和,也會(huì)引起損耗增加。兩相交錯(cuò)并聯(lián)DC-DC變換器運(yùn)行時(shí),兩通道電感電流的直流分量接近相等。給兩種耦合電感器的繞組中都通入3 A的電流,“EI”形磁件上下氣隙為0.05 mm,中柱氣隙為0.2 mm,“目”字形磁件上下氣隙為0.2 mm,中柱氣隙為0.05 mm,仿真其鐵心工作磁通密度,仿真結(jié)果如圖10所示。
圖10 磁通密度矢量Fig.10 The magnetic flux density distribution
由圖10可見(jiàn),兩種鐵心的最小工作磁通密度相同,而“目”字形結(jié)構(gòu)鐵心的最大工作磁通密度僅為“EI”形結(jié)構(gòu)鐵心的53%,說(shuō)明“目”字形結(jié)構(gòu)的電感的磁通密度分布較均勻,鐵心更不易飽和?!癊I”形結(jié)構(gòu)的大部分磁通密度為0.081 T,“目”字形結(jié)構(gòu)鐵心整個(gè)中間部分的磁通密度幾乎為零,大部分磁通密度為0.036 T,“目”字形結(jié)構(gòu)的耦合電感器整體磁通密度更低。
4.4直流疊加特性比較
“目”字形耦合電感器整個(gè)中間部分的磁通密度幾乎為零,本質(zhì)在于其直流疊加特性。將圖10b中“目”字形耦合電感器繞組減少一組進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果如圖11所示。圖11a為“目”字形耦合電感器一個(gè)電感工作,圖11b為“目”字形耦合電感器兩個(gè)電感工作。
圖11 耦合電感器的磁感應(yīng)強(qiáng)度仿真圖Fig.11 Flux density simulation results of coupled inductors
從圖11中可明顯看出,“目”字形耦合電感器單通道工作過(guò)程中,耦合電感器的磁通主要分布在中間部分,兩相電感工作時(shí),中間部分磁通很低。說(shuō)明:兩電感集成后,鐵心中間部分的直流磁通相互削減;最大磁通密度點(diǎn)降低,耦合電感器鐵心更不易飽和;能夠在耦合電感器鐵心不飽和前提下,減小電感的體積,降低其重量。
結(jié)合圖10可看出,“目”字形耦合電感器直流疊加特性好于“EI”形耦合電感器,能更大程度地減小耦合電感的體積。
4.5“目”字形耦合電感器的臨近擴(kuò)散磁場(chǎng)
擴(kuò)散磁通有很多危害:①擴(kuò)散磁通引起周?chē)娐返碾姶鸥蓴_;②擴(kuò)散磁通引起周?chē)娐窊p耗;③擴(kuò)散磁通引起銅箔線圈導(dǎo)體渦流,減少導(dǎo)體有效截面積,增加導(dǎo)體損耗,或引起導(dǎo)體局部過(guò)熱。
通過(guò)仿真來(lái)比較兩種電感器之間的擴(kuò)散磁通。圖12為耦合電感器的磁通矢量圖。從圖中可看出氣隙對(duì)變換器擴(kuò)散磁通的影響。
圖12 磁通矢量圖Fig.12 Flux vector coupled inductors
“EI”形耦合電感器是將氣隙放在中柱,氣隙被包住,磁場(chǎng)泄露較小,而“目”字形耦合電感器氣隙分布在側(cè)邊,由于氣隙面存在磁壓降,所以在氣隙周?chē)目臻g就會(huì)有磁場(chǎng)泄露,這是較“EI”形耦合電感器的不好之處,但擴(kuò)散的范圍不大,局限在氣隙附近。
由于兩個(gè)氣隙的磁動(dòng)勢(shì)方向相反,從大范圍上看,兩個(gè)磁動(dòng)勢(shì)是相抵消的,因此其擴(kuò)散磁通值局限在氣隙附近,不會(huì)形成大范圍的擴(kuò)散影響。
相比之下,“目”字形耦合電感器氣隙對(duì)稱(chēng),磁動(dòng)勢(shì)方向相反,磁動(dòng)勢(shì)能夠兩兩抵消;氣隙長(zhǎng)度更短,擴(kuò)散磁通范圍更小,從而減小周?chē)娮釉O(shè)備干擾,減小線圈渦流損耗,提高變換器效率。
4.6“目”字形耦合電感器的應(yīng)用
所提出的“目”字形耦合電感器應(yīng)用在雙向DC-DC變換器Buck和Boost工作模式下。交錯(cuò)并聯(lián)雙向Buck變換器的電路圖如圖13所示,將兩個(gè)分立電感器用“目”字形耦合電感器替換。
