功率磁性器件优化设计
GaN 器件的高效率高功率密度LLC 谐振变换器的优化设计
DENG Xiao⁃xiang,LIU Yu,ZHAG Wei⁃jie
(College of Electrical and Control Engineering, Heilongjiang University of Science and Technology, Harbin 150022, China)
器 件 ,可 以 在 较 高 的 开 关 频 率 下 提 高 电 路 的 效 率 和 功 率 密 度 。 在 分 析 LLC 谐 振 变 换 器 的 开 关 过 程 和 建 模 的 基 础
上,利用 LTspice 仿真软件对 LLC 谐振网络参数进行仿真分析,优化了原边开关器件死区时间,改进了谐振参数设
实验平台对样机进行实验验证,实验结果表明,样机达到了高效率、高功率密度的目标要求。
1
LLC 谐振变换器的特性与工作过程分析
对称半桥 LLC 谐振变换器是将串联谐振电容拆分成两个等容量谐振电容串接在电路中。相对于非对
称 半 桥 结 构 谐 振 变 换 器 ,改 进 的 对 称 半 桥 结 构 变 换 器 的 谐 振 电 流 纹 波 有 明 显 改 善 ,谐 振 腔 电 流 波 形 更 接 近
果表明采用 GaN 器件作为谐振变换器开关器件,相较文献[9-10]中采用传统 Si 器件整机开关,前者的频率
和 效 率 明 显 提 高 ,且 样 机 体 积 明 显 减 小 。 文 献[4]和 文 献[7]基 于 GaN 器 件 非 对 称 半 桥 LLC 谐 振 变 换 器 后
级整流电路使用同步整流技术,整机效率相对于不控整流电路效率有显著提升。
imental results verify the feasibility of the scheme design.
S波段3.1MW磁控管磁路优化设计
•研究与设计•S波段3.1MW磁控管磁路优化设计杨金生,谢磊(中国电子科技集团公司第十二研究所,北京100015)Optimization Design of Magnetic Circuit for an S-band 3. 1 MW MagnetronY A N G J in-sh e n g,X IE L e i{China Electronics Technology Group Corporation No.12 Research Institute,Beijing 100015 ,China) Abstract:In o rd er to solve t h e in co o rd in atio n pro blem b etw een th e electro m ag n et and th e S-band 3. 1M W m a g n e tro n,th e m agnetic field d istrib u tio n in m a g n etro n in te ractio n space is tested. T h e te st show ed th a t th e an g u lar d istrib u tio n is u n ifo rm,th e radial m agnetic field changes little,w hile field vib ratio n is m ore th a n40%. E lectro m ag n etic sim ulatio n so ftw are is used to optim ize th e m agnetic pole shoe design. T h e axial m agnetic field v ariatio n of optim ized stru c tu re is w ith in10%,w hich m akes b e tte r sp ectru m quality and m ore stab le w ork.Key words:M a g n e tro n,S-b a n d,3. 1 M W,M agn etic circuit o ptim ization摘要:针对S波段3. 1M W磁控管电磁铁与磁控管的配合问题,对磁控管互作用空间磁场分布均勻性进行了测试,通过测 试发现磁控管互作用空间角向磁场分布均勻,径向磁场分布变化不大,轴向磁场变化超过40%;采用电磁仿真软件对磁控管内导磁极靴进行了优化设计,磁控管互作用空间轴向磁场变化可控制在10%以内,使磁控管频谱质量更好,工作更为稳定。
有源功率因数校正电路中磁性元件的设计
闭合磁路的金属磁粉心磁环是最合适的,因为这三种磁心
材料在偏磁场下具有极好的电感量保持能力。
3.3 尖峰抑制器的设计
尖峰抑制器要求铁芯材料具有较高的磁导率,以得到较
大的电感量;高矩形比可使铁芯饱和时,电感量应迅速下降
到零;矫顽力小、高频损耗低,否则铁芯放热不能正常工作。
0 引言十分重要的磁性元件,如图2所示(以ZVT有源软开关PFC
随着当前人们对电源质量的要求不断提高,绿色能源
电路为例)。
的呼声越来越高。因此能够抑制谐波污染,提高电源质量
的有源功率因数校正技术(APFC)的应用日益广泛,对其
的性能要求也是不断提高。磁性元件是构成各种电力电子
装置的重要基础,在有源功率因数校正电路(APFC)磁性
(2)磁心规格的选择
用AP法来确定磁芯的规格。
电感器可储能量: (4)
计算面积积AP值: (5)
其中:.. BW为工作磁感应强度,取.. BW =0.4T,.. K0为窗口面
积使用系数,一般取为0.4,.. J为电流密度,取500A/cm 2。
根据计算的AP值,然后查磁心手册,取AP值略大于
元件中,磁心材料、型式的选择以及磁性元件的具体参数
设计同样对电路的性能有极大的影响。
针对APFC电路中磁性元件的重要性,本文以最常用
的BOOST PFC电路为例,指出了其中磁性元件的类型和适
图1 基本的BOOST PFC电路中的磁性元件
用的磁心材料,并给出了各个磁性元件的详细设计方法。
在一个磁芯上绕制两组电流方向相反的导线。
设计要求是滤波器在500KHz~10MHz之间提供最小为
4功率_高压_高频变压器的串联优化设计
4功率_高压_高频变压器的串联优化设计高压高频变压器是一种常见的电力转换设备,用于将输入电压转换为输出电压,通常用于工业生产、医疗设备、通信设备等领域。
串联优化设计可以提高变压器的性能和效率,本文将从四方面介绍高压高频变压器的串联优化设计。
一、磁路设计高压高频变压器的磁路设计是提高变压器性能的关键。
磁路设计应考虑到磁路的导磁性能、铁损耗和漏磁损耗等因素。
导磁性能可以通过选择高导磁材料和合理设计磁路截面积来提高,铁损耗可以通过合理设计磁路长度和材料厚度来降低,漏磁损耗可以通过绕组的合理布局和磁路屏蔽来减小。
二、绕组设计绕组设计是高压高频变压器的另一个重要方面。
绕组的合理布局可以减小绕组的电阻和电感,提高变压器的效率。
绕组采用多层绕组,可以减小绕组的尺寸,提高变压器的功率密度。
绕组的选择应考虑到高频信号的传输特性,采用较短的导线和合理的绕线方式,减小电阻、电感和串扰等因素的影响。
三、冷却设计高压高频变压器在工作过程中会产生大量的热量,因此冷却设计是必不可少的。
合理的冷却设计可以提高变压器的散热效果,保证变压器的稳定工作。
常见的冷却方式包括自然冷却、强迫冷却和液冷却等。
自然冷却适用于功率较小的变压器,强迫冷却适用于功率较大的变压器,液冷却适用于要求散热效果更好的变压器。
冷却设计时应注意选择适当的散热介质、合理布置散热器和风扇等。
四、绝缘设计高压高频变压器工作时会产生高电压和高频电场,因此绝缘设计是非常重要的。
绝缘设计应考虑到变压器的工作电压和频率,选择合适的绝缘材料和绝缘结构。
绝缘材料可以采用绝缘纸、绝缘漆等,绝缘结构可以采用缠绕、层间隔离等方式。
绝缘设计时还应注意绝缘层的厚度和抗击穿能力,以确保变压器的安全运行。
总结:高压高频变压器的串联优化设计是提高变压器性能和效率的重要手段。
通过磁路设计、绕组设计、冷却设计和绝缘设计的优化,可以提高变压器的导磁性能、减小损耗、提高功率密度、提高散热效果和确保安全运行。
电源变压器的导磁材料与磁路设计优化
电源变压器的导磁材料与磁路设计优化导磁材料与磁路设计是电源变压器中非常关键的部分,它们直接影响着变压器的性能和效率。
在不考虑政治问题的前提下,本文将从导磁材料的选择和磁路设计的优化两个方面进行论述,以帮助读者更好地理解和应用这些概念。
导磁材料的选择是电源变压器设计中的重要一环。
导磁材料应具备较高的磁导率和饱和磁通密度,能够有效地导引磁场、减少能量损耗和热量产生。
常用的导磁材料包括硅钢片、镍锌铁氧体和铁氧体等。
硅钢片是目前应用最广泛的导磁材料之一。
它由薄铁片组成,具有较高的导磁性能和低的磁滞损耗。
硅钢片通常通过堆叠和交替排列来组成导磁芯或磁路,以增强导磁性能和降低磁滞损耗。
在选择硅钢片时,需注意其材料的磁滞特性、饱和磁化强度和导磁性能等因素,以保证电源变压器的工作效率和性能。
镍锌铁氧体是另一种常用的导磁材料,其具有较高的磁导率和饱和磁通密度。
相比硅钢片,镍锌铁氧体的材料成本较高,但其优点是具有更高的工作频率范围和较小的磁滞损耗。
镍锌铁氧体通常用于高频变压器和开关电源等应用中,以满足高效率和小尺寸的要求。
铁氧体是一种具有较高磁导率和较低饱和磁通密度的导磁材料。
由于其材料成本相对较低,铁氧体被广泛应用于大功率变压器和电感器等领域。
虽然铁氧体的磁导率较硅钢片和镍锌铁氧体要低,但在特定频率下,铁氧体具有较好的导磁性能和较小的损耗。
导磁材料的选择还要考虑安全性和环境因素。
一些导磁材料可能含有有毒物质或对环境有害。
在应用中,需要选择符合国家和环境标准的导磁材料,以确保电源变压器的安全和可持续发展。
除了导磁材料的选择外,磁路设计的优化也是电源变压器设计的关键环节之一。
磁路设计是指通过合理的结构设计和磁路参数优化,使得磁场能够有效地传输和集中,减少漏磁损耗和劣化。
以下是几个优化磁路设计的要点:首先,选择合适的磁路结构。
磁路结构的设计应考虑导磁材料的特性和应用需求。
常见的磁路结构包括核型(E型、U型)、电感式和变压器式等。
无极灯电源中磁路优化设计的研究
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路是构成无极灯电源 的核心 电路 , 其所包 含的磁 性 元 件也是 作 为高频 发生 电路 中谐 振 电路 的关键 性器件, 磁 性材 料 的参 数 及 性 能 对 无 极灯 电 源 的 可靠性 、 寿命长度以及稳定性都具有重要影响。 通常 , 我国使用 的高频无极灯电源的工作频
) B3 / 3 2 V DB3 , 3 2 V
点炎电 路
高频路 优 化 设 计 图
2 . 2 高频发 生器 工作 频 率的选取
发热量增大, 而铁氧体磁芯也会随其温度的增加
而造成磁饱和度下 降, 从 而导致高频发生器出现 电路失谐的问题 , 严重时甚 至会引发无极灯的损 坏或 熄灭 。为 此 , 应 做 好无 极 灯 电源 中 的磁路 优 化设计 , 并重点解决磁性材料 与其它器件之间的 参 数 匹配 问题 。
