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1、如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!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 月如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!Classified Index:TM433Southwest Jiaotong UniversityMaster Degree ThesisOPTIMUM DESIGN OF HIGH-POWER HIGH-FREQUENCY SWITCHING POWER SUPPLY
2、 TRANSFORMERGrade: 2006Candidate: Zhang PengPengAcademic Degree Applied for: Master DegreeSpeciality: Physical ElectronicsSupervisor: Liu QingxiangMay.2009如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以
3、采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1保密，在 年解密后适用本授权书；2不保密，使用本授权书。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名： 指导老师签名：日期： 日期：如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。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
4、参数，提出一种根据充电电流波形测量分布电容的方法。 学位论文作者签名： 日期： 如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!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
5、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
6、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如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!AbstractWith the continuous development of power technology, high-frequency and high power density switching power supply has become the direction of the research and development trends. Transformer is an essent
7、ial component in switching power supply, and its impact on the performance of the system also become 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 desi
8、gn aims at high-power high-frequency resonant capacitor charging power supply(CCPS) transformer, and optimal method is sought from the reducing volume and improving efficiency of power supply system point of view in this thesis. First, the working state of resonant CCPS transformer is analyzed, and
9、a guiding principle of core material selection is provided, which is based on the comparing material magnetic flux density working range with different rectangular ratio in this state. Secondly, on the basis of detailed analysis on the core and winding in transformer, a program to calculate losses,
10、distribution parameters, volume and weight, is written using the Matlab software. Then optimal design of high-frequency transformer has been realized initially from the analytical point of view. Thirdly, three-dimensional simulation is studied to analyze distribution parameters, electric field and t
11、emperature field distribution which are difficult to calculate accurately using analytical method. From the simulation results, more accurate leakage inductance and distributed capacitance value can be gotten, besides temperature field and electric field spatial distribution can be observed directly
12、, which shortening the design cycle, reducing the development cost, and providing data to support transformer insulation and cooling systems design. Then transformer design is completed after the adjustment of parameters gotten by initial optimal design. So the optimization results are obtained base
13、d on analytical method and ANSYS simulation analysis. Finally 42kW high-frequency transformers are produced, and the reasonableness of optimal design is verified through lab experiments.如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!Key words: high power, high frequency, switching mode power supply transformer, optimum desig
14、n, ANSYS如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!目录第1章 绪论11.1 本课题的研究背景及意义11.2 国内外研究现状11.3 本文主要研究内容4第2章 高频开关电源的工作原理52.1 高频开关电源的构成及分类52.2串联谐振CCPS工作原理52.2.1 串联谐振CCPS充电过程分析62.2.2 串联谐振CCPS输出特性分析10第3章 高频开关电源变压器的优化设计133.1变压器工作原理及分类133.2 高频开关电源变压器磁心分析133.2.1 软磁材料的发展历程133.2.2 串联谐振CCPS对磁心材料的要求153.2.3 磁心损耗特性203.3高频开关电源变压器绕组分析213.3.1 绕组损耗213.3.2 绕组结构223.4 高频开关电源变压器的优化设计243.4.1 设计参数243.4.2 优化设计27第4章 基于ANSYS的高频变压器仿真研究334.1 有限元法及ANSYS简介334.1.1 有限元法简介334.1.2 ANSYS简介344.2 高频变压器的仿真研究354.2.1 高频变压器漏感的仿真研究364.2.2 高频变压器分布电容的仿真研究394.2.3 高频变压器热仿真研究404.2.4 高频变压器电场仿真研究43第5章 大功率高频开关电源变压器的研制与应
