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多层平面高频变压器的频率特性

  为了适应现代电子设备小型、轻薄、便携等使用的要求,以及现代电子设备组装工艺如SMT的要求,一些传统型磁性元器件正在被多种轻小型平面磁性元器件替代。使用与实验表明,平面型结构的磁性元器件有诸多优点,诸如体积小、热传导性能优良,在高功率密度下工时具有较小的功率损耗,适合使用SMT工艺等。


      为了一次性精确设计出性能优良的高频磁性元器件,需要对其漏感、绕组的分布电容、趋肤效应和邻近效应等寄生参数进行计算。目前,对其中的叠层变压器、矩阵变压器、圆形螺旋线圈薄膜变压器等磁性元件已经具有了比较成熟的计算方法。本文讨论两种平面多层带气隙变压器的设计,首先,电路模型设计以频率特性关系为前提,假设磁性材的频率特性是线性的,没有磁滞效应,因此,不需要区分输入电压的性质。其次,线圈内的磁通分布是必须考虑的,以便于确定如何才能有效地利用磁心所需材料的用量,以及如何使磁通分布均匀。涡流分布方面的知识有助于计算线圈的铜损和磁心材料内的涡流损耗。


      本文所讨论的器件在设计制造中采用的是TDK公司的MnZn铁氧体材料。将它们用于高频平面磁性元件中,以研究它们的电感值和电压比与频率之间的特性关系;同时,文章研究了两种不同绕组结构的磁通分布和涡流分布状态,并采用边界单元法编制了CAD、CAE软件和用其计算了有关数值。


      2 平面多层高频变压器结构和计算模型


      工作频率接近于1MHz的高频直流变换器需要几微亨的电感值。应用于高频率的电感器结构,*常见的是具有开路、闭路或螺旋结构的多层磁路。本文实验用样品的初级和次级线圈的匝数相同,Ⅰ型样品为3匝,Ⅱ型样品为1匝。磁心材料为铁氧体,磁心尺寸为17.6×17.6×20(mm3)。图1所示螺旋型绕组结构,其磁心结构是基本开路型。为了计算方便,假设它们是一种二维轴对称的无界结构,如图2所示。在设计计算中,必须考虑铁氧体材料、绝缘材料和线圈材料的性能与参数,如磁导率、介电常数、电导率等等参数,然后采用边界单元法(BEM)借助于PC机的CAD/CAE软件即可计算出要求的数值。


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