1 推导集成磁件变换器的新方法 及磁件等效电路的通用模型 陈乾宏 南京航空航天大学航空电源重点实验室 （ APSC)

2 报告内容 相关背景及问题的引出 IM 变换器的推导方法 磁件等效电路的通用模型 推导新的 DM-CDR 电路 总结

3 相关背景 认识 — 磁件对变换器的性能有很大影响： 体积、重量、电流脉动、输出动态性能、效率、器 件的电压、电流应力等 体积、重量、电流脉动、输出动态性能、效率、器 件的电压、电流应力等 关注 — 磁件的研究和应用，包括 集成磁件（ IM) IM 的应用 —70 多年的研究历史（ 1928 ） 成功应用：耦合电感，磁集成推挽电路， Cuk 电路 成功应用：耦合电感，磁集成推挽电路， Cuk 电路 磁集成正激电路、磁集成倍流整流电路 磁集成正激电路、磁集成倍流整流电路

4 国内外研究现状 —— 从磁芯来看：大多数磁件集成的应用都是充分 利用了现有常规磁芯本身的多磁路特性，进行多个 磁件的集成（ 磁集成前后绕组匝链的交变磁通一般不变， 多个磁件集成，一般要求多条磁支路） —— 从集成对象来看：电感与电感、电感与变压器 —— 从集成方式来看：解耦集成与耦合集成 —— 从集成后磁通作用关系看：直流磁通削减、交 变磁通削减、交变磁通叠加、直流磁通和交变磁通 叠加

5 应用关键 结合具体电路选择恰当的 IM 结合具体电路选择恰当的 IM —— 磁件变换方法， —— 磁件变换方法， —— 选取、比较考虑： —— 选取、比较考虑： ☆不同绕组连接方式的影响 ☆不同绕组连接方式的影响 ☆不同的气隙设计的影响 ☆不同的气隙设计的影响 ☆磁件绕组间漏感的影响 ☆磁件绕组间漏感的影响

6 磁件建模方法 磁路 - 电路对偶变换法 通过对磁路对偶变换得到磁链与电流的关系，建立等效 电路 磁导 - 电容类比建模法 根据 Buntenbach 提出的类比关系, 引入回转器作为绕组的 等效模型，直接建立磁件的等效电路

7 变换器中应用磁集成技术的过程

8 问题的引出 研究 IM 变换器过程中，还需要解决两个问题： ① DM 变换器  IM 变换器的推导方法； ② 推导 IM 等效电路的简便方法。

9 已有的推导实例 ( Ed. Bloom) 正激变换器 Q 开通 IM 的路结构 Q 关断 IM 的磁路结构 +

10 已有的推导实例 IM 正激变换器之一 IM 正激变换器之二 IM 正激变换器之三

11 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。

12 IM 变换器的推导方法 本文提出的方法则从最简单、最 特殊的情况 — 磁件之间磁通解耦 入手： ①先用低磁阻磁路的解耦集成方 法得到 IM 及相应的 IM 变换器； ②对①中所得的磁件进行变换， 得到多种磁集成方案。 应用：可方便的由 DM 正激变换 器导出 IM 正激变换器之三； 可导出最早提出 IM-CDR 电路 。 DM 正激变换器 IM 正激变换器之三

13 磁件等效电路的通用模型 (a) (b) (c)

14 磁件等效电路的通用模型 (d) (e) (f)

15 由 IM 变换器推导 DM 变换器 第一章， 1., 将推导磁集成变换器的思路（逆向）运用到由 IM 变换器 ( 电路 ) 推导 DM 变换器 ( 电路 ) 先将一般的 IM 特殊化为解耦的 IM ，当然要先将 IM 变换，使其具有无绕组的公共磁柱，以利于解耦； 先将一般的 IM 特殊化为解耦的 IM ，当然要先将 IM 变换，使其具有无绕组的公共磁柱，以利于解耦； 将解耦的 IM 拆解为 DM ； 将采用 DM 的电路写成常用的电路形式。

16 推导新的 DM-CDR 电路 1 (a) 改进型 IM-CDR 电路 (b) 将图 (a) 中的 IM 解耦 (a) 改进型 IM-CDR 电路 (b) 将图 (a) 中的 IM 解耦 (c) 将图 (b) 中解耦的 IM 拆解为 DM (d) 将图 (c) 写成常用的 DM 电路形式

17 推导新的 DM-CDR 电路 2 第二章， 2., pp. (a) 改进型 DM-CDR 电路 (b) 新的 DM-CDR 电路 (a) 改进型 DM-CDR 电路 (b) 新的 DM-CDR 电路 等效 采用新的 DM-CDR 电路的全桥或半桥变换器就是文献 [7] 中简要介绍的 Twitt 变换器，但未见有文献说明该变换器与 CDR 电路的联系。 可见，用解耦的思路由 IM 变换器  DM 变换器提供了电路之 间相互转换的新方法，为电路综合分析和新拓扑的发现提 供了新的思路。

18 总结 ☆提出用解耦集成的方法推导 IM 变换器，使 IM 变 换器的推导更加方便、直接； ☆提出用解耦集成的方法推导 IM 变换器，使 IM 变 换器的推导更加方便、直接； ☆建立了磁件等效电路的通用模型，简化了磁件等 效电路的推导工作； ☆建立了磁件等效电路的通用模型，简化了磁件等 效电路的推导工作； ☆用解耦的方法由 IM-CDR 电路导出了新的 DM- CDR 电路； ☆用解耦的方法由 IM-CDR 电路导出了新的 DM- CDR 电路； ☆指出：用解耦的方法由 IM 变换器导出 DM 变换器， 为拓扑变换和电路综合分析，提供了新的思路。 ☆指出：用解耦的方法由 IM 变换器导出 DM 变换器， 为拓扑变换和电路综合分析，提供了新的思路。

19 谢 谢！