Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Modelling of a Planar Magnetic Component for PCB-Integration
KTH, School of Electrical Engineering (EES).
2016 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The trend toward the electrification of functionalities magnifies the part played by power electronic converters, which are continuously expected to deliver more power, at a lower cost, in a smaller volume and always with a high reliability. To this end, high switching frequency integrated converters, and especially Printed-Circuit-Board (PCB) –integrated devices, could embody an interesting paradigm. This however raises new challenges, in particular regarding the need for low-profile, planar, components.

This study focuses on a structure of magnetic component made of a PCB placed between two plates of ferro- or ferri-magnetic material. Concentric spirals are printed on the PCB to form the winding(s) of the device. The plates of magnetic material decrease the reluctance of the magnetic path, whilst improving the Electro-Magnetic Compatibility (EMC) of the device by acting as a magnetic shield. A multi-physical modelling of this structure is described in this report. Both the magneto-static and magneto-dynamic are characterised, the electrostatics of the device is estimated, expressions of the core and copper losses are derived, thermal is assessed and some considerations on EMC are drawn. 

Finally, a prototype is manufactured and characterised. The measured results are confronted with those obtained using Finite Elements Analysis (FEA) and the derived modelling. An ideality factor is introduced as an estimator of the correlation between the results simulated using FEA and those of the modelling. It appears that, in the somewhat restricted domain of interest, the correlation is satisfying. As for the physical measurements, they differ from the calculated and simulated results mostly due to the limited accuracy of the modelling and to the chosen dimensioning not being ideal enough for the derived modelling to give proper results.

Abstract [sv]

Trenden att elektrifiera diverse funktionaliteter förstärker betydelsen av effektelektroniken, vilken förväntas att kunna hantera högre effekter till lägre kostnad och mindre volym, och med en hög tillförlitlighet. Mot bakgrund av detta är integrerade effektomvandlare med hög switchfrekvens, och speciellt komponenter som integreras i kretskortet, ett mycket intressant utvecklingsområde. Detta innebär emellertid nya utmaningar, speciellt beträffande behovet av nya planara komponenter med låg bygghöjd. Detta arbete fokuserar på en struktur för magnetiska komponenter som bygger på ett kretskort som placeras mellan två skikt av ferro- eller ferrimagnetiska material. Koncentriska spiraler realiseras som lindningar på kretskortet. Skikten med magnetiskt material minskar reluktansen i den magnetiska kretsen, samtidigt som den förbättrar den elektromagnetiska kompatibiliteten (EMC) genom att verka som skärmar. En multifysik-modell av denna struktur beskrivs i denna rapport. Med denna undersöks magnetostatiska, magnetodynamiska och elektrostatiska egenskaper. Dessutom härleds uttryck för kärn- och lindningsförluster samt termiska storheter. Även vissa slutsatser meträffande EMC dras. Slutligen tillverkas och karakteriseras en prototyp. De uppmätta värdena jämförs med värden beräknade med finita-elementanalys och värden erhållna med hjälp av den utvecklade modellen. En idealitetsfaktor införs för kvantifiering av korrelationen mellan värden från modellen och finita-elementanalysen. Det förefaller som om correlationen är tillfredställande inom det något restriktiva arbetsområdet. När det gäller de experimentella resultaten avviker de från de beräknade och simulerade värdena i första hand pga den begränsade noggrannheten i modelleringen och den valda dimensioneringen, som inte var tillräckligt ideal för att modelleringen skulle kunna ge tillräckligt goda resultat.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , TRITA -EE 2016:048 p.
Series
EES Examensarbete / Master Thesis, TRITA -EE 2016:048
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-187722OAI: oai:DiVA.org:kth-187722DiVA: diva2:931335
Examiners
Available from: 2016-05-27 Created: 2016-05-27 Last updated: 2016-05-27Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(4766 kB)128 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 4766 kBChecksum SHA-512
abaebb55db70a3c9af5cb190525aebf68584a6cb7a12f6c8a829f9ae3139d9ef1f293cc467f5dca7a0f1ff98688a3793d44fe99fff4719805149bfc8986a8950
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Electrical Engineering (EES)
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 128 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 88 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf