大功率高频开关电源变压器的优化设计.doc

国内图书分类号:TM433
西南交通大学
研究生学位论文
大功率高频开关电源变压器的优化设计
年级二OO六级
姓名张朋朋
申请学位级别工学硕士
专业物理电子学
指导教师刘庆想教授
二OO九年五月
Classified Index:TM433
Southwest Jiaotong University
Master Degree Thesis
OPTIMUM DESIGN OF HIGH-POWER HIGH-FREQUENCY SWITCHING POWER SUPPLY TRANSFORMER
Grade: 2006
Candidate: Zhang PengPeng
Academic Degree Applied for: Master Degree
Speciality: Physical Electronics
Supervisor: Liu Qingxiang

西南交通大学
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本学位论文的主要创新点如下:
采用三维有限元技术计算了高频变压器中的分布参数,提出一种根据充电电流波形测量分布电容的方法。

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摘要

随着电源技术的不断发展,高频化和高功率密度化已成为开关电源系统的研究方向和发展趋势。变压器是开关电源的核心部件,并且随着频率和功率的不断提高,其对电源系统的性能产生影响也日益重要。因此,大功率高频变压器的优化设计是实现开关电源发展目标的关键。
本文针对大功率高频谐振式电容器充电电源变压器进行优化设计,从减小电源系统体积、提高电源系统效率的角度出发,寻求高频变压器的优化方法。首先本文分析了谐振式开关电源变压器所处的工作状态,比较了不同矩形比磁心材料在该工作状态下磁通密度的工作范围,为高频变压器磁心材料的选取提供了指导原则。然后在对变压器磁心和绕组进行详细分析的基础上,用MATLAB软件编写了变压器损耗、分布参数、体积和重量的计算程序,从解析角度出发,初步实现了高频变压器的优化设计。接着本文采用有限元软件ANSYS对高频变压器中难以准确解析计算的分布参数、温度场和电场分布进行了三维仿真分析,从仿真结果可以更准确地得到了漏感和分布电容值,并可以直观地观察变压器内部温度场和电场的空间分布,为变压器的冷却系统和绝缘设计提供了数据支持,且缩短了设计周期,降低了研制成本;在此基础上对初步优化后的变压器参数进行调整,完成设计。最后本文根据解析法所得优化结果,结合ANSYS仿真分析,对42kW高频变压器进行了优化设计,并通过实验测试验证了设计的合理性。
关键词:大功率高频开关电源变压器优化设计 ANSYS
Abstract
With the continuous development of power technology, high-frequency and high power density switching power supply has e the direction of the research and development trends. Transformer is an ponent in switching power supply, and its impact on the performance of the system also e increasingly important with higher frequency and higher power levels. Therefore, the optimal design of high-power high-frequency transformer design is quit pivotal to the goals above.
The optimal