开关电源高频平面变压器并联 PCB 线圈

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1、第26卷第22期中国电机工程学报Vol.26No.22Nov.20062006年11月ProceedingsoftheCSEE©2006Chin.Soc.forElec.Eng.文章编号：0258-8013(2006)22-0167-07中图分类号：TM43文献标识码：A学科分类号：470×40开关电源高频平面变压器并联PCB线圈交流损耗建模及分析毛行奎，陈为(福州大学电气工程与自动化学院，福建省福州市350002)ACLossModelingandAnalysisForParallelPCBWindinginHigh-frequencyPowerPlanarTransfo

2、rmerMAOXing-kui,CHENWei(CollegeofElectricalEngineering&Automation,FuzhouUniversity,Fuzhou350002,FujianProvince,China)ABSTRACT:PCBwindingwithparallelconnectionisagood元件线圈损耗显著增加，这不仅降低了效率，而且solutiontoimprovecurrenthandlingcapabilityofhigh-引起温升增大，增加了热设计困难，限制了开关功frequencypowerplanartransformer.

3、However,unevencurrent率变换器功率密度的进一步提高。因此研究线圈损sharingamongparalleledPCBlayerscausedbycircumfluent耗模型、设计技术、开发新型线圈结构以减小其损currentimposesseverechallengesonthewindingdesign.The[1-7]耗在工业界有迫切的要求，这也是电力电子高频mechanismandfactorsaffectingthecurrentsharingareanalyzeddeeplyandthoroughlywithACeddylossmodelbu

4、ilt.磁技术一个非常重要的研究内容。国外学术界与工Theresultsshowthatexcitingcurrentfrequency,PCBtrace业界对此展开了积极研究，国内虽对磁集成等高频layout,traceconnectionschemes,thicknessoftracesand磁技术展开了一定的研究[8-12]，但对线圈技术的研insulationofparallelPCBwindingallhavegreateffectsonthe究则较少[13]。windingloss.ThedesignguidelinesforparallelPCBwinding

5、传统的绕线式磁元件，由于线圈结构单一、散andsystematicprogrammingtechniqueforthelossmodelare热特性以及参数一致性差等问题，已无法满足开关alsogiven.Lossmodelisverifiedbytheexperiments.电源高频化和低截面的发展趋势。具有低截面的平KEYWORDS:planarmagneticcomponents;transformer;面磁元件(planarmagneticcomponents)很好克服了parallelPCBwinding;windingloss;powerconversion[6

6、]传统磁元件的不足，获得广泛应用。由于平面变摘要：并联PCB线圈可很好克服厚导体交流损耗大的不足，压器功率密度高、窗口高度低，而且工作频率与电提高高频平面变压器的载流能力，但由于并联PCB线圈并流越来越高，对线圈结构和设计技术提出更高的要联层间特有的环流效应，线圈设计变得十分复杂。通过建立求，尤其是对于高频率和大电流的应用场合，为了并联PCB线圈交流损耗模型，对并联层间环流的产生机理兼顾高频涡流效应和载流面积所采用的并联线圈及影响因素进行了深入分析。结果表明，电流频率、原副边线圈交叉换位与组内线圈交错、PCB厚度以及绝缘层厚度结构，一些传统的线圈结构和设计方法不再适用。等对

7、环流/线圈交流损耗均有很大影响。分析结果和系统化在平面变压器中，铜箔/PCB印刷电路板(printed实现的模型为设计提供了方法和指导。实验验证了损耗模型circuitboard)线圈应用广泛[5-6]。图1为一种常见的的正确性。并联PCB线圈，但对于这种并联结构，除传统的趋关键词：平面磁元件；变压器；并联PCB线圈；线圈损耗；肤、邻近效应引起的交流损耗外，其所特有的并联功率变换导体层间的环流也会引起交流损耗[14]，使得各并联0引言层的电流未知，这就令并联PCB线圈的损耗模型、分析和设计变得很复杂，与只有简单串联