一种耦合环形电感器寄生电容计算方法

本技术涉及电子信息，尤其是指一种耦合环形电感器寄生电容计算方法。

背景技术：

1、随着开关型功率变换器工作频率的提高，其电路中产生的emi噪声水平也越来越高，emi噪声的高低很大程度上依赖于开关型功率变换器中的磁性元件，即电感器的寄生电容。因此，为了尽可能减小emi噪声，在电感器设计阶段通过计算其寄生电容，基于寄生电容的大小为元件的设计优化提供方向十分重要。

2、对于耦合环形电感器，其寄生电容与匝匝间电容(相邻线圈之间的寄生电容)密切相关，匝匝间电容包括相邻两匝线圈之间的绝缘层电容和空气隙电容。现有技术中在计算耦合环形电感器相邻两匝线圈之间的空气隙电容时，直接将线圈之间的电场线路径近似为直线路径，但是实际上线圈之间的电场线路径并非直线，因此，使用现有技术计算得到的空气隙电容并不准确，从而导致最终计算得到的耦合环形电感器的寄生电容值与实际值之间的误差较大；另外，相邻两匝线圈之间的距离会影响空气隙电容的大小，而现有技术中在构建电场线路径时并未考虑相邻两线圈之间的距离，因此，现有计算方法只能用于粗略计算相邻两匝线圈之间距离为0(即紧密绕制)的电感器的空气隙电容，且无法计算非紧密绕制的电感器的空气隙电容。

3、综上所述，现有的耦合环形电感器寄生电容计算方法准确性低，计算得到的寄生电容与实际值误差较大，且无法用于计算非紧密绕制的电感器的寄生电容，从而无法为元件的设计优化提供准确的数据支撑。

技术实现思路

1、为此，本技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中的耦合环形电感器寄生电容计算方法存在准确性低，计算得到的寄生电容与实际值误差较大，且无法用于计算非紧密绕制的电感器的寄生电容，从而无法为元件的设计优化提供准确的数据支撑的问题。

2、为解决上述技术问题，本技术提供了一种耦合环形电感器寄生电容计算方法，包括：

3、获取目标耦合环形电感器的导线内直径、导线外直径、单匝绕组长度、绝缘层相对介电常数、相邻两匝线圈之间的距离和线圈匝数；

4、使用抛物线方程模拟相邻两匝线圈之间的电场线路径，基于所述相邻两匝线圈之间的距离和所述抛物线方程，构建相邻两匝线圈之间的电场线路径方程，基于所述相邻两匝线圈之间的电场线路径方程、所述单匝绕组长度和所述导线外直径，计算相邻两匝线圈之间的空气隙寄生电容；

