摘要：  运用磁集成技术；能够实现高频变压器与谐振电感集成。通过调整辅助绕组匝数和磁芯中气隙，使高频变压器集成电感量满足谐振电感量要求。从而解决了固定结构漏感不可调问题，实现变压器与谐振电感集成化。提高了电源功率密度，减少磁芯元件体积。

关键字：  磁集成，高频变压器，漏感，谐振电感，软开关

1 引言
移相控制全桥软开关需谐振电感来实现桥臂零电压开通，谐振电感通常可采用外接谐振电感或利用高频变压器本身漏感。利用主变压器漏感做谐振电感的条件是谐振电感量较小，如谐振电感量较大时就需对主变压器进行特殊设计，增大主变压器漏感来满足谐振电感量要求。设计特殊结构主变压器虽然可以满足谐振频率要求，但由于主变压器结构固定导致漏感值无法改变。故无法调整谐振电感量。而利用磁集成技术把谐振电感与主变压器做为一体，可通过改变辅助绕组匝数和磁芯气隙实现电感量可调，可得到所需谐振电感量要求。采用集成技术将两个分立元件集成在一个磁件上，可省去一个谐振电感，体积大幅减少，提高了电源功率密度减少接线端子损耗。
2 磁路分析
图1为磁集成器件示意图，E型磁芯中柱分别绕有初级与次级线圈，初级绕组在旁柱上绕有辅助线圈。通过改变辅助绕组匝数和调整气隙可方便得到所需谐振电感值。根据如图2对等效磁路分析有：。因E型磁芯中柱面积为两侧柱面积之和，故，R1=R3=2R2。
以上式可推导得变压器三柱磁感应强度：
                           (1)
                            (2)

                           (3)
因为初级与辅助绕组串联故式中I1=I3。
当变压器空载时。此时变压器初级电流I1等于变压器励磁电流I1m，次级电流I2为零。可知磁芯三柱上空载Bi≈。
                      (4)
                                 (5)
                                 (6)
                                         (7)
                        (8)
当变压器负载时，图2中柱次级电流产生磁通与初级电流产生磁通相抵消，中柱叠加磁感应为零，而两边柱叠加磁感应强度BΔ相等。简化后如图3所示因此所得叠加磁感应强度BΔ为。
                            (9)
B2Δ= 0                                         (10)
变压器磁芯工作磁感应强度Bi=Bi≈+BiΔ，Bi必须小于磁芯饱和磁感应强度Bs。
3 集成电感计算
集成元件由于辅助绕组与次级不完全耦合，故漏感比一般线圈要大很多。
变压器输入能量Wm。
Wm=Wa+Wb+Wc+Wd                                (11)
式中Wa，Wb，Wc，Wd分别为初级线圈、次级线圈、初次级线圈和与辅助绕组所占空间存储的磁能。因为输入的漏感的能量应等于磁场的能量。
其中：                                 
                                  (12)
                               (13)
                              (14)
                              15)
                          (16)
式中lm为绕组匝长，hw为绕组高度，σ为绕组厚度。
           (17)
添加气隙后的漏感为：
            (18)
有公式(18)可知改变辅助绕组匝数N3和改变气隙lg就可实现漏感的微调。[#page#]
4 变压器变比计算
                              (19)
                                      (20)
∵                             
∴                     (21)
5 磁集成器件设计
输入电压：500V
宽度：20μs
输出功率：15kW；
输出电压：524V；
要求谐振电感Lr=10μh
变压器磁芯选用2副EE110磁芯，铁芯截面S2c=2×12.8。
1)变压器初级匝数设计：
取变压器初级匝数N1=17，取辅助绕组N3=2，把已知参数代入式(4)(5)(6)(7)(8)分别得三柱B1≈=970，B2≈=1090，B3≈=1210。取侧柱气隙lg=0.35mm，气隙面积Sg近似等于磁芯边柱面积。代入式(9)(10)得B1Δ=B3Δ=1076Gs，B2Δ=0三柱叠加后磁芯侧柱磁感应强度B1c=2046Gs、B2c=1090Gs、B3c=2286Gs，侧柱磁感应强度大于中柱磁感应强度。把已知参数代入式(21)可得次级匝数N2=20。
2)变压器集成电感设计：
变压器集成电感为主变压器漏感与辅助绕组电感之和。调整磁芯单边气隙l3g=0.35mm，辅助匝数取N3=2、初级匝数N1=17、绕组平均高度65mm、初级绕组厚度19mm、次级绕组厚度19mm、初次级绕组间厚度0.2mm、磁芯中柱面积25.6cm2、侧柱面积12.8cm2代入式(16)得：变压器漏感量Ls=10.68μh，满足谐振电感要求。实测集成电感11.8μh，调整气隙后满足谐振电感要求。
6 试验与结论
集成磁件加满功率1小时测试得，变压器磁芯中柱温度50℃，侧柱温度70℃。验证中柱磁感应强度大于中柱的磁感应强度。各项指标满足性能要求。集成磁件由于采用变压器与谐振电感集成技术，体积比分立元件较小，但由于集成磁件添加气隙，励磁电感减少，主变压器励磁电流增加，效率降低，在实际运用中由于变压器中柱叠加B2Δ=0，所以中柱气隙可以去掉，增加励磁电感，可提高效率。且由于零电压开关的实质就是利用谐振过程对并联电容充放电，励磁电流大可以缩短充电时间，减少死区时间，容易实现零电压开关。
参考文献
[1] 沈坚， 蒋云彬， 顾公兵. 软开关电源中一体化高频磁芯元件设计[J]， 大比特资讯 2010.03
[2]  杨玉岗， 现代电力电子的磁技术[M]科学出版社2003 P209
[3]  陈乾宏，阮新波，严仰光. 开关电源中磁集成技术及其应用[J]，电工技术学报2004.3 P1-8
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[5] 王全保， 新编电子变压器手册[M]， 辽宁科学技术出版社2007 P306-30
[6] 赵修科， 开关电源中磁性元器件[M]， 沈阳， 辽宁科学技术出版社 2002年8月.
[7] 乔蕾， 刘永强. 磁集成技术及其在电力电子中的运用[J]， 电力系统及其自动化学报 2005.6
作者简介
沈坚 男，1965年生，高级工程师。研究方向为雷达发射机特种磁性元件。
张磊 男，1982年生，工程师。研究方向为雷达发射机特种磁性元件。
徐国林 男，1975年生，高级工程师。现主要从事雷达发射机特种电源的研究工作。