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1、综述与述评电力电子高频磁技术及其发展趋势陈为,何建农(福州大学电气工程系,福州350002)摘要:论述了高频磁技术在现代电力电子技术中的地位、作用、研究内容及其发展趋势。在研究目前国际上电力电子高频磁技术发展现状的基础上,总结提出了高频磁技术发展的五大趋势,即磁件的高频化、平面化、集成化、阵列化和混合化,以及由此所带来的高频磁技术在发展上的主要问题以及前沿研究的主要内容。关键词:电力电子;磁性元件;高频;发展趋势要求。下一代Intel奔腾微处理器芯片所需要1电力电子高频磁技术研究的意义的供电模块(VRM),不仅要求效率高,电源a.电力电
2、子技术具有十分广阔的应用能与芯片集成,而且要求在1.2-1.5伏的低前景。电力电子技术的主要研究与应用内容电压下,提供50-70安的电流,而且电源的瞬[2]是电能形式的变换技术,即通过电力电子变态响应速度要达到5A/nS。流装置将电能的波形、频率和大小进行变换。b.高频磁技术是电力电子技术中的重目前,电力电子技术的应用范围十分广泛。据要内容。功率磁性元件是所有电力电子装置统计,1997年,美国有40%的电能要通过各类中必不可少的关键器件,它担负着磁能的传电力电子变流装置进行能量转换,而到2010递、储存以及滤波等功能(图1),其体积和重
3、年,这一比例将提高到80%。电力电子应用范量一般占到整个电路的20至30%,损耗占总围的扩大和应用水平的提高不仅引起量的扩损耗的约30%。而且磁件的各参数对电路的张,而且对质也提出了更高的要求。例如,到性能影响很大。如变压器的漏感对电压尖峰2002年,500W等级的高频开关电源的功率的影响,变压器原、副绕组耦合电容对隔离性3密度将要从目前的2-4W/in提高到3.5-能的影响。降低电力电子装置的体积和重量、3[1]6W/in;超大规模数字集成电路的发展对提高电压调制性能的关键是提高开关工作频在板式低压电源模块(On-boardLow-v
4、olt-率。随着有源开关器件及软开关技术的发展,ageDC/DCconverter)也提出了很高的性能开关损耗降低,频率提高。但是在高频下,功收稿日期:1999-07-07基金项目:本研究获福建省自然科学基金(#A9910005)和国家自然科学基金(#59577024)资助。作者简介:陈为(1958-),男,福建籍,教授,博导。1990年在福州大学获博士学位。1996-1998年在美国佛吉尼亚电力电子中心(VPEC)做高级访问学者,曾任电器教研室主任,现为福州大学电力电子高频磁技术研究所所长。研究方向为电器电磁场分析与应用、电力电子高频
5、磁技术。·30·《电工电能新技术》率磁技术的发展却比较缓慢,已成为影响电结构磁件的分析研究和设计方法已不能满足力电子总体发展的一个制约因素。现代高频磁技术发展的需要。磁性元件无论在研究,还是在应用上,都已成为电力电子前沿技术进一步发展的瓶颈。可以说,高频磁技术研究的新成果和突破将会带动电力电子前沿应用的快速发展。d.国际上十分重视高频磁技术的研究和应用。美国、欧洲、日本等电力电子技术强国图1磁性元件是电力电子装置的重要器件都十分重视高频磁技术的研究与应用。近几年,在各种电力电子的国际学术会议(如电力电子高频磁技术是将电力电子技APEC,
6、PESC,IAS,HFPC,IECON,EPE术与磁技术结合起来,并将传统工频磁技术等)上,磁技术都已独立出来作为会议讨论和的研究和应用推向高频和特殊的磁结构。以交流的专题内容,而且磁技术方面的论文数电磁理论为基础,探讨磁件在高频下,在正量在逐年增加。1998年的国际应用电力电子弦、方波或任意波形电压激励下,以及在与电会议(APEC)还将磁技术作为会议的学习专力电子电路的结合上,所产生的特殊问题,探题内容。但是,高频磁技术的研究目前在我国讨磁性元件的数学模型、电路模型、电磁场数还没形成一定的研究规模,电力电子领域的值模型以及磁件的分析、
7、实验和设计方法,并研究人员往往对磁技术研究不大深入。因此,研究和提出各种新型的磁结构形式。电力电在我国开展高频磁技术的研究与应用对我国子高频磁技术是电力电子学科与电器学科的电力电子技术的发展是十分重要的,必将推前沿交叉研究内容。当然,电力电子高频磁技动我国电力电子技术的进步。术还包括高频磁性材料的研究和开发。2电力电子高频磁技术的发展趋势c.电力电子技术的发展对磁性元件提出了新的要求。随着现代电力电力技术向着高磁性元件作为电力电子装置中的关键器频化、绿色化、集成制造、平面化以及高功率件,与电力电子技术本身的发展和应用范围密度方向的发展,
8、也对磁性元件提出了更高的扩大是密切相关的。但同时,高频磁技术本的要求。磁性元件的高频化、集成化、平面化、身的发展和突破又反过来带动电力电子应用阵列化、模块化及高效率已成为磁件发展的水平的进一步提高和应用范围