5、基于所述相邻两匝线圈之间的空气隙寄生电容和相邻两匝线圈之间的绝缘层寄生电容，计算相邻两匝线圈之间的寄生电容；

6、基于所述相邻两匝线圈之间的寄生电容、线圈与磁芯间的寄生电容和所述线圈匝数计算所述目标耦合环形电感器的总寄生电容。

7、在本技术的一个实施例中，所述抛物线方程为：

8、

9、其中，y为抛物线方程的纵坐标，x为抛物线方程的横坐标，s为相邻两匝线圈之间的距离，d0为导线外直径，θ为抛物线与x轴交点的内夹角；

10、基于所述相邻两匝线圈之间的距离和所述抛物线方程构建的所述相邻两匝线圈之间的电场线路径方程为：

11、

12、其中，x(θ)为相邻两匝线圈之间的电场线路径方程，

13、在本技术的一个实施例中，所述相邻两匝线圈之间的空气隙寄生电容的计算公式为：

14、

15、其中，cg为相邻两匝线圈之间的空气隙寄生电容，ε0为真空介电常数，lt为单匝绕组长度。

16、在本技术的一个实施例中，所述相邻两匝线圈之间的绝缘层寄生电容的计算公式为：

17、

18、其中，ct-ti为相邻两匝线圈之间的绝缘层寄生电容，εr为绝缘层相对介电常数，ε0为真空介电常数，lt为单匝绕组长度，di为导线内直径，d0为导线外直径。

19、在本技术的一个实施例中，所述相邻两匝线圈之间的寄生电容的计算公式为：

20、

21、其中，ct-t为相邻两匝线圈之间的寄生电容，dct-ti为相邻两匝线圈之间的绝缘层寄生电容的微元，dcg为相邻两匝线圈之间的空气隙寄生电容的微元，s为相邻两匝线圈之间的距离，d0为导线外直径，εr为绝缘层相对介电常数，ε0为真空介电常数，lt为单匝绕组长度，di为导线内直径。

22、在本技术的一个实施例中，当所述目标耦合环形电感器存在磁芯时，基于所述导线内直径、所述导线外直径、所述单匝绕组长度和所述绝缘层相对介电常数，计算所述线圈与磁芯间的寄生电容。

23、在本技术的一个实施例中，所述线圈与磁芯间的寄生电容的计算公式为：

24、

25、其中，ctc为线圈与磁芯间的寄生电容，d0为导线外直径，εr为绝缘层相对介电常数，ε0为真空介电常数，lt为单匝绕组长度，di为导线内直径。

26、在本技术的一个实施例中，当所述相邻两匝线圈之间的距离为0时，所述目标耦合环形电感器的总寄生电容的计算公式为：

27、

28、其中，cab(n)为目标耦合环形电感器的总寄生电容，n为线圈匝数，ct-t为相邻两匝线圈之间的寄生电容，cab(n-2)为当目标耦合环形电感器的线圈匝数为n-2匝时的总寄生电容。

29、在本技术的一个实施例中，当所述相邻两匝线圈之间的距离不为0时，所述目标耦合环形电感器的总寄生电容的计算公式为：

30、

31、其中，cab(n)为目标耦合环形电感器的总寄生电容，n为线圈匝数，ct-t为相邻两匝线圈之间的寄生电容，cab(n-2)为当目标耦合环形电感器的线圈匝数为n-2匝时的总寄生电容。

32、在本技术的一个实施例中，当所述目标耦合环形电感器不存在磁芯时，所述线圈与磁芯间的寄生电容为0，所述目标耦合环形电感器的总寄生电容的计算公式为：

33、

34、其中，cab(n)为目标耦合环形电感器的总寄生电容，n为线圈匝数，ct-t为相邻两匝线圈之间的寄生电容。

35、本技术提供的耦合环形电感器寄生电容计算方法使用抛物线方程模拟相邻两匝线圈之间的电场线路径，之后基于相邻两匝线圈之间的距离和抛物线方程，构建相邻两匝线圈之间的电场线路径方程，基于电场线路径方程、单匝绕组长度和线圈外直径，计算相邻两匝线圈之间的空气隙寄生电容；基于相邻两匝线圈之间的绝缘层寄生电容和相邻两匝线圈之间的空气隙寄生电容，计算相邻两匝线圈之间的寄生电容，最后基于耦合环形电感器的线圈匝数、相邻两匝线圈之间的寄生电容和线圈与磁芯间的寄生电容计算耦合环形电感器的总寄生电容。本技术在计算空气隙寄生电容时，使用抛物线模拟线圈之间的电场线路径，使得构建的电场线路径方程更接近真实的电场线路径，从而使得基于该电场线路径方程计算得到的空气隙电容更加接近实际值，提高了耦合环形电感器寄生电容计算结果的准确性；另外，本技术在构建的电场线路径方程时还考虑了相邻两匝线圈之间的距离，因此，本技术提供的耦合环形电感器寄生电容计算方法，既能用于计算紧密绕制的耦合环形电感器的空气隙寄生电容，也可以用于计算非紧密绕制的耦合环形电感器的空气隙寄生电容。