大功率平面变压器热仿真：温度场分析与热失效风险

在现代电子行业中，Ansys热仿真作为一种强大的工具，被广泛应用于变压器的热管理设计与分析。本文主要关注的是大功率平面变压器，其特点是采用小尺寸高磁导率铁氧体磁芯和多层PCB上的螺旋形铜布线作为绕组，旨在实现电子产品的微型化和轻量化目标。平面变压器的优势在于较低的绕线电阻、漏感、分布电容以及涡流损耗，有助于提高工作效率并减少电磁干扰。 作者首先构建了一种有限元模型，对这种大功率平面变压器的稳态温度场进行了深入研究。在模拟过程中，他们着重探讨了多个影响温度场的关键因素，包括热辐射、传导边界条件以及组件结构参数，如磁芯材料的热导率、PCB层数和间距等。这些因素对于确保变压器在高功率工作状态下保持适当的冷却至关重要。 特别关注的是，PCB内部短路和分层问题对热失效的影响。研究结果显示，热失效的敏感区域位于多层印制板的芯部，特别是靠近磁芯的铜布线附近。这意味着这些区域的温度异常可能会引发热失效。磁芯和散热板在变压器的散热过程中扮演着核心角色，它们的有效结合对于维持设备的正常运行至关重要。 此外，热辐射在这里起到了决定性的作用，它不仅有助于将热量传递到外部环境，还能保护印制板内的元器件免受过高的温度影响。然而，磁芯与散热板之间的接触面积虽然可能影响整体散热效率，但在防止热失效方面，其影响相对较小。 总结来说，通过Ansys热仿真的精细分析，研究人员能够准确地识别出变压器中潜在的热失效风险点，并提出相应的优化策略，例如改善铜布线设计、优化散热路径以及强化PCB结构稳定性。这对于电子产品的可靠性和长期性能有着显著的提升作用。