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试谈电力电子高频磁技术研究及发展前景展望

2020-05-29 334 上传者：管理员

摘要：近几年，社会在不断进步，我国的工业技术也在不断发展和进步，电力电子高频技术成为电力电子技术领域的发展新趋势，国际上对于这一领域投入了很多的关注，我国也在积极地探索这一领域的新机遇和新方向。在结合电力电子高频磁技术发展的整体趋势后，也针对电力电子高频磁技术在现代电力电子技术中的地位和作用展开一定的探讨，对电力电子高频磁技术今后能够发展的趋势来进行探讨。本文将围绕电力电子高频磁技术展开分析并简要阐述其发展趋势，供相关人士进行参考借鉴。

关键词：
分析
发展趋势
电力电子变流装置
电力电子高频磁技术
电磁学
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电力电子技术在我国有着非常广泛的应用，且应用前景也十分的开阔。电力电子技术的核心就是围绕电能行驶的转换，通过研究和应用电能行驶大的转化，探索更多的技术运用。电力电子技术的应用越来越广泛，电能通过电力电子变流装置进行的能量转换比例已经达到80%，而且对于其中的质量也有了很多的提升。高频磁技术是电力电子技术中心的一项重要内容，也是电力电子技术提升的一种体现。其中的功率磁性元件也是电力电子装置中的关键部件，该元件能够承担磁能的传递和储存，所以它整体占到电路的五分之一到三分之一，总体的损耗也占到了百分之三十。

1、电力电子高频磁技术研究的意义

电力电子高频磁技术是电力电子技术与磁技术的结合，而且电力电子高频磁技术还将传统的工频磁技术提升到了高频和特殊的次结构，实现了这一技术的提升。在电磁理论基础中，电力电子高频磁技术探讨了磁件在高频的情况下，受到正弦、方波或者其他形式的电压的激励后，产生的一些特殊问题。通过对于电力电子高频磁技术的探究，还能够建立起新型的磁结构形式。电力电子高频磁技术四结合了多门科学学科的综合技术，对于电力电子高频磁技术的研究也能够促进多学科之间的融合，对多个领域都能够研究和开发，共同进步。

现代电力电子技术正在飞速的发展，而且它的发展也带动了磁性元件的发展，对磁性元件提出了更高的新要求。随着现代电力电子技术的不断进步，高频、绿色和集成制造成了技术新的追求，平面化则能够提高功率密度，所以磁元件也在朝着平面化不断的发展和探索，通过平面化的趋势对磁性元件自身也提出了更高的要求。磁性元件为了能够与电力电子技术更好的结合，也需要满足相应的提升，能够更好地提高自己的阵列化和模块化，全面的提升自己的效率。另外电力电子高频磁技术是电力电子技术和磁技术的结合，所以磁件的进步发展也是电力电子高频磁技术进步的需求。对于磁件的工艺，也有了更高的要求，比如说应该如何更好地解析磁件，这就包括磁件的构造和分析，并且也要针对磁件的设计来进行研究，另外相应的测试也需要进行相关的论证。随着技术的发展，传统的工频磁件或者块状次结构磁件的研究方法已经不能跟上整体的技术发展，特别是高频磁技术出现后传统的一些研究方法都需要被革新，所以要在磁元件上进一步的去深入研究，另外也要通过电力电子的相关瓶颈来达到电力电子技术的进一步突破。高频磁技术的不断研究和进步就能够突破电力电子的技术瓶颈，更好地获得带动整个电力电子技术的快速发展。

高频磁技术在国际上也受到了很多的关注，电力电子技术强国对于电力电子高频磁技术都在不断地深入研究和应用。在各项国际电力电子技术学术交流会上，都将电力电子高频磁技术独立拿出来进行讨论和交流，而且相关的研究也变多，学术上的论文也有了数量上的提升。对于这一领域的研究人员也在不断地增加，国际上的学习专题回忆也将会作为电力电子高频磁技术发展的推动，更好地促进学术人员在这一领域的探究。我国近几年来也一直在开展电力电子高频磁技术的研究，因为电力电子高频磁技术的发展将会是一个整体趋势，也会是电力电子技术领域的一次技术革新。

