[发明专利]平面变压器多层绕组并联的优化布置方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种平面变压器多层绕组并联的优化布置方法，应用于低压大电流DC/DC模块电源系统，属于功率电子变换技术范畴。

背景技术

随着大规模集成电路的迅猛发展，通讯、计算机等电子系统要求直流电源的供电电压越来越低、供电电流越来越大。高频变压器是直流电源中的重要元件之一，减少其损耗是十分重要的。

当电流较大时，为了提高导体的载流能力，一般可选用较厚的导体，这在直流和工作频率较低时的确是一个有效的方法。但对于工作在高频下的导体而言，其载流能力和损耗大小会受到集肤效应和邻近效应的影响。当考虑到集肤效应的情况下，导体厚度达到π个集肤深度时，导体损耗达到最小值，如果进一步增加导体厚度，由于高频涡流影响，导体损耗将增加，并达到某一极限值。当考虑到邻近效应时，电流在导体中分布更加不均匀，使最小损耗的厚度小于π个集肤深度。由此可见，如果采用传统的绕组布置方法，靠增加绕组厚度的方法来提高绕组的载流能力是行不通的。为了减少高频效应对厚绕组的影响，一般采用把厚绕组分割为薄导体的并联。但这样可以减少由于集肤效应产生的高频损耗，而薄导体之间存在着邻近效应，由此产生高频损耗，最终总的损耗并未减小。而且，并联薄导体之间绝缘层的高频电磁场强度不为零，它在并联的导体内部产生涡流，导致绕组损耗增加。因此为了提高绕组的载流能力，有必要研究如何设计变压器的并联绕组，以减少绕组损耗。

现阶段，各种用电设备对开关电源的要求越来越高，开关电源日益向高效率、高功率密度、小型化、薄型化方向发展。因此，采用表面贴装技术和平面变压器技术的模块电源是未来的一个发展趋势，有着广阔的应用前景。而模块电源中平面变压器多层绕组的布置方法是其中的关键技术之一，对其进行研究具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是针对模块电源中的平面变压器，提出其多层绕组并联的优化布置方法，以使得各层绕组能够均分电流，切实提高载流能力，同时减小绕组的损耗，提高系统效率。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种平面变压器多层并联绕组的优化布置方法，其特征是：

1）对于副边单绕组的平面变压器，其绕组的布置方式采用以四层绕组作为一个基本单元，并在该基本单元向两侧任意叠加扩展；

或者在该基本单元及上述叠加扩展后的单元的单侧或双侧增加一组原副边绕，且增加一组原副边绕组时遵循相邻相同原则；

上述基本单元的结构为两原边绕组居中或两副边绕组居中排布方式；

2）对于副边带中心抽头的平面变压器，其绕组的布置方式采用以三层绕组作为一个基本单元，并在该基本单元向两侧任意叠加扩展，且增加遵循相邻相同原则；

该基本单元由两个不同的副边绕组和一居中的原边绕组组成。

所述的遵循相邻相同原则是指，其中“相同”是指相同的原边绕组或副边绕组。

根据几何对称结构可以均分并联绕组电流的特性，以对其它绕组不产生影响为前提，对几何对称结构进行改进，形成更为灵活的绕组布置方式，实现平面变压器副边为单绕组情况下2n(n为正整数)层绕组的电流均分，以此切实提高并联绕组各层的载流能力，减小绕组的损耗，提高系统效率。

根据几何对称结构可以均分并联绕组电流的特性，以对其它绕组不产生影响为前提，对几何对称结构进行改进，形成更为灵活的绕组布置方式，实现副边为中心抽头情况下3n(n为正整数)层绕组的电流均分，并且保证不工作的绕组由于临近效应产生的损耗最小。

本发明与现有技术相比主要特点如下：

可以实现平面变压器副边为单绕组情况下2n(n为正整数)层绕组的电流均分；副边为中心抽头情况下3n(n为正整数)层绕组的电流均分，并且保证不工作的绕组由于临近效应产生的损耗最小。

附图说明

附图1是本发明单原边单副边绕组变压器示意图。

附图2是对称绕组布置图(4层)。

附图3是对称绕组布置图(8层)。

附图4是提出的绕组布置方法(6层)。

附图5是提出的绕组布置方法的推广(16层变到10层)。

附图6是中心抽头变压器的结构示意图。

附图7是提出的中心抽头变压器并联绕组布置方法(6层).

附图8是9层带中心抽头绕组变压器绕组布置方式。