一种高压高频平面变压器及其绕组损耗评估方法

技术领域

本公开涉及平面变压器技术领域，尤其涉及一种高压高频平面变压器及其绕组损耗评估方法。

背景技术

隔离直流-直流dc-dc变换器是未来直流配电电网的关键设备，连接不同的直流电源和负载，并提供电源调节、电气隔离和电压等级转换的功能。隔离主要通过变换器中的高频变压器来实现。相比于传统的低频变压器，高频变压器在同样能够实现隔离功能的同时，频率更高，实现体积更小，功率密度更高。用于中压直流系统的高频变压器的绝缘主要是通过一次绕组与二次绕组之间的固体或液体绝缘材料来实现的。固体绝缘材料具有比液体材料更好的绝缘强度。但也使其制造工艺复杂，需要特殊的制造工艺，如真空埋设技术。

平面变压器常用的绕组为印制电路板，其主要通过将芯板、半固化片层叠压制在一起来实现的。目前，印制电路板的绝缘介质，FR4材料，其电气强度可达35千伏，具有很高的绝缘应用潜力，是绝缘材料的理想选择。此外，印制电路板加工一致性强，制造相对简单，成本低，重复性好，相对于传统的固体或者液体绝缘材料有着更加明显的优势。因此，通过优化设计，平面变压器可以适用于电气绝缘小于20kv，额定功率小于20kw的外壳。由于PCB的电流流通能力有限，提高工作电压已成为实现更高功率的有效可行途径。

但是目前平面变压器的研究依然主要集中在低电压等级(<500V)和小功率等级(<10kW)上，主要应用包括车载充电、数据中心电源、燃料电池等。变压器的功率通常在1kw以下。平面变压器也用于产生高压。然而，用于高绝缘电压水平的直流电-直流电变换器的平面变压器却鲜有研究。因此，在变压器领域，研究高压平面变压器结构，从而将平面变压器拓展应用在更高压的领域十分必要。

此外，传统的绕组损耗评估方法在高压变压器中精度不高。在绕组不等宽的情况下，绕组表面的磁场强度会受到临近效应和趋肤效应的影响，从而使得磁场呈现出不均匀的分布现象。而传统损耗评估方法则主要针对绕组等宽的情况，默认磁场均匀分布，计算误差较大。因此，对于高压高频平面变压器，如何提高绕组损耗计算的准确性成为研究的重点。

发明内容

本公开提供了一种高压高频平面变压器及其绕组损耗评估方法，主要目的在于提高平面变压器应用的电压领域，提高绕组损耗的计算准确性。

根据本公开的一方面，提供了一种高压高频平面变压器绕组损耗评估方法，包括：

根据绕组电流分布特性，确定绕组磁场边界条件；

根据所述绕组磁场边界条件，确定铜层电流分布；

根据所述铜层电流分布，确定高频高压平面变压器的绕组损耗。

可选的，所述绕组电流分布特性包括高压绕组电流分布特性和低压绕组电流分布特性，所述绕组磁场边界条件包括绕组整体磁场边界条件和绕组感应磁场边界条件，所述根据绕组电流分布特性，确定绕组磁场边界条件，包括：

