专利名称：新型高功率磁集成元件及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种新型高功率磁集成元件及其制备方法，适用于高功率电源，调
制器电源，雷达发射机电源。
背景技术：
在软开关串联谐振电源中谐振电感是不可缺少的元件，但高功率电源中谐振电 感量通常较小而电感两端电压较高，给设计带来一定难度。通常要满足小电感量就希望 匝数较少，而较少的匝数就无法满足电感两端高电压要求。所以该类谐振电感通常在优 先满足电压前提下，通过增加气隙来实现小电感量要求，或采用空心线圈做谐振电感。 由于较大气隙的电感和空心线圈会带来绕组附加损耗增大和较高的电磁干扰。所以小电 感量高压谐振电感是设计中的难点。
发明内容
1、所要解决的技术问题 针对以上不足本发明提供了一种体积小，漏磁小，低分布电容，低电磁干扰 (EMI)，及低附加损耗的一种新型高功率磁集成元件及其制备方法。
2、技术方案 —种新型高功率磁集成元件制备方法，包括以下步骤
2_ 第一步根据电源功率与频率运用Ap法确定磁芯，即』^ =,
(其中Ap为磁芯窗口面积与磁芯有效截面积的乘积(cm4)、 Pt为磁性元件视在功率(VA)、 K。为窗口填充系数、Kf为波形系数、Kj为电流系数电流密度系数、f为磁芯元件工作频 率(Hz)、 Bm为磁芯工作磁感应强度(T)、 x为常数由磁芯决定；)选择满足功率要求的磁 心；
第二步根据初级电压及式M =， 二 (其中^为初级匝数、A为初级电
压、T为工作频率等效脉宽、Bm为工作磁感应强度、S。为磁芯截面)得高功率磁集成元
件的初级匝数； 第三步
第四步
第五步
采用绝缘材料做初级绕组骨架； 在初级绕组骨架绕上所得的匝数，成为初级线圈；
采用绝缘材料做次级绕组骨架并根据所需谐振电感量，根据变压器漏<7.
(/iH)，(其中ii。为空气磁导率、N!为初级匝
& 、3 '一 3 . 数、、为初次级绕组平均高度、c^为初级绕组厚度、02为次级绕组厚度、。12为初次级 间厚度、1^为初级绕组平均匝长、l2m为次级绕组平均匝长、1301为初次级间平均匝长)；
3在此制备方法中主要通过调整初次级绕组间距o 12及初次级平均高度hw来实现满足谐振 电感要求的漏感；
、， lOOx仏xr 第六步:根据次级电压及式碼=M』(其中N2为次级匝数、U2为次级电
压、t为工作频率等效脉宽、Bm为工作磁感应强度、S。为铁芯截面)得高频变压器次级 匝数； 第七步在次级骨架绕上计算所得次级匝数，成为次级线圈； 第八步把初级线圈与次级线圈一起装配在第一步所得的磁芯上成为高功率磁 集成元件。 根据所述的方法制得的新型高功率磁集成元件，包括磁芯、初级骨架、次级骨 架；在初级骨架与次级骨架绕有所需匝数，所得的初级线圈和次级线圈一起装配在磁芯 上。 3、有益效果 本发明实现了高频变压器与谐振电感集成，与传统分立元件相比具有体积小， 漏磁小，低分布电容，低电磁干扰(EMI)，及低附加损耗，提高工作效率等优点。且有别 与其他磁集成元件，不需添加任何元件利用高频变压器漏感实现取代谐振电感功能。
图1是本发明新型高功率磁集成元件磁芯的结构示意图； 图2是本发明新型高功率磁集成元件漏磁通分布图； 图3是本发明新型高功率磁集成元件变压器初级骨架的结构示意图； 图4是本发明新型高功率磁集成元件变压器次级骨架的结构示意图； 图5是本发明新型高功率磁集成元件的整体结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细地说明,
本发明的原理 我们知道根据谐振频率与电源功率，运用Ap法即Jp :
尸/
、￥
，选择满
足功率要求的磁集成器件的磁芯如图1 ;
-得高频变压器初级匝数K ;根据图2可推导出变压器漏感 根据式,i
公式为i,=
馬< 「《
+ oW、 +
J 、
H)，由漏感公式我们知道变压器漏感除了取
~ 、3 '… 3 . 决于变压器初级匝数外，主要由变压器的结构尺寸决定，合理调整变压器绕组形式与结
构尺寸(在此集成磁件主要改变o 12与hw)就可以得到所要求的谐振电感量。计算后得满
足漏感所需变压器初级骨架如图3与次级骨架如图4。在初级次级骨架上分别绕上所需的 匝数与导线，装配成如图5所示的磁集成器件。
4
如图l、图3、图4、图5所示，本发明的新型高功率磁集成元件包括磁芯、初级 骨架、次级骨架；在初级骨架与次级骨架绕有所需匝数，所得的初级线圈和次级线圈一 起装配在磁芯上。 本发明的新型高功率磁集成元件制备方法 第一步根据电源功率与频率运用Ap法确定磁芯，即#= _^
