无气隙可改变耦合度阵列式集成磁件

1、无气隙可改变耦合度阵列式集成磁件在交错并联变换器中的应用,交错并联变换器动态和稳态特性与集成磁件的耦合系数大小有关，本文提出一种耦合度可改变的阵列式集成磁件，分析了在消除气隙的情况下可改变耦合电感耦合度的原理，给出了耦合度计算公式及集成磁件设计公式。利用有限元分析软件分析比较了阵列式集成磁件与传统磁芯开气隙集成磁件的电感量、绕组损耗和磁芯热损耗，结果表明阵列式集成磁件与传统磁芯开气隙集成磁件相比具有诸多优点。样机实验表明，交错并联变换器动静态响应较好。,1.摘 要,2.集成电感耦合度对交错并联变换器输出特性影响,图1 交错同步Buck变换器,图2集成耦合电感等效电路,变换器在一个工作周期内共有

2、四种工作模式。,在占空比D0.5和D0.5两种情况，电感电压共有四种组合模式：,1)一通道导通，一通道续流,或,2）双通道均导通或均续流,或,两种情况下，电感电压表达式分别为 ：,（1）,（2）,（1）式反映系统的稳态特性，每通道电流纹波取决于等效电感 。,（2）式反映系统的动态特性， 越小，变换器瞬态响应越快。,越大，电流纹波越小。,、 大小与集成磁件的耦合系数k有关。,这说明双通道交错并联变换器的稳态特性和动态特性是一对矛盾，变换器为了满足一定的性能指标，要合理设计集成磁件的耦合系数。,3.耦合度可改变的阵列式集成磁件原理,图3阵列式集成磁件结构,该式表明，在忽略绕组经气隙闭合而形成的漏电

3、感的影响时，电感 和 的耦合系数只与集成磁件四个绕组的匝数有关。,不考虑绕组经气隙闭合而形成的漏电感的影响时，根据推导可得耦合电感的耦合系数如下：,为了验证上式的正确性，对部分匝数的集成磁件进行了电磁场有限元分析，同时绕制了集成磁件，进行了测量。公式计算、仿真分析及实验测量结果如下表。,绕组匝数从1匝到9匝时耦合系数变化趋势如图4,图4 耦合系数的变化趋势,4.阵列式集成磁件与传统开气隙调整耦合度集成磁件比较,图5 E型磁芯集成磁件,耦合度的大小利用中柱气隙进行调节。,图3阵列式集成磁件结构,两种集成磁件磁密分布,（a）阵列式集成磁件,（b）E型磁芯集成磁件,E型磁芯集成磁件气隙处明显存在扩散

4、磁通损耗,(1)电感量及绕组损耗大小的比较,（2）热损耗大小的比较,两种集成磁件温度分布,（a）阵列式集成磁件,（b）E型磁芯集成磁件,热点集中热损耗较大,散热面积增大热点不集中,5.阵列式集成磁件可削减直流偏磁分析,（1）可削减直流偏磁分析,图6直流磁通分布图,1和2磁芯中直流磁通分别为,理论分析磁通波形,有限元仿真磁通波形,6.实验结果,样机参数如下：输入电压12V，开关频率200kHz，占空系数0.28。集成磁件自感及互感：,图7开关管触发电压波形,图8 输出电压波形,（a）负载突然增大,（b）负载突然减小,图9 输出电流瞬态响应波形,7.结论 本文提出了一种应用于交错并联变换器的耦合度可改变的阵列式集成磁件，分析了磁件耦合度的变化趋势，给出了耦合度的计算及集成磁件的设计。有限元分析软件仿真结果表明：在绕组匝数相同、磁件体积及耦合度基本相同的情况下，（1）阵列式集成磁件的电感量大于传统