柔性带材电磁功率元件集成拓扑与设计方法

基本信息
批准号:51577161
项目类别:面上项目
资助金额:68.00
负责人:邓成
学科分类:
依托单位:湘潭大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:郭有贵,谭平安,刘勇,姚子力,史氙,钟烨宇,何海兵,曹赛琪
关键词:
柔性带材电磁功率元件集成拓扑最优化设计
结项摘要

There is an urgent need for the power electronic equipment of high power density and high quality in rising industries, such as the electric vehicle (EV), the IT service power supply and the aerospace electrical power system. The integrated electromagnetic power component with flexible film is an important technical method to meet this demand. This project begins with the analysis and improvement of the circuit topology, proposes the various schemes of the integrated electromagnetic power component with flexible film, and evaluates the performances of the various schemes. Then, the analysis model of the electrical, magnetic and thermal fields will be established. The problems such as the volume optimization, unequal heat distribution and electromagnetic compatibility in the integration will be resolved. The optimal design method of the volume and the loss will be developed for the integrated electromagnetic power component with flexible film. The service reliability of the flexible film will be improved. The analysis, prediction and regulation of the distributed parameters in the integration will be explored. Parasitic parameters will be developed in the direction of optimizing the circuit performance. An experiment platform of 3.3kW EV on-board charger will be built for the power electronic equipment of high power density and high quality. In order to verify the proposed theories and methods, the prototype of the integrated electromagnetic power component with flexible film will be made. The research results are expected to provide theoretical support for the engineering design of the integrated electromagnetic power component with flexible film.

电动汽车、IT服务电源、航空航天电源等新兴产业对高功率密度、高性能指标电力电子装置的需求越来越迫切,柔性带材电磁功率元件集成是满足这一需求的重要技术手段。本项目首先开展电路拓扑分析和改进工作,提出柔性带材电磁功率元件集成方案,并对集成拓扑进行性能评估,建立柔性带材电磁功率元件集成电、磁、热多场分析模型,解决电磁功率元件集成的体积优化、热分布不均和电磁兼容性等问题,获得柔性带材电磁功率元件集成体积与损耗最优设计方法,增强电磁功率元件集成使用的可靠性,探索柔性带材电磁功率元件集成中分布参数的分析、预测与调节方法,实现寄生参数向优化电路性能方向发展。针对高功率密度、高性能指标电力电子装置的应用场合,搭建3.3kW电动汽车车载充电器试验平台,研制柔性带材电磁功率元件集成样机,验证本项目提出的理论和方法。预期成果可为柔性带材电磁功率元件集成的工程优化提供理论支持。

项目摘要

电动汽车、IT服务电源、航空航天电源等新兴产业对高功率密度、高性能指标电力电子装置的需求越来越迫切,柔性带材电磁功率元件集成是满足这一需求的重要技术手段。.本项目首先针对集成Boost谐振变换器、软开关单相AC/DC变换器、LED驱动电路等拓扑,提出了基于柔性多层带材集成方法的若干种电磁功率集成单元,并实现了仿真和实验验证;分别针对单极LED驱动、新型Г-Z源和DAB DC/AC双向变换器拓扑,建立了柔性带材电磁功率元件集成单元的电磁模型,运用Ansoft/Maxwell仿真软件,使用2D瞬态场计算出铁损和磁损,并与理论计算进行对比,解决了体积优化、热分布不均等问题;为获得柔性带材电磁功率元件集成体积与损耗最优设计方法,针对具有高效率的集成升压串联谐振变流器,将六个无源元件集成到E-E磁芯中,有效地减少了变换器的体积,同时达到了损耗最优化设计,最后制作了一台350 W柔性多层带材集成单元样机,验证了所提方法的正确性和可行性;针对集总参数模型难以分析高频状态下寄生参数对电路的影响,基于传输线基本理论,建立了两类柔性多层带材的两匝分布电磁参数剖面结构。按照分布参数消除量纲对等原则,电容器寄生电感的消除通过“T”型消除器串联负电感实现,该方法可应用于LED驱动下多元件谐振变换器的集成结构,实现电感器寄生电容的消除,实现了寄生参数向优化电路性能方向发展。.研究成果为柔性带材电磁功率元件集成的工程优化提供有效地理论和实践支持。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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