高频平面变压器的等效损耗构建模型及交错绕组分析方法
本发明涉及高频电气工程，尤其涉及高频平面变压器的等效损耗构建模型及交错绕组分析方法。
背景技术：
1、高频变换器的功率损耗分布在开关器件、高频变压器、二极管以及电路的杂散参数中。分布的功率损耗需要损耗模型来集中说明。因此，有效的功率损耗模型对于优化系统分布损耗，提高输出效率具有重要的研究意义。在高频变压器的优化设计中，漏感值（存在于线圈的每匝之间和每层之间，存在漏磁通）和分布电容值（存在于每个绕组的每匝之间和每层之间，存在于不同绕组之间，存在于绕组与屏蔽层之间）需要尽可能的达到最小值。在高频器件的开关瞬变过程中，由于存在漏感值和分布电容值，这些寄生参数会产生尖峰电压，增加功率损耗，出现浪涌电流和振荡现象。变压器的绝缘层设计在高频变压器的优化设计中也是至关重要的。
2、目前，平面变压器是高频电子变压器应用的主要形式。平面变压器具有薄型和大表面积设计的优势。由于高频变压器的绕组损耗和铁芯损耗与平面变压器的不同结构设计以及绕组设计有关，因此平面变压器的结构设计和绕组设计均需适用于高频的工作环境。由于趋肤效应和邻近效应引起的绕组损耗降低了系统效率和功率密度，为了减少高频变压器中磁性元件的总功率损耗，必须降低变压器的峰值磁通密度和绕组中的交流电阻值；
3、针对上述的技术缺陷，现提出解决方案。
技术实现思路
1、本发明的目的在于：通过平面变压器的物理结构特征建立高频平面变压器的等效损耗模型及电路，用于验证交错绕组分析方法能够有效降低变压器的峰值磁通密度、绕组中的交流电阻值以及混合漏电感值的理论正确性，且交错半匝绕组布置方法有助于简化变压器绝缘设计的复杂性并减少爬电距离和间隙距离，同时交错绕组布置方法通过空间中新形成的绕组而减少平面变压器的匝数，从而减小平面变压器的漏电感值，并增加励磁电感，从而减小漏感磁通面积并增加励磁电感磁通面积。
2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：高频平面变压器的等效损耗构建模型，包括磁芯、绕组以及pcb板，所述绕组包括原边绕组和副边绕组；
3、两个相邻的所述pcb板之间紧密盘踞着6层均匀分布的绕组，所述原边绕组作为变压器初级绕组，共2层并位于pcb板平面的正中间，所述副边绕组作为变压器次级绕组，共4层并位于原边绕组的上下两侧；
4、两个相邻的pcb之间还连接有绝缘层，所述绝缘层填充于pcb板与磁芯之间的空隙处，所述原边绕组与pcb板之间的绝缘层长度小于所述副边绕组的pcb板之间的绝缘层长度，但大于pcb板与磁芯之间的绝缘层长度。
5、进一步的，所述绝缘层包括第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层，所述磁芯、第三绝缘层、副边绕组、第三绝缘层、副边绕组、第二绝缘层、原边绕组、第一绝缘层、原边绕组、第二绝缘层、副边绕组、第三绝缘层、副边绕组、第三绝缘层、磁芯按顺序依次从左到右排列，组合为等效损耗构建模型电路，15个等效损耗构建模型电路共同构成平面变压器的等效损耗构建模型。
6、进一步的，磁芯在等效损耗构建模型电路中位于最左端表征最左端表征zmagnetic_loss，磁芯与副边绕组之间的第三绝缘层表征zinsulation，副边绕组表征zhybrid11，第三绝缘层表征x1;11-12zinsulation，副边绕组表征zhybrid12，第二绝缘层表征zinsulation，原边绕组表征zhybrid21和zhybrid24，第一绝缘层表征x2;21-24zinsulation，原边绕组表征zhybrid22和zhybrid23，第二绝缘层表征zinsulation，副边绕组表征zhybrid13，第三绝缘层表征x1;13-14zinsulation，副边绕组表征zhybrid14，第三绝缘层表征zinsulation，磁芯表征zmagnetic_loss。
7、进一步的，所述15个结构阻抗值的连接方式包括并联连接方式和串联连接方式。
8、进一步的，其中zmagnetic_loss具体为磁芯损耗相关联的阻抗，zinsulation具体为与绝缘层面积相关联的阻抗；zhybrid11、zhybrid12、zhybrid13、zhybrid14、zhybrid21、zhybrid22、zhybrid23、zhybrid24具体为与初级侧和次级侧混合参数相关联的阻抗；x1;11-12zinsulation、x1;13-14zinsulation、x2;21-24zinsulation、zinsulation具体为与因每层绕组之间的交错绕组布置减小的绝缘层面积相关联的阻抗；zmagnetic_loss具体为与变压器输送功率相关联的阻抗。