根据所述高压绕组电流分布特性，确定所述高频高压平面变压器中高压绕组与低压绕组之间的层对应的磁场分布情况；

根据所述磁场分布情况，确定所述绕组整体磁场边界条件；

根据所述低压绕组电流分布特性，确定绕组激励磁场边界条件；

根据所述绕组整体磁场边界条件和所述绕组激励磁场边界条件，确定所述绕组感应磁场边界条件。

可选的，所述根据所述绕组磁场边界条件，确定铜层电流分布，包括：

根据所述绕组磁场边界条件，确定铜层磁场边界条件；

根据所述铜层磁场边界条件，确定所述铜层电流分布。

可选的，所述根据所述绕组磁场边界条件，确定铜层磁场边界条件，包括：

确定所述高频高压平面变压器中低压绕组对应的低压绕组参数；

根据所述低压绕组参数和所述绕组磁场边界条件，对铜层与空气中的电磁场基本方程进行求解，确定每一层铜层表面对应的感应磁场分布，得到感应磁场分布集合；

根据所述感应磁场分布集合，确定所述铜层磁场边界条件。

可选的，所述根据所述铜层磁场边界条件，确定所述铜层电流分布，包括：

根据所述铜层磁场边界条件，对铜层中的电磁场基本方程进行求解，得到所述铜层电流分布。

可选的，所述根据所述铜层电流分布，确定高频高压平面变压器的绕组损耗，包括：

根据所述铜层电流分布，确定所述高频高压平面变压器对应的感应电流和激励电流；

根据所述感应电流和所述激励电流，确定所述高频高压平面变压器对应的整体电流；

根据所述整体电流，确定所述高频高压平面变压器的绕组损耗。

根据本公开的另一方面，提供了一种高频高压平面变压器，其特征在于，包括：高压绕组层、第一低压绕组层、第二低压绕组层、第一隔离绕组层、第二隔离绕组层与磁芯；其中，

所述第一低压绕组层、所述第一隔离绕组层、所述高压绕组层、所述第二低压绕组层和所述第二隔离绕组层依次连接；

所述磁芯穿过所述第一低压绕组层、所述第一隔离绕组层、所述高压绕组层、所述第二低压绕组层和所述第二隔离绕组层。

可选的，还包括：低压连接端和高压连接端；其中，

所述低压连接端分布与所述第一低压绕组层和所述第二低压绕组层连接；

所述高压连接端与所述高压绕组层连接。

可选的，所述高压绕组层、所述第一低压绕组层、所述第二低压绕组层、所述第一隔离绕组层和所述第二隔离绕组层为印制电路板。

可选的，所述磁芯穿过所述印制电路板的中间。

可选的，所述高压绕组层、所述第一低压绕组层和所述第二低压绕组层为多层印制电路板，所述第一隔离绕组层和所述第二隔离绕组层为两层加厚印制电路板；其中，

所述多层印制电路板中每层印制电路板的厚度小于所述两层加厚印制电路板中每层印制电路板的厚度；

所述第一低压绕组层和所述第二低压绕组层对应的多层印制电路板中的铜层宽度大于所述高压绕组层对应的多层印制电路板中的铜层宽度。

可选的，所述多层印制电路板和所述两层加厚印制电路板中每层印制电路板之间通过通孔焊盘与通孔焊盘、通孔焊盘与单层焊盘、单层焊盘与单层焊盘中的至少一种方式配合焊锡进行连接；

每层印制电路板中的每层绕组之间采用过孔连接。

可选的，所述高压绕组层对应的多层印制电路板中多匝绕组绕制在同一层印制电路板中。

可选的，所述两层加厚印制电路板包括第一加厚印制电路板和第二加厚印制电路板；其中，

所述第一加厚印制电路板与低压绕组层连接，所述第二加厚印制电路板与所述高压绕组层连接，所述第一加厚印制电路板中的铜层宽度大于所述第二加厚印制电路板中的铜层宽度。

可选的，所述两层加厚印制电路板包括导流区域和绝缘边区域，所述导流区域与所述绝缘边区域连接；其中，

所述第一加厚印制电路板中导流区域的宽度与所述第二加厚印制电路板中导流区域的宽度相同；

所述绝缘边区域延伸出所述导流区域；

所述绝缘边区域的形状为条状，并且在所述绝缘边区域的末端设置均压环。

可选的，所述磁芯为高频磁芯。

根据本公开的另一方面，提供了一种高频高压平面变压器绕组损耗评估装置，其特征在于，包括：

条件确定单元，用于根据绕组电流分布特性，确定绕组磁场边界条件；

分布确定单元，用于根据所述绕组磁场边界条件，确定铜层电流分布；

损耗确定单元，用于根据所述铜层电流分布，确定高频高压平面变压器的绕组损耗。

可选的，所述绕组电流分布特性包括高压绕组电流分布特性和低压绕组电流分布特性，所述绕组磁场边界条件包括绕组整体磁场边界条件和绕组感应磁场边界条件，所述条件确定单元，用于根据绕组电流分布特性，确定绕组磁场边界条件时，具体用于：

根据所述高压绕组电流分布特性，确定所述高频高压平面变压器中高压绕组与低压绕组之间的层对应的磁场分布情况；

根据所述磁场分布情况，确定所述绕组整体磁场边界条件；

根据所述低压绕组电流分布特性，确定绕组激励磁场边界条件；

根据所述绕组整体磁场边界条件和所述绕组激励磁场边界条件，确定所述绕组感应磁场边界条件。

可选的，所述分布确定单元，用于根据所述绕组磁场边界条件，确定铜层电流分布时，具体用于：

根据所述绕组磁场边界条件，确定铜层磁场边界条件；

根据所述铜层磁场边界条件，确定所述铜层电流分布。

可选的，所述分布确定单元，用于根据所述绕组磁场边界条件，确定铜层磁场边界条件时，具体用于：

确定所述高频高压平面变压器中低压绕组对应的低压绕组参数；

根据所述低压绕组参数和所述绕组磁场边界条件，对铜层与空气中的电磁场基本方程进行求解，确定每一层铜层表面对应的感应磁场分布，得到感应磁场分布集合；

根据所述感应磁场分布集合，确定所述铜层磁场边界条件。

可选的，所述分布确定单元，用于根据所述铜层磁场边界条件，确定所述铜层电流分布时，具体用于：

根据所述铜层磁场边界条件，对铜层中的电磁场基本方程进行求解，得到所述铜层电流分布。

可选的，所述损耗确定单元，用于根据所述铜层电流分布，确定高频高压平面变压器的绕组损耗时，具体用于：

根据所述铜层电流分布，确定所述高频高压平面变压器对应的感应电流和激励电流；

根据所述感应电流和所述激励电流，确定所述高频高压平面变压器对应的整体电流；

根据所述整体电流，确定所述高频高压平面变压器的绕组损耗。

根据本公开的另一方面，提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述一方面中任一项所述的方法。

根据本公开的另一方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行前述一方面中任一项所述的方法。

根据本公开的另一方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现前述一方面中任一项所述的方法。

在本公开一个或多个实施例中，通过根据绕组电流分布特性，确定绕组磁场边界条件；根据绕组磁场边界条件，确定铜层电流分布；根据铜层电流分布，确定高频高压平面变压器的绕组损耗。因此，通过根据绕组磁场边界条件确定铜层电流分布，并根据铜层电流分布计算高频高压平面变压器的绕组损耗，可以在高频高压平面变压器的磁场分布受到集肤效应和邻近效应影响时，以较高精准度计算绕组损耗，可以提高绕组损耗的计算准确性。

