平面磁件如何提高电力电子器件性能

本文探讨了平面磁件技术在提高电力电子器件性能方面的作用，特别是在可再生能源、储能、电源适配器、电源充电器和数据处理等领域。文章指出，随着氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）晶体管等化合物半导体器件的发展，电路尺寸减小，功率密度提高，对磁性器件的性能要求也随之增加。平面磁件因其在效率、成本、空间要求和散热方面的显著改善而受到关注。 平面磁件技术的研究始于20世纪60年代，90年代开始获得广泛关注，尤其是随着印刷电路板（PCB）技术的普及。平面元件由平面铜绕组构成，通常缠绕在刚性或柔性PCB上，并插入由软铁氧体制成的小型磁芯中。与传统线绕元件相比，平面元件的铜走线具有矩形横截面，这使得平面磁件在尺寸、热特性、制造成本和寄生效应方面具有优势。 文章详细比较了平面变压器与常规变压器的设计规范和性能，包括尺寸、热特性和功耗。通过对比分析，展示了平面磁件在散热性能和自动化制造方面的优势。同时，也讨论了平面磁件技术的缺点，如占用空间大、铜填充系数低、匝数有限、绕组间电容高以及缺乏精确分析模型等。 设计平面磁件需要深入了解电磁定律、磁性材料、磁件损耗等，并使用设计验证工具。文章提供了设计流程和必要的理论公式，包括磁化电感、磁芯选择、磁芯损耗密度和最大磁通密度的计算。此外，还介绍了Ansys软件在平面磁件设计和验证中的应用，包括参数识别、等效电路生成、低频电磁分析和耦合场分析。 最后，文章通过反激拓扑、iso-buck拓扑和LLC拓扑的应用示例，展示了平面磁件技术在实际电力电子转换器设计中的应用。这些示例说明了平面磁件技术如何帮助实现更高的功率密度和更具成本效益的解决方案。