大功率非晶合金电子变压器的优化设计

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1、第39卷第3期华北电力大学学报V01．39．NO．32012年5月JournalofNoahChinaElectricPowerUniversityMay，2012大功率非晶合金电子变压器的优化设计王刚，杨慧娜(华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206)摘要：大功率电子变压器是开关电源(SMPS)的核心部件，占据开关电源绝大部分的体积和重量，因此其设计的优劣将直接关系到开关电源的使用寿命和性能。针对大功率电子变压器损耗大的问题，对非晶合金电子变压器的优化设计方法进行了研究。分析了电子变压器的磁芯损耗和绕组损耗。研究了以变压器的效率为主要

2、的优化目标，磁芯的工作磁感应强度和导体电流密度为变量的优化方法。用MATLAB编写了计算程序，计算了电子变压器的主要参数。通过分析计算结果，得到了在不同的工作磁感应强度和电流密度下，变压器损耗和效率的关系。考虑最优效率原则，给出了具体的变压器设计参数，并对温度场和电场用ANSYS进行了仿真分析，验证了设计的合理性和可行性。关键词：大功率电子变压器；非晶合金；效率；优化设计；ANSYS中图分类号：TM432文献标识码：A文章编号：1007—2691(2012)03—0041—06Optimaldesignofhigh—poweramorphous

3、alloyelectronictransformerWANGGang，YANGHui-na(SchoolofElectricalandElectronicEngineering，NoahChinaElectricPowerUniversity，Beijing102206，China)Abstract：Thehigh—powerelectronictransformeristhemostessentialpartforswitchedmodepowersupply(SMPS)sinceitdeterminesabout25％oftheoveral

4、lvolumeandmorethan30％oftheoverallweight．Itiswellknownthatthelossoftransformerofhigh·powerelectronictransformerisconsiderablylarge．Thusanewmaterialamorphousalloyisappliedinthisdesignforreducingloss．Thecorelossandwindinglossareanalyzed．Basedonoptimalefficiency，aprocedureforopt

5、imumdesignofhigh·powerelectronictransformerispresented．TheoperatingmagneticfluxdensityandcurrentdensityaretreatedasvariablesincalculatingmainparametersoftransformerbyMATLABprogram．Itpro—videsoptimalparametersofelectronictransformerforefficiencymaximization．Thetemperaturefiel

6、dandelectricfieldaresimulatedbyANSYS．Theresultsofsimulationprovethatthisdesignoftheelectronictransformerisreasonable．Keywords：High—powerelectronictransformer，amorphousalloy，efficiency，optimaldesign，ANSYS件，又是开关电源体积和重量的主要占有者和发0引言热源，一般占开关电源总体积的25％并超过总重量的30％¨。因此，大功率电子变压器的优化设开关电源

7、具有体积小、重量轻、效率高、发计对开关电源的整体性能有着至关重要的影响。热量低、性能稳定等优点，广泛应用于工业、民目前，国内外学者对于电子变压器的设计和用及军事电子设备的各个领域，成为现代电子设研究主要集中于小功率和更高频率的方面。在国备的重要组成部分。大功率电子变压器是开关电内，参考文献[2]设计了半桥逆变电路中的电源的核心部件，是实现能量转换和传输的主要器子变压器，铁芯材料采用LP3型的锰锌铁氧体，功率为500W，频率为200kHz。参考文献[3]设计的电子变压器使用PC30型的铁氧体作为铁收稿日期：2011—11—2042华北电力大学学报

8、芯材料，功率不足100W，频率为100kHz。参型，给出了交流电阻系数K的计算公式：考文献[4]设计的电子变压器铁芯材料采用K=y[(y)+了2(m2