電力電子高頻磁技術分析及其發展趨勢探討

雷靜靜 唐瑤

摘要：近幾年，社會在不斷進步，我國的工業技術也在不斷發展和進步，電力電子高頻技術成為電力電子技術領域的發展新趨勢，國際上對于這一領域投入了很多的關注，我國也在積極地探索這一領域的新機遇和新方向。在結合電力電子高頻磁技術發展的整體趨勢后，也針對電力電子高頻磁技術在現代電力電子技術中的地位和作用展開一定的探討，對電力電子高頻磁技術今后能夠發展的趨勢來進行探討。本文將圍繞電力電子高頻磁技術展開分析并簡要闡述其發展趨勢，供相關人士進行參考借鑒。

關鍵詞：電力電子高頻磁技術;分析;發展趨勢

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）12-0227-02

電力電子技術在我國有著非常廣泛的應用，且應用前景也十分的開闊。電力電子技術的核心就是圍繞電能行駛的轉換，通過研究和應用電能行駛大的轉化，探索更多的技術運用。電力電子技術的應用越來越廣泛，電能通過電力電子變流裝置進行的能量轉換比例已經達到80%，而且對于其中的質量也有了很多的提升。高頻磁技術是電力電子技術中心的一項重要內容，也是電力電子技術提升的一種體現。其中的功率磁性元件也是電力電子裝置中的關鍵部件，該元件能夠承擔磁能的傳遞和儲存，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研究的意義

電力電子高頻磁技術是電力電子技術與磁技術的結合，而且電力電子高頻磁技術還將傳統的工頻磁技術提升到了高頻和特殊的次結構，實現了這一技術的提升。在電磁理論基礎中，電力電子高頻磁技術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后，產生的一些特殊問題。通過對于電力電子高頻磁技術的探究，還能夠建立起新型的磁結構形式。電力電子高頻磁技術四結合了多門科學學科的綜合技術，對于電力電子高頻磁技術的研究也能夠促進多學科之間的融合，對多個領域都能夠研究和開發，共同進步。

現代電力電子技術正在飛速的發展，而且它的發展也帶動了磁性元件的發展，對磁性元件提出了更高的新要求。隨著現代電力電子技術的不斷進步，高頻、綠色和集成制造成了技術新的追求，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展和探索，通過平面化的趨勢對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更好的結合，也需要滿足相應的提升，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是電力電子技術和磁技術的結合，所以磁件的進步發展也是電力電子高頻磁技術進步的需求。對于磁件的工藝，也有了更高的要求，比如說應該如何更好地解析磁件，這就包括磁件的構造和分析，并且也要針對磁件的設計來進行研究，另外相應的測試也需要進行相關的論證。隨著技術的發展，傳統的工頻磁件或者塊狀次結構磁件的研究方法已經不能跟上整體的技術發展，特別是高頻磁技術出現后傳統的一些研究方法都需要被革新，所以要在磁元件上進一步的去深入研究，另外也要通過電力電子的相關瓶頸來達到電力電子技術的進一步突破。高頻磁技術的不斷研究和進步就能夠突破電力電子的技術瓶頸，更好地獲得帶動整個電力電子技術的快速發展。

高頻磁技術在國際上也受到了很多的關注，電力電子技術強國對于電力電子高頻磁技術都在不斷地深入研究和應用。在各項國際電力電子技術學術交流會上，都將電力電子高頻磁技術獨立拿出來進行討論和交流，而且相關的研究也變多，學術上的論文也有了數量上的提升。對于這一領域的研究人員也在不斷地增加，國際上的學習專題回憶也將會作為電力電子高頻磁技術發展的推動，更好地促進學術人員在這一領域的探究。我國近幾年來也一直在開展電力電子高頻磁技術的研究，因為電力電子高頻磁技術的發展將會是一個整體趨勢，也會是電力電子技術領域的一次技術革新。

2電力電子高頻磁技術的發展趨勢

電力電子高頻磁技術對于電力電子技術來說是一個新領域，而這個新領域的核心就是磁元件的發展，他們之間都存在著密切相關的聯系，所以想要讓電力電子高頻磁技術有更好的發展，就需要與電力電子技術和磁元件的發展相互結合。通過電力電子高頻磁技術的發展退工電力電子應用書評的提升，另外又能夠更好地結合磁技術的發展，讓多個領域都能夠融合進步與發展。磁技術的發展作為核心主要有以下幾個趨勢。

2.1高頻化

開關頻率的高頻化是電力電子產品技術含量高低的重要標志，如何提高開關的頻率是一個重要的研究趨勢，而且通過提高開關的頻率能夠進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提高。而且通過這樣的操作還能夠實現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。通過已知的數學模型可以得知，磁件的體積和重量下降會與開關頻率的平方根成正比，而且如果能夠改善磁件的散熱條件，還能夠提高這個比例。因此，現代電力電子技術多運用軟開關技術，軟開關技術的發展能夠讓整體的損耗變得更低，全面的提高開關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，實現了電力電子高頻磁技術對于高頻化的要求，成了磁件發展的重要趨勢。

