开关电源中磁集成技术的应用研究
基于ZVS半桥变换器的磁集成研究
广 一
Ｔ ７
Ｎｐ＝ ＝ｎ Nhomakorabea（ ２ ）
改造后 的变换器在工作 的过程 中，通常是按照周期执行 的 ， 那么一个 － Ｖ 作周期 分 为 四个 阶段 ，又可 以称 为 四个工 作模 态 ， 其 中重 要 的 波形 如 图 ２所示 。
Ｖｌ ｎ
—
Ｖ０ ‘ ｎ
ｉ Ｌ ｒ（ ｔ ） ＝ｉ （ ｔ ｏ ） 十三—
ｌＪ ｒ
（ ｔ — ｔ ０ ）
（ ３ ）
ｃ 、ｃ ： ，谐振的电容值 是两个值相 等的 Ｃ ， 、Ｃ ，谐振 的电感 值
是Ｌ 。因此 ，符合下 面基本关系式 ：
（ ２ ）工作模态 Ｂ ［ ｔ 一ｔ ： ］ 如果此时的模态是发生 ｔ 。 ，此刻正是 Ｓ 。 在断开的时候 ，串 联谐振的产生正好发生 在谐振 电容 、电感两者 之间 ，Ｃ 会源源 不断对外界的放 电，相 反 Ｃ 会接 受它产 生的 电。此时 ｃ 生成 的ｕ 也会慢慢 的减小 ，直到减小为 ０ 。在 电容 Ｃ ， 两端产生 的电 压ｕ 相反 上升最后为 ｖ 。原 因是 ｓ ， 处 于导通过程 中，ｃ ，的 电压一直为 ０，因此 ，无论什么时候将 Ｓ 断开 ，全是零 电关断 。 这时 Ｄ 随 Ｓ ． 断开而关断。死 区时间就是 当 Ｓ ： 处于导通前 的时 间 ，Ｄ ． 、Ｄ 全处 于不通 状态 ，Ｃ 。所 生成 的能量 全部都 给 了负 载 ，Ｃ ， 、Ｃ 、ｖ 以及 Ｌ 正好形成 了一条密封的回路 。当 Ｓ ． 处于 断开时可知 ：
本 方案 的 可 行 性和 正确 性 。
关 键 词 ：平 面磁 集 成 ；开 关 电 源 ；半桥 变换 器
抗emi磁性元器件在开关电源中的应用
抗emi磁性元器件在开关电源中的应用
近年来，随着电子工业的进步，电压和冲击现象的普遍出现，电磁兼容性（EMC）问题的频率不断增加。
特别是在开关电源的应用中，抗EMI磁性元件的应用越来越重要。
开关电源在抗EMI领域的应用和发展势头日益蓬勃。
除了传统的调节和滤波外，抗EMI磁性元器件的技术也发挥着至关重要的作用。
具体来说，抗EMI磁性元件可应用于供电、共模抑制器、EMI滤波器、射频滤波器、抑制杂散电流器、变压器和卷绕元件以及许多其他应用中。
抗EMI磁性元器件的应用，可以帮助开关电源在抗EMI领域取得巨大的成功。
它使开关电源的整体EMI性能得到显著提高，特别是能够充分消除EMI噪声，进而提高电子设备的工作效率。
此外，抗EMI磁性元件可以解决传统调节和滤波无法有效解决的EMI交叉问题，从而使系统中的电磁兼容性有效降低。
此外，抗EMI磁性元件的优点还在于它的容量可随环境温度的变化而变化，而调节和滤波元件的容量则是固定的，不便于使用。
总之，抗EMI磁性元件在开关电源的应用中的作用越来越重要，它可以帮助系统达到最佳的电磁兼容性，同时在空间和能耗上又有所减少，可以在一定程度上提高设备的性能和寿命。
磁集成研究小结
第一章，1.,
15
推导新的DM-CDR电路1
b
ip a
i2
e D2
Np
NS
d
+ Vo 得到解耦
Np
NS b
i1
c D1
集成磁件 ip
a
i2 e D2
NL
* Ns
* D2
+
Co
Vo
LOAD
+
*
Np
Vin
*
Np
Q1
*Ns
*
Np Np
*
Ns
D1
D2
*
+ Co
IM正激变换器之一
IM正激变换器之二
LOAD
*
