雷靜靜 唐瑤

摘要：近幾年，社會(huì)在不斷進(jìn)步，我國(guó)的工業(yè)技術(shù)也在不斷發(fā)展和進(jìn)步，電力電子高頻技術(shù)成為電力電子技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展新趨勢(shì)，國(guó)際上對(duì)于這一領(lǐng)域投入了很多的關(guān)注，我國(guó)也在積極地探索這一領(lǐng)域的新機(jī)遇和新方向。在結(jié)合電力電子高頻磁技術(shù)發(fā)展的整體趨勢(shì)后，也針對(duì)電力電子高頻磁技術(shù)在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中的地位和作用展開一定的探討，對(duì)電力電子高頻磁技術(shù)今后能夠發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)進(jìn)行探討。本文將圍繞電力電子高頻磁技術(shù)展開分析并簡(jiǎn)要闡述其發(fā)展趨勢(shì)，供相關(guān)人士進(jìn)行參考借鑒。

關(guān)鍵詞：電力電子高頻磁技術(shù);分析;發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）12-0227-02

電力電子技術(shù)在我國(guó)有著非常廣泛的應(yīng)用，且應(yīng)用前景也十分的開闊。電力電子技術(shù)的核心就是圍繞電能行駛的轉(zhuǎn)換，通過研究和應(yīng)用電能行駛大的轉(zhuǎn)化，探索更多的技術(shù)運(yùn)用。電力電子技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，電能通過電力電子變流裝置進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)換比例已經(jīng)達(dá)到80%，而且對(duì)于其中的質(zhì)量也有了很多的提升。高頻磁技術(shù)是電力電子技術(shù)中心的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是電力電子技術(shù)提升的一種體現(xiàn)。其中的功率磁性元件也是電力電子裝置中的關(guān)鍵部件，該元件能夠承擔(dān)磁能的傳遞和儲(chǔ)存，所以它整體占到電路的五分之一到三分之一，總體的損耗也占到了百分之三十。

1電力電子高頻磁技術(shù)研究的意義

電力電子高頻磁技術(shù)是電力電子技術(shù)與磁技術(shù)的結(jié)合，而且電力電子高頻磁技術(shù)還將傳統(tǒng)的工頻磁技術(shù)提升到了高頻和特殊的次結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了這一技術(shù)的提升。在電磁理論基礎(chǔ)中，電力電子高頻磁技術(shù)探討了磁件在高頻的情況下，受到正弦、方波或者其他形式的電壓的激勵(lì)后，產(chǎn)生的一些特殊問題。通過對(duì)于電力電子高頻磁技術(shù)的探究，還能夠建立起新型的磁結(jié)構(gòu)形式。電力電子高頻磁技術(shù)四結(jié)合了多門科學(xué)學(xué)科的綜合技術(shù)，對(duì)于電力電子高頻磁技術(shù)的研究也能夠促進(jìn)多學(xué)科之間的融合，對(duì)多個(gè)領(lǐng)域都能夠研究和開發(fā)，共同進(jìn)步。

現(xiàn)代電力電子技術(shù)正在飛速的發(fā)展，而且它的發(fā)展也帶動(dòng)了磁性元件的發(fā)展，對(duì)磁性元件提出了更高的新要求。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，高頻、綠色和集成制造成了技術(shù)新的追求，平面化則能夠提高功率密度，所以磁元件也在朝著平面化不斷的發(fā)展和探索，通過平面化的趨勢(shì)對(duì)磁性元件自身也提出了更高的要求。磁性元件為了能夠與電力電子技術(shù)更好的結(jié)合，也需要滿足相應(yīng)的提升，能夠更好地提高自己的陣列化和模塊化，全面的提升自己的效率。另外電力電子高頻磁技術(shù)是電力電子技術(shù)和磁技術(shù)的結(jié)合，所以磁件的進(jìn)步發(fā)展也是電力電子高頻磁技術(shù)進(jìn)步的需求。對(duì)于磁件的工藝，也有了更高的要求，比如說(shuō)應(yīng)該如何更好地解析磁件，這就包括磁件的構(gòu)造和分析，并且也要針對(duì)磁件的設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行研究，另外相應(yīng)的測(cè)試也需要進(jìn)行相關(guān)的論證。隨著技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的工頻磁件或者塊狀次結(jié)構(gòu)磁件的研究方法已經(jīng)不能跟上整體的技術(shù)發(fā)展，特別是高頻磁技術(shù)出現(xiàn)后傳統(tǒng)的一些研究方法都需要被革新，所以要在磁元件上進(jìn)一步的去深入研究，另外也要通過電力電子的相關(guān)瓶頸來(lái)達(dá)到電力電子技術(shù)的進(jìn)一步突破。高頻磁技術(shù)的不斷研究和進(jìn)步就能夠突破電力電子的技術(shù)瓶頸，更好地獲得帶動(dòng)整個(gè)電力電子技術(shù)的快速發(fā)展。

