【经验】谐振功率磁元件在汽车转换器中的应用-Part2

时间： 2023-05-11 来源：PREMO普莱默公众号

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本文中PREMO将继续为大家介绍谐振功率磁元件在汽车转换器中的应用。

先进技术

选择利兹线或估算铜耗损的规则应用仍处于实验阶段。部分利兹线供应商用公式来计算股径、每捆的股数，以及最大估计外径[3]…但一直没有找到精确的方法来计算在工作频率和电流纹波给定条件下的绕组耗损。例如，1D或2D标准道威尔方法不能直接用于利兹铜线细分。

所幸，利兹线模型多年来受到了许多大学、研究中心、公司高级研发部门的质疑。因此在这方面开展了大量的调查研究，发表了许多方法和科学出版物[9,10,11]。但是，对于要求快速估算出磁元件设计损耗的行业工程师来说，大多数时间公式、应用假设和计算方法仍完全无法理解。

大量的应用研究工作得出了一些更简单的分析方法，包括免费软件的开发，您可以从网络上找到这些软件[12]。

然而，当利兹线用于绕组结构时，它的性能及产生的AC损耗仍取决于有交错或无交错的匝数和层数安排，从而产生集成漏感，使用谐振变压器可以确定串联电感值。

在大多数情况下，数据不足以很好地预测频率损耗。电磁有限元分析软件似乎是根据频率操作和电流波形精确计算铜损耗的唯一方法。但目前可用的工具有哪些？利兹线使用什么型号？是否是全行业认可的非常可靠的设计工具？

尝试使用线股3D建模

引入利兹线模型的第一种可能的方式是运用导体数据表中最精确的捻线表示方法（包括捆数和间距），在完全清晰的状态下分析利兹线。当然，还需要使用专门的计算技术在该分辨率下得出匝数和绕组数据。部分公司还开发了自动网格划分软件来生成这两个数据。

其中一个试验是由DEP MESHWORKS团队运用HEX处理自动化工具[13]来完成的。试验中使用了50股5捆250×0.1利兹线，在PQ59/35磁心周围形成线匝（见图10）。但输出了一个不容易导入的超级重（3Go）文件，还需要其他模拟工具来运行。例如，目前输出格式仍不能与电磁有限元分析软件兼容。此外，计算时间非常长，从这个角度来看，这个方法存在明显的局限性。

图10：利用MESHWORKS工具制成5x50x0.1利兹线的自动化HEX网格（3Go文件）

2D/3D FEA软件与利兹线模型集成

令人高兴的是，一些用于电磁模拟的有限元分析软件都有一个用通常基于给定导体的复磁导率的分析方法编制的利茨线模型[14,15,16]，它=这是计算导体频率效应的一种稳健、快速的方法。该模型根据引入的线股厚度和线股数对趋肤效应具有一定的敏感性。当应用到模拟几何中时，应快速处理邻近和边缘通量效应。

2D FEMM软件[17,18]嵌入该模块已有数年时间，试验起来比较容易（见图11a）。在大规模使用前，必须验证计算利兹线铜耗损的准确性和稳健性以及利兹线的工作频率。

应用利兹线时需考虑引入几个几何结构和绕组安排。Octave GNU[19]中的短程序能够在不同频率条件下自动计算，然后利用抗阻分析仪（HEWLETT-PACKARD 4194A或类似的-见图11b）将计算数据与部件的真实测量值叠加。

这一稳健、快速的计算技术已在多个绕组配置上进行了验证，以检验其准确性与测量值。例如，下图曲线(图12a/b)是关于利用250×0.1利兹线绕组制定的14:14变压器的曲线图。当然，双线绕组通过减少初级和次级之间的接近损耗，使铜损耗减少了300kHz时的一半。

图12a/b：250x0.1利兹线制成的14:14变压器-完全准确的FEMM模型

这一稳健、快速的计算技术已在多个绕组配置上进行了验证，以检验其准确性与测量值。例如，下图曲线（图12a/b）是关于利用250×0.1利兹线绕组制定的14:14变压器的曲线图。当然，双线绕组通过减少初级和次级之间的接近损耗，使铜损耗减少了300kHz时的一半。

通过改变几何结构（磁心尺寸）、利兹线定义和绕组安排做出了其他比较。因此，在可以运用2D假设（对称或平面简化）的任何情况下，这一既经济又快速准备的模拟能力是估算AC损耗的稳健方法。因此，不同配置下进行快速模拟结果对比成为优化绕组损耗的一种有效方法，无需制作样品。如果您在含有设计数据（磁心尺寸、匝数和布局、利兹线选择、电流和频率…）的MATHCAD页面应用我们的自动化FEMM模型生成，甚至会更高效[20]。

