龙岩变压器厂

0.引言

随着信息技术的不断发展[1]，各类设备在客观上要求小型化、轻量化和提高可靠性。为了适应这种要求需要开展DC-DC 变换器的化研究。在各种变换器的拓扑结构中，单端电路具有很多优点，其中最主要的优点是电路简单，成本低,适合多路。由于电路简单，在小功率情况下体积可以做得最小， 这种变换器拓扑结构在小功率的变换器设计中得到广泛采用。

单端DC-DC 变换器中的龙岩变压器工作时相当于一个带有两个(或多个)绕组的电感，这一点不同于典型的龙岩变压器[2]。初级线圈用于磁化磁芯,并且在磁芯损耗方面，磁芯损耗（PL）主要由三部分组成：磁滞损耗（Ph），涡流损耗（Pe）和剩余损耗（Pr）。其他讲了一些关于绕组、磁芯等的基本概念并没有提出新意的观点。在每个周期开关导通时间内存储能量，次级线圈用于磁芯的退磁， 并将在开关管导通时间内龙岩变压器存储的能量传递给负载。所以在设计龙岩变压器时必须考虑设计的龙岩变压器能传递所需要的能量。另外，为了设计高效率的变换器还需要考虑龙岩变压器的功率损耗。

2.单端龙岩变压器功率损耗模型的建立

以单端龙岩变压器为例推导计算龙岩变压器总功率损耗的数学模型： 通过功率损耗分离的方法可以将龙岩变压器的功率
损耗写成磁芯功率损耗与绕组功率损耗的总和[2]。

2.1 磁芯功率损耗

龙岩变压器的功率损耗可以分为磁芯功率损耗和绕组功率损耗， 而磁芯功率损耗主要是由涡流功率损耗和磁滞功率损耗构成的。磁损的计算公式如下：

2.2 绕组损耗

在领域， 为了分析和设计在非正弦条件下的传统龙岩变压器的绕组，陆续研究出一些实用的分析方法，一般是通过分析得到绕组的交流电阻， 然后由交流电阻计算绕组功率损耗。绕组的功率损耗也可以用下面的公式表达：

其中，Icm为通过龙岩变压器绕组的电流有效值； Kr 为趋肤系数；ρ 为铜的电阻率；MLT 为平均匝长度（单位m/匝）；N
为线圈的匝数；Sa为绕线的横截面积。

3.优化设计思路

传统的变换器设计沿用了工频龙岩变压器的设计方法， 特点是工作磁感应强度变化△B、最大导通比Dmax 通常由经验确定，然后通过反复试验加以调整，最后完成设计。这样设计的缺点是，往往要进行反复的重新设计来积累经验，对变换器的整体设计造成影响，需要多次重新调整变换器的整体设计，而且往往选择的参数并没有达到系统******。模拟退火算法是一种基于随机搜索的******算法， 该算法非常适用于工程实际求解******解。本文提出新的设计方法是在最初的设计中引入功耗计算，选择最小功耗的方案，确定最小功耗前提下的△B 和Dmax 的******选择， 进一步设计变换器整体设计中的其他参数。本文探讨了在效率******、损耗******、温升******的约束条件下Bm、J 的******值，建立数学模型，并通过模拟退火算法实现优化设计.

根据本文在前面的到的结论： 当龙岩变压器初级铜损等于次级铜损、磁芯损耗等于绕组损耗时，龙岩变压器总损耗最小。以变换器为入手点，建立方程：

其中：G 为磁芯重量；Kr 趋肤系数；K1为Ap 余量；K2为铜损余量；磁芯选最为常用的PC40 磁芯，则Pcv 有：

由上式即可求出龙岩变压器总损耗最小时和D 的******值。

本文利用模拟退火算法研制300kHz 的AC-DC 龙岩变压器[4]。其据以指标为：电结构为单端，工作方式为连续电流工作模式，输入电压为交流220V，电压为5V，电流为0.05~2A，工作频率为300kHz，效率为90％。其中的取值范围0.0001-0.07T，Dmax 的范围为：0.2-0.5。利用模拟退火算法，退火策略选用指数型退温：tk=akt0； 其中a 为一个小于零的常数。a 越小，退火速度越快。t0为初始温度，这里选1000。下图1 所示的为在整个迭代过程中，Dmax 整体最优解的变化过程。

4.结语

通过理论推导建立了龙岩变压器总功率损耗的数学模型， 提出利用数据拟合技术和模拟退火算法求解龙岩变压器的总功率损耗最小时△B 和Dmax 的最优取值的优化设计思想。提出一种优化设计DC-DC 变换器的方法，以单端龙岩变压器为例， 通过遗传算法得到△B、Dmax 和Lp 的最优取值的优化设计。试验验证采用这种优化设计方法设计的变换器具有很高的效率.