平面变压器任意并联pcb 线圈损耗建模及设计软件开发

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1、平面变压器任意并联PCB线圈损耗建模及设计软件开发毛行奎，陈为(福州大学电气工程与自动化学院，福建省福州市350002)ModelingEddyCurrentLossandDevelopingProgramforArbitraryParallelPCBWindingsofHigh-frequencyPowerPlanarTransformerMAOXing-kui,CHENWei(CollegeofElectricalEngineering&Automation,FuzhouUniversity,Fuzhou350002,F

2、ujianProvince,China)ABSTRACT:UnevencurrentsharingamongparallelPCBlayersmakestheparallelPCBwindinglossmodelanddesignsofpowerplanartransformercomplicated.Anditscurrenthandlingcapabilitydependsonreasonabledesignobtainedbymodelinganddevelopingprogramforthewindingloss.B

3、asedonvoltagebalanceofloopsconsistingofparallelPCBlayersandsuperpositionoflinearsystem,theeddycurrentlossmodelanditssystematicprogrammingalgorithmforthearbitraryparallelPCBwindingsareproposedtoimprovethewindingsdesignandanalysis.Experimentsverifiedthelossmodelandth

4、ecodingprogramhadverygoodhuman-machineinterface.KEYWORDS:planartransformer;PCBwindings;windingeddycurrentloss;powerconversion摘要：高频功率平面变压器并联PCB线圈的载流能力与线圈的设计、变化多端的连接方式以及工作条件等诸多因素有很大关系，必须通过建立线圈损耗模型并开发出相应软件，才能够得到优化的设计结果。通过建立任意并联PCB线圈涡流损耗模型，并提出可以适用于任意连接方式的系统化算法模型以及显式化处理

5、方法，开发出具有友好人机界面的任意并联PCB线圈损耗设计与分析软件。实验验证了损耗模型和算法的正确性，并通过检验线圈所有并联回路是否满足回路电压平衡验证了所开发软件的正确性。关键词：平面变压器;PCB线圈;线圈涡流损耗;功率变换0引言与传统立式变压器比较，平面变压器具有良好的热特性、参数一致性与工艺性，但更重要的是其可以实现灵活多样的线圈结构和连接方式，可以满基金项目：福建省自然科学基金计划资助项目(2006J0159)。足开关电源高频化、低截面以及集成化发展要求，具有较高附加值[1-6]。对于高频大电流高功率密度平面变压器

6、的线圈，既要保证足够的导体有效导电面积，又要考虑高频涡流影响，这就需要采用并联PCB或铜箔线圈[7-11]。但由于各并联PCB层间电流的分配同样受到涡流效应的影响，这不仅使得并联PCB线圈损耗模型与单根导体和里兹线线圈有很大不同，而且也使得影响线圈损耗因素增加很多，线圈的设计变得很复杂，无法按照对高频涡流效应的直观理解以及已有的高频功率变压器线圈损耗模型（如Dowell、SFD模型[12,13]）对其进行分析设计[9,10]。正是由于平面化PCB线圈的结构和连接方式灵活多样，故必须建立更为系统化的，便于程序实现的线圈损耗模型

7、并开发出相应的软件才能设计出高性能的并联PCB线圈，促进普及应用。在文献[9,10]研究基础上，本文进一步深入系统研究具有更复杂结构的任意并联PCB线圈损耗的系统化建模和通用算法，并开发了设计分析软件。文章第二部分建立了任意并联的长形与环形PCB线圈损耗模型并进行实验验证，提出可适用于任意连接方式的系统化算法模型。第三部分提出损耗模型的显式化处理方法，在此基础上开发出并联PCB线圈分析与设计软件。1任意并联PCB线圈损耗模型1.1长形线圈图1为具有任意并联或串并混联（线圈为先串I5I3I4I3I1II2oxyz图1平面变压器

8、长形混联PCB线圈结构及其示意图Fig.1StructureofrectangularparallelPCBwinding后并）的2匝长形PCB并联线圈结构（相应变压器磁芯中柱截面为长方形），为便于叙述，采用右侧的示意图，即线圈x-o-z截面表示该线圈结构。对于图1的长形PCB线圈，当线圈