按照第3節(jié)中的設(shè)計(jì)規(guī)格,設(shè)計(jì)一個(gè)兩相交錯(cuò)并聯(lián)雙向DC-DC變換器如圖14所示,測(cè)試第三節(jié)中設(shè)計(jì)的“目”字形耦合電感器和傳統(tǒng)的“EI”形耦合電感器,測(cè)試兩種不同結(jié)構(gòu)的耦合電感器運(yùn)行在雙向DC-DC直流變換器中,結(jié)果如圖15所示。表1“目”字形耦合電感器的電感值,匝數(shù)N=4,氣隙長(zhǎng)度g1=0.25 mm,g2=0.02 mm。
圖14 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)與測(cè)試系統(tǒng)Fig.14 Prototype and its test system
圖15 兩種耦合電感器應(yīng)用于雙向DC-DC變換器的相電感電流波形Fig.15 Phase inductor current waveforms of two kinds of coupled inductors applied in bidirectional DC-DC converter
基本磁路模型改進(jìn)磁路模型有限元仿真電感值/μH誤差(%)電感值/μH誤差(%)電感值/μH誤差(%)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)/μH自感1.7725.61.9219.32.432.12.38互感-1.4321.4-1.4719.2-1.851.6-1.82漏感0.3439.20.4521.20.571.80.56
由圖15可見(jiàn),在Buck和Boost兩種模態(tài)下,采用“目”字形鐵心結(jié)構(gòu)電感的電流紋波比采用“EI”形鐵心結(jié)構(gòu)電感的電流紋波小,開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)的電流尖峰更小。
將設(shè)計(jì)的兩種耦合電感器分別應(yīng)用在雙向DC-DC變換器中,改變負(fù)載值,計(jì)算不同負(fù)載時(shí)變換器的電能傳輸效率,并繪制成圖16。雙向DC-DC變換器工作在Buck模態(tài)下,當(dāng)負(fù)載電流為0.5 A時(shí),應(yīng)用“EI”形耦合電感器的電路效率只有57.8%,而此時(shí)應(yīng)用“目”字形耦合電感器的變換器效率高為58.8%,兩個(gè)耦合電感器工作在Buck模式的最大效率差為1.5%。雙向DC-DC變換器工作在Boost模態(tài)下,當(dāng)負(fù)載電流為0.2 A時(shí),應(yīng)用“EI”形耦合電感器的電路效率只有59.2%,而此時(shí)應(yīng)用“目”字形耦合電感器的變換器效率高為60.3%,兩個(gè)耦合電感器工作在Buck模式的最大效率差為1.1%。由此證明應(yīng)用“目”字形耦合電感器可有效提高電路的效率。
圖16 耦合電感器應(yīng)用于雙向DC-DC變換器的效率對(duì)比圖Fig.16 Comparison of efficiency used in bidirectional DC-DC converter with coupled inductor
5結(jié)論
通過(guò)以上理論推導(dǎo),仿真和實(shí)驗(yàn)分析表明,在相同磁心尺寸下,相比于“EI”形耦合電感器,“目”字形耦合電感器具有以下特點(diǎn):
1)互感、自感和耦合系數(shù)更大。
2)磁心的磁通密度分布更均勻。
3)擴(kuò)散磁通范圍小、氣隙對(duì)稱(chēng)、能相互抵消。
4)應(yīng)用在雙向DC-DC變換器工作,相電流紋波更小,并有效提高了電路的效率。
參考文獻(xiàn)
[1]楊玉崗,李洪珠,王建林,等.可削減直流偏磁集成磁件在DC/DC變換器中的應(yīng)用[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005,25(11):50-54.