9、本发明还提供高频平面变压器的等效损耗构建模型的交错绕组分析方法，具体步骤如下：
10、将6层pcb板搭建成6层平面变压器的主体架构，即pcb板层，最中间部位是2层初级绕组，两侧左右各有2层次级绕组共4层，根据绕组的分布位置划分为半匝内流绕组和半匝外流绕组，
11、其中3层半匝内流绕组在交叉连接处的绕组电流朝向pcb板内侧，3层半匝外流绕组在交叉连接处的绕组电流朝向pcb板外侧。
12、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
13、1、该高频平面变压器的等效损耗构建模型及交错绕组分析方法，本发明通过平面变压器的物理结构特征建立高频平面变压器的等效损耗模型及电路，用于验证交错绕组分析方法能够有效降低变压器的峰值磁通密度、绕组中的交流电阻值以及混合漏电感值的理论正确性，且交错半匝绕组布置方法有助于简化变压器绝缘设计的复杂性并减少爬电距离和间隙距离，同时交错绕组布置方法通过空间中新形成的绕组而减少平面变压器的匝数，从而减小平面变压器的漏电感值，并增加励磁电感，从而减小漏感磁通面积并增加励磁电感磁通面积。
14、2、该高频平面变压器的等效损耗构建模型及交错绕组分析方法，根据所述的高频平面变压器的等效损耗构建模型进行高频变压器优化设计的理论损耗值计算，为高频变压器绕组分布方式、线圈匝数、功率损耗分布、电压比以及最优运行频率提供重要的理论实践参考价值，趋肤效应和邻近效应引起的绕组损耗降低了系统效率和功率密度，降低变压器的峰值磁通密度、绕组交流电阻以及改变绕组分布方式有助于减少高频变压器中磁性元件的总功率损耗。
1.高频平面变压器的等效损耗构建模型，其特征在于，包括磁芯（1）、绕组（2）以及pcb板（5），所述绕组（2）包括原边绕组（3）和副边绕组（4）；
2.根据权利要求1所述的高频平面变压器的等效损耗构建模型，其特征在于，所述绝缘层包括第一绝缘层（9）、第二绝缘层（8）和第三绝缘层（7），所述磁芯（1）、第三绝缘层（7）、副边绕组（4）、第三绝缘层（7）、副边绕组（4）、第二绝缘层（8）、原边绕组（3）、第一绝缘层（9）、原边绕组（3）、第二绝缘层（8）、副边绕组（4）、第三绝缘层（7）、副边绕组（4）、第三绝缘层（7）、磁芯（1）按顺序依次从左到右排列，组合为等效损耗构建模型电路，15个等效损耗构建模型电路共同构成平面变压器的等效损耗构建模型。
3.根据权利要求1所述的高频平面变压器的等效损耗构建模型，其特征在于，磁芯（1）在等效损耗构建模型电路中位于最左端表征最左端表征zmagnetic_loss，磁芯（1）与副边绕组（4）之间的第三绝缘层（7）表征zinsulation，副边绕组（4）表征zhybrid11，第三绝缘层（7）表征x1;11-12zinsulation，副边绕组（4）表征zhybrid12，第二绝缘层（8）表征zinsulation，原边绕组（3）表征zhybrid21和zhybrid24，第一绝缘层（9）表征x2;21-24zinsulation，原边绕组（3）表征zhybrid22和zhybrid23，第二绝缘层（8）表征zinsulation，副边绕组（4）表征zhybrid13，第三绝缘层（7）表征x1;13-14zinsulation，副边绕组（4）表征zhybrid14，第三绝缘层（7）表征zinsulation，磁芯（1）表征zmagnetic_loss。
4.根据权利要求3所述的高频平面变压器的等效损耗构建模型，其特征在于，所述15个结构阻抗值的连接方式包括并联连接方式和串联连接方式。
5.根据权利要求3所述的高频平面变压器的等效损耗构建模型，其特征在于，其中zmagnetic_loss具体为磁芯损耗相关联的阻抗，zinsulation具体为与绝缘层面积相关联的阻抗；zhybrid11、zhybrid12、zhybrid13、zhybrid14、zhybrid21、zhybrid22、zhybrid23、zhybrid24具体为与初级侧和次级侧混合参数相关联的阻抗；x1;11-12zinsulation、x1;13-14zinsulation、x2;21-24zinsulation、zinsulation具体为与因每层绕组（2）之间的交错绕组布置减小的绝缘层面积相关联的阻抗；zmagnetic_loss具体为与变压器输送功率相关联的阻抗。
6.高频平面变压器的等效损耗构建模型的交错绕组分析方法，其特征在于，应用于权利要求1-5中任一项所述的高频平面变压器的等效损耗构建模型，具体步骤如下：