高频磁性元件绕组损耗的研究

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磁性元件是开关电源中的重要组成部分,在开关电源性能和稳定性方面起重要决定因素。磁性元件的体积与磁性元件的重量在开关电源中都占有较大的比例。随着电源技术的不断发展,工作频率的不断提高,有利于减少磁性元件在整个电路中所占比例,但是高频效应对磁性元件绕组的影响越来越明显,使绕组损耗增加。本文以减少绕组损耗为目的,对高频效应对导体损耗的影响、平面变压器中并联绕组的设计进行了研究,最后对电感中绕组损耗的问题进行了分析。本文从麦克斯韦(Maxwell)电磁场方程组出发,对薄铜箔绕组因高频效应(集肤效应和邻近效应)所引起的损耗进行了研究,研究结论得出薄铜箔绕组的总损耗等于集肤效应和邻近效应分别作用时产生的损耗的总和。在一维情况下,把一个厚绕组导体平分为两个相等厚度并联的薄绕组,结果并不能使绕组损耗减少。把厚绕组平分并联的薄绕组,由于交变磁通存在于绝缘层处,所以将造成损耗的增加。在某些场合,通常使用并联绕组,目的是使绕组有更强的载流能力。但是由于高频效应的原因,电流在各并联绕组中的分配可能出现不均匀的现象。本文分析了产生不均流的原因,并通过二维电磁仿真软件从电流密度分布方面进行了验证。本论文对电感设计中涉及到的气隙效应、旁路磁通和边缘效应进行了分析,得出在磁芯柱上气隙位置不一样时,旁路磁通对绕组损耗的影响也是不一样的,在气隙附近的导体因为气隙的边缘磁通而产生涡流损耗,并通过有限元分析软件进行了分析验证。
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