+
*
Dr
Vin Q1
Np
Np
* is
Ns
D2
*
NL
+
Co
D1
IM正激变换器之三
10
已有的推导实例
Ed. Bloom的推导过程：
① 分析DM变换器中磁件的磁通，建立相互关系，以便于集成； ② 画出IM在各个时段的磁路结构； ③ 加入开关器件，整合各个时段的磁路结构，完成整个变换器 的连接； ④ 运用磁件变换方法得到多种IM，相应得到多种IM变换器。 缺点： ①步骤较多，不够简便、直接； ②需要分析具体电路中磁件的磁通关系； ③各个时段磁路结构的整合有一定难度。
Np
NS
d
+ Vo
Np
NS
磁集成技术
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。
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。
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。
开关电源用电力电子集成模块分析
开关电源用电力电子集成模块分析随着社会科技的不断发展，在控制、电路、器件等方面，电力电子技术都得到了极大的应用，技术手段也日益丰富。
不过，由于电力电子装置具有较高的技术性能要求，因而往往存在设计成本高、设计周期长、设计难度大等问题，对于电力电子技术的发展产生了较大的限制。
对此，可采用集成模块的方式进行解决，可以极大的提高开关电源的性能，从而推动该领域技术的更大发展。
标签：开关电源；电力电子；集成模块前言人们对电能的利用方式，由于电力电子技术的出现而发生了改变。
不过，由于在设计制造电力电子装置的过程中，采用的是非标准元器件，因而设计周期长、劳动强度大、可靠性不足、生产成本高。
而电力电子集成模块的出现，有效的解决了这些问题，使得电力电子技术能够得到更为良好的应用。
尤其是在开关电源当中，通过对电力电子集成模块的应用，取得了更为理想的效果。
1 电力电子集成技术1.1 集成概念电力电子集成技术指的是在一个集成模块当中，对电力电子装置中的保护电路、控制电路、驱动电路、功率器件等进行封装，从而使形成的元器件具有更为良好的通用性和更加完整的功能。
通过对电力电子集成模块的应用，能够根据不同的应用目的、性能要求等，对电力电子系统、电力电子装置等进行更为灵活、方便的构造。
1.2 集成方法在电力电子技术的集成当中，单片集成技术是一种主要的方式，利用统一的技术、工艺对需要进行集成的元器件进行加工，并且在同一片硅片中进行集成。
在信息电子技术领域中，单片集成技术的应用效果较为良好，在一个芯片中，基于足够小的线宽、足够高的集成度，能够对任何复杂的电子系统进行集成[1]。
但是，如果电力电子电路中存在电流大、电压高等特点，单片集成技术将会出现一些问题，难以充分的发挥作用。
对于这种情况，可以采用混合集成技术，在同一个模块当中，通过对不同硅片的封装而形成元器件。
在实际应用中，混合集成技术也发挥着重要的作用，例如通过封装高速缓存、处理器内核，形成的处理器等。
最佳拓扑DC-DC变换电路的磁集成
方法1：通过提供低磁阻磁路实现 解耦
I1
I2
N1 N2
R1 IN1
R2 R0 =0
IN2
图4 解耦磁集成方法1的磁芯结构和等效磁路
方法2：通过完全抵消绕组间的耦 合作用来解耦
LA
Hale Waihona Puke N3N1LB N2
R1 IN1