在本公开一个或多个实施例中，高频高压平面变压器，包括：高压绕组层、第一低压绕组层、第二低压绕组层、第一隔离绕组层、第二隔离绕组层与磁芯；其中，第一低压绕组层、第一隔离绕组层、高压绕组层、第二低压绕组层和第二隔离绕组层依次连接；磁芯穿过第一低压绕组层、第一隔离绕组层、高压绕组层、第二低压绕组层和第二隔离绕组层。因此，通过采用高低压绕组部分交叠的绕组排布结构，既不完全不采用交叠来导致较大的绕组损耗，也不完全采用交叠来导致绕组高度过高，保持了低压绕组包裹高压绕组的结构，既减小的绕组损耗大小，又兼顾了对于绝缘结构的要求，可以拓宽平面变压器的高压应用前景，充分发挥平面变压器的高压应用潜力。同时，采用隔离绕组将高压绕组和低压绕组隔离开，可以实现平面变压器的高压运行，保证整体效率较高的情况下，实现高低压绕组的绝缘，从而，可以拓宽平面变压器的高压应用前景，发挥平面变压器的绝缘潜力，以及加工一致性好、加工简单的优势。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：

图1示出本公开实施例提供的第一种高频高压平面变压器绕组损耗评估方法的流程示意图；

图2示出本公开实施例提供的第二种高频高压平面变压器绕组损耗评估方法的流程示意图；

图3示出本公开实施例提供的高频高压平面变压器绕组电流分布、绕组损耗的计算原理图；

图4示出本公开实施例提供的高频高压平面变压器电流纵向分布计算结果与仿真结果对比示意图；

图5示出本公开实施例提供的高频高压平面变压器电流横向分布计算结果与仿真结果对比示意图；

图6示出本公开实施例提供的一种高频高压平面变压器的结构示意图；

图7示出本公开实施例提供的一种示例高压平面变压器的原边电流分布示意图；

图8示出本公开实施例提供的高压平面变压器的绕组结构及其电场与磁场分布示意图；

图9示出本公开实施例提供的高压平面变压器的电场仿真结果示意图；

图10示出本公开实施例提供的一种高频高压平面变压器绕组损耗评估装置的结构示意图；

图11是用来实现本公开实施例的高频高压平面变压器绕组损耗评估方法的电子设备的框图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

下面结合具体的实施例对本公开进行详细说明。

在第一个实施例中，如图1所示，图1示出本公开实施例提供的第一种高频高压平面变压器绕组损耗评估方法的流程示意图，该方法可依赖于计算机程序实现，可运行于进行高频高压平面变压器绕组损耗评估方法的装置上。该计算机程序可集成在应用中，也可作为独立的工具类应用运行。

其中，该电子设备包括但不限于：可穿戴设备、手持设备、个人电脑、平板电脑、车载设备、智能手机、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备等。在不同的网络中电子设备可以叫做不同的名称，例如：用户设备、接入终端、用户单元、用户站、移动站、移动台、远方站、远程终端、移动设备、用户终端、终端、无线通信设备、用户代理或用户装置、蜂窝电话、无绳电话、个人数字处理(personal digital assistant，PDA)、第五代移动通信技术(5th generation mobile networks，5G)网络或未来演进网络中的电子设备等。该电子设备上可以安装操作系统，该操作系统是指可以运行在电子设备中的操作系统，是管理和控制电子设备硬件和电子设备应用的程序，是电子设备中不可或缺的系统应用。该操作系统包括但不限于安卓Android系统、IOS系统、Windows phone(WP)系统和Ubuntu移动版操作系统等。

具体的，该高频高压平面变压器绕组损耗评估方法包括：

S101，根据绕组电流分布特性，确定绕组磁场边界条件；

根据一些实施例，绕组电流分布特性指的是高频高压平面变压器中的绕组对应的电流分布特性。该绕组电流分布特性并不特指某一固定特性。该绕组电流分布特性可以包括高压绕组电流分布特性和低压绕组电流分布特性。

在一些实施例中，高频高压平面变压器指的是采用印制电路板作为绕组，平面磁芯作为磁芯的变压器。

根据一些实施例，绕组磁场边界条件指的是决定绕组分界面两侧电磁场变化关系的方程。该绕组磁场边界条件并不特指某一固定条件。该绕组磁场边界条件可以包括绕组整体磁场边界条件、绕组激励磁场边界条件和绕组感应磁场边界条件。

