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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,交錯(cuò)并聯(lián)變換器動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性與集成磁件的耦合系數(shù)大小有關(guān)，本文提出一種耦合度可改變的陣列式集成磁件，分析了在消除氣隙的情況下可改變耦合電感耦合度的原理，給出了耦合度計(jì)算公式及集成磁件設(shè)計(jì)公式。利用有限元分析軟件分析比較了陣列式集成磁件與傳統(tǒng)磁芯開(kāi)氣隙集成磁件的電感量、繞組損耗和磁芯熱損耗，結(jié)果表明陣列式集成磁件與傳統(tǒng)磁芯開(kāi)氣隙集成磁件相比具有諸多優(yōu)點(diǎn)。樣機(jī)實(shí)驗(yàn)表明，交錯(cuò)并聯(lián)變換器動(dòng)靜態(tài)響應(yīng)較好。,1.摘 要,2.集成電感耦合度對(duì)交錯(cuò)并聯(lián)變換器輸出特性影響,圖1 交錯(cuò)同步Buck變換器,圖2集成耦合電感等效電路,變換器在一個(gè)工作周期內(nèi)共有四種工作模式。,在占空比D0.5和D0.5兩種情況，電感電壓共有四種組合模式：,1)一通道導(dǎo)通，一通道續(xù)流,或,2）雙通道均導(dǎo)通或均續(xù)流,或,兩種情況下，電感電壓表達(dá)式分別為 ：,（1）,（2）,（1）式反映系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性，每通道電流紋波取決于等效電感 。,（2）式反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性， 越小，變換器瞬態(tài)響應(yīng)越快。,越大，電流紋波越小。,、 大小與集成磁件的耦合系數(shù)k有關(guān)。,這說(shuō)明雙通道交錯(cuò)并聯(lián)變換器的穩(wěn)態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性是一對(duì)矛盾，變換器為了滿足一定的性能指標(biāo)，要合理設(shè)計(jì)集成磁件的耦合系數(shù)。,3.耦合度可改變的陣列式集成磁件原理,圖3陣列式集成磁件結(jié)構(gòu),該式表明，在忽略繞組經(jīng)氣隙閉合而形成的漏電感的影響時(shí)，電感 和 的耦合系數(shù)只與集成磁件四個(gè)繞組的匝數(shù)有關(guān)。,不考慮繞組經(jīng)氣隙閉合而形成的漏電感的影響時(shí)，根據(jù)推導(dǎo)可得耦合電感的耦合系數(shù)如下：,為了驗(yàn)證上式的正確性，對(duì)部分匝數(shù)的集成磁件進(jìn)行了電磁場(chǎng)有限元分析，同時(shí)繞制了集成磁件，進(jìn)行了測(cè)量。公式計(jì)算、仿真分析及實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果如下表。,繞組匝數(shù)從1匝到9匝時(shí)耦合系數(shù)變化趨勢(shì)如圖4,圖4 耦合系數(shù)的變化趨勢(shì),4.陣列式集成磁件與傳統(tǒng)開(kāi)氣隙調(diào)整耦合度集成磁件比較,圖5 E型磁芯集成磁件,耦合度的大小利用中柱氣隙進(jìn)行調(diào)節(jié)。,圖3陣列式集成磁件結(jié)構(gòu),兩種集成磁件磁密分布,（a）陣列式集成磁件,（b）E型磁芯集成磁件,E型磁芯集成磁件氣隙處明顯存在擴(kuò)散磁通損耗,(1)電感量及繞組損耗大小的比較,（2）熱損耗大小的比較,兩種集成磁件溫度分布,（a）陣列式集成磁件,（b）E型磁芯集成磁件,熱點(diǎn)集中熱損耗較大,散熱面積增大熱點(diǎn)不集中,5.陣列式集成磁件可削減直流偏磁分析,（1）可削減直流偏磁分析,圖6直流磁通分布圖,1和2磁芯中直流磁通分別為,理論分析磁通波形,有限元仿真磁通波形,6.實(shí)驗(yàn)結(jié)果,樣機(jī)參數(shù)如下：輸入電壓12V，開(kāi)關(guān)頻率200kHz，占空系數(shù)0.28。集成磁件自感及互感：,圖7開(kāi)關(guān)管觸發(fā)電壓波形,圖8 輸出電壓波形,（a）負(fù)載突然增大,（b）負(fù)載突然減小,圖9 輸出電流瞬態(tài)響應(yīng)波形,7.結(jié)論 本文提出了一種應(yīng)用于交錯(cuò)并聯(lián)變換器的耦合度可改變的陣列式集成磁件，分析了磁件耦合度的變化趨勢(shì)，給出了耦合度的計(jì)算及集成磁件的設(shè)計(jì)。有限元分析軟件仿真結(jié)果表明：在繞組匝數(shù)相同、磁件體積及耦合度基本相同的情況下，（1）陣列式集成磁件的電感量大于傳統(tǒng)