Thermal Performance Study of Two Transformer Cores in A PCB-Based LLC Half-Bridge Converter

Sammanfattning

Detta examensarbete undersöker och jämför det termiska beteendet hos två transformator­kärnor som används i en LLC-halvbrygga omvandlare. Syftet var att studera hur kärnans geometri, storlek, material och montering på kretskort påverkar temperaturökningen, den termiska stabiliteten och vågformens kvalitet vid högfrekvent drift. Laboratoriemätningar genomfördes vid kopplings frekvenser mellan 200 kHz och 350 kHz, med nio nivåer av magnetisk flödestäthet mellan 0,10 T och 0,30 T för varje frekvens.Den första transformator­kärnan (N87, 38x14 x 4.5 mm) testades över hela frekvensområdet, inklusive 200 kHz, medan den andra kärnan (DMR96A, 36 x12x 4 mm) från ett tidigare masterarbete, testades endast mellan 250 kHz och 350 kHz. Tre termoelement registrerade kontinuerligt den inre och yttre temperaturen för varje kärna, och mätdata analyserades i MATLAB för att bestämma maxtemperatur, stabiliseringstid och stationärt tillstånd. Resultaten visar att den första kärnan (N87) hade lägre maxtemperaturer än den andra (DMR96A) inom hela det gemensamma frekvensområdet. När det gäller stabilisering var den nya kärnan konsekvent snabbare vid 350 kHz, medan tiderna vid 250 och 300 kHz var blandade mellan de två designerna. Vid höga flödestätheter visade den andra kärnan vågformsförvrängning och snabb uppvärmning, medan den första förblev stabil upp till betydligt högre excitation. De kompletterande testerna vid 200 kHz visade dessutom att den nya kärnan fungerade tillförlitligt och nådde stationärt tillstånd utan termisk instabilitet. Sammanfattningsvis visar studien att skillnader i både ferritmaterial (Första: N87, andra: DMR96A) och kärngeometri, i kombination med PCB-baserad integrering, leder till tydliga variationer i det termiska beteendet. Kärnan av typen N87 uppvisar genomgående lägre maxtemperaturer och en mer stabil temperaturutveckling inom det undersökta frekvensområdet.