高頻磁技術(shù)在國(guó)際上也受到了很多的關(guān)注，電力電子技術(shù)強(qiáng)國(guó)對(duì)于電力電子高頻磁技術(shù)都在不斷地深入研究和應(yīng)用。在各項(xiàng)國(guó)際電力電子技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)上，都將電力電子高頻磁技術(shù)獨(dú)立拿出來(lái)進(jìn)行討論和交流，而且相關(guān)的研究也變多，學(xué)術(shù)上的論文也有了數(shù)量上的提升。對(duì)于這一領(lǐng)域的研究人員也在不斷地增加，國(guó)際上的學(xué)習(xí)專題回憶也將會(huì)作為電力電子高頻磁技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)，更好地促進(jìn)學(xué)術(shù)人員在這一領(lǐng)域的探究。我國(guó)近幾年來(lái)也一直在開展電力電子高頻磁技術(shù)的研究，因?yàn)殡娏﹄娮痈哳l磁技術(shù)的發(fā)展將會(huì)是一個(gè)整體趨勢(shì)，也會(huì)是電力電子技術(shù)領(lǐng)域的一次技術(shù)革新。

2電力電子高頻磁技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

電力電子高頻磁技術(shù)對(duì)于電力電子技術(shù)來(lái)說(shuō)是一個(gè)新領(lǐng)域，而這個(gè)新領(lǐng)域的核心就是磁元件的發(fā)展，他們之間都存在著密切相關(guān)的聯(lián)系，所以想要讓電力電子高頻磁技術(shù)有更好的發(fā)展，就需要與電力電子技術(shù)和磁元件的發(fā)展相互結(jié)合。通過電力電子高頻磁技術(shù)的發(fā)展退工電力電子應(yīng)用書評(píng)的提升，另外又能夠更好地結(jié)合磁技術(shù)的發(fā)展，讓多個(gè)領(lǐng)域都能夠融合進(jìn)步與發(fā)展。磁技術(shù)的發(fā)展作為核心主要有以下幾個(gè)趨勢(shì)。

2.1高頻化

開關(guān)頻率的高頻化是電力電子產(chǎn)品技術(shù)含量高低的重要標(biāo)志，如何提高開關(guān)的頻率是一個(gè)重要的研究趨勢(shì)，而且通過提高開關(guān)的頻率能夠進(jìn)一步的降低功率磁性元件的體積和總量，從而在相同的磁通密度下做到整體頻率的倍數(shù)提高。而且通過這樣的操作還能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器的鐵芯截面積減少。通過高頻化的處理，還能夠減少電感器的電感量。通過已知的數(shù)學(xué)模型可以得知，磁件的體積和重量下降會(huì)與開關(guān)頻率的平方根成正比，而且如果能夠改善磁件的散熱條件，還能夠提高這個(gè)比例。因此，現(xiàn)代電力電子技術(shù)多運(yùn)用軟開關(guān)技術(shù)，軟開關(guān)技術(shù)的發(fā)展能夠讓整體的損耗變得更低，全面的提高開關(guān)器件的整體工作效率，而且減少了磁件的整體損耗，也就提高了整體的高頻化，實(shí)現(xiàn)了電力電子高頻磁技術(shù)對(duì)于高頻化的要求，成了磁件發(fā)展的重要趨勢(shì)。

