变压器热模型

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1、TECHNOLOGY&APPLICATION·技术与应用开关电源高频功率平面变压器热设计研究Thermaldesignconsiderationsforhigh-frequencypowerplanartransformer毛行奎，陈为MAOXing-kui,CHENWei福州大学电气工程与自动化学院，福建福州市350002CollegeofElectricalEngineering&Automation,FuzhouUniversity,Fuzhou350002,China摘要：高功率密度要求和高频下涡

2、流损耗（包括磁芯和线圈的涡流损耗）的急剧增大对高频功率平面变压器的热设计带来巨大挑战。通过分析平面变压器热传递特性，提出一种可分别计算线圈和磁芯温升的热模型及其建模方法。此外，根据铁氧体磁芯的损耗温度特性，还提出一种平面变压器温度设计准则。实验证明提出的热模型具有足够高的工程精度，而提出的温度设计准则可使变压器具有良好的热稳定性，从而改善了平面变压器热性能。关键词：开关电源；平面变压器；热设计；线圈损耗；磁芯损耗Abstract:Higherpowerdensityrequirementandeddycu

3、rrentloss(includingwindingandcoreloss)increasingdramaticallyimposeseverechallengesonthermaldesignofhigh-frequencyplanartransformer.Throughheattransferringanalysisoftheplanartransformer,anovelthermalmodelconsideringtemperatureriseofwindingandcoreindependen

4、tlyisproposed.Thenanewdesignguidelineofcoretemperaturebyanalyzingrelationbetweencorelossandtemperatureisalsogiven.Thethermalmodelandthedesignguidelinearehelpfultoimprovetheplanartransformerthermaldesign.Experimentsverifiedthethermalmodelanddesignconsidera

5、tion.Keywords:switch-modepowersupply;planartransformer;thermaldesign;windingloss;coreloss中图分类号：TM4文献标识码：A文章编号：1606-7517（2008）05-5-1071引言关电源，如DC/DC模块电源等，对平面变压器的热设计问题提出更高要求。为解决平面变压器发热问题，提高其热与传统立式变压器比较，平面变压器由于具有良好的性能以防止热失效和提高其功率密度，除了需要研究其损散热特性、工艺一致性以及灵活多样的线圈

6、结构和连接方耗减小技术（包括开发具有良好高频损耗特性的新型功率[7]式，可以较好满足开关电源高频化、低截面以及集成化发铁氧体材料和线圈设计技术）和封装技术以及散热技术[1-3]展要求，已获得广泛应用，具有较高附加值。虽如此，外，还需积极研究包括热模型以及温度设计准则等热设计但随着开关电源工作频率不断提高，输出电流日益增大，技术。高频功率磁性元件的损耗（包括磁芯和线圈损耗）也在急文章第二部分提出一新型平面变压器热模型及建模方[4-6]剧增大，这不仅降低了开关电源效率，更是增大了热设法，并进行实验验证。在此基

7、础上，第三部分进一步提出计难度，特别是对于广泛使用平面变压器的高功率密度开一平面变压器温度设计准则。2008.05·107技术与应用·TECHNOLOGY&APPLICATION2平面变压器热模型的方法可弥补实验测算法不足，但因热仿真模型所需的表面散热系数难以确定，从而难于建立精度较高的热仿真模2.1平面变压器热模型型。因此采用实验与仿真相结合建模方法，即先用实验测算得某种规格变压器的热阻，而后根据此实验热阻修正确热模型决定了平面变压器热设计的优化程度和可控程定热仿真模型的表面散热系数，进而通过热仿真建立

8、比较度，具有重要作用。图1为现有用于检验变压器温升常采精确的热模型。用的变压器热路模型（Rth_Tot为变压器总热阻，TA为环境温为求得图2模型中的3个热阻，需要3个约束方程，而度），它用变压器总损耗PTot（由磁芯和线圈损耗构成）估根据热电类比原理，即热路中温差、功率流（或损耗）以算变压器的温升，而无法考虑磁芯与线圈间的热传递关系及热阻类比于电路中的电压、电流以及电阻，图2只能直接以及磁芯和线圈的损耗比例，不能反映变压器磁芯