2、电力电子高频磁技术的发展趋势

电力电子高频磁技术对于电力电子技术来说是一个新领域，而这个新领域的核心就是磁元件的发展，他们之间都存在着密切相关的联系，所以想要让电力电子高频磁技术有更好的发展，就需要与电力电子技术和磁元件的发展相互结合。通过电力电子高频磁技术的发展退工电力电子应用书评的提升，另外又能够更好地结合磁技术的发展，让多个领域都能够融合进步与发展。磁技术的发展作为核心主要有以下几个趋势。

2.1高频化

开关频率的高频化是电力电子产品技术含量高低的重要标志，如何提高开关的频率是一个重要的研究趋势，而且通过提高开关的频率能够进一步的降低功率磁性元件的体积和总量，从而在相同的磁通密度下做到整体频率的倍数提高。而且通过这样的操作还能够实现变压器的铁芯截面积减少。通过高频化的处理，还能够减少电感器的电感量。通过已知的数学模型可以得知，磁件的体积和重量下降会与开关频率的平方根成正比，而且如果能够改善磁件的散热条件，还能够提高这个比例。因此，现代电力电子技术多运用软开关技术，软开关技术的发展能够让整体的损耗变得更低，全面的提高开关器件的整体工作效率，而且减少了磁件的整体损耗，也就提高了整体的高频化，实现了电力电子高频磁技术对于高频化的要求，成了磁件发展的重要趋势。

高频化能够让磁件的分布参数影响增大，这就能够让一些磁件的整体影响有着显著的增加，比如变压器在高频的情况下能够让匝间电容和原副绕组耦合电容的影响显著增大。另外比如一些几次电感、漏感以及铁芯损耗等等，这些都会受到高频化的影响，让磁件的电力模型变得更加的复杂。另外高频化也会增大磁件的整体损耗，因为在高频化的影响下涡流反映汇编得更加显著，一些绕组的端部结构都会给磁件带来明显的损耗，有一些电感器的气隙扩散磁通损耗也会急剧的增加。另外高频化也会对磁件的测试带来困难，高频下测试系统的整体分布参数都会因为持续高频而导致相位误差，另外磁件参数的整体测量误差也会急剧的增大。磁性材料如果能够更加稳定，且能够更好地抵消高频带来的影响，就能够推动高频磁技术更好的发展，也能更好地契合高频化的要求，这样才能够更好地推动电力电子高频磁技术的发展。

2.2平面化

我们了解到每个电磁元件都包括了磁回路和电回路的耦合，如果从传统的电工磁理论来进行考虑就能够根据优化结构来进行调整，从线圈窗口面积和铁芯截面积来进行考虑，进一步减小线圈的长度和铁芯的整体体积。一般来说，铁芯的线圈窗口形状主要是环形、EE形和EI形，另外还有一些罐形，这些情况的磁件高度都会比其他的元器件高。现在技术要求电力电子装置的水平提高，整体电力电子装置都能够更加的轻量化和低截面，这也就是磁件开始具有低平的平面结构的要求。磁件平面化即铁芯的窗口形状变成扁长形，这样会降低磁回路和电回路的利用率。加上上文所述的高频化，铁芯发热的比较厉害，平面化将会扩大磁件表面的散热，缓解了严重的发热现象，而且磁件热点到磁件表面的热阻也得到了降低，这样就能够更好的提高功率密度，全面的提升磁件的工作效率。平面化也会导致整个磁芯结构中的绕组结构也更加的平面化，所以对于磁件的平面化研究就会延伸到绕组结构的平面化研究。如果绕组结构能够进一步的平面化，就能够出现更多的可能性，比如夹心结构、交叠结构和匝间换位结构，这些结构都能给变压器带来更多的帮助，可以不同程度的降低漏电感，改善一些高频电阻、原副绕组耦合电容等等都有影响。平面绕组非常容易制作，而且平面的绕组有着更加一致的参数，可以适用于各个领域的多层印刷版技术制造，另外也能够与变压器原副边绕组的曾建交替技术和匝间换位技术之间互相应用。

