LLC谐振半桥变换器磁性元件平面集成技术的研究
2020-07-18
来源:小侦探旅游网
科学论坛 CAnh- ̄sc nce ond TechnOlOgy Rov1 ̄w LLC谐振半桥变换器磁性元件平面集成技术的研究 刘兴元 (苏州大学 电子信息学院江苏苏州215000) 【摘 要】随着近代电源技术的发展,开关电源高频化、小型化、低噪声以及高功率密度等方面的发展已是必然趋势。而开关电源中大量磁元件的使用对实现这一 目标非常重要。本文首先介绍了平面集成磁件的概念,研究了一种直流输入的LLC谐振变换器,然后在集成磁件通用模型的基础上分析了用于LLC谐振变换器的集成 磁件的设计,并在此基础上把该集成磁件转化成了平面集成磁件,进一步减小了磁件体积,最后对转换前后的磁件做了磁力线仿真,使我们对平面集成磁件的损耗情 况也有了一定的了解。 [关键词】LLC谐振半桥变换器中图分类号:TP 集成磁件平面变压器平面集成磁件 文献标识码:A 1∞9-914x(2009)27-0325-03 如图1所示,若没有励磁电感LⅡl,这个变压器和串联谐振变换器相同,加上 Lm后,电路特性及工作方式就完全不同了。电路中有三个无源元件:Lr、L皿、Cr,副 边是一个带中心抽头的整流电路,后接一个滤波电容,原边是一个半桥电路,也 可以用全桥电路或其它电路结构代替。 1.2集成磁件通用结构的提出[5][6] 在以前对功率变换器的集成磁件的大部分研究中,这些磁件大部分使用髓 型磁芯结构,不同之处是线圈的布置和气隙的安排。这里使用了一个带有4个线 圈的EE型磁芯的通用电路模型结构,如图2(a)所示。每个磁柱上都开有气隙。这 是一个非常通用的结构,许多PwM变换器集成磁件的设计都使用这个结构,只是 对气隙和线圈安排作一些相应的变化。 0引育 近年来人们对平面变压器和磁集成技术的研究越来越重视[1],有的已经实 现了产品化,为电源技术的发展做出了贡献。而采用平面磁性元件和集成磁技术 成为实现开关电源“短、小、轻、薄”的重要手段,近来,一些文献[2,3]提出了平面 集成磁技术的概念,而本文就是在此基础之上, 综合了平面磁件和集成磁技术 的优点,把二者结合在一起 具体来讲,就是根据LLC谐振变换器的原理,把一个 谐振电感和隔离变压器集成到一起,设计了一个平面集成磁件,为平面集成磁件 的设计提供了一个比较详细的设计方法。 1用于U 谐豢交换嚣中的集成蠢件 1.1 LLC谐振变换器 文献[4]提出了一种用于分布式供电系统的LLC谐振变换器,其电路图如图 1所示。这种变换器具有如下优点:在零到全负载范围内具有ZVS(Zero—Voltage Switching)功能,MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)关断电压低,因此变换器的关断损耗是非常低的;高输入电压下具 有高效率,可以在正常工作条件下对变换器进行最优化设计:变压器副边没有滤 波电感,副边整流管的电压应力低,其输入电压可减少到两倍:变换器的磁性器 件能很容易的集成到一个磁芯上;变压器的励磁电感也能被利用。 ∞量霎整兰 LLE谐振变换器也选用这个结构,原因是要把两个磁件集成到一起,通常需 要三条磁径。LLC谐振变换器尽管有三个磁件,但是Lm和变压器T能用一个带气 隙的变压器产生。因此进行磁件集成时只需考虑两个磁件:串联谐振电感Lr和 隔离变压器。因此EE型磁芯结构的选取是非常合理的。 在对偶原理[6]的基础上可推导出所需要的模型,并获得实际磁件结构的电 路模型。模型中的所有元件参数与实际磁件结构的参数相对应。图2(a)磁件结构 的磁路模型如图2(b)。图2(c)为等效电路模型,包括砥组理想变压器和三个电 感。 像实际变压器结构那样,两个理想变压器的线圈匝数比是相同的。-=+g-a ̄ 潮1 L王£潢氧受换器 位为b/s):1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、76800、115200、230400、 460800、921600和1382400。使用PSTOOL设置软件(通过SP1口与Pc机相连)可 MBM29LV800BA一90PBT的Flash存储器。 改变UART接口的波特率。 2.3 PCM语音口 标准的PCM语音接口采样速率为8 kHz。语音编码方式可采用CVSD(连续 可变斜率增量调制)、 律(8位)或A律(8位)。考虑到编码的健壮性,应优先选 择CVSD。 ⑧控制按钮与信号灯用户接口电路 控制按钮包括挂接电话键,音量控制键 等。 结束语 本文介绍将B1uetooth技术应用于耳机中,这种通讯方式具有非常大的应 用潜力,目前蓝牙已被许多手持设备所支持。 参考文献 与PCM语音接口有关的引脚信号有: ◆PCMSYNC设置PCM数据的采样速率: @PCM CLK设置PCM数据的传输速率.该模式支持主控方式与从方式,在主 方式条件下,蓝牙模块产生128 kHz、256 kHz和512 kHz三种时钟信号,可由 PSTOOL。进行设置: ◆FCMOUT&PCMIN接收或发送语音编码信号 _[I]Bluetooth SIG,Specification of the Bluetooth System.C0re version 1.2[S].2003. 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L0 £: (9' ,326 l科技博览 右柱上绕制变压器线圈,紧靠右柱的是原边绕组的13匝线圈,外边两层分为上 下两部分,各对应两个Ns线圈,采用两匝并联缠绕方式 。图4(b)为它的磁力线 仿真图。 (a)截面图 (b)磁力线仿真图 图5传统设计的集成磁件 把上文的集成磁件设计成平面集成磁件,首先把圆型导体转换为平面型导 体,转换时应保证导体截面积不变。先把圆导线转换成等截面积的正方形导线, 然后再把正方形导线转换成相应的铜箔导线。考虑到铜导线通过的最大电流密 度一般为3 ̄5A/mm2,平面导线铜箔为i0 ̄20A/m2,转换后,相应铜箔的截面积 仅为圆导线的截面积1/3~1/4。铜箔非常薄,如果把一个圆导体转换成一个铜箔 导体,那么铜箔将是非常宽的,这显然不适合磁件的宽度要求。 因此,可以把它分成几个等宽度的铜箔,再把这几个铜箔并联就可以了。这 样得到的集成磁件如图。N1,N。的每根导线变成两个平面导体并联,每个铜箔宽 0.6mm,厚0.2mm,对于Ns,每根圆导线可转换成5个平面导体并联,导体宽2rm, 厚0.2mm。 由于转换后绕组所占总体积减小,而且平面导体布置结构更紧凑,每根平面 导体厚0.2mm,12层平面导体的厚度为2.4mm,即使加上绝缘层厚度,与 E42/21/20磁芯的窗高(高29.6mm,宽8.65m0相比也很小的,这使得EE磁芯的 窗口利用率明显下降。而且使用髓磁芯,也不利于降低磁件的高度,下面研究把 EE磁芯转换成EI磁芯。两种磁芯参数如下 荐●t t蔫叠号 .謇麓■● 毒瞢量● t蕃 曩 ●唁摹●£ t蓐■量f呐 片I 蠢 ■- ■取^,-一 ^- 蘑' 自I— 蝴l秘 " ∞3 勰瑚 o.414 强 科|,I●f越 挪。l 225 ll翱O 2I 选用的EI磁芯是E/43/10/28。它的截面积(225m,2)和E42/21/20的截面 积(223m2)差不多,这是选用E/43/10/28最主要的原因,以保证磁件铁芯的最 大工作磁通密度小于其饱和磁通密度。 选用E/43/10/28后有效磁路长度减少较大,对集成磁件的电感量会产生影 响。但由于铁芯的三个磁柱都有气隙,所以电感量的大小主要由气隙的磁路决 定,受磁芯磁路的影响很小,可以忽略。因而选用E/43/10128后磁芯有效磁路的 减少对集成磁件的影响并不是很大。替换后,铁芯体积和质量都大大减小,达到 了减小体积和质量的目的。 选用E43/10/28后,磁芯窗宽为l1.31mm,窗高为4.55m,可设定导线厚度都 为0.15m,原边线宽0.8舶m,副边线宽2.7m。平面集成磁件结构如图5(a)。该结 构比传统磁件体积、高度、质量都小很多。图5(b)为该结构的磁力线仿真图。通过 与传统集成磁件的仿真图比较,可以看出平面集成后,磁芯的磁通密度减小。因 此集成后,磁芯损耗也将减小 。 (a)截面图 科学论坛 China scbr・∞and T ̄hnology Rev ̄w ●I 广西北部湾经济区建设需要解决的若干问题 卢伟昌 (广西上林县委党校完善,才能充分发挥龙头带动作用 【关键词】区域经济中图分类号:FI27 广西北部湾经济区 1009-914X(2009)27-0327-02 文献标识码:^ 广西上林530500) 【摘 要】根据区域经济合作及发展的基本规律,广西北部湾经济区的整体规划、基础设施建设、城市和经济发展、产业选择、改善投资环境和文化建设必须加以 目前,我国的环渤海经济圈、长江三角经济圈和珠江三角经济圈,有功 能相对完备的中心城市群,相对悠久的历史过程,密集的工业族群,辽阔而 需求旺盛的区域市场,临海和丰富的港湾资源,深厚的文化积淀。