易于理解的是，当电子设备进行高频高压平面变压器绕组损耗评估时，电子设备可以根据绕组电流分布特性，确定绕组磁场边界条件。

S102，根据绕组磁场边界条件，确定铜层电流分布；

根据一些实施例，铜层电流分布指的是绕组所对应的印制电路板中铜层中的电流分布。该铜层电流分布并不特指某一固定分布。例如，当绕组发生变化时，该铜层电流分布可以发生变化。

易于理解的是，当电子设备获取到绕组磁场边界条件时，电子设备可以根据该绕组磁场边界条件，确定铜层电流分布。

S103，根据铜层电流分布，确定高频高压平面变压器的绕组损耗。

根据一些实施例，绕组损耗指的是电流流过变压器绕组时，应为绕组电阻的原因会发热而导致损耗。该高频高压平面变压器的绕组损耗可以为高频高压平面变压器对应的整体绕组损耗，也可以为高频高压平面变压器中部分绕组对应的部分绕组损耗。

易于理解的是，当电子设备确定铜层电流分布时，电子设备可以根据该铜层电流分布，确定高频高压平面变压器的绕组损耗。

综上，本公开实施例提供的方法，通过根据绕组电流分布特性，确定绕组磁场边界条件；根据绕组磁场边界条件，确定铜层电流分布；根据铜层电流分布，确定高频高压平面变压器的绕组损耗。因此，通过根据绕组磁场边界条件确定铜层电流分布，并根据铜层电流分布计算高频高压平面变压器的绕组损耗，可以在高频高压平面变压器的磁场分布受到集肤效应和邻近效应影响时，以较高精准度计算绕组损耗，可以提高绕组损耗的计算准确性。

请参见图2，图2示出本公开实施例提供的第二种高频高压平面变压器绕组损耗评估方法的流程示意图。具体的，该高频高压平面变压器绕组损耗评估方法包括：

S201，根据高压绕组电流分布特性，确定高频高压平面变压器中高压绕组与低压绕组之间的层对应的磁场分布情况；

需要说明的是，由于高频高压平面变压器中高压绕组与低压绕组不等宽，且由于绝缘要求，高压绕组铜层之间间隙较大。因此，低压绕组的电流分布会受到高压绕组的电流的影响，在邻近效应的作用下，低压绕组的电流会被反向的高压绕组电流吸引，在与高压绕组电流相邻的地方集中。从而导致低压绕组内部与高压绕组铜层相邻的区域电流密度大，不与高压绕组铜层相邻的区域电流密度小。从而带来额外的高频绕组损耗。但是，高压绕组并不会受到这种效应的影响。

根据一些实施例，高压绕组电流分布特性指的是高压绕组电流不会受到邻近效应有明显的不均匀分布的特性。此时，电流仅受到环状分布影响。

在一些实施例中，当根据高压绕组电流分布特性，确定高频高压平面变压器中高压绕组与低压绕组之间的层对应的磁场分布情况时，首先，可以根据高压绕组电流分布特性，确定高压绕组对应的电流分布。接着，可以根据该高压绕组对应的电流分布，确定高频高压平面变压器中高压绕组与低压绕组之间的层对应的磁场分布情况。具体可以参考下式：

其中，x为x轴坐标；Js(·)为在x点的电流密度大小；I为高压绕组的激励总电流；h为绕组的厚度；Rs

易于理解的是，当电子设备进行高频高压平面变压器绕组损耗评估时，电子设备可以根据高压绕组电流分布特性，确定高频高压平面变压器中高压绕组与低压绕组之间的层对应的磁场分布情况。

S202，根据磁场分布情况，确定绕组整体磁场边界条件；

易于理解的是，当电子设备确定高频高压平面变压器中高压绕组与低压绕组之间的层对应的磁场分布情况时，电子设备可以根据磁场分布情况，确定绕组整体磁场边界条件。

S203，根据低压绕组电流分布特性，确定绕组激励磁场边界条件；

根据一些实施例，低压绕组电流分布特性指的是低压绕组的电流分布会受到高压绕组的电流的影响，在邻近效应的作用下，低压绕组的电流会被反向的高压绕组电流吸引，在与高压绕组电流相邻的地方集中的特性。

在一些实施例中，由于绕组整体磁场边界条件可以按照磁场性质分为绕组激励磁场边界条件和绕组感应磁场边界条件，并且绕组激励磁场边界条件主要描述外部对变压器的电流激励影响，这一部分不需要考虑邻近效应的影响，而绕组感应磁场边界条件主要描述低压绕组电流分布受到邻近效应的影响。因此，确定绕组激励磁场边界条件时，无需考虑邻近效应影响，同样可以按照均匀分布进行计算。

具体的，确定绕组激励磁场边界条件时，可以假设低压绕组电流分布同样不会受到邻近效应影响，确定模拟情况的磁场分布作为激励部分分布。具体可以参考下式：

H

其中，Jp

易于理解的是，当电子设备进行高频高压平面变压器绕组损耗评估时，电子设备可以根据低压绕组电流分布特性，确定绕组激励磁场边界条件。

S204，根据绕组整体磁场边界条件和绕组激励磁场边界条件，确定绕组感应磁场边界条件；

易于理解的是，当电子设备获取到绕组整体磁场边界条件和绕组激励磁场边界条件时，电子设备可以将绕组整体磁场边界条件减去绕组激励磁场边界条件，得到绕组感应磁场边界条件。