中 图分 类 号 : 文献 标 识码 : B 文章编号 : 1 0 0 1 — 2 1 8 4 ( 2 0 1 3) 0 6 - 0 1 1 8 - 0 2
在提倡低碳经济的今天 , 我们 更应 注重节能
型 新型 光源 的推广 和使 用 。无极 灯是 高频 无极 放 电灯 的简称 , 其作 为 当前 照 明领域 中 的一 种 新 型
X波段大功率磁控管优化设计的开题报告
X波段大功率磁控管优化设计的开题报告1. 题目X波段大功率磁控管优化设计2. 研究背景和意义磁控管是一种可以将低功率信号变为高功率信号的器件。
在无线通讯和卫星通信领域,大功率磁控管广泛应用于发射机和放大器中,为信号的较长距离传输提供了必要的能量保障。
X波段作为电磁波的一种,具有不同于其他频段的优势,可以被广泛应用于空间通讯、雷达系统、天线等领域。
而X波段大功率磁控管的优化设计,对于提高通讯能力、提高可靠性和降低成本都有着重要的意义。
3. 研究内容和方法本文主要研究X波段大功率磁控管的优化设计,包括以下几方面:1)大功率磁控管模型建立:在Matlab软件中搭建大功率磁控管模型,包括电子轨道模型、电场模型和磁场模型,提高模型的准确性和可靠性,为后续仿真分析提供基础。
2)参数优化设计:通过有限元仿真分析等方法,优化磁控管的关键参数,包括磁场强度、电子束流密度、阳极材料的选择等,使得磁控管性能达到最佳状态。
3)磁控管封装设计:设计合适的封装形式,保证磁控管的稳定性和可靠性,在达到指定功率时不出现故障,同时尽可能减小体积和重量。
4. 预期成果和意义通过对X波段大功率磁控管的优化设计,预期可以达到以下成果:1)设计出性能较优的X波段大功率磁控管,使得其具有更高的传输功率和可靠性,提高通讯和卫星传输等方面的技术水平。
2)提出一种较为完整的X波段大功率磁控管优化设计方法,为类似设备的设计研发提供参考和借鉴。
3)推动我国通讯和卫星通信等领域的技术发展,提高我国相关领域的国际竞争力。
5. 研究进度安排第一年:1)调研和文献研究,对X波段大功率磁控管的相关技术和研究现状进行深入了解。
2)磁控管模型建立和仿真分析,建立准确的磁控管模型,并进行仿真分析,确定优化方向和方法。
第二年:1)关键参数优化设计,通过有限元仿真分析等方法,对磁控管的关键参数进行优化,提高磁控管的性能。
2)封装形式设计,根据优化后的磁控管,设计合适的封装形式,提高磁控管的稳定性和可靠性。
磁性材料性能调控研究:磁性材料的设计与优化方法
磁性材料性能调控研究:磁性材料的设计与优化方法引言:磁性材料是一类具有磁性的特殊材料,它们在许多领域中发挥着重要作用,包括能源、信息技术、医学等。
磁性材料的性能与其微观结构密切相关,因此,对磁性材料进行性能调控研究对于实现其更广泛的应用具有重要意义。
本文将从物理定律的角度出发,详细解读磁性材料的性能调控方法,并探讨其在应用和其他专业性角度上的意义。
一、磁性材料的磁性定律如今,我们对磁性材料的理解和掌握已经相当深入。
其中,最基本的磁性定律是安培定律和居里定律。
1.1 安培定律安培定律是描述电流与磁场之间关系的基本定律,它规定了通过一条导线的电流产生的磁场的大小与电流强度的关系。
在实验中,我们可以利用电磁铁来产生磁场,然后通过改变电流的强度来调控磁场的大小。
1.2 居里定律居里定律是描述磁性材料在外加磁场作用下的磁化行为的定律。
它表明,在外加磁场作用下,磁性材料会表现出磁化的特性。
通过调控外加磁场的大小和方向,可以对磁性材料的磁化程度进行控制。
二、磁性材料性能调控的实验准备在对磁性材料的性能进行调控研究之前,我们需要做一些实验准备工作。
2.1 样品制备首先,我们需要准备磁性材料样品。
常见的磁性材料包括铁、钴、镍等,它们可以通过化学合成、熔融法、沉积法等方法得到。
2.2 实验器材和仪器在实验过程中,我们需要一些基本的器材和仪器,如交变电源、磁场调节器、相对磁导计、磁力显微镜等。
这些仪器和器材可以帮助我们精确地观察和测量磁性材料的性能参数。
2.3 实验环境控制为了保证实验的准确性和可重复性,我们需要控制实验环境。
这包括控制实验温度、湿度等条件,以及消除外部磁场等干扰因素。
三、磁性材料性能调控的实验过程在上述实验准备工作完成之后,我们可以开始进行磁性材料的性能调控实验。
下面将以磁化行为调控为例,介绍实验的具体过程。
3.1 实验方案设计在进行实验之前,我们需要根据具体研究目的和问题设计实验方案。
例如,我们想要研究不同温度下磁性材料的磁化行为,那么我们需要设计不同温度下的实验组,并确定所使用的磁场强度和方向。
磁性材料热处理工艺的优化设计
磁性材料热处理工艺的优化设计神经网络作为一项新兴技术,在各行各业得到了广泛应用。
神经网络已广泛用于有机、无机和金属材料研究工作。
神经网络技术应用于金属材料各领域得到了广泛应用。
在金属材料的应用领域中,热处理工艺中采用典型的试错法,存在程序繁琐、耗时和成本高的问题,神经网络在磁性材料的应用中存在环境不可控因素等,神经网络应用越来越广泛,也发现了一些应用缺陷。
随着材料科学和计算机科学的发展,人工神经网络提供了优化过程的可能性。
例如Nd-Fe-B等材料,通过神经网络研究了永磁合金的热处理工艺优化。
近年来由于BPNN等神经网络已成功应用于神经系统,神经网络在模式识别、智能控制、组合优化和预测等领域的应用,适用于生产过程中的物理性质构建,以形成非线性系统的预测。
基于神经网络构建起神经网络体系,做好软磁材料热处理工艺的优化,提升神经网络技术在金属材料领域的应用效果。
本文对磁性材料热处理工艺的优化设计工作进行了探析。
1 实验方法和条件基于Nd-Fe-B的人工神经网络(ANN)形成了并行工作,形成了复杂的系统网络。