北部湾位 于太平洋西岸、亚洲大陆东南部,一水连接“两国四方”,范围包括海南省的 海口、东方,广东省的湛江,广西壮族自治区的南宁、钦州、北海、防城港、玉 林、东兴,越南的海防、河内等城市。广西北部湾经济区的区位独特,是我国 联系东南亚、沟通新马泰等国际经济区域的天然纽带:是连接珠江三角洲 经济圈、大西南地区和中部地区的枢纽:也是我国沿海开发开放最具潜力、 深具发展前景并占据龙头地位的区域经济圈。 一、建立健全广西北部湾经济区权力机构 目前的“北部湾经济合作组织”对组织成员没有权力或利益上的约束 性,是否按协调意见执行取决于相关方的意愿:由于体制的原因,区域内部 地方保护主义普遍存在,区域市场处于分割和半分割状态,资源及相关经 济要素流动与优化配置难以实现。因此,按照欧盟的区域合作的成功经验, 应该建立超越省市的权力机构和协调与监督机制 通过改造北部湾经济合作组织,使其由一个纯粹的论坛组织向具有一 定权力的协商机构转变 这一机构应该是由中央政府设立和任命的特殊的 协调机构,有相当的权威性,尤其在区域协调性事务上,应具有高于地方政 府的权威。该机构由专家和地方有关官员组成,其主要职能包括:编制广西 北部湾经济区区域发展规划。制订区域发展目标和政策,指导区域重大合 作项目建设与重大任务的推进,协调解决区域内部及与其他地区发展的重 要问题,从而协调和推动广西北部湾经济区合作的发展。 和交易中心,主要发展方向是集装箱枢纽港和客运中转中心;钦州港可发 挥其水深及大吨位泊位优势,以矿石、煤炭、石油中转为主,兼管集装箱干 支线中转:防城港以专业散杂货运输为主,兼营集装箱干支线中转和喂给。 通过整体规划、多港联动的方式,逐步形成以北海为主的物流中心,大力发 展两翼港口向北海喂给的内支线,同时建立起国际干线、次干线、近洋支 线、沿海支线所组成的长短配合的完善的集装箱运输网络,促使广西北部 湾港口协调发展。 铁路建设。在广西北部湾经济区建设总体规划基础上,从东南西北四 个方向努力,构筑环北部湾铁路网络,并使其与世界铁路网联在一起。一是 北面,尽早实现北海、钦州、防城港与湛江四城市的铁路直通,实现与广州、 深圳、香港相连,使广西北部湾经济区和珠三角经济圈联在一起。二是西南 面,加速推进黎钦、洛湛两条铁路和北海至河唇、玉林至北海的两段铁路建 设,将南昆线延至北海,实现南昆线经济带与广西北部湾经济区相通。三是 东面,尽快建成琼州海峡海底铁路,使北钦防铁路通过雷州半岛与海南铁 路网相连。三是南面,将铁路延伸到东兴、凭祥直至越南海防,与泛亚铁路 联网成为欧亚大陆桥的一部分,沟通广西北部湾经济区与东南亚市场。 公路和空港建设。广西北部湾经济区要加快北海与湛江高速公路建设 步伐,尽快建成琼州海峡公路大桥,推动越南广宁省加快芒街至下龙湾高 等级公路的修建,构筑环北部湾高速公路网络。空港建设立足南宁和北海 两个机场,继续完善其功能,开通广西北部湾地区到世界各地的包机航班, 等条件成熟的时候开通定期航班,逐步建设广西北部湾经济区空运枢纽 港。 二、规宠I完善广西北部湾经济区航运中心建设 广西北部湾经济区航运中心硬件建设包括港口、深水航道和铁路、高 速公路、空港建设;软件建设包括政策、资金、经营、管理和服务等方面 港口建设。广西北部湾经济区沿海港口之间实行专业化分工与码头、 三、科学刨建广西北部湾经济区城市群共同体 广西北部湾经济区各城市应构建优势产业体系、城镇体系、口岸体系 和边境经济合作区及出口加工区,使资源和各种生产力要素通过区域合作 达到最佳配置,获取最大利益,形成环北部湾经济带,最终建成我国沿海一 个新的经济圈。达成上述目标要全力做好以下工作: 第一,建立统一的区域市场。目前广西北部湾经济区统一市场的最大 障碍,是地方利益保护盛行,缺乏合理公正的利益协调机制。必须从体制的 层面入手解决利益协调问题,形成合理的利益共享机制和利益补偿机制。 泊位和船舶设计的标准化协作,根据北部湾原有港口布局态势和系统最优 原则,鉴于广西北海、钦州和防城港三港经济腹地更为辽阔,基础设施相对 完善,将其三港产权和经营权以资产重组的方式控制在一家有实力的专业 港务集团手中,进行整体规划开发和经营管理。其中,北海港作为航运中心 —一 ●, 一 … ,暑 ≤羞篓莹 ■—■■—● 、 i L— ,_■_-■ ■孽 t= =— 嚣 # 。。 器.[J].电工技术学报,2002(1). 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