开关电源Litz线损耗仿真技术探讨

"利兹线仿真处理办法.pdf" 在开关电源设计中，Litz线因其独特的构造被广泛应用在变压器和电感器中，用于降低涡流电流和集肤效应的影响。Litz线由多股单根绝缘的细线组成，通常在每15-20倍直径的长度上扭转一周，这有助于分散电流分布，进一步减少损耗。然而，这种结构的复杂性使得在Maxwell等有限元分析软件中进行精确建模和计算变得极其困难，尤其是当Litz线由数百甚至数千根细线组成时。 对于Litz线的损耗评估，存在多种仿真方法。其中，ANSYS Maxwell提供了几种不同的解决方案。PExprt/Pemag工具可以结合直流损耗（考虑窗口利用率）和交流损耗（采用解析近似法），而Maxwell则主要处理直流损耗。Maxwell2DRZ方法要求对每根Litz线单独建模，这种方法准确但对计算资源需求高，处理细线股数过多的情况可能难以实现。Maxwell3D同样采取单独建模的方式，但建模复杂度和计算资源需求更大，有时无法完成。AndersBerquist方法与Maxwellcore loss方法也提供了一种评估途径，尤其适用于特定的线圈设计。 Litz线仿真的资源消耗是个挑战。以一个3层线圈、12匝、每匝8股线的模型为例，经过三次网格迭代后，即使达到了0.05%的收敛误差，也需要大约120万个四面体网格，消耗4个核心的高性能计算资源，运行9小时，且内存需求高达25GB。这表明，对于大多数情况，直接仿真Litz线是不切实际的。 为了解决这一问题，2019R3版本的Litz线建模仿真方法引入了改进。现在可以使用常规方法构建单匝模型，并考虑集肤效应和邻近效应的附加损耗。新的导线材料属性“LitzWire”被添加，支持圆型、方形和矩形的导线类型，并引入了新的损耗类型“StrandedLossAC”。StrandedLoss仅计算直流损耗，而StrandedLossAC则包括了直流损耗以及因集肤效应和邻近效应产生的交流损耗。 通过这些新特性，工程师能够更有效地模拟Litz线的性能，尽管对于极复杂的Litz线结构，依然可能存在计算上的挑战。优化的建模策略和损耗计算方法对于理解和优化Litz线在开关电源中的应用至关重要，同时也有助于Litz线制造商更好地评估其产品的电气特性。