1、無氣隙可改變耦合度陣列式集成磁件無氣隙可改變耦合度陣列式集成磁件在交錯并聯變換器中的應用在交錯并聯變換器中的應用 交錯并聯變換器動態和穩態特性與集成磁件的耦合系數大小有關，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磁芯開氣隙集成磁件相比具有諸多優點。樣機實驗表明，交錯并聯變換器動靜態響應較好。 1.1.摘摘 要要2.2.集成電感耦合度對交錯并聯變換器輸出特性影響集成電感耦合度對交

2、錯并聯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，一通道續流ooiVvVVv21oioVVvVv21或 2雙通道均導通或均續流 oioiVVvVVv21ooVvVv21或 )2 , 1()1 (2jdtdiLdtdiLkvjeqjj兩種情況下，電感電壓表達式分別為 ：)2 , 1(11112jdtdiLdtdiLDDkkvjeqjj（1）（2）（1式反映系統的穩態特性，每通道電流紋波取決于等效電感 。（2式反映系統的動態特性， 越小，變換器瞬

3、態響應越快。 1eqL2eqL越大，電流紋波越小。 1eqL 、 大小與集成磁件的耦合系數k有關。1eqL2eqL 這說明雙通道交錯并聯變換器的穩態特性和動態特性是一對矛盾，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。 3.3.耦合度可改變的陣列式集成磁件原理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 的耦合系數只與集成磁件四個繞組的匝數有關。 不考慮繞組經氣隙閉合而形成的漏電感的影響時，根據推導可得耦合電感的耦合系數如下：zczczczNNNNNNNk22222221L2L 為了驗證上式的正確性，對部

4、分匝數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。 各繞組匝數（各繞組匝數（i i1 1，2 2）耦合系數耦合系數NicNic NizNiz 仿真結果仿真結果計算結果計算結果測量結果測量結果110.798970.8000.71120.919910.9230.86130.958770.9600.91140.970250.9750.93210.599020.6000.55220.797150.8000.74230.878630.8820.82240.919520.9230.87310.468950.4710.41320.6828930.

5、6890.63330.797940.8000.75340.859020.8620.81410.380140.3850.34420.594320.6000.55430.719540.7240.68440.796920.8000.75繞組匝數從1匝到9匝時耦合系數變化趨勢如圖4 圖4 耦合系數的變化趨勢 4.4.陣列式集成磁件與傳統開氣隙調整耦合度集成磁件比較陣列式集成磁件與傳統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。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 （bE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 (

6、1)電感量及繞組損耗大小的比較 繞組長度（mm）繞組匝數自感量（H ）互感量（H ）耦合系數繞組損耗（W）陣列式磁件250.6公繞3自繞152.9250.730.958760.1399E型磁芯磁件247.6419.5417.880.915290.1537（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 （bE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5.5.陣列式集成磁件可削減直流偏磁分析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 czzc12111czzc21222理論分析磁通波形 有限元仿真磁通波形 6.

7、6.實驗結果實驗結果H6 .571LH1 .582LH3 .52M 樣機參數如下：輸入電壓12V，開關頻率200kHz，占空系數0.28。集成磁件自感及互感：s/t/VGSVs/t/VoVs/ts/t圖7開關管觸發電壓波形 圖8 輸出電壓波形s/格1s/t/Aois/t/Aois/格1（a負載突然增大 （b負載突然減小 圖9 輸出電流瞬態響應波形 7. 7.結論結論 本文提出了一種應用于交錯并聯變換器的耦合度可本文提出了一種應用于交錯并聯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，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：在繞組匝數相同、磁件體積及耦合度件仿真結果表明：在繞組匝數相同、磁件體積及耦合度基本相同的情況下，（基本相同的情況下，（1 1陣列式集成磁件的電感量大于陣列式集成磁件的電感量大于傳統傳統E E型磁芯集成