S205，根据绕组磁场边界条件，确定铜层磁场边界条件；

根据一些实施例，当电子设备根据绕组磁场边界条件，确定铜层磁场边界条件时，电子设备可以首先确定高频高压平面变压器中低压绕组对应的低压绕组参数。接着，电子设备可以根据低压绕组参数和绕组磁场边界条件，对铜层与空气中的电磁场基本方程进行求解，确定每一层铜层表面对应的感应磁场分布，得到感应磁场分布集合。最后，电子设备可以根据感应磁场分布集合，确定铜层磁场边界条件。

在一些实施例中，当电子设备根据低压绕组参数和绕组磁场边界条件，对铜层与空气中的电磁场基本方程进行求解，确定每一层铜层表面对应的感应磁场分布时，可以获取到每一铜层上下表面对应的感应磁场分布。具体求解公式如下：

/>

其中，k为矩阵中系数。

易于理解的是，当电子设备获取到绕组磁场边界条件时，电子设备可以根据绕组磁场边界条件，确定铜层磁场边界条件。

S206，根据铜层磁场边界条件，确定铜层电流分布；

根据一些实施例，当电子设备根据铜层磁场边界条件，确定铜层电流分布时，电子设备可以根据铜层磁场边界条件，对铜层中的电磁场基本方程进行求解，得到铜层电流分布。

在一些实施例中，电子设备确定铜层电流分布时，具体可以参考下式：

其中，J

易于理解的是，当电子设备确定铜层磁场边界条件时，电子设备可以根据铜层磁场边界条件，确定铜层电流分布。

S207，根据铜层电流分布，确定高频高压平面变压器对应的感应电流和激励电流；

易于理解的是，当电子设备确定铜层电流分布时，电子设备可以确定高频高压平面变压器对应的感应电流和激励电流。

S208，根据感应电流和激励电流，确定高频高压平面变压器对应的整体电流；

易于理解的是，当电子设备确定高频高压平面变压器对应的感应电流和激励电流时，电子设备可以确定高频高压平面变压器对应的整体电流。

S209，根据整体电流，确定高频高压平面变压器的绕组损耗。

根据一些实施例，图3示出本公开实施例提供的高频高压平面变压器绕组电流分布、绕组损耗的计算原理图。如图3所示，由于高压绕组与低压绕组宽度不同，导致较宽的绕组电流不均匀情况严重。利用叠加法进行计算电流分布，按照功能分为感应电流和激励电流进行计算。感应电流整体激励为零，为导体不等宽感应出的电流大小。激励电流整体之和与外部激励相等，但是没有收到不等宽感应电流影响。具体分析已经在上文进行了充分的阐述，此处不再进行赘述。

在一些实施例中，图4示出本公开实施例提供的高频高压平面变压器感应电流纵向分布计算结果与仿真结果对比示意图。如图4所示，在靠近高压绕组的部分，低压绕组中的会感应出电流。越靠近高压绕组，感应出电流越大，随着距离有所衰减。计算结果与仿真结果对比比较一致。

在一些实施例中，图5示出本公开实施例提供的高频高压平面变压器电流横向分布计算结果与仿真结果对比示意图。如图5所示，在靠近高压绕组的部分，低压绕组中的会感应出电流。横向接近高压绕组部分感应电流越大，由于整体电流受到激励电流限制，在远离高压绕组部分感应出电流为负值。计算结果与仿真结果对比比较一致。

根据一些实施例，在完全理想的情况下，邻近效应没有影响。此时可以直接采用激励部分的电流分布结果进行计算损耗，感应部分的影响为零。

易于理解的是，当电子设备获取到高频高压平面变压器对应的整体电流时，电子设备可以根据该高频高压平面变压器对应的整体电流，确定高频高压平面变压器的绕组损耗。

综上，本公开实施例提供的方法，通过根据高压绕组电流分布特性，确定高频高压平面变压器中高压绕组与低压绕组之间的层对应的磁场分布情况，根据磁场分布情况，确定绕组整体磁场边界条件，根据低压绕组电流分布特性，确定绕组激励磁场边界条件，根据绕组整体磁场边界条件和绕组激励磁场边界条件，确定绕组感应磁场边界条件，根据绕组磁场边界条件，确定铜层磁场边界条件，根据铜层磁场边界条件，确定铜层电流分布，根据铜层电流分布，确定高频高压平面变压器对应的感应电流和激励电流，根据感应电流和激励电流，确定高频高压平面变压器对应的整体电流，根据整体电流，确定高频高压平面变压器的绕组损耗。因此，本公开提出的方法相对于经典方法，能够对电流分布受到邻近效应影响，不再均匀分布的情况进行绕组损耗计算，可以在高频高压平面变压器的磁场分布受到集肤效应和邻近效应影响时，可以有效计算高压平面变压器的绕组损耗，并且可以以较高精准度计算绕组损耗，可以提高绕组损耗的计算准确性，可以方便进行高压平面变压器的参数设计。同时，根据磁场边界条件进行求解每一层的铜层磁场边界条件大小，可以衡量在这一组频率，间距的情况下，电流分布受到邻近效应的影响大小，从而可以在磁场在绕组表面不均匀分布的情况下比较精确的计算绕组损耗，可以提高绕组损耗的计算准确性。