基于神经网络的应用使用当前应用较为广泛的MatLab软件,在神经网络领域建立起神经网络工具箱(NNbox),以解决神经网络计算工作量问题。
在当前发展环境下人工智能、大数据技术、互联网+等技术的拓展,是络技术有了长足发展,基于神经网络数据构建形成非线性映射,无需建立任何经验公式。
磁性材料热处理工艺优化设计工作中要做好实验方法应用工作及构建工作。
磁性材料热处理工艺优化中使用合金材料,使用含有稀土的硅铁硼合金材料,做好母合金在感应炉中的熔化工作。
2 软磁合金BYR1热处理工艺做好软磁合金BYR1热处理工艺处理工作,做好软磁合金材料的制作工作,以形成阀芯、铁挡板、导管和线圈骨架的管理工作。
软磁合金BYR1热处理工艺是提升火箭发动机电磁阀的主要部件,基于软磁合金BYR1热处理工艺,做好制造过程的控制工作,以实现电磁阀功能。
新型半导体磁存储器件的设计与优化策略
新型半导体磁存储器件的设计与优化策略随着信息技术的发展,存储器件作为计算机系统重要的组成部分,面临着越来越高的要求。
为了满足大容量、高速度和低功耗等多方面的需求,新型半导体磁存储器件应运而生。
本文将探讨新型半导体磁存储器件的设计与优化策略,介绍其中的关键技术及其应用。
一、新型半导体磁存储器件的分类及特点新型半导体磁存储器件主要包括磁随机存取存储器(MRAM)和磁阻存储器(RRAM)。
MRAM采用磁性材料存储数据,具有快速读写速度、非易失性、低功耗等特点;RRAM则利用电阻变化来存储数据,具有可扩展性、快速响应时间和较低的能量消耗等特点。
二、新型半导体磁存储器件的设计原理1. MRAM的设计原理MRAM将磁性材料分为两个相反的磁区,通过外部电流改变磁性材料的磁化方向从而存储数据。
其关键技术包括磁性材料的选择、磁隧道结构的设计以及磁场和电场控制等。
2. RRAM的设计原理RRAM利用电阻态和导电态之间的转变来存储数据。
通过控制电压大小和施加电场,可以改变电阻值,从而实现数据的存取。
其关键技术包括材料选择、电极结构设计以及电压脉冲的控制等。
三、新型半导体磁存储器件的优化策略为了提高新型半导体磁存储器件的性能,以下是几种常见的优化策略:1. 材料选择的优化针对MRAM和RRAM,选择具有合适磁性或电性质的材料至关重要。
磁性材料要具有较高的翻转磁化容易度和翻转稳定性,电阻材料则要具有可快速转换的电阻变化特性。
2. 结构设计的优化磁存储器件的结构设计对其性能有重要影响。
通过优化磁隧道结构、电极结构以及薄膜堆叠等方面,可以改善存储器件的读写速度和稳定性。
3. 控制电压和电场的优化合理的电压控制和电场施加对于新型半导体磁存储器件的工作稳定性和能量消耗等方面很重要。
通过提高电压稳定性和施加合适的电场,可以提高存储器件的可靠性和响应速度。
4. 热噪声的优化新型半导体磁存储器件在高温环境下容易发生热噪声,影响其性能。
高效能磁性新材料-优化电感设计
Part Number Number of Cores (Stack)
Material Permeability AL (nH/T2) +/- 8% Specified Current Inductance MIN(mH) No Load Inductance (mH) +/- 8% Core Loss (W) Copper Loss (W) Total Loss (W) Approximate Fill Factor Wire Size (22AWG) DCR (mΩ, 20° C) Temp Rise (C°) Operating Temperature (C°) Number of Turns Wire Length (mm) Wire Cost Ratio Single Core Cost Ratio Total Cost Ratio Finished OD(mm) Finished HT(mm)
设计 #1 78337
5 XFLUX
26
340 0.2 0.286 16.9 99.5 116.4 54.80% 2.38mm 20 2.36 39.1 29 8151.856 1 1.5 1 181 181
设计 #2 77337
8 Kool Mµ
26
544 0.2 0.49 62.6 145.4 208 56.70% 2.38mm 20 3.45 48.5 30 16657 1.5 1 1.2 261 181
Kool Mµ ® MAX
• Kool Mµ® Max是升级版 Kool Mµ® • 直流偏置比Kool Mµ®好50%,损耗更低,成本远低于高磁通和
MPP磁芯。 • 环形磁芯磁导率从19µ-60µ可选择。 • 块状, E, U型磁芯正在开发中。
高场强电子直线加速器的磁铁设计与优化
高场强电子直线加速器的磁铁设计与优化在现代科学和技术的发展中,高场强电子直线加速器(High-Field Electron Linear Accelerator)扮演着重要的角色。
作为一种用于加速带电粒子的设备,高场强电子直线加速器在核物理、粒子物理、材料科学和医学等领域具有广泛的应用。
其中,磁铁是高场强电子直线加速器中至关重要的组成部分,它负责产生加速器中所需的磁场。
高场强电子直线加速器中的磁铁使用电磁铁的原理,通过通电线圈产生磁场来对带电粒子进行加速。
磁铁设计与优化是确保高场强电子直线加速器稳定运行且具备高加速效率的关键。
下面将介绍一些高场强电子直线加速器磁铁设计与优化的关键要素。
首先,高场强电子直线加速器中的磁铁应具备高度均匀的磁场。
为了实现这一点,设计者需要通过几何优化和磁场计算来确定正确的磁铁形状和尺寸。
一些常用的磁铁形状包括圆柱形、长直形和齿轮形。