(其中Ap为磁芯窗口面积与磁芯有效截面积的乘积(cm4)、 Pt为磁性元件视在功率(VA)、 K。为窗口填充系数、Kf为波形系数、Kj为电流系数电流密度系数、f为磁芯元件工作频 率(Hz)、 Bm为磁芯工作磁感应强度(T)、 x为常数由磁芯决定；)选择满足功率要求的磁 心。
第二步:根据初级电压及式M =認』(其中N丄为初级匝数、U丄为初级电
压、t为工作频率等效脉宽、Bm为工作磁感应强度、S。为磁芯截面)得高功率磁集成元 件的初级匝数。 第三步
第四步
第五步
采用绝缘材料做初级绕组骨架； 在初级绕组骨架绕上所得的匝数，成为初级线圈；
采用绝缘材料做次级绕组骨架并根据所需谐振电感量，根据变压器漏
感公式￡if^f, + ^ |3bi+*) (^H)，(其中i:。为空气磁导率、^为初级匝
Aw 、 3 3 J
数、、为初次级绕组平均高度、c^为初级绕组厚度、02为次级绕组厚度、。12为初次级 间厚度、1^为初级绕组平均匝长、l2m为次级绕组平均匝长、1301为初次级间平均匝长)； 在此制备方法中主要通过调整初次级绕组间距o 12及初次级平均高度hw来实现满足谐振
电感要求的漏感。
1 Qi() X X f" 第六步根据次级电压及式,2 =，g ^ (其中N2为次级匝数、112为次级电
压、t为工作频率等效脉宽、Bm为工作磁感应强度、S。为铁芯截面)得高频变压器次级 匝数。
第七步在次级骨架绕上计算所得次级匝数，成为次级线圈。 第八步把初级线圈与次级线圈一起装配在第一步所得的磁芯上成为高功率磁 集成元件。 虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟 悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明 的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
权利要求
一种新型高功率磁集成元件制备方法，其特征在于包括以下步骤第一步根据电源功率与频率运用Ap法确定磁芯，即(其中Ap为磁芯窗口面积与磁芯有效截面积的乘积(cm4)、Pt为磁性元件视在功率(VA)、K0为窗口填充系数、Kf为波形系数、Kj为电流系数电流密度系数、f为磁芯元件工作频率(Hz)、Bm为磁芯工作磁感应强度(T)、x为常数由磁芯决定；)选择满足功率要求的磁芯；第二步根据初级电压及式(其中N1为初级匝数、U1为初级电压、τ为工作频率等效脉宽、Bm为工作磁感应强度、Sc为磁芯截面)得高功率磁集成元件的初级匝数；第三步采用绝缘材料做初级绕组骨架；第四步在初级绕组骨架绕上所得的匝数，成为初级线圈；第五步采用绝缘材料做次级绕组骨架并根据所需谐振电感量，根据变压器漏感公式(μH)，(其中μ0为空气磁导率、N1为初级匝数、hw为初次级绕组平均高度、σ1为初级绕组厚度、σ2为次级绕组厚度、σ12为初次级间厚度、l1m为初级绕组平均匝长、l2m为次级绕组平均匝长、l3m为初次级间平均匝长)；在此制备方法中主要通过调整初次级绕组间距σ12及初次级平均高度hw来实现满足谐振电感要求的漏感；第六步根据次级电压及式(其中N2为次级匝数、U2为次级电压、τ为工作频率等效脉宽、Bm为工作磁感应强度、Sc为铁芯截面)得高频变压器次级匝数；第七步在次级骨架绕上计算所得次级匝数，成为次级线圈；第八步把初级线圈与次级线圈一起装配在第一步所得的磁芯上成为高功率磁集成元件。
2.根据权利要求1所述的方法制得的新型高功率磁集成元件，其特征在于包括磁 芯、初级骨架、次级骨架；在初级骨架与次级骨架绕有所需匝数，所得的初级线圈和次 级线圈一起装配在磁芯上。
全文摘要
本发明涉及一种新型高功率磁集成元件及其制备方法，其方法包括以下步第一步根据电源功率与频率运用Ap法确定磁芯，第二步根据初级电压及式得高功率磁集成元件的初级匝数；第三步采用绝缘材料做初级绕组骨架；第四步在初级绕组骨架绕上所得的匝数，成为初级线圈；第五步采用绝缘材料做次级绕组骨架并根据所需谐振电感量，根据变压器漏感公式在此方法中主要通过调整初次级绕组间距σ12及初次级平均高度hw来实现满足谐振电感要求的漏感；第六步根据次级电压及式得高频变压器次级匝数；第七步在次级骨架绕上计算所得次级匝数，成为次级线圈；第八步把初级线圈与次级线圈一起装配在第一步所得的磁芯上成为高功率磁集成元件。
文档编号H01F38/00GK101692397SQ20091018414
公开日2010年4月7日 申请日期2009年8月25日 优先权日2009年8月25日
发明者沈坚 申请人:中国电子科技集团公司第十四研究所