高頻化能夠讓磁件的分布參數(shù)影響增大，這就能夠讓一些磁件的整體影響有著顯著的增加，比如變壓器在高頻的情況下能夠讓匝間電容和原副繞組耦合電容的影響顯著增大。另外比如一些幾次電感、漏感以及鐵芯損耗等等，這些都會(huì)受到高頻化的影響，讓磁件的電力模型變得更加的復(fù)雜。另外高頻化也會(huì)增大磁件的整體損耗，因?yàn)樵诟哳l化的影響下渦流反映匯編得更加顯著，一些繞組的端部結(jié)構(gòu)都會(huì)給磁件帶來(lái)明顯的損耗，有一些電感器的氣隙擴(kuò)散磁通損耗也會(huì)急劇的增加。另外高頻化也會(huì)對(duì)磁件的測(cè)試帶來(lái)困難，高頻下測(cè)試系統(tǒng)的整體分布參數(shù)都會(huì)因?yàn)槌掷m(xù)高頻而導(dǎo)致相位誤差，另外磁件參數(shù)的整體測(cè)量誤差也會(huì)急劇的增大。磁性材料如果能夠更加穩(wěn)定，且能夠更好地抵消高頻帶來(lái)的影響，就能夠推動(dòng)高頻磁技術(shù)更好的發(fā)展，也能更好地契合高頻化的要求，這樣才能夠更好地推動(dòng)電力電子高頻磁技術(shù)的發(fā)展。

2.2平面化

我們了解到每個(gè)電磁元件都包括了磁回路和電回路的耦合，如果從傳統(tǒng)的電工磁理論來(lái)進(jìn)行考慮就能夠根據(jù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行調(diào)整，從線圈窗口面積和鐵芯截面積來(lái)進(jìn)行考慮，進(jìn)一步減小線圈的長(zhǎng)度和鐵芯的整體體積。一般來(lái)說(shuō)，鐵芯的線圈窗口形狀主要是環(huán)形、EE形和EI形，另外還有一些罐形，這些情況的磁件高度都會(huì)比其他的元器件高?，F(xiàn)在技術(shù)要求電力電子裝置的水平提高，整體電力電子裝置都能夠更加的輕量化和低截面，這也就是磁件開始具有低平的平面結(jié)構(gòu)的要求。磁件平面化即鐵芯的窗口形狀變成扁長(zhǎng)形，這樣會(huì)降低磁回路和電回路的利用率。加上上文所述的高頻化，鐵芯發(fā)熱的比較厲害，平面化將會(huì)擴(kuò)大磁件表面的散熱，緩解了嚴(yán)重的發(fā)熱現(xiàn)象，而且磁件熱點(diǎn)到磁件表面的熱阻也得到了降低，這樣就能夠更好的提高功率密度，全面的提升磁件的工作效率。平面化也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)磁芯結(jié)構(gòu)中的繞組結(jié)構(gòu)也更加的平面化，所以對(duì)于磁件的平面化研究就會(huì)延伸到繞組結(jié)構(gòu)的平面化研究。如果繞組結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)一步的平面化，就能夠出現(xiàn)更多的可能性，比如夾心結(jié)構(gòu)、交疊結(jié)構(gòu)和匝間換位結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)都能給變壓器帶來(lái)更多的幫助，可以不同程度的降低漏電感，改善一些高頻電阻、原副繞組耦合電容等等都有影響。平面繞組非常容易制作，而且平面的繞組有著更加一致的參數(shù)，可以適用于各個(gè)領(lǐng)域的多層印刷版技術(shù)制造，另外也能夠與變壓器原副邊繞組的曾建交替技術(shù)和匝間換位技術(shù)之間互相應(yīng)用。

2.3集成化

集成化是磁件的一個(gè)整體發(fā)展趨勢(shì)，在誕生以來(lái)就一直在不斷地進(jìn)步和發(fā)展，整體的發(fā)展速度也非常的快。我們現(xiàn)在所說(shuō)的集成化有兩個(gè)方面的含義，其中之一是通過將多個(gè)磁性元件集成在一個(gè)鐵芯結(jié)構(gòu)上，然后通過每個(gè)磁性元件在鐵芯上不同位置的不同電壓電流以及磁通磁勢(shì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于磁件的集成，進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)體積的減少，已達(dá)到整體損耗的降低?，F(xiàn)實(shí)中的運(yùn)用就是將多個(gè)電感器放置在鐵芯上，變壓器和電感器集成在同一個(gè)鐵芯結(jié)構(gòu)上。另一種運(yùn)用則是將磁性元件與線路板結(jié)合，這種情況一般就要采用厚膜技術(shù)來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，通過厚膜技術(shù)能夠?qū)⒋判竞屠@組制造在硅片上達(dá)到集成的效果。