然而，当2D表示不够时, 该如何处理更为复杂的几何结构呢?幸运的是，目前其他可用的磁元件FEA模拟工具可以提供类似的集成式利兹线模型。2020R1版本的ANSYS MAXWELL就是其中一个[21]。当然，求解建模和计算时间效率较低，但利用简化模型或从3D机械模型导入（STEP文件或类似文件），即使形状复杂的平面变压器(见图13)也会得到良好的结果。但这必须经过验证，我们发现通过FEMM得出的2D结果具有很好的匹配度(见图14)。

图13：利用MAXWELL计算3.5kW平面LLC变压器的AC损耗（利兹线为黄色和绿色圆形电线）

图14：FEMM 2D与MAXWELL 3D之间的14:14变压器损耗对比图（100kHz）

热模拟

在磁元件设计过程中，当确定好铜和磁心的损耗分布时，下一步是了解几个给定操作点处溶液的最终温度（可能还包括其他的冷却系统）。可以使用如ANSYS ICEPAK等热模拟工具，但应用原材料会出现热导率问题（W/m·K）（见图15）…尤其是利兹线会出现这个问题，因为利兹线不属于固体铜导体。为确定这个数字，我们通过分析方法或直接测量进行了一些有趣的研究[22,23]。根据得出的经验，我们可以得出使用聚酸亚胺胶带隔离的利兹线的导热率为0.5-11W/m·K，该数值可用作参考值。

图15：利兹线损耗1W/m·K时的热模拟

此外, 还有一些分析模型可以根据每个线股的热阻网络推导出捆和整根线的热阻网络,然后估算出等效导热率[24,25]。但我们仍需评估计算的准确性。另一个局限性是所有输入数据的可用性。实际上，供应商不会分享全部有用参数，例如绝缘层的热导率、典型的绝缘厚度。信息不够时，会影响模型的使用。

运用模拟方法时，可以通过双向磁热分析方法分析利兹线，同时考虑材料温度相关性来确定稳态工作温度（ICEPAK-MAXWELL耦合）。

关于《谐振功率磁元件在汽车转换器中的应用》的更多内容：

【经验】谐振功率磁元件在汽车转换器中的应用-Part1

结论

在本研究中，我们回顾了开关中频范围（50-500kHz）内的功率磁性元件使用利兹线的优势。结合优化绕组耦合，降低了铜耗损。本研究根据频率、电流密度、隔离和温度标准，提出了作出最佳定义的设计指南。同时还介绍了已知参数和其他选择模型。通过与实验值进行比较，验证了分析2D/3D FEA模拟（包括利兹线模型）具有良好的精确性。此外, 本研究介绍了工程师必须使用的设计软件工具，并给出了估算铜损耗或比较绕组安排和利兹线组成的最佳规范。通过利兹线导体引入实际的等效热导率可以进行热模拟。

普莱默研发工程师采取所有措施优化磁解决方案，尤其是新电动汽车或插电式混合动力汽车嵌入充电器和转换器的高功率密度磁性元件。

普莱默是一家总部位于西班牙的公司，致力于研发、生产和销售电子元件，重点是第四次工业革命产生的关键能动技术：IoT、M2M、VR、互联汽车和电动汽车。

普莱默的产品组合包括RFID天线、AR运动跟踪传感器/VR运动跟踪传感器、电源变压器、电感器与扼流器、电流传感器、EMC滤波器及PC元件。除了一系列的标准现货产品外，普莱默还根据最新技术设计了定制化的产品方案，以迎合客户需求，让您的系统更高效。

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选型指南 - SANYO DENKI - 23.5 PDF 英文下载

【应用】125KHZ频率、Q值高达15的RFID天线3DC11LP-0720J助力智能车钥匙发射接收信号无死角

本文推荐Premo 125KHZ频率，感值7.2MH的RFID天线3DC11LP-0720J应用于智能车钥匙，可以使车钥匙发射和接收信号无死角；其长、宽、高为13x11.6x3mm，做出的钥匙小巧易携带，非常方便；工作温度是-40ºC至+85ºC，符合AECQ-200认证，完全能满足终端客户的需求。

应用方案发布时间 : 2020-05-18

一文了解普莱默反激式变压器自动化产线流程之一：焊锡

焊锡作为电子元件制造过程中的关键环节之一，其质量直接影响到产品的整体性能和可靠性。在PREMO普莱默反激式变压器X-14332-001产线上，公司引进了自动化焊接技术。本文将为您介绍普莱默反激式变压器自动化产线的焊锡工序。

原厂动态发布时间 : 2024-09-07

Premo（普莱默）成立于1962年，是RFID汽车天线开发方面极具影响力的全球技术领导者，也是全球主要电子元件制造商之一。Premo（普莱默）的产品组合包括RFID天线，电力变压器，电感，电流传感器，EMC滤波器和PLC组件等，并可定制解决方案满足客户多方面的需求。

