一种应用于两相交错Boost的耦合电感的优化设计

两相交错Boost变换器具有纹波电流小的优势,但其采用的交错并联技术增加了电感数量,进而增加了装置的体积和重量,不利于其功率密度的提升。耦合电感通过将多个磁性元件集成到一个磁芯实现磁路的部分共享,从而减小了磁元件的数量和重量。因此,设计了一种反向耦合电感,并将其应用于两相交错Boost变换器,实现了装置功率密度的提升。首先,对反向耦合电感的工作原理和损耗来源进行分析;然后,在此基础上设计了一种改进的“EE”型磁芯,一方面有效提高了磁芯利用率,另一方面降低了电感的体积与重量;最后,通过有限元仿真对所提优化设计方案进行验证,同时搭建了功率等级为2 kW的两相交错Boost变换器实验平台。仿真和实验结果均验证了所提优化设计方案的有效性。

基于等效磁路网络法的均匀正交磁场对环形磁芯等效电感的影响

电源中的磁性元件对外部磁场天然敏感,其工作特性直接影响电源的输出特性。实现背景磁场的建模是研究电源中磁性元件受强杂散磁场干扰问题的重要前提,但目前关注这一应用场景的相关研究较少,且常用的电磁场分析方法难以兼顾计算的精度和效率。基于等效磁路网络法提出了一种杂散磁场效应的分析方法,该方法将研究对象等效生成磁路单元,离散形成网络模型,并通过求解等效磁路系统方程得到模型的场量分布。以一款具体的环形铁氧体磁芯为例,利用等效磁路网络法计算了环形磁芯在直流激励和均匀正交磁场下的场量分布,分析了背景磁场对其等效电感的影响。通过对比等效磁路网络法与有限元法的计算结果,验证了该方法的准确性与高效性,且适用于电源受背景磁场干扰问题的分析。

双差模非屏蔽线缆回路的电磁串扰研究

随着电气化的发展,电气与电子系统中的电磁兼容问题越来越被重视,为了消除或抑制电磁耦合的影响,实现设备或元件电磁兼容的工作,有必要对线缆间的串扰进行研究。但目前少有相关研究关注独立的发射回路与接收回路构成的双差模回路间的电磁串扰问题。提出了一种基于多导体传输线理论的五导体传输线模型,并基于此研究了双差模非屏蔽线缆回路间的串扰问题。该方法根据耦合机理,首先建立单位长度五导体传输线等效模型,然后根据有限差分的方法列写基尔霍夫方程组,最后补充边界条件后求解得到串扰的频域解。将串扰计算结果与CST软件仿真结果进行对比,验证了该模型和计算方法的可行性与有效性,经计算分别研究了感性耦合与容性耦合,分析得到了不同因素对线束间串扰的影响规律,可为实际工程中采取措施抑制线缆间串扰提供指导,体现出该模型的先进性。

基于相位差误差补偿的磁元件损耗测量法

准确评估磁元件损耗对高频功率变换器效率和热设计至关重要。交流功率法广泛用于低频领域的电气电子设备功率和元器件损耗的测量,该方法对电压和电流之间的相位差比较敏感,导致交流功率法在高频领域难以准确测量被测件的损耗。本文提出一种采用无感电阻进行相位差误差补偿的测量方法,克服了相位差的测量误差对高频磁元件损耗测量的影响。分析了测量方法的工作原理,通过求解无感电阻和磁元件损耗的测量公式以消除相位差导致的测量误差,得到新的磁元件损耗测量公式。进一步分析了新测量方法的影响因素,以降低其对测量结果的影响。最后,建立了一个测量平台,在1.2 MHz频率范围内正弦波激励工况下对两种磁元件进行损耗测量,并与阻抗测量法和量热法进行了对比。实验结果验证了提出的方法能够准确有效地测量高频磁元件的损耗。

气隙设计对电感绕组损耗的影响

鉴于绕组区域处的磁场分布对高频磁性元件的铜损影响很大,利用有限元分析,研究了气隙在磁芯柱位置对铜箔绕组和漆包线绕组铜损产生的影响,以及分布气隙参数对绕组铜损的影响。结果表明:气隙在磁芯柱位置对铜箔和漆包线绕组的铜损影响不同。在分布气隙设计中,气隙之间的距离大于5个气隙长度时,气隙之间的影响可以忽略。分布气隙个数的选择,应该使绕组到气隙的距离大于3个而不超过5个气隙的长度。