本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供和公开等处理，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。

根据本公开的实施例，本公开还提供了一种高频高压平面变压器。

请参见图6，其示出本公开实施例提供的高频高压平面变压器的结构示意图。如图6所示，该高频高压平面变压器，包括：高压绕组层、第一低压绕组层、第二低压绕组层、第一隔离绕组层、第二隔离绕组层与磁芯；其中，

第一低压绕组层、第一隔离绕组层、高压绕组层、第二低压绕组层和第二隔离绕组层依次连接；

磁芯穿过第一低压绕组层、第一隔离绕组层、高压绕组层、第二低压绕组层和第二隔离绕组层。

根据一些实施例，高压绕组指的是用于传导高压电流、产生磁动势的多匝绕组。

根据一些实施例，低压绕组指的是用于传导低压电流、产生磁动势的多匝绕组。

在一些实施例中，高压绕组的匝数和低压绕组的匝数可以根据实际工况进行确定。

根据一些实施例，隔离绕组层用于将低压绕组与高压绕组隔离，并将高电场限制在自身内部，利用自身绝缘介质实现绝缘。

在一些实施例中，高频高压平面变压器的励磁电感可以根据上下磁芯之中的气隙进行确定。

需要说明的是，图7示出本公开实施例提供的一种示例高压平面变压器的原边电流分布示意图。如图7所示，为了实现较高的效率，平面变压器往往采用原副边绕组全部交叠的方式，来减小绕组附近的磁场强度，减小绕组等效层数，减小损耗。对于高压平面变压器，如果想要采用同种方式，则会导致隔离绕组过多，绕组整体高度过高。而完全不交叠则会导致等效层数大，绕组损耗大。

因此，本公开实施例提供的高频高压平面变压器，通过采用高低压绕组部分交叠的绕组排布结构，既不完全不采用交叠来导致较大的绕组损耗，也不完全采用交叠来导致绕组高度过高，保持了低压绕组包裹高压绕组的结构，既减小的绕组损耗大小，又兼顾了对于绝缘结构的要求，可以拓宽平面变压器的高压应用前景，充分发挥平面变压器的高压应用潜力。同时，采用隔离绕组将高压绕组和低压绕组隔离开，可以实现平面变压器的高压运行，保证整体效率较高的情况下，实现高低压绕组的绝缘，从而，可以拓宽平面变压器的高压应用前景，发挥平面变压器的绝缘潜力，以及加工一致性好、加工简单的优势。

在本公开实施例中，该高频高压平面变压器还包括：低压连接端和高压连接端；其中，

低压连接端分布与第一低压绕组层和第二低压绕组层连接；

高压连接端与高压绕组层连接。

根据一些实施例，低压连接端用于将高频高压平面变压器与外部低压电路连接。具体的，该低压连接端用于将低压绕组层与外部低压电路连接。

在一些实施例中，高压连接端用于将高频高压平面变压器与外部高压电路连接。具体的，该高压连接端用于将高压绕组层与外部高压电路连接。

根据一些实施例，该低压连接端和高压连接端也可以用于将高频高压平面变压器与变换器连接。

在本公开实施例中，高压绕组层、第一低压绕组层、第二低压绕组层、第一隔离绕组层和第二隔离绕组层为印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)。如图6所示，高压绕组层为高压PCB，第一低压绕组层和第二低压绕组层均为低压PCB，第一隔离绕组层和第二隔离绕组层均为屏蔽PCB。

根据一些实施例，印制电路板包括铜层和绝缘介质。其中，铜层用来导通电流，绝缘介质用来提供基本的绝缘功能。

在本公开实施例中，磁芯穿过印制电路板的中间。

具体的，该磁芯为平面磁芯。该平面磁芯依次穿过第一低压绕组层、第一隔离绕组层、高压绕组层、第二低压绕组层和第二隔离绕组层对应的印制电路板的中间。从而，平面磁芯可以将所有绕组磁场耦合在一起。

根据一些实施例，低压绕组的铜层与高压绕组的铜层传导高频电流，并通过磁芯来耦合在一起，传递能量。

在本公开实施例中，高压绕组层、第一低压绕组层和第二低压绕组层为多层印制电路板，第一隔离绕组层和第二隔离绕组层为两层加厚印制电路板；其中，

多层印制电路板中每层印制电路板的厚度小于两层加厚印制电路板中每层印制电路板的厚度；

第一低压绕组层和第二低压绕组层对应的多层印制电路板中的铜层宽度大于高压绕组层对应的多层印制电路板中的铜层宽度。

根据一些实施例，低压绕组层对应的铜层宽度大于高压绕组层对应的铜层宽度，从而可以使低压绕组层传导更大的电流。同时，低压绕组层还可以根据高压绕组层中单层整体宽度进行适当拓宽，从而实现低压绕组层宽度与高压绕组层中单层整体宽度基本持平。