Yang Yugang,Li Hongzhu,Wang Jianlin,et al. Research on the application of an integrated magnetics whose DC-basc can be reduced in DC-DC converter[J]. Proceedings of the CSEE,2005,25(11):50-54.
[2]Bai H,Mi C.Eliminate reactive power and increase system efficiency of isolated bidirectional dual-active-bridge DC-DC converters using novel dual-phase-shift control[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2008,23(6):2905-2914.
[3]García O,Zumel P,de Castro A,et al.Automotive DC-DC bidirectional converter made with many interleaved buck stages[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2006,21(3):578-586.
[4]Xie Yanhui,Sun Jing,James S.Power flow characterization of a bidirectional galvanically isolated high-power DC/DC converter over a wide operating range[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2010,25(1):54-66.
[5]Liang T J,Chen S M,Yang L S,et al.Ultra-large gain step-up switched-capacitor DC-DC converter with coupled inductor for alternative sources of energy[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems,2012,59(4):864-874.
[6]Yang Yugang,Yan Dong,Lee F C.A new coupled inductors design in 2-phase interleaving VRM[C]//IEEE 6th Power Electronics and Motion Control Conference,Wuhan,China,2009:344-350.
[7]楊玉崗,于慶廣,李洪珠,等.四相電壓調(diào)整模塊中平面型可消除直流偏磁集成磁件研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2006,26(24):179-185.
Yang Yugang,Yu Qingguang,Li Hongzhu,et al.Research on planar integrated magnetics whose DC-bias can be eliminated in 4 phase interleaving VRM[J].Proceedings of the CSEE,2006,26(24):179-185.
[8]陳為,盧增藝,王凱.電壓調(diào)節(jié)模塊耦合電感性能分析與設(shè)計(jì)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2009,24(1):127-132.
Chen Wei,Lu Zengyi,Wang Kai.Performance analysis and design of voltage regulator module with coupled inductors[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2009,24(1):127-132.
[9]楊玉崗,馮本成,韓占嶺,等.四相VRM 中無(wú)直流偏磁集成磁件[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2012,27(4):88-93.
Yang Yugang,F(xiàn)eng Bencheng,Han Zhanling,et al.Non DC-bias integrated magnetic components for 4-phase VRM[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2012,27(4):88-93.
[10]李洪珠,郝文慧,楊玉崗.無(wú)氣隙可改變耦合度陣列式集成磁件在交錯(cuò)并聯(lián)變換器中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2007,22(7):98-102.
Li Hongzhu,Hao Wenhui,Yang Yugang.Application of changeable coupling degree array integrated magnetics with no air gap to staggered-shunt converter[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2007,22(7):98-102.
[11]Balakrishan A,Joines W,Wilson T.Air-gap reluctance and inductance calculations for magnetic circuits using a schwarz-christoffel transformation[J].IEEE Transactions on Power Electronics,1997,12(4):654-663.
[12]Hoke A,Sullivan C R.An improved two-dimensional numerical modeling method for E-core transformers[C]//Proceedings of the IEEE Applied Power Electronics Conference,Dallas,US,2002,1:151-157.
[13]劉學(xué)超.平面磁集成電壓調(diào)節(jié)模塊建模方法及磁耦合微分幾何解耦控制[D].廣州:華南理工大學(xué),2006.
楊玉崗男,1967年生,博士,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹捌浯偶杉夹g(shù)。
E-mail:yangyugang21@126.com
萬(wàn)冬女,1990年生,碩士研究生,研究方向?yàn)橹悄茈娖骼碚摷皯?yīng)用、電力電子磁集成技術(shù)。
E-mail:16377927@qq.com(通信作者)
作者簡(jiǎn)介
中圖分類(lèi)號(hào):TM55
收稿日期2015-01-26改稿日期2015-12-15
國(guó)家自然科學(xué)基金(51177067,U1510128)和遼寧省教育廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(LZ2015045)資助。