[发明专利]一种Flyback电路磁芯直流偏置系数计算方法

说明书

本发明公开了一种Flyback电路磁芯直流偏置系数计算方法，在占空比D＝0.5时的磁通密度变化量条件下，通过分析Flyback变换器电路的工作原理，计算磁芯在Flyback变换器占空比改变时的直流偏置系数变化规律。本发明的优点是物理概念清晰，计算过程简单，可有效预测Flyback变换器输出电感中磁芯材料在不同占空比条件下的直流偏置系数大小。

技术领域

本发明涉及一种Flyback电路磁芯直流偏置系数计算方法，尤其是不同占空比条件下直流偏置系数的计算方法。

背景技术

铁氧体磁芯具有高电阻率和低磁芯损耗特性，所以其被广泛用于开关变换器中。不同的拓扑结构所需要的激励波形不同，这些都给承受非正弦高频激励功率磁损预估带来了显著困难，而且磁通密度、频率、占空比、温度、激励电压和直流偏磁等工作条件都会对磁性元件的功率损耗产生直接的影响，因此磁芯损耗的建模异常困难。

在磁芯损耗预测的实际应用中，普遍采用的是基于实验数据拟合的斯坦麦茨(SE)方程。经典SE方程通过三个系数拟合磁芯材料在正弦激励条件下不同频率和磁通密度时的损耗值，具有参数少、应用简单的优点。但由于拟合SE数据需要在零直流偏置的正弦磁通密度激励条件下收集，因此它仅在只有交流磁通密度激励下有效。但是，大多开关变换器中磁性元件承受的激励是占空比变化的矩形波，并且可能携带直流电流。为了解决SE方程存在的问题，许多学者提出如MSE、GSE、iGSE、RGSE等斯坦麦茨方程修正模型分析非正弦激励条件下磁芯损耗。另外，SE方程只体现了频率的特征，没有考虑磁通密度变化率，所以其只有在一定磁通密度、频率和温度范围内的正弦情况下才能提供准确的损耗估计。因此，对于实际复杂工况条件下的磁性元件，SE方程预测的损耗值并不能达到要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服以上技术缺陷，提供一种Flyback电路磁芯直流偏置系数计算方法，在占空比D＝0.5时的磁通密度变化量条件下，通过分析Flyback变换器电路的工作原理，计算磁芯在Flyback变换器占空比改变时的直流偏置系数变化规律，计算过程简单，可有效预测Flyback变换器输出电感中磁芯材料在不同占空比条件下的直流偏置系数大小。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种Flyback电路磁芯直流偏置系数计算方法，在确定Flyback变换器的工作频率和磁通密度变化量的条件下，利用占空比D＝0.5下正弦损耗数据来预测不同占空比时的直流偏置系数变化，具体步骤如下：

(1)根据输入电压、输出电压确定磁芯工作的占空比范围，计算Flyback变换器在占空比为0.5时的磁通密度变化量B_pp；

(2)根据Flyback变换器在D＝0.5时所确定的频率f和磁通密度变化量B_pp，根据Flyback变换器的工作原理，计算不同占空比条件下的直流偏置系数，得到Flyback变换器在不同占空比下直流偏置系数变化规律。

进一步的，所述步骤(1)中，Flyback变换器占空比D为：

其中，V_I为输入电压，V_O为输出电压，N₁为一次侧绕组匝数，N₂为二次侧绕组匝数。

进一步的，所述步骤(1)中，Flyback变换器磁通密度变化量B_pp为：

其中，T为周期，V_O为输出电压，N₂为二次侧绕组匝数，A为磁芯截面积。

进一步的，所述步骤(2)中，Flyback变换器在不同占空比下的直流偏置系数k_DC为：