磁集成技术

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,磁集成技术,磁集成的定义,磁集成技术是指通过一定的耦合方式，合理的参数设计，,使电力电子装置中的磁性元件（变压器、电感等）集成在一个磁芯上，将多个分立元件变成一个集成磁元件。,磁集成技术能有效减少磁性元件的体积、重量、损耗及电源输出文波，提高开关变换器的整体性能。,磁集成技术的发展史,最早是在,1928,年，,G.B.Crouse提出,采用集成磁件,滤波电路的专利申请,；,1971,J.Ceilo,和,H.Hoffman,申请了,采用集成磁件推免交换器的专利,，将变压器和电感相集成，集成磁件的概念才初步显现；,20,世纪,70,年代末，,Slobodan.Cuk,将磁集成技术成功地应用在,Cuk,变换器,，引起人们对磁集成技术的关注；,80,年代或,Cordon Bloom,较系统的总结和介绍磁集成技术的意义、发展及分析方法；,90,年代以后随着扁平磁件应用的推广，磁件生产自动化的提高，,IM,的应用变得相对容易。,多磁路特性磁心,根据法拉第电磁感应定律可知，当绕组匝数和端电压不变，磁集成不会改变绕组匝链的交变磁通。因此，多个磁件集成，一般要求磁心具有多磁路特性，才可将多个交变磁通未必相同的 DM 集成起来，多磁路特性磁心是多磁件集成的物质基础。,如何得到多磁路特性的磁心,1.,现有常规磁心中，,EI、EE 型磁心,本 身具有多磁路特征，因而在磁集成中应用最广泛。,2.用现有磁心改造和组合是获得多磁路特性磁心的另一种较实用的方法Charles S.Walker 较早的提出在磁心中外加导磁体来获得多磁路，通过在罐型磁心的中部加入一片导磁体，将罐型磁心分为上下两部分，使磁通从三条磁路流通，导磁体和磁心之间的气隙可用来调节磁通分布。该磁心被用于谐振变换器中实现电感和变压器的集成。,磁集成通用方法 解耦集成,DM 集成后互相没有耦合作用则为解耦集成， 解耦集成主要影响磁件的体积和损耗，对电压、电 流影响很小。解耦集成是磁集成的通用方法，目前有两种解耦集成的方法。,提供低磁阻磁路实现解耦,集成,如图1,。,通过抵消耦合作用实现解耦集成,如图,2.,图1 解耦集成方法 1 用于两电感集成,图,2,解耦集成方法 2 用于两个电感集成,磁集成应用分析,根据磁集成的对象可将磁集成技术分为,电感与 电感集成、电感与变压器集成以及变压器与变压器 集成，,其中变压器集成主要采用解耦集成方法。,电感与电感集成,电感与电感集成得到通常讲的耦合电感，根据 电感绕组电压的关系可分为两类。,绕组电压成比例。,绕组电压成比例意味着绕组匝链的交变磁通相 同，因此可用单磁路磁心进行磁集成。这类磁集成 被用于减小电流脉动甚至获得零纹波，应用非常广 泛。,电感绕组电压有相位差。,这一类电感集成主要应用于多路交错并联工作的变换器，如 VRM 变换器等。,电感与变压器集成,电感与变压器集成被应用于多种隔离型变换器，如正激变换器、推挽变换器、CDR 电路、单级功率因数校正电路以及谐振变换器。其中，IM-CDR 电路一直是研究热点，,磁集成技术的特点,多解性是磁集成技术的主要特点，体现在：,绕组结构的多样化 分或合并。,磁通作用方式的多样化 磁通可耦合或解耦，可互相叠加或削 减。,气隙的多样化 IM 的气隙求解是多个不等 式的联立求解，本身就是多解问题。,多解的比较和选择主要从以下几点展开：寄生参数（主要指漏感）、 电流脉动、磁通及其分布以及可生产性。以气隙为例，有三种可行方案，如图,3,所示,图3 磁心的三种常见气隙结构,磁集成方式,从 IM 中磁通作用关系出发，主要有四种磁件集成方式：,直流磁通与交流磁通叠加,主要用于高 频场合的电感与变压器的集成。,交流磁通在公共磁柱的交错并联或互相抵消,用于绕组有相位差的电感与电感的集成、交 变磁通相对方向固定的电感与变压器的集成。,直流磁通与直流磁通互相削减,这种集成 方式有利于磁件体积的减小。,绕组产生的交流磁通正向耦合,用于绕组电压相对方向固定的磁件集成，以减小电流脉动。,磁集成技术应用的限制因素,磁心材料限制了磁集成技术的适用场合。磁心材料的固有频率特性决定了其优化设计的频率段。因此，磁集成只适合于在一个频率段工作的磁件，对于工作频率相差很大的磁件，如低频工作的输入滤波电感和高频工作的变压器，不适于进行磁集成。,现有对称结构的磁心限制了磁集成技术优点的发挥。用现有对称结构的磁心进行磁集成，磁心中一般存在磁通分布不均的问题，只有去除多余铁心才能充分发挥 IM 在体积、损耗的优势。磁集成的优化不仅包括绕组联接方式、气隙结构的优化，还应包括铁心的优化。,制作成本仍然是限制 IM 应用的重要因素。国内平面磁件的应用十分有限，大多仍采用传统绕制工艺的磁件，因为IM 的制作成本较高,。,国内研究现状,与国外相比，国内对这项技术的认识和研究十分有限，对其的介绍从20世纪90年代才开始。最早在1990年版的开关稳,压,电源中介绍Cuk变换器时，筒要提到了磁集成技术的作用。之后，清华的,蔡,宣三教授对磁集成的概念和分析方法以及磁集成的Cuk变换器的基本原理作了详细的介绍。2001年，,南京航空航天大学航空电源重点实验室,的陈乾宏等研制出聚用磁集成技术的高效率、低压输出正反激变换器。目前国内有一些单位正在从事相关的研究，但工作开展的非常有限，国内关于这方面的研究报道很少，相关的论文也很少。,磁集成技术发展趋势,根据当前磁集成技术的现状，需要在以下几个方面进一步开展研究和应用：,对耦合电感实际应 用的细致研究，如动态特性的分析、电容的设计等,新的适用于具体应用电路的 IM 的研究，如用于 PFC 电路等。IM-CDR 电路是成功的例子。,IM 的优化设计。,建立实用、标准的磁件电路仿真模型和损耗分析模型,随着电源的发展、新型磁性材料和磁心的出现，对磁集成技术提出更高的要求：,进一步拓 宽磁集成技术的应用领域。既要扩大应用场合，还要 发掘 IM 的新功能。,研究适用于新的磁性材料与磁心结构的磁集成技术。,国内磁集成研究著名团队,目前，在国内从事磁集成技术研究的有,辽宁工程技术大学、南京航空航天大学、西安交通大学、浙江大学和华南理工大学等。,其中辽宁工程技术大学磁集成研究团队在杨玉岗教授的带领下已经形成自己的特色，并在国内占据一定地位。,谢谢！,