返回ag娱乐网址导航 公司簡介 資質證書 聯系我們
     
  •  
 
新聞中心
當前位置:>> ag娱乐网址导航 >> 新聞中心
 
產品中心 PRODUCT





 
直流變換器中微型變壓器的電氣性能及其應用
發布時間:2018-6-22   點擊數:499 次
摘要:直流變換器中微型變壓器的電氣性能及其應用
     1、減小便攜式電子裝置體積的發展趨勢,正推動著電感器、電容器、變壓器這類無源元件在硅基片的集成。過去十年,對硅基片上磁性薄膜元件的設計ag娱乐网址导航、制造和特性進行過很多研究。已開發出的微型變壓器和電感器的制造工藝ag娱乐网址导航,多數都采用電沉積技術。有人已證明了用薄膜磁性元件與其他功率變換用元件集成的可行性。已制成了與肖特基二極管集成的薄膜變壓器ag娱乐网址导航。有人把薄膜電感器集成到集成功率開關和控制電路系統上,制成一種1W直流變換器,但達到的功率密度ag娱乐网址导航,其典型值為1W/級。其他人達到了較高的功率密度ag娱乐网址导航,他們報道的微型變壓器的功率密度22.4W/,效率為43%ag娱乐网址导航。最近,還有人報告了他們使用薄膜電感器的微型變換器,其效率高達83%,輸出功率1.5Wag娱乐网址导航ag娱乐网址导航。
     本文介紹提高功率密度和效率的新設計與制造技術。要優化微型變壓器的設計,必須有一種能夠快速評價多種變壓器設計的模擬技術。與繁瑣的數字法相反,采用分析法進行模擬。本文介紹制得的E型磁芯微型變壓器的電氣性能及其在直流變換器中的應用,把測量結果同分析模擬的數據進行對比ag娱乐网址导航。
2、 微型變壓器的設計與制作
     變壓器結構的平面圖示于圖1,這是一種E磁芯型微型變壓器,由兩個交錯運動場式電磁隔離線圈夾在磁性材料薄層之間構成ag娱乐网址导航。有人已證明,采用E型磁芯設計,比環型磁芯功率密度高。采用不同的幾何結構參數設計成變壓器系列ag娱乐网址导航,工作頻率均為5MHz。每種器件設計的詳細資料列于表1中ag娱乐网址导航。
     變壓器采用光刻和濺射ag娱乐网址导航、電鍍沉積法制作在硅基片上。用電鍍坡莫合金(),形成變壓器磁芯。用介電材料(BCB),使底部磁芯與導體絕緣。經過厚光刻膠圖形電鍍銅,制成厚43μm的繞組。然后把這種光刻膠旋涂在導體上,在導體和頂層磁芯之間形成絕緣層。最后,電鍍頂層坡莫合金,制成使頂層磁芯底部磁芯相連接的圖形ag娱乐网址导航,構成閉合磁芯。制得的微型變壓器示如圖2。把最終制成的器件切成小塊,用板上片式技術單個封裝ag娱乐网址导航。
3 、電氣性能
     封裝好的變壓器的電氣參數,用HP4195型阻擾分析儀測定。圖3繪出Bag娱乐网址导航、Cag娱乐网址导航、D、E四種微型變壓器的開路電感測量值。在所有情況下,到5MHz以前的電感量都保持恒定。磁芯最長(17mm)的變壓器D,電感值(0.9μH)最大。
4 、微型變壓器模擬
     為了徹底弄清制成的變壓器特性并能預測它們的指標,必須對磁結構進行模擬?梢杂糜邢拊(ANSOFT麥克斯韋二維法),精確預測性能指標:采用渦流場計算器,并認為磁性材料是線性的。但要探索其優化措施,還是用速度較快的模擬程序更好一些ag娱乐网址导航。因此,采用分析法來模擬變壓器。
     分析模型建立在確定變壓器等效電路模擬各單元的基礎上,其中忽略寄生電容。與頻率相關的電阻和漏感,用Dowell提出的方法計算。雖然只考慮了一維作用,但發現這種方法用于單層高寬比大的線圈是合理的。增大導體的高寬比ag娱乐网址导航,可以提高這種模擬的精確度。計算磁芯電感和電阻Rcag娱乐网址导航,采用建立在無限長薄膜內一維解麥克斯韋方程基礎上的磁芯模型。由此可以得到磁芯電感及其中的渦流損耗與頻率相關模型。分析中,不包括磁芯中的磁滯損耗。