选择适当的磁铁形状可以确保在磁铁中产生的磁场具有良好的均匀性,这样可以避免带电粒子受到不必要的偏转。
其次,磁铁材料的选择也是磁铁设计与优化中的重要考虑因素。
常见的磁铁材料包括铁氧体、钕铁硼和钴铁等。
不同材料具有不同的磁性能,如饱和磁感应强度和矫顽力等。
根据加速器的要求,设计者需要选择具有适当磁性能的材料来制造磁铁。
此外,磁铁的温度稳定性也是一个重要的考虑因素,特别是对于高功率加速器。
正确选择材料可以确保磁铁在长时间运行中保持稳定的性能。
在磁铁设计与优化中,还需要考虑制造和安装的可行性。
磁铁的制造是一项复杂的任务,因为它需要满足高度精确的尺寸和形状要求。
此外,磁铁的安装位置和方向也需要精确控制,以确保磁铁产生的磁场与带电粒子加速的方向一致。
因此,设计者需要综合考虑制造和安装过程,以确定最佳的设计方案。
除了以上几点,还有一些其他的优化策略可以应用于高场强电子直线加速器的磁铁设计。
例如,多极磁铁的应用可以用来控制加速器中带电粒子的横向偏差。
多极磁铁可以通过改变磁铁中不同位置的磁感应强度和方向来产生校正场,从而纠正偏差。
磁力装置的优化设计及性能分析
磁力装置的优化设计及性能分析磁力装置在现代工业生产中扮演着重要的角色,广泛应用于电机、发电机、传感器、磁分离等领域。
为了进一步提高磁力装置的性能,我们需要进行优化设计并进行性能分析。
本文将介绍磁力装置的优化设计及性能分析的相关内容。
一、磁力装置的优化设计1. 材料选择材料的选择对磁力装置的性能有很大影响。
通常,我们可以选择高磁导率材料作为磁芯,如硅钢片、铁氧体等。
这些材料具有较高的导磁性能,能够有效集中磁力线,提高磁力装置的磁力输出。
2. 设计形状磁力装置的形状也会影响其性能。
一般而言,我们希望设计出具有高磁场集中能力的形状。
这通常可以通过增加磁路的长度、减小磁路的截面积来实现。
同时,我们还可以使用各种形状的磁场集中结构,如磁极、磁环等。
3. 磁力源磁力源是磁力装置中的关键要素。
常见的磁力源包括永磁体和电磁线圈。
永磁体具有稳定的磁场输出,但磁场强度较弱;而电磁线圈的磁场强度可以通过电流激励调节,但是需要外部电源驱动。
在设计中需要根据具体需求选择适当的磁力源。
二、磁力装置的性能分析1. 力学分析磁力装置在实际工作中需要承受一定的力。
我们可以通过力学分析来评估磁力装置的力学性能,包括磁力输出、力矩等。
通过仿真或实验测试,我们可以确定磁力装置在不同工况下的力学特性,为后续的性能优化提供依据。
2. 磁场分析磁场分析是磁力装置性能分析的重要部分。
通过计算或实测,我们可以得到磁力装置工作时的磁场分布情况。
磁场分布的均匀性、强度等参数对磁力装置的性能有着重要影响。
我们可以通过优化设计磁芯形状、增加磁力源等方式来改善磁场性能。
3. 能耗分析能耗也是磁力装置性能的重要指标。
通过分析磁力装置的能源消耗情况,我们可以评估其能效,并优化设计以减少能耗,提高系统效率。
例如,通过改变电磁线圈的电流大小,选择合适的电源驱动方式等来降低电能的消耗。
4. 热分析磁力装置在工作过程中会产生一定的热量。
热分析可以帮助我们评估磁力装置的散热性能,并确定是否需要采取散热措施,以保证装置在长时间连续工作时不会过热。
LLC谐振变换器磁性元器件的优化设计
电子设备 的小型化对开关 电源 的效 率和功率 密度提 出了越来越高的要求 .为 了满足上述要求 , 科研工作者从拓扑层 面和器件层面做 了很多工作 。
从拓 扑 层 面来 说 , L L C谐 振变 换 器 因为其 独 特 的性 能受 到 了越 来越 多 的关 注 . 然而 L L C谐 振 参 数 的设
Vo I . 1 6 No . 7
2 0 1 3 年7 月
J u l y . 2 0 1 3
设计方法 , 使得设计过程简单 、 直观。
1 . 1 谐 振参数 对 变换器 性能 的影 响
变换器工作在谐振频率附近 , 当电路工作在谐振频
率 时励 磁 电感 电流 与谐振 腔 电流波形 如 图 2所示 。
如图 1 所示
图 2 在谐 振 频 率的 网络 电 流 波形
励磁电感电流峰值可表示为
=
( 1 )
一
Q 0 1 6
Q 。 。 0 2 Q = 0 . 2 5 0 = o 3 a = o 5 ~
臻 勘题 霈爵 鼹撬恭
L L C谐振变换器磁性元器件的优化设计
翦志强 , 王 宏 , 吴 奎
5 1 8 0 5 5 ) 5 1 8 0 5 5 ) ( 1 . 金 宏 威技 术股份 有 限公 司, 深圳 ( 2 . 哈 工 大深圳研 究 生 院 , 深圳
摘
要: 分析 了L L C谐振参数对变换器性能的影响 , 总结出 L L C谐振参数的图解法, 能快速得到谐
J I AN Z h i - q i a n g , WANG Ho n g , WU Ku i
Ab s t r a c t : T h e i n l f u e n c e t o p e fo r r ma n c e o f t h e c o n v e r t e r b e c a u s e L L C r e s o n a n t p a r a me t e r s a r e a n a l y z e d , t g r a p h i c me t h o d o f L L C r e s o n a n t p a r a me t e r s a r e s u mma iz r e d ,a n d t h e o p t i ma l v a l u e o f r e s o n a n t p a r a me t e r s c a n b e o b t a i n e d q u i c k l y . Ba s e d o n ma g n e t i c p o t e n t i a l a n d t h e ma g n e t i c c o r e wi n d o w f o u i r e r o f wi n d i n g c u r r e n t a r e a n a l y z e d ,t h e o p t i ma l wi r e d i a me t e r a n d o p t i mu m d e s i g n a r e d e r i v e d ,w i t h t h e w i n d i n g l o s s mi n i mu m