2.3集成化

集成化是磁件的一个整体发展趋势，在诞生以来就一直在不断地进步和发展，整体的发展速度也非常的快。我们现在所说的集成化有两个方面的含义，其中之一是通过将多个磁性元件集成在一个铁芯结构上，然后通过每个磁性元件在铁芯上不同位置的不同电压电流以及磁通磁势，来实现对于磁件的集成，进一步的实现体积的减少，已达到整体损耗的降低。现实中的运用就是将多个电感器放置在铁芯上，变压器和电感器集成在同一个铁芯结构上。另一种运用则是将磁性元件与线路板结合，这种情况一般就要采用厚膜技术来进行实现，通过厚膜技术能够将磁芯和绕组制造在硅片上达到集成的效果。

磁性元件的集成对于功率提升有很大的促进作用，能够有效地提升整体电路的性能，但是电感数量的增长有一个负面的缺点就是会带来磁件数量的增加，也增加了相应的体积，从而带来了更多的损耗，这时候通过集成的技术就可以解决。集成虽然在电路拓扑上增加了更多的磁元件，但是对于整体的体积没有很大的改变，也就能够不再增加磁件的损耗。所以，只要能够在电路拓扑方案中更好的结合磁件的集成结构方案，就能够更好地提高整体的性能又不增加其中的损耗，达到一种磁件结构与电路结构的最佳方案，更好地促进电力电子高频磁技术的发展。

2.4阵列化

阵列化磁件即通过阵列化将大块的磁件结构进行离散，通过离散让大块的磁件结构呈现分布式阵列布置，形成一层磁结构层，最终打破原始的此件传统块状结构方式。而且这样能够有效的促进磁结构与线路板等不同的器件进行配合，更好地实现彼此之间的集成。上文有提到，磁件结构中的铁芯和绕组苏浩如果过于集中将会出现剧烈的高温从而带来各种损耗，所以通过阵列化能够更好地解决这一问题，让块状结构进一步离散，降低可能出现的集中发热，打破传统块状磁结构的发热特点，全面的扩大散热的面积，阵列化的磁结构能够更加均匀的将热量进行分布，让热量不再集中，散热变得更加的快，均匀了工作过程中产生的热能，提高了整个电路的功率密度。

阵列化的特点就是增加了磁件结构的整体面积，让此件变成更加平面化的磁层，与上文所提到的平面化有异曲同工的用意。更为扁平的磁层能够更好地满足各种外形高度的要求，更加适用于不同的变压器，与变压器的结构配合得更加贴合。

2.5混合化

混合化就是采用高密度功率变换模块，实现各种元件都能够高度集成封装，从而实现功率密度的全面提升。这样的高度集成就是让所有的磁元件能够更加靠近，距离得到有效缩短，从而减少高频电路分布参数带来的影响，进一步减小能量的循环，达到效率的提高。模块的体积也会随着高度集成封装减小，对模块的整体可靠性和效率却有很大的帮助和提升。常见的磁件混合化就包括此件和其他电路器件的集成连线，比如通过电感器箔形绕组的层间分布电容来实现混合化的LC滤波器，这就是一种混合化磁元件的整体利用。混合化的缺点就是整体设计和制造的工艺比较复杂，需要更多的投入相关的研究，并进一步提升相应的技术。

3、结束语

磁性元件的研究和分析是电力电子高频磁技术中新的一个重点发展趋势，要想进一步的提高电力电子高频磁技术水平，就需要对磁性元件进行技术的提升，更好地让磁性元件与电力电子器件相结合。两个领域共同的促进发展才能够真正推动电力电子高频磁技术的进步和发展。同时也要更加关注于发展过程中的每个领域的技术突破，通过将每个领域都更加的深入研究和进一步发展来推动整个高频磁技术的发展。

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