[發明專利]平面變壓器多層繞組并聯的優化布置方法

無效

• 申請號: 201210542254.7
• 申請日: 2012-12-14
• 公開（公告）號: CN102969128A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 曠建軍;任小永;阮新波
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01F27/28
• 分類號: H01F27/28;H01F30/06
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

技術領域

本發明涉及一種平面變壓器多層繞組并聯的優化布置方法，應用于低壓大電流DC/DC模塊電源系統，屬于功率電子變換技術范疇。

背景技術

隨著大規模集成電路的迅猛發展，通訊、計算機等電子系統要求直流電源的供電電壓越來越低、供電電流越來越大。高頻變壓器是直流電源中的重要元件之一，減少其損耗是十分重要的。

當電流較大時，為了提高導體的載流能力，一般可選用較厚的導體，這在直流和工作頻率較低時的確是一個有效的方法。但對于工作在高頻下的導體而言，其載流能力和損耗大小會受到集膚效應和鄰近效應的影響。當考慮到集膚效應的情況下，導體厚度達到π個集膚深度時，導體損耗達到最小值，如果進一步增加導體厚度，由于高頻渦流影響，導體損耗將增加，并達到某一極限值。當考慮到鄰近效應時，電流在導體中分布更加不均勻，使最小損耗的厚度小于π個集膚深度。由此可見，如果采用傳統的繞組布置方法，靠增加繞組厚度的方法來提高繞組的載流能力是行不通的。為了減少高頻效應對厚繞組的影響，一般采用把厚繞組分割為薄導體的并聯。但這樣可以減少由于集膚效應產生的高頻損耗，而薄導體之間存在著鄰近效應，由此產生高頻損耗，最終總的損耗并未減小。而且，并聯薄導體之間絕緣層的高頻電磁場強度不為零，它在并聯的導體內部產生渦流，導致繞組損耗增加。因此為了提高繞組的載流能力，有必要研究如何設計變壓器的并聯繞組，以減少繞組損耗。

現階段，各種用電設備對開關電源的要求越來越高，開關電源日益向高效率、高功率密度、小型化、薄型化方向發展。因此，采用表面貼裝技術和平面變壓器技術的模塊電源是未來的一個發展趨勢，有著廣闊的應用前景。而模塊電源中平面變壓器多層繞組的布置方法是其中的關鍵技術之一，對其進行研究具有重要的現實意義。

發明內容

本發明的目的是針對模塊電源中的平面變壓器，提出其多層繞組并聯的優化布置方法，以使得各層繞組能夠均分電流，切實提高載流能力，同時減小繞組的損耗，提高系統效率。

本發明的目的是通過以下方案實現的：

一種平面變壓器多層并聯繞組的優化布置方法，其特征是：

1）對于副邊單繞組的平面變壓器，其繞組的布置方式采用以四層繞組作為一個基本單元，并在該基本單元向兩側任意疊加擴展；

或者在該基本單元及上述疊加擴展后的單元的單側或雙側增加一組原副邊繞，且增加一組原副邊繞組時遵循相鄰相同原則；

上述基本單元的結構為兩原邊繞組居中或兩副邊繞組居中排布方式；

2）對于副邊帶中心抽頭的平面變壓器，其繞組的布置方式采用以三層繞組作為一個基本單元，并在該基本單元向兩側任意疊加擴展，且增加遵循相鄰相同原則；

該基本單元由兩個不同的副邊繞組和一居中的原邊繞組組成。

所述的遵循相鄰相同原則是指，其中“相同”是指相同的原邊繞組或副邊繞組。

根據幾何對稱結構可以均分并聯繞組電流的特性，以對其它繞組不產生影響為前提，對幾何對稱結構進行改進，形成更為靈活的繞組布置方式，實現平面變壓器副邊為單繞組情況下2n(n為正整數)層繞組的電流均分，以此切實提高并聯繞組各層的載流能力，減小繞組的損耗，提高系統效率。

根據幾何對稱結構可以均分并聯繞組電流的特性，以對其它繞組不產生影響為前提，對幾何對稱結構進行改進，形成更為靈活的繞組布置方式，實現副邊為中心抽頭情況下3n(n為正整數)層繞組的電流均分，并且保證不工作的繞組由于臨近效應產生的損耗最小。

本發明與現有技術相比主要特點如下：

可以實現平面變壓器副邊為單繞組情況下2n(n為正整數)層繞組的電流均分；副邊為中心抽頭情況下3n(n為正整數)層繞組的電流均分，并且保證不工作的繞組由于臨近效應產生的損耗最小。

附圖說明

附圖1是本發明單原邊單副邊繞組變壓器示意圖。

附圖2是對稱繞組布置圖(4層)。

附圖3是對稱繞組布置圖(8層)。

附圖4是提出的繞組布置方法(6層)。

附圖5是提出的繞組布置方法的推廣(16層變到10層)。

附圖6是中心抽頭變壓器的結構示意圖。

附圖7是提出的中心抽頭變壓器并聯繞組布置方法(6層).

附圖8是9層帶中心抽頭繞組變壓器繞組布置方式。