在一些实施例中，两层加厚印制电路板中每层印制电路板的厚度可以根据绝缘电压确定。

易于理解的是，高频高压平面变压器的所有绕组采用非等厚度的排布方式，即绕组厚度采用非均匀厚度式，高低压绕组采用普通厚度，隔离绕组采用加厚厚度，从而可以实现绕组高度上的有效利用，以及减小绕组的加工成本。

在本公开实施例中，多层印制电路板和两层加厚印制电路板中每层印制电路板之间通过通孔焊盘与通孔焊盘、通孔焊盘与单层焊盘、单层焊盘与单层焊盘中的至少一种方式配合焊锡进行连接；

每层印制电路板中的每层绕组之间采用过孔连接。

根据一些实施例，每层印制电路板中的每层绕组之间采用过孔连接时，具体可以通过通孔、埋孔等相连。

在本公开实施例中，高压绕组层对应的多层印制电路板中多匝绕组绕制在同一层印制电路板中。

例如，当高频高压平面变压器的升压比为1：2的时候，高压绕组层需要把两匝绕组放在同一层印制电路板中，低压绕组层中一匝绕组放置在一层印制电路板中。此时，低压绕组层应宽度与两匝高压绕组组合宽度一致。

易于理解的是，高压绕组层中多匝绕组绕制在同一层印制电路板中，可以使得高压绕组层数更小，且整体宽度与低压绕组基本持平。

在本公开实施例中，两层加厚印制电路板包括第一加厚印制电路板和第二加厚印制电路板；其中，

第一加厚印制电路板与低压绕组层连接，第二加厚印制电路板与高压绕组层连接，第一加厚印制电路板中的铜层宽度大于第二加厚印制电路板中的铜层宽度。

根据一些实施例，第一加厚印制电路板中的铜层宽度大于第二加厚印制电路板中的铜层宽度，可以通过足够厚的印制电路板绝缘材料来实现高低压绕组的绝缘。并且，此时较高的电场强度只在两层加厚印制电路板内部存在，空气中电场强度不会过大，如图8和图9所示。

易于理解的是，本公开实施例提供的两层加厚印制电路板的结构，功率密度高，空气中电场强度小，加工容易，成本较低。

在本公开实施例中，如图6所示，两层加厚印制电路板包括导流区域和绝缘边区域，导流区域与绝缘边区域连接；其中，

第一加厚印制电路板中导流区域的宽度与第二加厚印制电路板中导流区域的宽度相同；

绝缘边区域延伸出导流区域；

绝缘边区域的形状为条状，并且在绝缘边区域的末端设置均压环。

需要说明的是，设计高频高压平面变压器时，需要综合考虑到绝缘因素和效率因素。基于对电流分布、绕组损耗的分析，为了尽可能减小邻近效应带来的影响，高低压绕组的宽度需要相等。而绝缘要求低压绕组需要比高压绕组更宽，来实现最好的屏蔽性能。因此，为了兼顾绝缘性能和高效率变换，本公开实施例提出的隔离绕组经过了优化设计，主要对与低压绕组相连的部分进行了优化。

根据一些实施例，绝缘边区域在导流区域的基础上进行拓宽，即绝缘边区域延伸出导流区域后，为了避免拓宽的同时产生感应电流降低效率，将绝缘边区域的形状设置为条状。

在一些实施例中，在绝缘边区域的末端设置均压环可以避免当绝缘边区域的形状为条状时，在条状尖端产生较大的电场强度。

易于理解的是，本公开实施例提供的隔离绕组层兼顾低损耗与可靠绝缘隔离的要求，其导流区域保持高低压绕组宽度相同，可以使得绕组受到邻近效应的影响最小。同时，通过对绝缘边区域进行优化，可以令绝缘边区域在实现低压绕组比高压绕组更宽的同时，不引入电流，从而可以降低绕组损耗。

在本公开实施例中，磁芯为高频磁芯。

根据一些实施例，该高频磁芯并不特指某一固定磁芯。例如，该高频磁芯可以为铁氧体磁芯、纳米晶磁芯等等。

综上，本公开实施例提供的高频高压平面变压器，包括：高压绕组层、第一低压绕组层、第二低压绕组层、第一隔离绕组层、第二隔离绕组层与磁芯；其中，第一低压绕组层、第一隔离绕组层、高压绕组层、第二低压绕组层和第二隔离绕组层依次连接；磁芯穿过第一低压绕组层、第一隔离绕组层、高压绕组层、第二低压绕组层和第二隔离绕组层。通过采用高低压绕组部分交叠的绕组排布结构，既不完全不采用交叠来导致较大的绕组损耗，也不完全采用交叠来导致绕组高度过高，保持了低压绕组包裹高压绕组的结构，既减小的绕组损耗大小，又兼顾了对于绝缘结构的要求，可以拓宽平面变压器的高压应用前景，充分发挥平面变压器的高压应用潜力。同时，采用隔离绕组将高压绕组和低压绕组隔离开，可以实现平面变压器的高压运行，保证整体效率较高的情况下，实现高低压绕组的绝缘，从而，可以拓宽平面变压器的高压应用前景，发挥平面变压器的绝缘潜力，以及加工一致性好、加工简单的优势。

