平面变压器的热分析及简化模型
2025-01-06 14:40:23
来源：电子变压器与电感网
随着电子元件小型化的要求，高频平面变压器成为降低型材成本的首选器件，广泛应用于高频、高功率密度的电力电子变换器中，其结构如图1所示。平面变压器具有易于制造、尺寸小、热平衡面大等优点，但高频导致的集肤效应和邻近效应、铁芯损耗和低剖面都会使变压器内部温度升高，不利于设计和分析，也会导致绕组、印刷电路板的绝缘部分过热，影响可靠性。为了预测各部件的温度分布，科学地提高平面变压器可靠性，必须对其热网络进行分析，建立热仿真模型。
目前，已经有研究建立了平面变压器不同部件的热力学模型，但是这些模型缺少综合的比较，且不同的绕组结构会导致内部的功率损耗分布不同。本文建立了高频变压器的热网络模型，分析了高频变压器各部分的不均匀热量分布和功率损失。进一步考虑环境、铁芯与绕组之间的热耦合，建立平面变压器热阻抗网络，提取网络参数，得到基于热阻抗矩阵的模型，并对MHz级的样机上进行仿真和实验测量验证。最后，提出并分析了一种基于损耗的平面变压器热仿真模型的新型简化方式。通过高频变压器热仿真得到的温升和温度分布，验证了简化模型的正确性。本文所提出的高频平面变压器简化模型，不仅极大地降低了热仿真的难度，也提升了热仿真速度，为平面变压器的热学研究提供一种新的简化思路和分析方式。
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