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2020ANSYS技术大会

平面变压器设计与仿真平面变压器设计与仿真平面变压器设计与仿真平面变压器设计与仿真

作者作者::李大勇李大勇

单位:南京埃斯顿自动控制技术有限公司

职务:研发工程师

行业与产品概述

•行业背景

通讯及伺服控制领域广泛通讯及伺服控制领域广泛通讯及伺服控制领域广泛通讯及伺服控制领域广泛使用模块电源，产品微型化设计使用模块电源，产品微型化设计使用模块电源，产品微型化设计使用模块电源，产品微型化设计

对变压器提出了更严格的对变压器提出了更严格的要求，如小尺寸、低剖面、大输要求，如小尺寸、低剖面、大输

出电流、小电磁辐射。传出电流、小电磁辐射。传统变压器已经成为制约开关电源统变压器已经成为制约开关电源

技术进一步发展的一个重要因素。

•产品特点

平面变压器由于体积小，平面变压器由于体积小，工作频率高，高频寄生参数得到工作频率高，高频寄生参数得到

了很大的降低，近年来在了很大的降低，近年来在开关电源中得到了广泛应用。其开关电源中得到了广泛应用。其

中PCB型平面变压器可以省型平面变压器可以省去绕组骨架，电流密度最高可去绕组骨架，电流密度最高可

达达2020A/mmA/mm，功率大、工艺，功率大、工艺，功率大、工艺，功率大、工艺简单。随着电子、信息技术向简单。随着电子、信息技术向简单。随着电子、信息技术向简单。随着电子、信息技术向

微型化发展的趋势，未来微型化发展的趋势，未来平面变压器必然成为变压器、变平面变压器必然成为变压器、变

流器、电感器的首选。

仿真需求分析

•设计中的关键问题

‐PCB绕组有不同的简化方式，不同模型简化方式对等效漏感及温升计算精度有较大的影响。不合理绕组有不同的简化方式，不同模型简化方式对等效漏感及温升计算精度有较大的影响。不合理

的简化方式影响的简化方式影响PCBPCB绕组的布铜及对绕组的布铜及对PCBPCB及磁芯温升的评估并影响变压器设计的合理性。及磁芯温升的评估并影响变压器设计的合理性。及磁芯温升的评估并影响变压器设计的合理性。及磁芯温升的评估并影响变压器设计的合理性。

•仿真需求分析

‐利用Maxwell计算各个绕组的欧姆损耗，铁心损耗，初级等效漏感及各绕组等效电阻，评估计算各个绕组的欧姆损耗，铁心损耗，初级等效漏感及各绕组等效电阻，评估PCB布铜

的合理性

‐利用Fluent或Icepack计算绕组的温升及磁芯的运行温度，根据温度分布及最高温升点评估温度安全计算绕组的温升及磁芯的运行温度，根据温度分布及最高温升点评估温度安全

裕度。

仿真需要具备的条件

•模型或数据

‐‐磁芯尺寸及磁芯尺寸及PPCBCB绕组匝数、布铜位置及覆铜厚度等模型尺寸绕组匝数、布铜位置及覆铜厚度等模型尺寸绕组匝数、布铜位置及覆铜厚度等模型尺寸绕组匝数、布铜位置及覆铜厚度等模型尺寸

数据

•参数与条件

‐反激电路参数

‐磁芯的材料性能数据，包括BH曲线、BP曲线、导热系数曲线、导热系数

•软件与硬件

‐AnsysMaxwell及Fluent或Icepack、32核、64G内存图形工作站内存图形工作站

••其他其他准备准备

‐印制电路板生产商为设计提供可制造性方面的评估印制电路板生产商为设计提供可制造性方面的评估

仿真设计过程简述

搭建变压搭建变压设置材设置材搭建绕搭建绕设置设置PCBPCB

设置网设置求解

器几何模料特性组外电绕组激

格参数器参数

型参数路模型励

查看后流场