【文章推荐】一种基于解析法的高频铜箔变压器漏感精确计算方法

一种基于解析法的高频铜箔变压器漏感精确计算方法

尹浩，苏建徽，赖纪东，于翔，金陵

(合肥工业大学光伏系统教育部工程研究中心，合肥230009)

高频变压器作为直流变换器中的核心功率部件，其漏感值的精确性对变换器工作模态及控制具有重要影响，尤其在高频工作条件下更为突出。目前针对高频变压器漏感计算，常用的一种方法是考虑高频效应的磁场能量解析法，基于磁场能量计算求解漏感。但由于该方法在计算磁场能量时采用了平均匝长的方案，磁场能量计算不准确，使得在匝比不为1的高频铜箔变压器中，漏感计算精度不够高。为此，文中提出了一种基于精确匝长的高频铜箔变压器漏感计算方法，在径向方向考虑实际匝长的变化，以此计算获得磁场能量，进而计算变压器漏感。该方法不受变压器匝比约束，在不同匝比下均可保证漏感计算精度。最后基于Ansys进行建模仿真，仿真结果验证了所提出漏感计算方法的正确性和有效性。

在高频直流变换器中，变压器漏感值的准确性对变换器工作模态及控制具有重要影响。如在谐振变换器中，变压器漏感不仅会在谐振变换器中影响谐振元件参数的大小，当漏感偏离设计值时易影响电路软开关状态，而且漏感值过大，会增加开关管电压应力，引起开关管过电压击穿。精确的漏感值是保障高频直流变换器正常工作，减少电路故障率的重要因素。

早期计算变压器漏感的研究侧重于中低频下的分析，随着宽禁带器件的发展，许多电力电子器件开关频率可以达到几兆赫兹甚至是几十兆赫兹的水平，中低频下漏感的计算方案难以直接应用于高频下变压器漏感计算。频率的上升会使得变压器导体中高频效应的影响加深，以致变压器窗口处的磁场呈非线性分布。而这种分布会使得漏感的计算变得更为困难。已有一些文献研究了高频下变压器漏感的计算，主要分为3种方法。第1种是通过绕组间互感和绕组自感计算漏感，但是这种方法目前只适用于环形磁芯结构的变压器，缺乏普适性；第2种是基于有限元仿真来对变压器漏感进行直接提取，但是当频率过高时会导致计算机的运算量过大，而且在变压器的优化设计中不易灵活使用；为了解决上述方法存在的问题，研究者提出了第3种方法：磁场能量解析法。

为提高高频铜箔变压器漏感的计算精度，文中基于磁场能量解析法，提出一种精确匝长的漏感计算方法。该方法考虑了区域内每层的实际匝长在各径向r处的变化，求出的磁场能量足够准确，在不同匝比情况下均可保证漏感的计算精度。

1变压器漏感定义和窗口处磁场强度计算

2基于精确匝长的漏感计算

2.1 精确匝长方法

2.2 窗口处的总磁场能量计算

3仿真验证和分析

在变压器匝比不为1时，现有的平均匝长方法在计算高频铜箔变压器漏感时精度不高。为此，文中提出了一种精确匝长方法来计算漏感，考虑了区域内每层匝长在径向r方向上发生的变化。基于该方法，文中推导出了变压器窗口处各个区域的磁场能量计算公式和漏感计算公式。

通过设定不同匝比下的仿真案例验证了所提出方法的正确性有有效性。根据仿真结果，精确匝长方法不仅在各种匝比情况下可以精准的计算变压器漏感，而且在匝比不为1的情况下比现有的平均匝长方法计算漏感精度更高。所以该方法可为匝比不为1情况下的变压器漏感设计提供理论依据。

尹浩(1996—)，男，硕士，研究方向为变压器设计与寄生参数计算(E-mail：yinhao_hfut@163.com)。

赖纪东(1981—)，男，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向为新型电力变换节能技术、分布式发电与微电网技术(通信作者)(E-mail：laijidong@126.com)。

尹浩，苏建徽，赖纪东，等.一种基于解析法的高频铜箔变压器漏感精确计算方法[J].高压电器，2021，57(4)：40-46.

YIN Hao，SU Jianhui，LAI Jidong，et al. Accurate calculation method for leakage inductance of high frequency copper foil transformer based on analytic method[J]. High Voltage Apparatus，2021，57(4)：40-46.