高頻化能夠讓磁件的分布參數影響增大，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，這些都會受到高頻化的影響，讓磁件的電力模型變得更加的復雜。另外高頻化也會增大磁件的整體損耗，因為在高頻化的影響下渦流反映匯編得更加顯著，一些繞組的端部結構都會給磁件帶來明顯的損耗，有一些電感器的氣隙擴散磁通損耗也會急劇的增加。另外高頻化也會對磁件的測試帶來困難，高頻下測試系統的整體分布參數都會因為持續高頻而導致相位誤差，另外磁件參數的整體測量誤差也會急劇的增大。磁性材料如果能夠更加穩定，且能夠更好地抵消高頻帶來的影響，就能夠推動高頻磁技術更好的發展，也能更好地契合高頻化的要求，這樣才能夠更好地推動電力電子高頻磁技術的發展。

2.2平面化

我們了解到每個電磁元件都包括了磁回路和電回路的耦合，如果從傳統的電工磁理論來進行考慮就能夠根據優化結構來進行調整，從線圈窗口面積和鐵芯截面積來進行考慮，進一步減小線圈的長度和鐵芯的整體體積。一般來說，鐵芯的線圈窗口形狀主要是環形、EE形和EI形，另外還有一些罐形，這些情況的磁件高度都會比其他的元器件高。現在技術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構的要求。磁件平面化即鐵芯的窗口形狀變成扁長形，這樣會降低磁回路和電回路的利用率。加上上文所述的高頻化，鐵芯發熱的比較厲害，平面化將會擴大磁件表面的散熱，緩解了嚴重的發熱現象，而且磁件熱點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。平面化也會導致整個磁芯結構中的繞組結構也更加的平面化，所以對于磁件的平面化研究就會延伸到繞組結構的平面化研究。如果繞組結構能夠進一步的平面化，就能夠出現更多的可能性，比如夾心結構、交疊結構和匝間換位結構，這些結構都能給變壓器帶來更多的幫助，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，可以適用于各個領域的多層印刷版技術制造，另外也能夠與變壓器原副邊繞組的曾建交替技術和匝間換位技術之間互相應用。

2.3集成化

集成化是磁件的一個整體發展趨勢，在誕生以來就一直在不斷地進步和發展，整體的發展速度也非常的快。我們現在所說的集成化有兩個方面的含義，其中之一是通過將多個磁性元件集成在一個鐵芯結構上，然后通過每個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，來實現對于磁件的集成，進一步的實現體積的減少，已達到整體損耗的降低。現實中的運用就是將多個電感器放置在鐵芯上，變壓器和電感器集成在同一個鐵芯結構上。另一種運用則是將磁性元件與線路板結合，這種情況一般就要采用厚膜技術來進行實現，通過厚膜技術能夠將磁芯和繞組制造在硅片上達到集成的效果。

磁性元件的集成對于功率提升有很大的促進作用，能夠有效地提升整體電路的性能，但是電感數量的增長有一個負面的缺點就是會帶來磁件數量的增加，也增加了相應的體積，從而帶來了更多的損耗，這時候通過集成的技術就可以解決。集成雖然在電路拓撲上增加了更多的磁元件，但是對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，只要能夠在電路拓撲方案中更好的結合磁件的集成結構方案，就能夠更好地提高整體的性能又不增加其中的損耗，達到一種磁件結構與電路結構的最佳方案，更好地促進電力電子高頻磁技術的發展。

2.4陣列化

陣列化磁件即通過陣列化將大塊的磁件結構進行離散，通過離散讓大塊的磁件結構呈現分布式陣列布置，形成一層磁結構層，最終打破原始的此件傳統塊狀結構方式。而且這樣能夠有效的促進磁結構與線路板等不同的器件進行配合，更好地實現彼此之間的集成。上文有提到，磁件結構中的鐵芯和繞組蘇浩如果過于集中將會出現劇烈的高溫從而帶來各種損耗，所以通過陣列化能夠更好地解決這一問題，讓塊狀結構進一步離散，降低可能出現的集中發熱，打破傳統塊狀磁結構的發熱特點，全面的擴大散熱的面積，陣列化的磁結構能夠更加均勻的將熱量進行分布，讓熱量不再集中，散熱變得更加的快，均勻了工作過程中產生的熱能，提高了整個電路的功率密度。

陣列化的特點就是增加了磁件結構的整體面積，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，與變壓器的結構配合得更加貼合。

2.5混合化

混合化就是采用高密度功率變換模塊，實現各種元件都能夠高度集成封裝，從而實現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帶來的影響，進一步減小能量的循環，達到效率的提高。模塊的體積也會隨著高度集成封裝減小，對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實現混合化的LC濾波器，這就是一種混合化磁元件的整體利用。混合化的缺點就是整體設計和制造的工藝比較復雜，需要更多的投入相關的研究，并進一步提升相應的技術。

3結束語

磁性元件的研究和分析是電力電子高頻磁技術中新的一個重點發展趨勢，要想進一步的提高電力電子高頻磁技術水平，就需要對磁性元件進行技術的提升，更好地讓磁性元件與電力電子器件相結合。兩個領域共同的促進發展才能夠真正推動電力電子高頻磁技術的進步和發展。同時也要更加關注于發展過程中的每個領域的技術突破，通過將每個領域都更加的深入研究和進一步發展來推動整個高頻磁技術的發展。