R2 R3
IN2
（a）
图5 解耦磁集成方法2的磁芯结构和等效磁路
（b）
关键词：CUK变换器 磁集成 耦合磁集成 解耦 磁集成
介绍
磁性器件是开关型变换器的重要组成部分 [2]。
所谓集成磁件，就是把开关变换器的所有 磁性器件 （如电感器和变压器）从结构上 集中在一起，用一个磁性器件实现。
磁件集成的优点。
磁件集成概念的提出
最早的集成磁件是用于滤波电路中的耦合 电感。
1971年 ，磁件集成的概念初步显现，磁集 成技术也进入了多种磁件集成的时代。
CUK变换器中的磁集成。 耦合磁集成和解耦磁集成。
CUK变换器中输入、输出两电感集 成的方法
电感耦合磁集成法 ：就是把CUK变换电路 中的两电感耦合到一起，通过设定一些参 数达到磁集成的目的。
解耦磁集成法 ：通过对线圈和磁芯的合理 安排，使两个分离电感在集成后互相不产 生耦合作用。这样，两个电感就不会相互 影响，从而达到磁集成的目的。
最佳拓扑DC-DC变换电 路的磁集成
摘要
本文针对目前开关变换器向“小、薄、轻” 发展的趋势[1]，介绍了CUK变换器中输入电感和输 出电感相集成的三种方法，提出了耦合磁集成和 解耦磁集成的概念，通过集成可达到减小变换器 体积、减少磁芯数量和重量的目的，从而为开关 变换器向“小、薄、轻”方向发展提供了一个行 之有效的方法。
基于ZVS半桥变换器的磁集成研究
基于ZVS半桥变换器的磁集成研究摘要：利用平面磁集成技术把分立的谐振电感和变压器布置在同一平面磁芯上来减小开关电源中磁件的数量和体积。
本文主要讨论集成的zvs半桥变换器的工作原理，设计并研究谐振电感和变压器的集成方案。
通过仿真和仿真结果来证明本方案的可行性和正确性。
关键词：平面磁集成；开关电源；半桥变换器1.引言电力电子技术的应用在不断的成熟发展，低损耗、高可靠性、高频化已经成为开关电源变换器的发展方向。
生产短、小、轻、薄的开关电源是每个开关电源制造商的目标。
要实现以上的目标的重要因素要有高频化的开关频率。
开关电源如果具备高频化可以带来许多优势。
例如：可以使低次谐波输出减少；噪声降低；输出波形逼近正弦波等。
然而开关频率不能太高，制约它的因素有以下几方面：（1）频率越大开关损耗就越大；（2）由于开关在通断的时候会引起电流尖峰和电压尖峰，容易导致开关电压和电流产生突变，确保不了开关电源的运行的稳定性能，同时还会减少其工作年限；（3）二极管由开到断的过程中，有一段时间叫做反向恢复时间，此期间二极管继续在导通状态，如此期间开关管导通，会造成直流电源的瞬间短路，生成巨大的冲击电流，这样会导致二极管以及开关管的能耗短时间内迅速升高，甚至会破坏元件[1]。
2.集成变换器的工作性能分析软开关技术没有在ac-dc变换器中得到广泛的使用，硬状态时很多开关管的绝大多数的工作状态，这样是会降低它的工作年限，还会减少变换器的工作效率。
这里重新设计了以往的板桥变化器，把两个谐振电容和开关管进行并联，将谐振电感加入变压器原边处[2][3]。
此时电感和变压器设计同一电路中，平面磁集成技术将二者融合在一起，如图1所示为其简化的等效电路图。
将变换器重新设计改造后，不计较输入端和输出端的一系列因素，例如，过压保护，过流保护等。
图1的s1与s2都是理想开关管，s1、s2交替导通，占空比低于50%。
分压电容等于c1、c2，谐振的电容值是两个值相等的c3、c4，谐振的电感值是lr。
开关电源转换器高频磁元件.