电力变压器电感电流传感器 EM 运动跟踪传感器 EMC滤波器 PLC组件 RFID天线 NFC天线开关 RFID转发器感应线圈共模扼流圈 PLC变压器 PFC扼流圈无线电力传输线圈

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普莱默顺利通过ISO45001认证，为公司的发展注入新的动力！

近日，普莱默电子(芜湖)有限公司顺利获得由Intertek认证机构颁发的ISO45001:2018职业健康与安全管理体系认证证书。ISO45001是一项全球化职业健康安全管理体系标准，旨在保障员工的身心健康与工作安全。

原厂动态发布时间 : 2024-05-10

智能质检：普莱默工厂实现AI质量检测，提升自动化水平

PREMO普莱默芜湖工程团队最近的一项成就，他们成功地在X-D0240-136生产线上使用AI来进行焊接后的质量检测!AI技术在焊接质量检测中的应用是推动制造业智能化升级的重要一环，是普莱默芜湖工厂向智能化生产线转型的重要一步。在普莱默工程团队的带领下，芜湖工厂将继续提升自动化水平，实现业务的快速增长和竞争力的不断提升。

原厂动态发布时间 : 2024-09-04

普罗斯旗下的Anandale品牌，作为一个独立、垂直的汽车和物联网天线事业部，专门设计、生产和制造用于车载/IOT领域的高质量天线产品，凭借我们的专业知识和最先进的设施，我们致力于提供卓越的性能。

AM天线系统 FM天线系统 DAB天线系统 4G天线 5G天线 V2X天线 GNSS天线 SDARS天线低功耗蓝牙天线 Wi-Fi 天线 RFID UWB天线 NFC 天线

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PREMO（普莱默）RFID射频识别器件选型指南

描述- To meet the growing integration of NFC applications in the automotive market, PREMO has developed an outstanding NFC antenna product range (13.56MHz) very well suited for mobile devices.

