Fast electromagnetic and thermal modelling of foil windings in power electronics magnetic components

Abstract

De trend naar gewichts- en volumevermindering van elektromagnetische componenten in vermogenselektronica wordt mogelijk door hogere schakelfrequenties. Deze behouden de energieconversie-efficiëntie, maar zorgen voor thermische beperkingen. Daarom zijn compacte en nauwkeurige modellen nodig die elektromagnetisch en thermisch gedrag correct weergeven. Dit onderzoek ontwikkelt en valideert modellen via eindige-elementenanalyse (FEA) van een zelfgebouwde EE-kerntransformator met koperen foliewikkelingen. Deze modellen ondersteunen ontwerp en optimalisatie in vermogenelectronica. De methode van eindige elementen (FEM) wordt toegepast op een gesimuleerd model dat een maximale fout van 5% vertoont, met sterk verminderde rekentijd en geheugengebruik ten opzichte van fijnmazige modellen. Validatie gebeurt via infraroodmetingen op de transformator in een full-bridge CLLLC-omvormer met synchrone gelijkrichting in een 6,6 kW on-board charger. De gemeten waarden weken af van de verwachtingen, waardoor de validatie beperkt bleef. De scriptie bespreekt beïnvloedende factoren en stelt homogenisatietechnieken voor ter verbetering van de efficiëntie. Elektromagnetische eigenschappen worden gekarakteriseerd via RLC-metingen. De grofmazige modellen behalen een gemiddelde thermische nauwkeurigheid van 96% en een geheugenefficiëntieverbetering met een factor 28, gemiddeld over alle zelfgebouwde simulatiemodellen.