开关电源转换器高频磁元件开关电源转换器高频磁元件类别：电源技术高频开关电源使用的磁性元件9是一种强非线元件，在高频下运行，其材料、结构形式和性能，都不同于一般工频磁性元件，有许多问题需要研究。
1）平面磁心及平面变压器技术平面变压器适用于薄型（Low Profile）高频开关变压器，其厚度小于1 cm，呈扁平状。
平面变压器要求磁心、绕组都是平面结构，如图1所示。
绕组采用铜箔或板型印制电路，省去绕组骨架，有利于散热，漏感LLK小，集肤效应损耗小，用于便携式（Portab1e）电子设各电源及板上电源。
平面变压器的性能与诸多因素有关，如绕组结构与布置端部设计、铜片厚度、磁心几何尺寸等。
现在国际上正在用二维有限元法研究Rac和L1k均为最小的绕组结构，并开发平面变压器的优化设计软件等。
如图1 平面变压器据报道，国外已有多家公司开发了平面变压器。
5 MI～20kW平面变压器的体积及功率密度仅为传统高频变压器的⒛％，一个手提箱内可以放总功率达几十千瓦、十几种平面变压器。
效率97％～99％；工作频率50 kHz～2 MHz，漏感小于0.2％；EMI小。
2）集成磁元件将多个磁元件（如变压器和电感）集成在一个磁心上如图2所示，称为集成TL磁元件。
研究磁集成和磁电集成有助于磁路的小型化，降低损耗、减小寄生参数，也便于开发集成电力电子系统。
最早开发的是几个电感集成，称为LL集成；变压器与电感的集成称为TL集成；电感、电容和变压器的磁电集成称为LCT集成。
平面磁心及平面变压器技术的开发研究，有利于集成磁技术的发展。
如图2 集成TL磁性元件的例子国外已有集成磁元件（Integrated Magnetics，IM）转换器，如50 W，5 V及15 V两路输出的正激IM转换器，100 kHz，变压器和输出滤波电感集成在一个磁心上；又如，应用混合功率封装技术和集成磁技术使航空用0.5 MHz，薄型100 W半桥式DC/DC 转换器的厚度仅为0.21in，功率密度达150 W/in3。
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开关电源中磁集成技术的应用研究
开关电源中磁集成技术的应用研究
近年来，随着科技的不断发展，电子设备的需求量呈现出爆发式增长的趋势。
而开关电源作为电子设备中不可或缺的部分，其性能的优化与创新对整个电子行业的发展起到了至关重要的作用。
在众多关键元件中，磁性元件如变压器和电感等在开关电源中的应用尤为重要。
本文将对开关电源中磁集成技术的应用进行研究和探讨。
一、磁集成技术的背景和意义
磁集成技术是一种将不同磁性元件整合在一起，形成一个磁性集成模块的先进技术。
相比传统的分立磁性元件，磁集成技术的应用可以提高开关电源的功率密度和效率，同时降低尺寸和成本。
这对于满足现代电子设备对小型化、高效化和便携性的要求具有重要意义。
二、磁集成技术的原理与方法
1. 磁性元件的整合：通过将多个磁性元件如变压器、电感等整合在一起，实现功能的综合、尺寸的缩减和互连的优化。
这些磁性元件通过集成技术可以在一个封装内的一体化设计，减少了元器件之间的互联和布线长度，从而提高了开关电源的性能。
2. 电感耦合技术：在磁集成技术中，电感耦合技术是一种重要的实现方式。
通过将多个电感串联或并联在一起，形成一个更大的电感器。
这种方式可以减小磁性元件的数量，提高电感器的效率和频率响应，进而提高整个开关电源的性能。
3. 磁性材料的创新：在磁集成技术的研究中，磁性材料的选择和创新也是至关重要的。
通过选择具有较高饱和磁感应
强度、较低矫顽力和较低损耗的磁性材料，可以提高磁性元件的性能，并减小开关电源的体积。
三、磁集成技术的应用领域和前景
1. 智能手机和平板电脑：随着智能手机和平板电脑的普及，对于电池寿命和充电速度的要求越来越高。
磁集成技术可以在有限的空间内实现更高效的电源转换和充电，从而提高电池的寿命和充电速度。
2. 电动汽车和能源储存系统：电动汽车和能源储存系统是近年来快速发展的领域。
磁集成技术可以提高电动汽车的能源转换效率和快速充电能力，从而提高整车的续航里程和使用便利性。
3. 医疗设备和航天航空器材：在医疗设备和航天航空器材中，对于体积小、重量轻和高可靠性的要求十分严苛。
磁集成技术的应用可以实现开关电源的小型化和高效化，满足这些领域的需求。
总之，开关电源中磁集成技术的应用具有重要的意义和广阔的前景。
通过磁集成技术，可以提高开关电源的功率密度和效率，降低尺寸和成本，满足现代电子设备对小型化、高效化和便携性的要求。
随着科技的不断进步，相信磁集成技术将在未来有更广泛的应用
综上所述，磁集成技术在开关电源中的应用具有重要意义和广阔前景。
通过选择优质磁性材料和创新设计，可以提高磁性元件的性能，同时降低开关电源的体积。
磁集成技术在智能手机、平板电脑、电动汽车、能源储存系统、医疗设备和航天航空器材等领域有广泛应用。
通过实现更高效的电源转换和能源转换，可以提高设备的性能和使用便利性，满足现代电子设
备对小型化、高效化和便携性的要求。
随着科技的不断进步，磁集成技术将有更广泛的应用。