电力电子技术-功率变换器中的磁性元件设计
1
第十三章 功率变换器中的磁性元件设计
开关变换器中常用的磁性元件: 变压器: 功率变压器(高/中/低频),驱动变压器,采样变压器, 电流互感器等
电感: 直流滤波电感,交流滤波电感,谐振电感,抑制电磁干扰 电感(共模/差模)等
磁性元件在功率变换器中占较大比重, 其设计好坏对变换器性能影响较大
工作特点及铁心材料: p291
1.交变磁化分量较小,一般情况ΔB <<Bm-Br,局部 磁滞回线所包围的面积较小,故损耗较小 2.由于含有较大的直流分量,线图电流最大值Im较大, 相应产生激磁磁场H较大,要使铁心不饱和,铁心必须 加适当气隙或采用宽恒导磁合金铁心 3. 希望磁心储能大,即希望Bm大,Bs大
3.用于变压器的铁心,为减小激磁电流,应选择磁导率高的 材料。
应选择高Bs、高磁导率及低损耗的材料
14
第二节 铁心的工作状态
二、第二类工作状态
单向矩形脉冲电压、有直流磁化分量 例:单端正激、反激变换器中的变压器
Ton
Uidt UiTon BSc N
△B=Bm-Br 激磁电流只有单方向
希望:Bs高 Br低,低损耗, 高磁导率
10
第二节 铁心的工作状态
三类: 1---双向磁化:
变压器,交流滤波电感 2---单向磁化,Hmin=0
单端变换器电路中的脉冲变压器 3—单向磁化,局部
直流滤波电感
11
第二节 铁心的工作状态
第一类工作状态: 铁芯双向磁化、无直流偏磁
多晶体管电路—推挽,半桥,全桥变 换器中的主变压器
铁心利用率高,△B=2Bm 变压器可传递不同形状的电压波形: u=NdΦ/dt= NScdB/dt
高功率微波器件的初步优化设计
2 0 1 3年 1 2 月
太 赫 兹科 学 与 电子信 息 学 报
J o u r n a l o f T e r a h e r t z S c i e n c e a n d El e c t r o n i c I n f o r ma t i o n T e c h n o l o g y
s o u r c e s .T wo HPM s o u r c e s - Ma g n e t i c a l l y I n s u l a t e d Tr a n s mi s s i o n Li n e 0s c i 1 l a t o r f MI L 0)a n d S u p e r r a d i a n c e
( 北 京 应用 物 理 与 计 算 数学 研 究 所 ,北 京 1 0 0 0 9 4 )
摘 要 :将遗 传算 法 与全 电磁 粒 子模拟 算法 有机 融合 ,研 制 出二 维全 电磁 粒子模 拟 并行优 化 程 序 。据 此对 高 功 率微 波源器 件——磁 绝 缘线振 荡 器( MI L O ) 和 超辐 射返 波 管( S R B WO ) 进 行 优 化 设
t h e b e a m- wa v e c o n v e r s i o n e fi c i e n c y i s s e t a s o p t i mi z a t i o n g o a l , t h e e f f i c i e n c y o f o p t i mi z e d MI LO i s h i g h e r t h a n o r i g i n a l o n e b y 3 8 _ 8 % wi t h a l mo s t t h e s a me i n p u t po we r ;wh i l e t h e pe a k o u t p u t p o we r i s s e t a s o p t i mi z a t i o n g o a 1 .t h e p e a k o u t p u t p o we r o f S R BW O ha s i n c r e a s e d b y 3 7 . 5% a n d t h e b e a m—wa v e
磁性材料元件毛坯的机器学习优化设计
磁性材料元件毛坯的机器学习优化设计引言在现代制造业中,磁性材料元件是广泛应用于电子设备、通信设备、医疗设备等领域的重要部件。
磁性材料元件的性能直接影响到最终产品的质量和性能。
为了提高磁性材料元件的性能和效率,机器学习优化设计逐渐被引入到磁性材料元件的制造过程中。
本文将从机器学习优化设计的基本原理、应用方法以及优化设计的效果等方面进行探讨。
一、机器学习优化设计的基本原理机器学习优化设计是利用机器学习算法对材料元件进行设计过程中的优化,以提高其性能和效率。
其基本原理是通过对现有的材料数据和设计参数进行分析和学习,进而找到最优的设计解决方案。
具体而言,机器学习优化设计主要包括以下几个步骤:1. 数据收集和准备:收集现有的磁性材料元件相关数据以及设计参数,对数据进行清洗和预处理,为后续的分析和优化提供可靠的数据基础。