型号- 3DC13S-C-0236J,KGEA-MRHB,3DC11LP-A-2000J,3DV15,KGEA-HBT-X-YYYY-H,KGEA-HBB,3DV11,SDTR1103-0720J,3DC11DR,KGEA-AFULR-X-YYYY-T,TC1102,3DC11F,SEA-C-0300J,KGEA-MRHBC-X-YYYY-T,ZAC1203-0238J,TC0502HF-0002K,TC1102-35000J,3DC11LP-AOIF-0477J,3DC11AOI-05DR-0720J,KGEA-AF-B-0104J,KGEA-MR,3DC14EM-ULP,3DV09,3DC15HF-0006K,3DC14-ULP,TP0702U-0491J,TR1102CAP SERIES,3DV06,KGEA-BFCAM-B-0500J,TP0602CAP-0720J,3DC15HF-0018K,SDTR1103,SDTR1103-HF2 SERIES,TR1102-0491J,TR1102CAP-0238J,3DC14S-C-0470J,3DC11LPAOIC-C-0720J,SEA,3DC11-DR-0720J,TP0702U-0900J,3DC15CAP-0247J,TC0502HF,TP0502CAP-1600J,TC0502HF-00047K,SDTR1103-HF2-0006K,3DC11LPAOIF-A-3000J,3DC12-0720J,KGEA-AFC-B-0240J,ZAC1203,3DC15HF-0009K,3DC11F-0720J,3DC15-0345,TP0702UCAP-0720J,3DC11LP-AOI-0477J,ZC1003,TR1102,KGEA-AFC,TP0702-0491J,3DC14S-C-0720J,TR1102-0900J,3DC15F-0720J,TP0702CAP,KGEA-SMD-B-0500J,KGEA-DHS-X-YYYY-H,3DC11CAP-0491J,3DC11LPAOIF-C-0720J,KGEA-AFULR,KGEA-SMD-C-0141J,3DC14S-0720J,3DC15-0477,SDTR1103CAP SERIES,TP0702-0900J,3DC11LP-0247J,3DC11LP-0477J,3DC12S-C-0470J,KGEA-HBW,KGEA-SMD-B-0240J,SDTR1103CAP-0238J,TP0702UCAP,TP0702 SERIES,KGEA-BFCR,KGEA-SMD-C-0207J,3DC15CAP,KGEA-HBT,KGEA-DHSL-X-YYYY-H,KGEA-DHSL,3DC13S-0470J,3DC15-1000J,3DC11-DR,ZC1003HF,3DC14S-0236J,SDTR1103-0477J,ZC1003-0900J,ZAC1203-0491J,TR1102-0720J,TC0902-34000J,TP0502,KGEA-SMD-B-0162J,TP0702U-0238J,3DC11LP-AOIF-0720J,3DC11LP-AOIC-0720J,KGEA-HBW-X-YYYY-H,3DC12EM-0720J,KGEA-BFCWX-B-0500J,ZC1003HF SERIES,3DC15F-0491J,ZC1003-0491J,TC0502-04000J,TP0502CAP,3DC15-HF SERIES,TC0502,TP0702CAP-0720J,3DC15-HF,3DC15HF,3DC12S-0470J,ZC1003HF-00045K,TC1102-46000J,3DC11CAP,3DC11LPAOI-C-0720J,KGEA-SMD-C-0300J,3DC11LP-AOI-0720J,3DC11LPAOI-A-3000J,TP0702-0238J,3DC11CAP-0238J,3DC11LP-0720J,3DC12-C-0720J,ZC1003-0238J,SDTR1103CAP-0900J,TP0602,TC0502HF SERIES,3DC12EM,SEA-B-0345J,TP0502CAP-0720J,SDTR1103-HF1-0400K,ZC1003HF-00022K,LFAD-MRL-X-YYYY-T,TC0502-14000J,KGEA-BFCR-A-0161J,KGEA-SMD-B-0108J,SDTR1103CAP-0491J,SDTR1103 SERIES,KGEA-BFCAM,3DC12S-0720J,KGEA-BFC SERIES,TP0602 SERIES,TR1102CAP,SDTR1103-0238J,KGEA-SMD,KGEA-MR-B-0175J,TP0602CAP,TP0602-0720J,3DC15-0491J,SDTR1103-HF2-0020K,3DC11LP-0405J,3DC15CAP-0491J,TP0602CAP-0238J,TP0702U,3DC14EMR-ULP,TR1102CAP-0720J,3DC13S-C-0470J,TP0602-TC,TP0602-0491J,KGEA-HBB-X-YYYY-H,TP0702,3DC11LP-AOIC-0477J,KGEA-BFCR-C-0426J,3DC11F-0238J,KGEA-AFC-A-0161J,3DC11LP-0491J,3DC15-0720J,3DC13S-0720J,TP0702UCAP-0238J,3DC15-0405J,SDTR1103-HF1-0100J,3DC14S-C-0236J,TP0602-0900J,3DC11LP,3DC11AOI-05DR,LFAD-BFC,3DC11AOI-05DR-0491J,3DC14EM,SDTR1103-0491J,TP0602CAP-1080J,TP0702UCAP-1850J,SDTR1103-HF2-0001K,KGEA-BFCWX-C-0426J,SDTR1103EM,TP0602CAP-0900J,ZC1003-0073J,SEA-A-0192J,KGEA-HB,LFAD-MRLC-X-YYYY-T,3DC12S-C-0236J,TP0602CAP-0491J,SEA-B-0734J,LFAD-BF,TP0702CAP-0900J,3DC11LP-AOI,3DC15,3DC1515-HF,TP0702U-0720J,TP0702CAP-0491J,KGEA-SMD-B-0345J,3DC14S-0470J,TP0702UCAP-0900J,TP0702UCAP SERIES,ZAC1203-0638J,3DC12S-0236J,3DC15HF-0003K,3DC11LP SERIES,3DC13S-0236J,SDTR1103-HF1,SDTR1103-HF2,3DC06EM,3DC11LP-0345J,3DC09LP,TP0702CAP-0238J,KGEA-MRHBL-X-YYYY-T,3DC1515,3DC15F,TP0602-0238J,SDTR1103-HF2-0003K,3DC11LP-AOIC,4DC15NF,SDTR1103CAP-0720J,KGEA-MRHBC-B0240J,3DC11LPCAP,KGEA-AF,TC0502-27000J,3DC15 SERIES,3DC11F-0491J,TC0502-17000J,KGEA-SMD-C-0426J,TR1102 SERIES,3DC11LP-AOIF,TC0902,KGEA-HB-C-0205J,3DC15-0247J,KGEA-BFCAM-C-0426J,TP0702-0720J,TC0902-26000J,3DC15CAP-0720J,TP0702UCAP-0491J,3DC11LP-AOIF-0238J,3DC11LP-AOIC-0238J,SDTR1103-HF2-0002K,TP0702U SERIES,KGEA-BFCWX,3DC14S,3DC13S-C-0720J,TR1102-0238J,KGEA-DHS,3DC12S,3DC15F-0247J,3DC14S-0630J,ZC1003-0266J,2D1D15,TR1102CAP-0900J,3DC11LPAOIC-A-3000J,KGEA-HB-B-0240J,KGEA-BFCR-B-0500J,3DC11LP-0238J,TP502CAP,TR1102CAP-0491J,SDTR1103-HF1-0290K,3DC12EM-0491J,LFAD-MR,3DC11CAP-0720J,3DC13S,3DC11LP-AOI SERIES,3DC12S-0675J,3DC11-DR-0491J,SDTR1103CAP,3DC11LP-AOI-0238J,TP0502CAP-0589J,ZC1003-0720J,SEA-B-0500J,3DC06ISO

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