[发明专利]一种低涡流损耗纳米晶高频变压器优化设计方法

说明书

本发明提出一种低涡流损耗纳米晶高频变压器优化设计方法，包括有限元仿真确定大功率纳米晶高频变压器主要温升区域；在上述温升区域对纳米晶带材切槽，以阻断高频漏磁通在纳米晶带材表面感应的涡流回路，增大等效电阻，降低漏磁通涡流损耗；通过改变不同的切割层数，用有限元仿真验证了切割外层带材对涡流损耗的抑制作用。本发明在不明显改变纳米晶高频变压器体积和漏感的前提下，有效降低了磁芯涡流损耗，提高了能量转换效率。

技术领域

本发明涉及大功率高频电源技术，具体涉及一种低涡流损耗纳米晶高频变压器优化设计方法。

背景技术

高频变压器是隔离型DC/DC变换器最重要的电气元件之一，承担着电压转换、能量传输和电气隔离等功能，高频变压器磁芯的体积、重量占DC/DC变换器的体积和重量的绝大部分，其性能对于整个功率传输系统十分重要。对于谐振型DC/DC变换器，原边需要串联一个谐振电感，从而实现开关器件的软开关，减小器件开关损耗。变压器自身足够大的漏感可以作为串联谐振电感，以减少元器件数量，提升变换器功率密度。纳米晶合金材料因其高饱和磁通、高磁导率、低矫顽力、高频损耗低以及高居里温度，为电力电子仪器设备的小型化、轻量化提供了技术基础。但是纳米晶合金电导率很高，在变化磁场下将感应较强的涡流，存在潜在热问题。纳米晶高频变压器工作过程中，部分漏磁通Bs垂直穿过纳米晶带材而在纳米晶带材的平面上形成漏磁通涡流Js，此涡流损耗不容忽视。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种低涡流损耗纳米晶高频变压器优化设计方法，由于纳米晶高频变压器漏感较大时磁芯边缘带材由高频漏磁通感应的漏磁通涡流损耗过大，容易造成局部高温，甚至烧毁磁芯，因此针对纳米晶磁芯漏磁通漏磁通涡流损耗，确定漏磁通涡流损耗的分布区域，在上述区域用机械手段在边缘数层带材上切割槽，以降低磁芯损耗。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种低涡流损耗纳米晶高频变压器优化设计方法，利用有限元仿真确定大功率纳米晶高频变压器的主要温升区域；在所述主要温升区域对纳米晶带材切槽，以阻断高频漏磁通在纳米晶带材表面感应的涡流回路，增大等效电阻，降低漏磁通涡流损耗；通过改变不同的切割层数，用有限元仿真验证切割外层纳米晶带材对涡流损耗的抑制作用；具体包括如下步骤：

步骤1：建立绕组完全分离换位的圆环形纳米晶高频变压器的模型；

步骤2：对圆环形纳米晶高频变压器的磁芯内侧和外侧的10层纳米晶带材按照实际厚度用一组同心圆环建模；

步骤3：原边输入激励，即输入40kHz幅值为1000V的正弦电压源，副边接一电阻，确定磁芯边缘纳米晶带材表面由高频漏磁通感应的漏磁通涡流损耗的分布区域，该分布区域即主要温升区域，该主要温升区域在原边绕组和副边绕组的两处线端交汇处，上下对称且上下两边的漏磁通涡流损耗远大于中部的漏磁通涡流损耗；

步骤4：在所述主要温升区域中对磁芯边缘的多层纳米晶带材切割多个切槽；

步骤5：输入如步骤3所述的激励，观察漏磁通涡流损耗下降趋势；

步骤6：将切槽范围扩大到在纳米晶带材上布满圆周，增加切槽数量，以适应不同缠绕位置的绕组。

进一步的，单相纳米晶高频变压器原副边绕组分离换位可以提高变压器漏感值，以提供DC/DC谐振变换器前级谐振电感，达到开关管软开关的目的。

进一步地，所述圆环形纳米晶高频变压器的磁芯的外径为200mm，内径为120mm，高度为50mm，包括层间绝缘的单层的厚度为20μm，层叠系数为0.8。

进一步地，步骤2有限元仿真建模时，所述圆环形纳米晶高频变压器的磁芯的圆环两侧各绘制10层纳米晶带材，其厚度为16μm，层间绝缘厚度为4μm。