下述为本公开装置实施例，可以用于执行本公开方法实施例。对于本公开装置实施例中未披露的细节，请参照本公开方法实施例。

根据本公开的实施例，本公开还提供了一种高频高压平面变压器绕组损耗评估装置。

请参见图10，其示出本公开实施例提供的一种高频高压平面变压器绕组损耗评估装置的结构示意图。该高频高压平面变压器绕组损耗评估装置可以通过软件、硬件或者两者的结合实现成为装置的全部或一部分。该高频高压平面变压器绕组损耗评估装置1000包括条件确定单元1001、分布确定单元1002和损耗确定单元1003，其中：

条件确定单元1001，用于根据绕组电流分布特性，确定绕组磁场边界条件；

分布确定单元1002，用于根据绕组磁场边界条件，确定铜层电流分布；

损耗确定单元1003，用于根据铜层电流分布，确定高频高压平面变压器的绕组损耗。

可选的，绕组电流分布特性包括高压绕组电流分布特性和低压绕组电流分布特性，绕组磁场边界条件包括绕组整体磁场边界条件和绕组感应磁场边界条件，条件确定单元1001，用于根据绕组电流分布特性，确定绕组磁场边界条件时，具体用于：

根据高压绕组电流分布特性，确定高频高压平面变压器中高压绕组与低压绕组之间的层对应的磁场分布情况；

根据磁场分布情况，确定绕组整体磁场边界条件；

根据低压绕组电流分布特性，确定绕组激励磁场边界条件；

根据绕组整体磁场边界条件和绕组激励磁场边界条件，确定绕组感应磁场边界条件。

可选的，分布确定单元1002，用于根据绕组磁场边界条件，确定铜层电流分布时，具体用于：

根据绕组磁场边界条件，确定铜层磁场边界条件；

根据铜层磁场边界条件，确定铜层电流分布。

可选的，分布确定单元1002，用于根据绕组磁场边界条件，确定铜层磁场边界条件时，具体用于：

确定高频高压平面变压器中低压绕组对应的低压绕组参数；

根据低压绕组参数和绕组磁场边界条件，对铜层与空气中的电磁场基本方程进行求解，确定每一层铜层表面对应的感应磁场分布，得到感应磁场分布集合；

根据感应磁场分布集合，确定铜层磁场边界条件。

可选的，分布确定单元1002，用于根据铜层磁场边界条件，确定铜层电流分布时，具体用于：

根据铜层磁场边界条件，对铜层中的电磁场基本方程进行求解，得到铜层电流分布。

可选的，损耗确定单元1003，用于根据铜层电流分布，确定高频高压平面变压器的绕组损耗时，具体用于：

根据铜层电流分布，确定高频高压平面变压器对应的感应电流和激励电流；

根据感应电流和激励电流，确定高频高压平面变压器对应的整体电流；

根据整体电流，确定高频高压平面变压器的绕组损耗。

需要说明的是，上述实施例提供的高频高压平面变压器绕组损耗评估装置在执行高频高压平面变压器绕组损耗评估方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的高频高压平面变压器绕组损耗评估装置与高频高压平面变压器绕组损耗评估方法实施例属于同一构思，其体现实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

综上，本公开实施例提供的装置，通过条件确定单元根据绕组电流分布特性，确定绕组磁场边界条件；分布确定单元根据绕组磁场边界条件，确定铜层电流分布；损耗确定单元根据铜层电流分布，确定高频高压平面变压器的绕组损耗。因此，通过根据绕组磁场边界条件确定铜层电流分布，并根据铜层电流分布计算高频高压平面变压器的绕组损耗，可以在高频高压平面变压器的磁场分布受到集肤效应和邻近效应影响时，以较高精准度计算绕组损耗，可以提高绕组损耗的计算准确性。

本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供和公开等处理，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。

根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。

图11示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备1100的示意性框图。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。

如图11所示，电子设备1100包括计算单元1101，其可以根据存储在只读存储器(ROM)1102中的计算机程序或者从存储单元1108加载到随机访问存储器(RAM)1103中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 1103中，还可存储电子设备1100操作所需的各种程序和数据。计算单元1101、ROM 1102以及RAM 1103通过总线1104彼此相连。输入/输出(I/O)接口1105也连接至总线1104。

电子设备1100中的多个部件连接至I/O接口1105，包括：输入单元1106，例如键盘、鼠标等；输出单元1107，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元1108，例如磁盘、光盘等；以及通信单元1109，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元1109允许电子设备1100通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

计算单元1101可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元1101的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元1101执行上文所描述的各个方法和处理，例如高频高压平面变压器绕组损耗评估方法。例如，在一些实施例中，高频高压平面变压器绕组损耗评估方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元1108。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 1102和/或通信单元1109而被载入和/或安装到电子设备1100上。当计算机程序加载到RAM 1103并由计算单元1101执行时，可以执行上文描述的高频高压平面变压器绕组损耗评估方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元1101可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行高频高压平面变压器绕组损耗评估方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网和区块链网络。

计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务("Virtual Private Server"，或简称"VPS")中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。服务器也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。