2. 特征提取和选择:通过专业的特征提取方法,从大量的数据中提取出对磁性材料元件性能影响较大的特征。
同时,根据实际需求,选择合适的特征子集,减小数据维度,提高优化效率。
3. 模型选择和训练:在机器学习优化设计中,常用的模型包括神经网络、决策树、支持向量机等。
根据具体问题和数据特点,选择合适的模型,并通过训练调整模型参数,从而得到准确且可靠的预测模型。
4. 优化目标设定和优化算法选择:确定磁性材料元件的优化目标,例如最大化性能指标、最小化能耗等。
根据不同的优化目标选择合适的优化算法,例如遗传算法、粒子群优化算法等。
5. 参数优化和结果评估:通过优化算法对设计参数进行调整和优化,得到最优的设计解决方案。
同时,对优化结果进行评估和验证,以确保优化设计的可靠性和有效性。
二、机器学习优化设计的应用方法机器学习优化设计可以应用于磁性材料元件的各个环节,例如材料选择、几何结构设计、工艺参数优化等。
下面将分别介绍这几个方面的应用方法。
1. 材料选择:通过机器学习优化设计,可以对已有的磁性材料进行性能分析和预测,找到最适合特定应用需求的材料。
高频开关电源磁性元件的优化设计方案介绍
高频开关电源磁性元件的优化设计方案介绍
引言
在电力直流系统中,由于普遍采用高频模块,对于高频模块的设计是功率越来越大,而体积却是越来越小,这就对其设计提出了一个关键的问题,那就是如何解决磁性元件的损耗及发热问题。
高频开关电源中大量使用各种各样的磁性元件,如输入/输出共模电感,功率变压器,饱和电感以及各种差模电感。
各种磁性元器件对磁性材料的要求各不相同,如差模电感希望μ值适中,但线性度好,不易饱和;共模电感则
希望μ值要高,频带宽;功率变压器则希望μ值要适中,温度稳定好,剩磁小,损耗低等。
在非晶材料出现以前,共模电感主要采用高μ值
(6K~10K)Mn-Zn 合金,差模电感多采用铁粉芯或开气隙铁氧体材料,变压器
则采用铁氧体材料等。
这些材料应用技术成熟,种类也很丰富,并有各种各样的产品形状供选择。
随着非晶材料的出现和技术不断成熟,在开关电源设计中,非晶材料表现出许多其它材料无法比拟的优点。
几种常用磁性材料基本性能比较如表l。
1 主变压器的设计
对于高频开关电源的主要发热元件,主变压器的设计尤其重要,其尺寸的大小和材料的选择更是重要。
1)主变压器的磁芯必须具备以下几个特点
(1)低损耗;
(2)高的饱和磁感应强度且温度系数小;
(3)宽工作温度范围;。
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功率变压器:设计案例 6KW,半桥LLC变压器
频率优选:取决于铜、铁损分配
铁(固定损耗)
铁损5-10w,铜损20-25w 铁损为5.95w
Ve ≈ 35cm3 Core Loss:0 .17 w / cm 3
Flux Density:BM = 0.14T
5.9mJ
气隙体积(不计边缘效应): Vg
= 5.9 17.6
=
0.34cm3
注释:每mm气隙必须有800安匝 才能产生1T的磁感应强度
气隙:
lg
= 0.34 = 2.1mm 1.62
NI
= Hclc + H glg
=
B(
lc μc
+
lg μg
)
≈
B
lg μg
匝数:
N = 800× 0.21T × 2.1mm = 7匝 50.5 A
初级电流:25 A ⋅
20 14
=
35.7 A
/
可用0.14
×
36的铜带
肌肤效应:Δ ≈ 72 mm
f (Hz)
邻近效应: Dowell曲线,交/直流阻抗比
功率变压器:设计案例 6KW,半桥LLC变压器
绕线设计与铜损计算
如每线包不用三明治结构
则初级有效层数7,厚深比为
0.14 0.23
=
0.61
Rac / Rdc = 1.7
查磁密曲线可得:电流20A时(即H=158 oe 时),磁导率下降为约50%,电感量也下降到 约50%,其余类推
功率变压器:设计案例 6KW,半桥LLC变压器
额定输入360v,输出265v 电路优化:初级次级14:20,额定工作频率略低于谐振点较优。由于匝 比的整数效应,不能微调,只能通过磁芯尺寸和工作频率进一步优化
v
功耗设定:固定功耗,线性功耗,平方率功耗
Volume:15.9
初始功耗: (根据经验) 铜10w,铁5w 5/0.55 9w 9/15.9
恒频SPWM周期平均铁损是最大 值(即方波)的约0.55倍 即50k,方波铁损为9w。
直流电感:设计案例二 3KW,EPS模块输出电感
查铁损耗曲线:
电路优化:50KHz, 恒频SPWM,
直流电感:设计案例二 3KW,EPS模块输出电感
磁材优选:某型铁硅磁环,初始磁导率60
50.8 × 31.8 × 13.5
OD ID
Ht
Volume:15.9 电感系数:
有效磁路长度:12.7cm 截面积:125cm^2
直流电感:设计案例二 3KW,EPS模块输出电感
电路优化:50KHz, 恒频SPWM,
高频交流电感:设计案例 6KW,半桥LLC串联谐振电感
额定满载工况:f=100kHZ,电流有效值37A,峰值50.5A,L=4.6uH. 此电感铁铜损均近似为平方率功耗,可考虑满载铜铁平衡, 参考容许铜铁温升
经验:PQ3235磁芯 Ae = 162mm2 ,V = 13cm3,线窗6.5× 25mm2
准线性电感
非线性电感
功率磁件—直流电感 优选磁材
准线性电感:高磁密铁氧体,非晶类 非线性电感:铁粉芯类,铁硅、铁硅铝等合金类 在储能、效率、温升相对合理下,二者体积相差不大,但铁氧体 成本最低,效率最高,温度敏感 UPS等输出电感有成倍过流要求的宜用非线性类;
PFC、光伏逆变等无过流要求的宜用线性类
