高频平面变压器寄生参数解析建模研究

With the development of switched mode power supply towards a higher level of miniaturization and integration, planar transformers have been widely concerned and studied in industry and academy in recently years, due to their particular structure and electromagnetic features. This project investigates two important parasitic elements of planar transformers via the theories of electromagnetism, partial differential equations, methods of mathematical physics, engineering optimization and etc. The research topics consist of the following: 1) analytical modeling methods for static leakage inductances of planar transformers with magnetic shunt; 2) analytical modeling methods for dynamic leakage inductances of planar transformers; 3) analytical modeling methods for stray capacitances of planar transformers；4) high-frequency physical model for planar transformers. The above-mentioned research work of planar transformers is expected to provide more insight into the features of the components, fill the gaps in analytical modeling methods of their parasitic elements，and propose easy and accurate analysis approaches and calculation tools for their engineering applications.

随着开关电源向着小型化和集成化的方向发展，平面变压器技术因其独特的结构和电磁特性，在近些年被业界及学术界广泛关注和研究。本项目旨在利用电磁场、偏微分方程、数学物理方法和工程优化等理论来研究平面变压器的两项重要寄生参数：漏电感和寄生电容的解析建模方法。具体的研究内容包括：1）含导磁层平面变压器静态漏电感的解析建模；2）平面变压器动态漏电感的解析建模；3）平面变压器寄生电容的解析建模；4）平面变压器的高频物理模型。通过以上针对平面变压器的研究，可以加深对器件特性的认识程度，填补国内外在该器件寄生参数解析建模研究领域中的空白，并为平面变压器的工程应用提供一些更加便捷准确的分析方法与计算工具。

平面变压器在开关电源小型化发展趋势中发挥越来越重要的作用，而随着开关电源工作频率的逐步提升，平面变压器的寄生参数对电源的影响也变得越来越显著。本课题旨在研究平面变压器的漏电感、寄生电容的建模问题，对相关方法、工具进行完善，为电源产品磁性器件工程研制提供一定的理论指导和技术支撑。.本课题主要完成了以下研究内容：.1. 对平面变压器静态漏电感解析建模方法开展了研究，对利用镜像法求解多层矩形区域静磁场的进行了深入探索，提出了基于复镜像电流源等效的求解方法，用于平面变压器静态漏电感解析建模计算。.2. 在上述工作基础上，通过利用不同的求解手段处理对应二维绕组截面布局，补充完善了基于能量法的静态漏电感解析建模的方法体系，并将这些方法应用于平面磁性器件的工程研制中，对多种类型的平面变压器的漏电感进行了解析建模研究。.3. 对已有的基于多层矩形区域格林函数的寄生电容半解析计算方法进行研究和应用，并对相关计算程序进行了改进完善，利用复数泰勒级数展开的方法解决了格林函数在特定情况下收敛性较差的问题，使计算程序计算速度得以提升，使其能够更加适用于建模和优化。.4. 对基于C(T)LL谐振结构的LLC升压DC-DC电源的设计与控制方法进行了研究，通过C(T)LL的谐振槽形式实现了低压大电流输入情况下的LLC升压拓扑。此外，利用移相+调频复合控制实现了适应宽范围调压需求的电源控制策略，并完成了样机的测试和验证工作。.课题形成的部分成果通过论文、专利形式发表，并且很多成果已经在电源产品的设计、研制中得以应用，将学术成果与工程应用较好的结合。