磁元件(变压器与电感)在开关电源中承担着电气隔离、电压变换、能量缓冲等任务,是影响变换器效率、体积及功率密度的关键部件。随着氮化镓、碳化硅等宽禁带功率器件的应用,变换器开关频率不断提高,高频磁元件设计的准确性对变换器性能影响更为突出。现有高频磁性元件优化设计方法由于采用复杂的绕组损耗模型,使得优化方法仅适用于特定场合而缺乏通用性。而且,由于在优化设计过程中忽略了设计变量的离散性或未考虑涡流损耗影响等因素,所采用计算条件较为理想,导致优化结果往往偏离最优点。为此,采用一种等效交流电阻系数的绕组损耗建模方法,考虑磁芯尺寸、匝数等设计变量的离散性特点,分别提出了相应导体尺寸、绕组与气隙以及磁芯的局部优化设计方法,对磁元件尺寸与损耗进行优化,给出了高频磁元件的综合优化设计方法。与现有磁元件优化设计方法相比,所提出优化设计方更具通用性和准确性。论文主要研究工作和创新点概括如下:1)分析了高频磁元件设计的研究现状,明确了高频磁性元件的设计难点,指出现有设计方法由于设计过程中约束条件相对理想、未考虑设计变量离散性特点等因素,在适用性与准确性等方面有待改进。2)提出了一种考虑绕组截面积与导体尺寸限制的高频磁性元件导体尺寸优化设计方法。现有高频磁元件导体尺寸优化方法,通常以单个绕组为例分析,未考虑绕组截面积限制或导体尺寸限制,实际应用时难以达到期望的设计目标。而直接针对多绕组高频磁元件的导体尺寸优化方法中,仅以直流电阻损耗最低为目标,但在高频应用条件下很大一部分损耗来自于涡流损耗,仅考虑直流电阻损耗而忽略涡流损耗将导致实际损耗偏离最优值。为此,采用一种等效交流电阻系数考虑涡流效应的绕组损耗建模方法,同时引入关于绕组截面积与导体尺寸的不等式约束,提出一种考虑绕组截面积与导体尺寸限制的导体尺寸优化设计方法,实现了绕组损耗更优。3)提出了一种考虑磁芯尺寸及匝数等设计变量离散特点、不依赖最大允许温升的高频磁元件绕组与气隙优化设计方法。现有高频磁元件优化设计方法中,整个设计过程将最大允许温升与最优绕组与磁芯损耗比同时作为已知条件,忽略了磁芯尺寸、匝数等设计变量具有离散性的特点,且损耗比优化时多数未考虑涡流损耗,导致在工程应用中实际总损耗往往偏离设计的最优点。为此,考虑涡流损耗优化绕组与磁芯损耗比,提出了一种高频磁元件绕组与气隙优化设计方法,不依赖最大允许温升,根据变量的离散性特点进行优化设计,实现了更低的损耗与温升。4)针对非粉末与粉末磁芯尺寸选择,分别提出了相应的最优面积积计算方法。现有面积积的计算方法,要么未考虑涡流效应,不够精确;要么考虑涡流效应采用了复杂的绕组损耗模型,仅适用于两绕组,不够通用;同时未考虑粉末磁芯磁导率与损耗特性的耦合应用至粉末磁芯时,需多次迭代。为此,针对非粉末磁芯与粉末磁芯分别提出最优面积积计算方法。非粉末磁芯的最优面积积计算方法方面,通过引入绕组等效交流电阻系数,提升了计算精度、确保了方法的通用性。粉末磁芯最优面积积计算方法方面,对每种磁导率分别进行优化,有效减少了计算过程中的迭代次数。此外,研究了设计变量与磁元件功率的关系曲线,详细分析论述了常规面积积计算方法中的变量经验值取值。研究了磁芯材料选择所用的性能因子,详细推导了性能因子与传输功率的关系式,说明了性能因子可用于磁材选择的根本原因。论文对高频磁元件的优化设计方法进行了仿真与实验验证,给出了仿真与实验结果,说明了方法的有效性。附录给出了高频磁元件优化设计所需磁元件热模型、磁芯损耗模型与绕组损耗模型的综述与比较。