开关电源功率磁性器件优化 设计指南及案例
张文学 教授
北京动力源 总工程师
Outline
• 序言
• 功率磁件
¾
直流工频电感
设计案例1
设计案例2
¾
变压器
设计案例
¾
交流电感
设计案例
序言
• 世界统一于能量
• 21世纪是能源世纪
• 能源技术包括能源的开发、转换、传输、应用,后三者日趋电力电子 化
• 能源技术——IT技术,电力电子技术——微电子技术,电力半导体器 件——CPU
高频交流电感:设计案例 6KW,半桥LLC串联谐振电感
铜损计算
Rac ≈1.2Rdc ≈2.2mΩ
铜损 (37 A)2 × 2.2mΩ = 3w
用瞬态温升法实测铁损6.5w,铜损7w. 实测铜损与理论的巨大差异为李兹线在股数多匝数少时的邻近效应和气隙涡流产生
博大精深 朴实自然
直流电感:设计案例一 3KW,220/48V, 电源PFC电感
磁材优选: 某型高磁密铁氧体
直流电感:设计案例一 3KW,220/48V, 电源PFC电感
磁材优选: 某型高磁密铁氧体 磁芯尺寸, 自开模u-u型,
插入铁芯图片
u-u型磁芯尺寸
直流电感:设计案例一 3KW,220/48V, 电源PFC电感
磁芯尺寸, 自开模u-u型,
功率变压器:设计案例 6KW,半桥LLC变压器
绕线:双线包,每线包初级7T, 次级10T, 分别串联
N1,N2=7T N3,N4=10T
功率变压器:设计案例 6KW,半桥LLC变压器
频率优选:取决于铜、铁损分配
经验积累:kw级正弦电流变压器效率99.5%±0.1%, 因此功耗约30w;
次级有效层数10,厚深比为 0.1 = 0.43
0.23
Rac / Rdc = 1.3
由邻近效应引起的功耗太大,
故每线?采用三明治结构
功率变压器:设计案例 6KW,半桥LLC变压器
绕线设计与铜损计算
采用三明治结构,次级的10层分成两半,包裹初级7层 则初级有效层数3.5,厚深比为 0.14 = 0.61
0.23
Rac / Rdc =1.1,Rac =1.1Rdc =6.3mΩ
次级有效层数5,厚深比为 0.1 = 0.43 0.23
Rac / Rdc = 1.1, Rac = 1.1Rdc = 8.0mΩ
初次级基波功耗约16w;
功率变压器:设计案例 6KW,半桥LLC变压器
绕线设计与铜损计算
初次级基波功耗约16w; 用Dowell曲线计算3次、5次谐波功耗约1.5w 估算引脚、搭桥功耗约1w 变压器铜损共18.5w 用瞬态温升法测铜铁损基本吻合
v
50K下铁损为 查表得:
直流电感:设计案例二 3KW,EPS模块输出电感
铜损、绕线:
估计每匝线长6cm,共72 × 6=4.3m,用φ 1.6漆包
线(2mm^2)绕,
rdc
=
4.3m × 20mΩ ⋅ mm2 2mm2
/m
=
43mΩ,
这样得到工频铜损为 43mΩ • (14A)2 = 8.4w
电路优化:
可用磁密:0.4T @ 100℃,28A
直流电感:设计案例一 3KW,220/48V, 电源PFC电感
电路优化: 磁材优选: 某型高磁密铁氧体
电感储能: 气隙体积: 气隙长度: 电感系数: 匝 数:
气隙储能密度常数:
400mJ / cm3 @1T 64mJ / cm3 @ 0.4T 即2个1.3mm的气隙
铁损6w,铜损8w
高频交流电感:设计案例 6KW,半桥LLC串联谐振电感
铁损6w,根据铁损查磁材损耗曲线 Bm = 0.21T 根据气隙储能密度,400mJ / cm3 @1T
此电感的储能密度:400× 0.212 = 17.6mJ / cm3 @ 0.21T
电感最大储能:
EL
=
1 2
LI p2
=
倍
高频交流电感:设计案例 6KW,半桥LLC串联谐振电感
绕线设计--设计思路
1. 选择单线直径为 Δ 以下的李兹线,即 φ 0.07mm; 3
2. 按 8A / mm2 经验电流密度,截面积 4.6mm2,约1200根单线;
3. 考虑工艺和填充率,用3条400根李兹线并绕;
4. 为消除环流,线路设计中将于电感串联的谐振电容取3组并联,各连接 一条电感李兹线;
• 优化设计‐‐‐‐‐‐通过从方案到器件的综合优化使产品的综合性能与综合 成本比值最大化
功率磁件
• 直流工频电感: 储能 效率
• 变压器:
效率/温升,体积重量,成本
• 交流电感:
效率/温升,体积重量,成本
功率磁件
储能 电路
磁场
!!能量储存在气隙中
均匀气隙,磁路中1个或多个平行气隙
气隙
非均匀气隙,磁路中一个或多个不平行或分布气 隙
Bm
=
1 ΔB = 2
1 2
V ⋅Δt N ⋅ Ae
=
1 2
265v ⋅
1 2f
20⋅ 240mm2
试凑出频率:f取100kHz
功率变压器:设计案例 6KW,半桥LLC变压器
绕线设计与铜损计算
经验:风冷电流密度可取6-8A/mm^2
6kw
次级电流:265v
⋅1.11 =
25 A
/
可用0.1× 36的铜带
将匝数增加到80T,工频铜损约10w,铁损和高频铜
损可进一步降低
rdc
=
10w (14 A) 2
≈ 50mΩ
直流电感:设计案例二 3KW,EPS模块输出电感
电感计算:
H = 1.256 NI le
L0A = AL • N 2
I(A) 0
20 40
60
H(oe) 0
158 316 474
L(uH) 467 230 121 75
工频铜损4.2w, 高频铁损约0.5w
直流电感:设计案例一 3KW,220/48V, 电源PFC电感
插入实物照片
工频铜损4.2w, 高频铁损约0.5w
瞬态温升法实测功耗约6.5w, 即气隙涡流和高频铜损约 6.5-4.2-0.5=1.8w