【摘 要】
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随着便携式电子产品的小型化和轻量化不断发展,对适配器电源的功率密度要求不断提升。美国能源部六级能效标准和欧盟Ecodesign 2019/1782都针对小功率外部电源制定了相应的能效标准。小功率适配器电源主要是反激变换器,为不断提升其转换效率,需要对其进行损耗分析和优化。反激变换器损耗主要包括原边开关管损耗、变压器损耗及副边整流管损耗,原边开关管、副边整流管的导通、开关损耗以及驱动损耗可以通过器件
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随着便携式电子产品的小型化和轻量化不断发展,对适配器电源的功率密度要求不断提升。美国能源部六级能效标准和欧盟Ecodesign 2019/1782都针对小功率外部电源制定了相应的能效标准。小功率适配器电源主要是反激变换器,为不断提升其转换效率,需要对其进行损耗分析和优化。反激变换器损耗主要包括原边开关管损耗、变压器损耗及副边整流管损耗,原边开关管、副边整流管的导通、开关损耗以及驱动损耗可以通过器件参数或者测试波形计算得到,反激变换器中的变压器磁芯损耗一直是损耗分析和测量的难点。本文首先详细介绍了现有磁芯损耗分析模型,并推导了模型在反激变换器断续模式下的拓展形式以及基于磁感应强度不均匀分布的磁芯形状参数Cge,使其可以计算环形磁芯和EE型磁芯的准确损耗。利用仿真软件,对不同形状、不同激励源下,对磁芯损耗计算模型进行了对比研究,在使用固定的Steinmetz参数的情况下,通过仿真验证修正后的i Wc SE模型与仿真结果吻合程度最高,误差低于1%。为准确评估及测量反激变压器在不同工况下的损耗,本文提出了一种改进的直流法磁损测试方法及相应的测试电路,能够对电流连续模式(CCM)和电流断续模式(DCM)下的反激变压器磁损进行测量。在损耗测量中,基于等效原则,得到测试电路固有损耗,从电路工作状态保证测试电路测量磁芯电感和空心电感的一致性,从而得到准确的待测磁元件的磁性损耗。所提出的测试电路及方法具有简单、准确度高等优点。搭建了硬件测量电路并实际测量了环形磁芯和EE型磁芯在连续模式和断续模式工作状态的损耗,并与仿真结果和i Wc SE模型计算结果进行了对比与分析,并分析了仿真和i Wc SE模型与磁芯损耗实测值的误差,其中仿真值与测量值在占空比小时存在较大误差,主要来源于Steinmetz参数会随着频率的增大而改变,但在仿真软件中参数为固定值,因此低占空比产生的高频分量会增加磁芯损耗。而使用了变化的Steinmetz参数的的i Wc SE模型与磁芯损耗实测值误差较小,整体低于4.2%。最后,本文还分析了反激变换器各部分的损耗,搭建了实验硬件进行实验测试,将通过整机测试得到的磁芯损耗与通过改进直流法磁损测试装置的测量值进行对比分析,验证了磁损测试装置的准确性。本文提出的改进直流法磁损测试装置对于反激激励的损耗测试具有较高的准确性,方便工程应用,具有一定的实用价值。
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