     微型變壓器D開路(Los)和短路(Lsc)電感量隨頻率變化的測量值和用分析模型計算值之間的比較,圖中同時繪出了用有限元分析法得到的仿真值。在運用分析模型和FEA仿真這兩種情況下ag娱乐网址导航,同測量值比較ag娱乐网址导航ag娱乐网址导航,磁性材料參數必須為已知值。坡莫合金層的電導率用四點探測法測定,其磁導率根據用環形式樣測得的電感量確定。從圖4看出,開路電感測量值與模擬值十分接近。短路測量可給出微型變壓器漏感的概念。但是低頻下ag娱乐网址导航,因磁化電感量很小,磁化電阻抗也很小ag娱乐网址导航,這種變壓器不能看作為理想變壓器工作。其結果是,短路測量時部分磁化電感量(Lm)被反射。從1MHz起ag娱乐网址导航,測得的短路電感值(0.4μH)只考慮了漏感(L1);同用有限元仿真預測的漏感對比,可以確定這個漏感值。分析模擬在全頻段范圍內同測量完全相符。
     變壓器D在開路和短路中測得的和模擬的電阻值隨頻率變化的曲線進行對比。到1MHz以前,其電阻值大約為1Ω。圖中這種低電阻說明,厚銅導體涂層(43μm)是對的ag娱乐网址导航ag娱乐网址导航。超過1MHz,結構中損耗使電阻增大ag娱乐网址导航?梢跃_預測繞組的損耗。不過ag娱乐网址导航,高頻下損耗中磁芯損耗(渦流損耗和磁滯損耗)占優勢。由于這種模型不包括磁滯損耗,這就部分地說明為什么要從20MHz開始ag娱乐网址导航,此種分析模擬與測量不相符。還要注意到,在這個頻率附近器件達到共振頻率(70MHz),因此,電容作用可能使電阻再增大。
     根據上述分析可以得出結論:分析模擬法可令人滿意地表達變壓器的開路和短路特性,特別是在到5MHz實用的工作頻率范圍以內。
5 、直流變換器中的微型變壓器
     把微型變壓器D用在工作在2MHz的全橋式直流變換器中。圖6繪出測量和計算得輸入電流(Iin)與輸出功率(Pout)同輸入電壓(Vin)的關系曲線ag娱乐网址导航。當Vin=4.5V時得到最大輸出功率0.4W,之后變壓器磁芯飽和。 Vin>2V時,Iin模擬量與測量值不相符。這是因為模擬中假設材料的磁導率是線性的,而實際上,接近飽和,磁導率會減小對磁化電感的作用,因此輸入電流增大。
     變換效率,用測得輸出功率與輸入功率之比來確定。Vin>2V時,測得的效率為40%ag娱乐网址导航。模擬預測,用相同的輸入電壓可使效率達到50%ag娱乐网址导航。其間的差異,可能是因在模擬中不包括磁滯損耗引起的。根據這些測量看出,微型變壓器的功率容量和變換效率可以提高。把工作頻率提高到5MHz(最初的設計標準),在Vin=12時,模擬預測的輸出功率會達到2.2W,而在2MHz僅為0.4W。增大磁芯材料厚度,也會有利于變壓器在較高的電壓下工作。
     精確地分析損耗可以看出,由于Lm低,初級繞組損耗占優勢ag娱乐网址导航。用高寬比為2:1的導體,可以減小繞組電阻,模擬預測的效率將提高到75%。另一方面,用較厚的磁芯能解決低磁化電感問題。采用疊層ag娱乐网址导航,可以防止渦流在磁芯中產生較大的損耗。未來的工作ag娱乐网址导航,將在模型中集中考慮磁滯損耗和電容作用的問題。
來源:上海工業變壓器有限公司
 打印本頁  |   關閉窗口
 
產品目錄
油浸式變壓器 / 環氧樹脂絕緣干式變壓器 / 非晶合金配電變壓器 / 預裝式變電站 / 光伏發電用變電站 / 風力發電用變電站 / 35KV油浸式變壓器 / 特種變壓器 / 高、低壓開關柜 /
 
 
© Copyright 2018 上海工業變壓器有限公司 版權所有  電話:021-56637889  網址:http//www.kayanatin.com
ag娱乐网址导航