← 返回
功率器件技术 SiC器件 深度学习 ★ 5.0

基于物理信息神经网络与交叉注意力的磁芯损耗模型

A Magnetic Core Loss Model Based on Physics-Informed Neural Network with Cross-Attention

作者 Yunhao Xiao · Chi Li · Zedong Zheng
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年8月
技术分类 功率器件技术
技术标签 SiC器件 深度学习
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 软磁材料 损耗建模 自适应损耗模型 热可靠性分析 交叉注意力机制
语言:

中文摘要

由于软磁材料固有的损耗机制尚不明确,损耗建模往往成为电力电子系统分析中的瓶颈。一方面,损耗会显著影响整体效率;另一方面,高频运行导致的小型化使得高频磁性元件的温升对损耗更为敏感,这使得热可靠性分析变得至关重要。然而,现有的损耗模型由于对复杂运行条件的高敏感性,在这些条件下的适用性会变差。本文提出了一种自适应损耗模型,该模型通过交叉注意力机制增强了物理损耗模型的学习能力和运行条件适应性,在测试集上实现了平均误差2.8%、最大误差12.3%的效果。此外,通过热分析验证了所提模型的准确性,相对误差为1.7%。

English Abstract

Due to the unclear loss mechanisms inherent in soft magnetic materials, loss modeling often becomes a bottleneck in the analysis of power electronic systems. On one hand, losses significantly affect the overall efficiency; on the other hand, miniaturization caused by high-frequency operation makes the temperature rise of high-frequency magnetic components more sensitive to losses, rendering thermal reliability analysis critically important. However, the applicability of existing loss models deteriorates under complex operating conditions due to their high sensitivity to such conditions. This article proposes an adaptive loss model that enhances the learning capability and operating condition adaptability of the physical loss model through a cross-attention mechanism, achieving an average error of 2.8% and a maximum error of 12.3% on the test set. Furthermore, the accuracy of the proposed model is validated through thermal analysis, yielding a relative error of 1.7%.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于物理信息神经网络的磁芯损耗模型技术具有重要的战略价值。在光伏逆变器和储能变流器等核心产品中,高频变压器和电感等磁性元件是影响系统效率和可靠性的关键部件。该技术通过交叉注意力机制实现的自适应损耗建模,能够在复杂工况下保持2.8%的平均误差和1.7%的热分析误差,这对我们产品的精确设计和性能优化意义重大。

在业务应用层面,该技术可直接赋能阳光电源的多个产品线。对于大功率集中式逆变器,精确的磁芯损耗预测能够优化高频变压器设计,在提升功率密度的同时确保热管理可靠性;对于储能系统的双向变流器,在频繁充放电切换工况下,该模型的工况适应性优势尤为突出,有助于延长磁性元件寿命并提升系统整体效率。此外,随着我们向800V高压储能系统和超高功率密度产品演进,高频化趋势使得温升问题更加敏感,该技术提供的精确热分析能力正是突破设计瓶颈的关键。

从技术成熟度评估,该研究已完成实验验证,但工程化应用仍需关注几个挑战:一是需要建立覆盖阳光电源常用磁性材料的数据库;二是模型在极端环境温度和复杂调制策略下的鲁棒性需进一步验证;三是需要与现有仿真平台集成以实现快速迭代设计。建议与研究团队建立合作,优先在新一代高频储能变流器项目中试点应用,积累工程数据的同时培育差异化技术竞争力。