Düzlemsel Transformatörlerin Benzetiminde Kullanılan MLM Yönteminin Hızlandırılmasına Yönelik Bir Çalışma

Öz

Yüksek güç yoğunluğuna sahip, düşük maliyetli güç devrelerine olan talep gün geçtikçe artmaktadır. Bu ihtiyacı karşılamaya yönelik, planar transformatör yapıları gün geçtikçe daha cazip hale gelmektedir. Fakat planar transformatör sahip olduğu avantajlarla birlikte, prototip üretiminin uzun oluşu ve yapısından kaynaklana parazitik etkilerin azaltılması için yapılan çalışmalar nedeniyle tasarım sürecinin uzaması gibi sakıncaları da bulunmaktadır. Planar transformatörlerin başarılı bir biçimde tasarlanabilmesi için önceden modelleme ve benzetiminin sağlıklı olarak yapılması önemlidir. Bu amaçla kullanımı önerilen yöntemlerden biri Modüler Katmanlar Yöntemi (MLM) olarak adlandırılır. Bu çalışmada hızlandırılmış MLM yöntemi kullanarak aktif ileri çevirici devresinde kullanılacak bir transformatörün benzetim çalışması yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar uygulama devresi ile karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Planar transformatör,transformatör modelleme,benzetim

A Study to Accelerate the MLM Method used for the Simulation of Planar Transformers

Öz

The demand for high power density and low-cost power electronic circuits increases day by day. Planar transformers that can meet this demand have been drawing more attention recently. Long production duration of the prototypes and long design duration due to the necessity of performing some work to reduce the parasitic effects are the negative sides of the planar transformers. Modelling and simulation of planar transformers should be carefully carried out before the production for a successful application. One of the methods used for this purpose is the “Modular Multi Layer Method” (MLM). In this paper, the design of a planar transformer for an active forward converter and its simulation by using accelerated MLM are discussed. The simulation and experimental results are compared.

Anahtar Kelimeler

• Planar transformer,transformer modeling,simulation

Kaynakça

1. M. T. Quirke, J. J. Barrett and M. Hayes, "Planar magnetic component technology-a review," in IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology, vol. 15, no. 5, pp. 884-892, Oct. 1992.
2. Z. Ouyang and M. A. E. Andersen, "Overview of Planar Magnetic Technology—Fundamental Properties," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 29, no. 9, pp. 4888-4900, Sept. 2014.
3. M. Chen, M. Araghchini, K. K. Afridi, J. H. Lang, C. R. Sullivan and D. J. Perreault, "A Systematic Approach to Modeling Impedances and Current Distribution in Planar Magnetics," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 31, no. 1, pp. 560-580, Jan. 2016.
4. Chen, M., & Pavlick, S. (2018, August 03). M2Spice: A Better Tool for Planar Magnetics Modeling. Retrieved January 04, 2019, from http://www.princeton.edu/~minjie/m2spice.html
5. Z. Ouyang, O. C. Thomsen and M. A. E. Andersen, "Optimal Design and Tradeoff Analysis of Planar Transformer in High-Power DC–DC Converters," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 59, no. 7, pp. 2800-2810, July 2012.
6. M. A. Saket, M. Ordonez and N. Shafiei, "Planar Transformers With Near-Zero Common-Mode Noise for Flyback and Forward Converters," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 33, no. 2, pp. 1554-1571, Feb. 2018.
7. Z. Ouyang, O. C. Thomsen and M. A. E. Andersen, "The analysis and comparison of leakage inductance in different winding arrangements for planar transformer," 2009 International Conference on Power Electronics and Drive Systems (PEDS), Taipei, 2009, pp. 1143-1148.
8. S. R. Cove, M. Ordonez and J. E. Quaicoe, "Modeling of planar transformer parasitics using design of experiment methodology," CCECE 2010, Calgary, AB, 2010, pp. 1-5.

9. Y. Veli, A. M. Morega, M. Morega and L. Pîslaru-Dănescu, "Numerical modeling of a planar transformer for micro-power controllers," 2017 10th International Symposium on Advanced Topics in Electrical Engineering (ATEE), Bucharest, 2017, pp. 206-210.
10. [L. A. R. Tria, D. Zhang and J. E. Fletcher, "Planar PCB Transformer Model for Circuit Simulation," in IEEE Transactions on Magnetics, vol. 52, no. 7, pp. 1-4, July 2016, Art no. 8400804.
11. S. J. Gunter, M. Chen, S. A. Pavlick, R. A. Abramson, K. K. Afridi and D. J. Perreault, "Applicability and limitations of an M2Spice-assisted “planar-magnetics-in-the-circuit” simulation approach," 2016 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Long Beach, CA, 2016, pp. 1138-1147.
12. [P. L. Dowell, "Effects of eddy currents in transformer windings," in Proceedings of the Institution of Electrical Engineers, vol. 113, no. 8, pp. 1387-1394, August 1966. doi: 10.1049/piee.1966.0236
13. [Engelhardt, M. (2016). LTspiceIV (Version 4.23k) [Computer software]. Linear Technology.