磁元件绕组损耗的直接测量法

磁元件中磁芯损耗和绕组损耗作为一个元器件中的两部分损耗两者本身难以分离开,目前还没有一种有效的既能测量给定励磁工况下磁元件绕组损耗,又能直接测量功率变换器中磁元件绕组损耗的测量评估方法。提出了一种可直接测量磁元件绕组损耗的方法,在磁元件中引入一个辅助绕组,通过分析被测绕组端口和辅助绕组端口之间电参数的关系,得到只体现被测绕组损耗的电参数,以获得被测绕组的损耗。最后,以空心电感作为测试对象,采用高精度的功率测量仪器对绕组损耗进行测量,通过阻抗测量法结合计算空心电感绕组损耗的方法进行验证,验证了所提方法的可行性和准确度。

一种有气隙磁元件高频绕组损耗的测量评估方法

有气隙磁元件的气隙参数设计对绕组交流损耗影响很大,但目前还缺少测量其绕组损耗的有效方法。对有气隙磁元件绕组损耗的产生机理及相关电磁理论进行分析的基础上,提出一种基于气隙等效绕组磁动势替代气隙磁压降的绕组损耗测量方法,通过测试对比验证该方法能有效地评估绕组交流损耗的各种影响因素。进一步采用电磁场三维有限元仿真验证测量结果的准确性,为有气隙磁元件的气隙设计以及绕组损耗分析提供一种有效的测量或评估对比方法,也可以用于从其他方法测量得到的磁元件总损耗中扣除绕组损耗,从而获得磁芯损耗。

高可靠绝缘电流互感器研究

随着电网容量不断增大,以数字化变电站建设为依靠的智能化电网建设得到大力发展。电流互感器作为最基础、最关键的电力设备之一,也得到了长足发展。电子式电流互感器由于其动态范围广、频带宽、无磁饱和等优点,已经开始取代传统电磁式互感器应用于电力系统。一次电气设备电流互感器(以下简称CT),但在电网的日常运行中,CT最常见的、最严重的问题就是发生爆炸事故,而其主要原因是CT内部绝缘薄弱,容易被击穿。为了提高CT运行高可靠性、安全性,主要解决CT内部绝缘问题,从结构上研发电容型高可靠绝缘结构、铝箔不打孔结构,从而减少内部绝缘缺陷问题,避免CT内部击穿短路,瞬间产生大量气体,防止事故发生;采用防爆式复合套管,即使发生爆炸,复合套管的“柔软性”,也能阻止CT爆炸时的“飞溅”,破坏周边的设备;研制快速取油阀,通过现场抽取产品底部的绝缘油,进行预防性试验检测,既保证了检测油样与实际运行油样一致,还可以及时发现设备潜在的绝缘缺陷,保证CT及周边设备安全运行。试验验证结果表明,高可靠绝缘电流互感器介损小于0.21%,局部放电小于4pC,产品通过了中国机械联合会组织的鉴定,达到国际先进水平,可广泛应用于变电站中。

薄膜电感器的研究与应用

目前IT系统向高集成度、高频宽带化方向发展,要求在更小的基片上集成更多的元器件,这除了依靠高密度集成技术的发展外,从器件本身出发,研制小型化、薄膜化的器件,以减小系统的整体体积、重量,才能达到降低功率损耗、提高信号传输效率的要求。本文主要介绍为满足上述要求,作为三大无源器件之一的电感器的薄膜化进程,以及目前薄膜电感器的应用情况及发展前景展望。

基于差值功率的高频磁芯损耗测量方法及装置

现有磁芯损耗的各种电气测量方法主要是基于测量绝对功率来获得磁元件的磁芯损耗,同时也存在各自的局限。提出了一种高频磁元件磁芯损耗的测量新方法——差值功率测量法,通过测量测试电路输入功率的增量差值来获得给定工况下磁元件的磁芯损耗。以全桥DC/AC逆变电路作为励磁源和测试电路,采用DSP数字控制技术并结合上位机软件,研制了基于差值功率测量法的自动测量装置,实现了对不同PWM励磁工况下的磁芯损耗的测量。最后通过定标量热计法对提出的测量方法和装置进行验证,验证了其可行性和准确性。

平面薄膜电感的研究与开发现状

为满足电子系统的表面贴装技术、微组装技术发展的需要,对器件片式化、小型化、微型化的要求越来越高。而电感作为电路的三大基础性元件之一,其片式化、薄膜化势在必行。本文就近几年国内外片式薄膜电感的发展研究状况做一综述。