磁性元件的集成對(duì)于功率提升有很大的促進(jìn)作用，能夠有效地提升整體電路的性能，但是電感數(shù)量的增長(zhǎng)有一個(gè)負(fù)面的缺點(diǎn)就是會(huì)帶來(lái)磁件數(shù)量的增加，也增加了相應(yīng)的體積，從而帶來(lái)了更多的損耗，這時(shí)候通過集成的技術(shù)就可以解決。集成雖然在電路拓?fù)渖显黾恿烁嗟拇旁菍?duì)于整體的體積沒有很大的改變，也就能夠不再增加磁件的損耗。所以，只要能夠在電路拓?fù)浞桨钢懈玫慕Y(jié)合磁件的集成結(jié)構(gòu)方案，就能夠更好地提高整體的性能又不增加其中的損耗，達(dá)到一種磁件結(jié)構(gòu)與電路結(jié)構(gòu)的最佳方案，更好地促進(jìn)電力電子高頻磁技術(shù)的發(fā)展。

2.4陣列化

陣列化磁件即通過陣列化將大塊的磁件結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散，通過離散讓大塊的磁件結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)分布式陣列布置，形成一層磁結(jié)構(gòu)層，最終打破原始的此件傳統(tǒng)塊狀結(jié)構(gòu)方式。而且這樣能夠有效的促進(jìn)磁結(jié)構(gòu)與線路板等不同的器件進(jìn)行配合，更好地實(shí)現(xiàn)彼此之間的集成。上文有提到，磁件結(jié)構(gòu)中的鐵芯和繞組蘇浩如果過于集中將會(huì)出現(xiàn)劇烈的高溫從而帶來(lái)各種損耗，所以通過陣列化能夠更好地解決這一問題，讓塊狀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步離散，降低可能出現(xiàn)的集中發(fā)熱，打破傳統(tǒng)塊狀磁結(jié)構(gòu)的發(fā)熱特點(diǎn)，全面的擴(kuò)大散熱的面積，陣列化的磁結(jié)構(gòu)能夠更加均勻的將熱量進(jìn)行分布，讓熱量不再集中，散熱變得更加的快，均勻了工作過程中產(chǎn)生的熱能，提高了整個(gè)電路的功率密度。

陣列化的特點(diǎn)就是增加了磁件結(jié)構(gòu)的整體面積，讓此件變成更加平面化的磁層，與上文所提到的平面化有異曲同工的用意。更為扁平的磁層能夠更好地滿足各種外形高度的要求，更加適用于不同的變壓器，與變壓器的結(jié)構(gòu)配合得更加貼合。

2.5混合化

混合化就是采用高密度功率變換模塊，實(shí)現(xiàn)各種元件都能夠高度集成封裝，從而實(shí)現(xiàn)功率密度的全面提升。這樣的高度集成就是讓所有的磁元件能夠更加靠近，距離得到有效縮短，從而減少高頻電路分布參數(shù)帶來(lái)的影響，進(jìn)一步減小能量的循環(huán)，達(dá)到效率的提高。模塊的體積也會(huì)隨著高度集成封裝減小，對(duì)模塊的整體可靠性和效率卻有很大的幫助和提升。常見的磁件混合化就包括此件和其他電路器件的集成連線，比如通過電感器箔形繞組的層間分布電容來(lái)實(shí)現(xiàn)混合化的LC濾波器，這就是一種混合化磁元件的整體利用?；旌匣娜秉c(diǎn)就是整體設(shè)計(jì)和制造的工藝比較復(fù)雜，需要更多的投入相關(guān)的研究，并進(jìn)一步提升相應(yīng)的技術(shù)。

3結(jié)束語(yǔ)

磁性元件的研究和分析是電力電子高頻磁技術(shù)中新的一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)，要想進(jìn)一步的提高電力電子高頻磁技術(shù)水平，就需要對(duì)磁性元件進(jìn)行技術(shù)的提升，更好地讓磁性元件與電力電子器件相結(jié)合。兩個(gè)領(lǐng)域共同的促進(jìn)發(fā)展才能夠真正推動(dòng)電力電子高頻磁技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。同時(shí)也要更加關(guān)注于發(fā)展過程中的每個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)突破，通過將每個(gè)領(lǐng)域都更加的深入研究和進(jìn)一步發(fā)展來(lái)推動(dòng)整個(gè)高頻磁技術(shù)的發(fā)展。