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無氣隙可改變耦合度陣列式集成磁件 在交錯并聯(lián)變換器中的應用,交錯并聯(lián)變換器動態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性與集成磁件的耦合系數(shù)大小有關，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，給出了耦合度計算公式及集成磁件設計公式。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)磁芯開氣隙集成磁件的電感量、繞組損耗和磁芯熱損耗，結果表明陣列式集成磁件與傳統(tǒng)磁芯開氣隙集成磁件相比具有諸多優(yōu)點。樣機實驗表明，交錯并聯(lián)變換器動靜態(tài)響應較好。,1.摘 要,2.集成電感耦合度對交錯并聯(lián)變換器輸出特性影響,圖1 交錯同步Buck變換器,圖2集成耦合電感等效電路,變換器在一個工作周期內共有四種工作模式。,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)一通道導通，一通道續(xù)流,或,2）雙通道均導通或均續(xù)流,或,兩種情況下，電感電壓表達式分別為 ：,（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)的動態(tài)特性， 越小，變換器瞬態(tài)響應越快。,越大，電流紋波越小。,、 大小與集成磁件的耦合系數(shù)k有關。,這說明雙通道交錯并聯(lián)變換器的穩(wěn)態(tài)特性和動態(tài)特性是一對矛盾，變換器為了滿足一定的性能指標，要合理設計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陣列式集成磁件結構,該式表明，在忽略繞組經氣隙閉合而形成的漏電感的影響時，電感 和 的耦合系數(shù)只與集成磁件四個繞組的匝數(shù)有關。,不考慮繞組經氣隙閉合而形成的漏電感的影響時，根據(jù)推導可得耦合電感的耦合系數(shù)如下：,為了驗證上式的正確性，對部分匝數(shù)的集成磁件進行了電磁場有限元分析，同時繞制了集成磁件，進行了測量。公式計算、仿真分析及實驗測量結果如下表。,繞組匝數(shù)從1匝到9匝時耦合系數(shù)變化趨勢如圖4,圖4 耦合系數(shù)的變化趨勢,4.陣列式集成磁件與傳統(tǒng)開氣隙調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行調節(jié)。,圖3陣列式集成磁件結構,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,熱點集中熱損耗較大,散熱面積增大熱點不集中,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.實驗結果,樣機參數(shù)如下：輸入電壓12V，開關頻率200kHz，占空系數(shù)0.28。集成磁件自感及互感：,圖7開關管觸發(fā)電壓波形,圖8 輸出電壓波形,（a）負載突然增大,（b）負載突然減小,圖9 輸出電流瞬態(tài)響應波形,7.結論 本文提出了一種應用于交錯并聯(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，給出了耦合度的計算及集成磁件的設計。有限元分析軟件仿真結果表明：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)