对谐波电流抑制技术的研究

从理论上分析了电器及电子设备谐波电流产生的原因,阐述了抑制谐波电流的方法．通过测量磁性磁芯电感器的插入损耗,进而得出材料的有效磁导率．给出了EMI电源滤波器用电感器的高频等效电路模型,提出了一种获得磁芯材料特性的参数分析法．

试论交流铁芯线圈的铁损

论述了引起交流铁芯线圈在工作中铁损的原因，通过周密分析研究推导了计算铁损的定量公式，并纠正了《日本实用电工讲座》译著中的错误结论。

基于改进遗传算法的电磁制动器线圈优化设计

本文在标准遗传算法的基础上,提出基于稳定裕度的搜索空间收缩方法,提高了遗传算法的计算精度和收敛速度,定义个体拥挤度的概念,在搜索空间收缩前使种群按特定规律分布,最大程度地保证最优解包含在强解空间内。本文分析了电磁制动器电磁系统的结构及吸力计算方法,给出了电磁线圈参数优化的数学模型,并采用本文改进的遗传算法对其进行了优化,算例仿真表明,本文对遗传算法的改进有效、可行,对线圈优化后,其工作时的温升明显降低,制动器性能得到提高,和采用标准遗传算法进行优化获得的结果进行比较可见,改进遗传算法对于电磁线圈参数的优化问题具有寻优精度高,收敛速度快等优点。

磁偏转线圈的一个简单模型

本文针对复杂的磁偏转线圈实体 ,提出了一个简单的模型 ,使得对实际偏转线圈结构的测量和数值模拟都较为简单。利用该模型 ,对实际 1 4″彩色显像管 (CRT)的偏转线圈绕线结构进行了测量 ,在此基础上对该偏转线圈所产生的偏转磁场、光栅畸变和会聚误差进行了数值模型。计算所得结果与测量值相比 ,光栅畸变的最大误差为 0 .84% ,会聚误差的最大误差为 0 .6 1 mm。

三相VRM集成电感的稳态性能研究

针对电压调整模块(VRM)中储能电感设计与分析的要求,提出一种基于VRM的三相对称集成电感;通过对三相VRM工作模态的分析,对比分立电感与耦合电感对三相VRM稳态电流的影响,说明应用耦合电感有效地减小了三相VRM的稳态相电流纹波,使其稳态性能更稳定、高效。通过电路实验验证了理论分析的正确性。

交流铁芯线圈等效电感的确定方法

从本质安全的角度出发,在分析了交流电路中铁芯线圈释放能量的特点之后,提出了在用示波器法测量铁芯线圈磁滞回线的基础上计算其等效电感的方法。通过用已知的空芯电感值与实际计算出的等效电感值的比较,说明了本方法的正确和实用性。

片上电源用高频薄膜磁微电感研究与发展

电子产品的体积小型化和功能多样化为其内部各类芯片供电的电压调节模块带来了巨大挑战。片上电源(PwrSoC)系统在这方面具有广阔的应用前景,其中处理高频功率的薄膜磁微电感技术的突破是促进其进一步发展和推广应用的关键。重点介绍和分析薄膜磁微电感技术在国内外的研究现状,主要包括磁性薄膜材料、制作工艺和电感结构三个方面。进一步指出根据实际工况需要,通过对上述三个基本要素所包含不同技术方案的合理选取并加以适当优化,是设计和制作出具有优良性能的薄膜磁微电感的关键。最后,对薄膜磁微电感技术的发展趋势进行了展望。

开关电源中直流输出滤波电感的设计

针对开关电源中直流输出滤波电感设计难的问题,分析了滤波电感铁芯的工作状态和特点,由直流输出滤波电感的作用及其铁芯工作的状态,提出设计滤波电感的限制条件,得到了滤波电感的设计步骤,以便从事这方面的设计人员更方便、有效地进行设计。

在线温度跟踪的量热法测量装置

在磁芯损耗测量中量热法通常用于验证电气测量方法的精度。在比对量热法的基础上,提出了具有损耗预测和温度跟踪功能的量热测量法,并详细分析了测量原理、误差来源和影响因素,采用隔热容器、搅拌器、温度采集卡、功率采集卡和继电器开发了小损耗元件自动测量装置,同时通过LabVIEW对温度、电压和电流参数进行处理,构建人机互动界面,最后通过测量高精度电阻的直流功率验证了测量装置的误差在3%以内。实验表明,开发的测量装置可以根据损耗的大小自动调整跟踪过程,提高了测量效率和准确度。