所谓磁集成技能,便是将多个电感、变压器绕在一个磁芯上;再浅显一点,便是把电感集成在变压器之中。首要的意图有:
最直观得益于这项技能的感触,莫过于手里体积越来越小的手机充电器和电脑充电器。而跟着氮化镓GaN半导体的呈现,开关频率可到达MHz等级,使得PCB变压器成为可能。
抱负变压器并不存在,任何一个变压器都有漏电感,运用最为广泛的变压器T型等效模型中,也对漏电感进行了建模。
大多数状况,咱们咱们都期望这个漏感满足小,但在有些状况咱们应该运用这个漏感,假如这个漏感的特性和咱们所需求的电感相同,也就完成了电感在变压器中集成。在某些状况,尤其是谐振变换器的运用中,电感需求准确规划,而在磁集成变压器中,则转变为对漏电感的准确操控。
左下图是一种典型的磁集成变压器结构,有中心柱和两个边柱,为便利论述,两个边柱我命名为A柱和B柱。中心柱和边柱都留有气隙,边柱柱气隙磁阻为Rg1,中心柱柱气隙磁阻为Rg2。
(这儿一共有四部分绕组,原边(primary)绕在A柱上的匝数记为NPA,副边(secondary)绕在B柱上的匝数记为NSB,以此类推)
原边绕组NPA、NPB和副边绕组NSA、NSB,非对称地绕在两个边柱上。
依据磁路理论,可导出为右上图所示的磁路模型。这儿有一个重要的假定:磁芯磁导率满足大,磁导线会集在磁芯内部。
这儿的ΦK便是漏磁通,前面说到变压器需求非对称绕制,是因为假如对称绕制(NPA=NPB, * NSA* =NSB),则理论上漏磁通为0。
这种结构的磁集成变压器能取得较好的EMC特性,是因为它的漏磁通会集在变压器内部的中心柱,没有对外辐射。
到目前为止,好像都是在剖析磁通,还没有和咱们所关怀的漏电感扯上联系,再回到变压器的T型等效电路。
接下来咱们应该找到磁路模型和电路模型之间的对应联系,用二来描绘这个变压器(因为变压器为无源线性网络,一定是互易二端口网络,只需3个独立参数):
两种描绘变压器的方法应当异曲同工,代入ΦA和ΦB,可得到自感L11、L22及互感L12与绕组匝数之间的联系:
由此可见,漏电感的巨细和匝数绕法、磁阻相关,而磁阻又和截面积、气隙长度相关,只需调整这些参数,就能得到想要的漏感巨细。
假如A柱和B柱匝数相同,且变比为1(NPA=NSB, * NSA* =NPB),则漏感的表达式可进一步简化为
基于此,可进一步的概括一些规则:原边漏电感的巨细,近似正比于原边绕组在两个磁柱别离绕制匝数差的平方,反比于磁阻。
很惋惜,通过样品实测,理论推导模型的成果与实践参数差错约5%。这儿我还运用到了有限元磁仿真软件Ansys Maxwell,得到的成果愈加准确,与样品实测仅差错
理论模型差错较大的原因首要在于,在剖析的开端,咱们假定了磁导率满足大疏忽了空气磁路。
而事实上,磁导率不满足大时,导致气隙边缘效应、空气磁路并不能疏忽,这点从仿真得到的磁场散布图中能够看出。
所以更为合理的规划方法是:先运用磁路推导的理论成果进行初步规划,然后在磁仿真中验证,这些公式的价值也在于辅导调整规划参数的方向。