Fast and accurate thermal analysis is critical in designing power electronics converters through virtual prototyping to achieve high power density, efficiency, etc. Virtual prototyping can save cost and time in comparison to hardware prototyping and experimental test and can lead to an overall optimized design. For removing the heat in power converters effectively, forced convection, such as air cooling or liquid cooling, is usually adopted. To estimate the temperature distribution and assist the layout optimization without building physical prototypes, fast and accurate thermal prediction is required, which is an essential area in virtual prototyping of power electronics. In this article, a thermal-flow network (TFN) modeling method is proposed to solve the flow and temperature distribution in a power converter. The flow distribution is calculated by flow network consisting of flow resistances, flow branches, and sources. The temperature distribution is then estimated by the thermal network, where the related boundary conditions (heat transfer coefficient and local fluid temperature) are assigned using empirical equations. The fundamental and basic circuit elements for the TFN modeling method have been implemented in software, which helps to build the TFN modularly. The comparison between the proposed method, computational fluid dynamics (CFD), and experiment is provided to show the effectiveness of the TFN modeling method. The proposed modeling and analysis process can also be adapted for other forced cooling methods.

中文翻译：

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电力电子虚拟样机热流网络建模

快速准确的热分析对于通过虚拟原型设计电力电子转换器以实现高功率密度、效率等至关重要。与硬件原型设计和实验测试相比，虚拟原型设计可以节省成本和时间，并可以实现整体优化设计。为了有效地去除功率转换器中的热量，通常采用强制对流，例如空气冷却或液体冷却。为了在不构建物理原型的情况下估计温度分布并协助布局优化，需要快速准确的热预测，这是电力电子虚拟原型设计的一个重要领域。在本文中，提出了一种热流网络 (TFN) 建模方法来求解功率转换器中的流量和温度分布。流动分布由流动阻力、流动分支和来源组成的流动网络计算。然后通过热网络估计温度分布，其中使用经验方程指定相关的边界条件（传热系数和局部流体温度）。TFN 建模方法的基本和基本电路元件已在软件中实现，这有助于模块化构建 TFN。提供了所提出的方法、计算流体动力学 (CFD) 和实验之间的比较，以显示 TFN 建模方法的有效性。建议的建模和分析过程也可以适用于其他强制冷却方法。然后通过热网络估计温度分布，其中使用经验方程指定相关的边界条件（传热系数和局部流体温度）。TFN 建模方法的基本和基本电路元件已在软件中实现，这有助于模块化构建 TFN。提供了所提出的方法、计算流体动力学 (CFD) 和实验之间的比较，以显示 TFN 建模方法的有效性。建议的建模和分析过程也可以适用于其他强制冷却方法。然后通过热网络估计温度分布，其中使用经验方程指定相关的边界条件（传热系数和局部流体温度）。TFN 建模方法的基本和基本电路元件已在软件中实现，这有助于模块化构建 TFN。提供了所提出的方法、计算流体动力学 (CFD) 和实验之间的比较，以显示 TFN 建模方法的有效性。建议的建模和分析过程也可以适用于其他强制冷却方法。这有助于模块化构建 TFN。提供了所提出的方法、计算流体动力学 (CFD) 和实验之间的比较，以显示 TFN 建模方法的有效性。建议的建模和分析过程也可以适用于其他强制冷却方法。这有助于模块化构建 TFN。提供了所提出的方法、计算流体动力学 (CFD) 和实验之间的比较，以显示 TFN 建模方法的有效性。建议的建模和分析过程也可以适用于其他强制冷却方法。