T E L K O M N I K A  T elec o m m un ica t io n Co m pu t ing   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.  24 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   20 26 ,   p p .   3 1 3 ~ 328   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 /TE L KOM NI KA. v 24 i 1 . 2 7 2 7 6     313       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //jo u r n a l.u a d . a c. id /in d ex . p h p /TELK OM N I K A   O ptimi zing  plana r micro - t ra nsfo r mer per forma nce       T a ha r  A lili 1 ,   F a t im a   Z o hra   M edj a o ui 1 ,   Azz edine   H a m id 1 , 2 ,   A bd er ra him   M o k hef i 3 ,   Ya cine  G uet t a f 2 ,  H o cine   G u ent ri 2   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r o t e c h n i c s,  F a c u l t y   o f   El e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t y   o f   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y   o f   O r a n   U S TO - M B ,   O r a n ,   A l g e r i a   2 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   I n st i t u t e   o f   Te c h n o l o g y ,   N o u r   E l   B a c h i r   U n i v e r si t y   C e n t e r ,   El   B a y a d h ,   A l g e r i a     3 I n st i t u t e   o f   M e c h a n i c a l   E n g i n e e r i n g ,   N a t i o n a l   P o l y t e c h n i c   S c h o o l   o f   O r a n   M a u r i c e   A u d i n ,   O r a n ,   A l g e r i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   12 ,  2 0 2 5   R ev is ed   No v   22 ,  2 0 2 5   Acc ep ted   Dec   8 ,  2 0 2 5       F a c e d   with   n e w   re q u irem e n ts  f o r  is o late d   sw it c h in g   p o we r  su p p li e s  wit h   h ig h   e fficie n c y   a n d   p o we r  d e n sity ,   p lan a r  tran sfo rm e r  tec h n o lo g y   h a s   e m e rg e d   a s  a   se rio u s  a lt e rn a ti v e   to   wo u n d   c o m p o n e n ts.  Th e   wo r k   p re se n ted   in   th is  p a p e r  a d d re ss e s  th e   issu e   o f  d e v e lo p i n g   p lan a r  tran sfo rm e rs  in   th e   c o n tex t   o f   l o w - p o we r  e lec tro n ics ,   wh e re   v o lu m e   a n d   we i g h t   c o n s train ts  a re   p a ra m o u n t.   Th e   f lat  sh a p e   o f  t h e   c o il s  a n d   th e   i n terla c in g   o f   th e   wi n d i n g s  d o   n o t  a ll o w  fo r  c o n tro l  o f  m a g n e t o - th e rm a l  p h e n o m e n a .   Alth o u g h   sc ien ti fic  li tera tu re   o ffe rs  n u m e ro u s  sim u l a ti o n   t o o ls  t o   a id   in   t h e   d e sig n   o f  su c h   tran sfo rm e rs,  it   m u st  b e   n o te d   th a t  th e y   d o   n o t  a ll o w  fo r  a   ri g o r o u s  a c c o u n t   o f  t h e se   p h e n o m e n a .   In   t h is  p a p e r,   m e th o d s  a n d   a   g e o m e tri c   a n d   e lec tri c a l  siz in g   t o o l   in   p la n a r  tec h n o l o g y   a re   u se d   f o r  t h e   d e sig n   o f  fl y b a c k   d irec t   c u rre n t  t o   d irec t  c u rre n t   ( DC/DC )   c o n v e rters .   M e th o d s  f o r  d ime n si o n i n g   a n d   e stim a ti n g   tem p e ra tu re   rise   a re   p re se n ted   a n d   c o m p a re d   i n   o r d e r  t o   d e v e lo p   c a lcu latio n   t o o ls  fo r  d e sig n   p u rp o se s.  Th is  st u d y   e n a b led   u s   to   o b se rv e   th e   d istri b u ti o n   o f   th e   m a g n e ti c   fie ld ,   th e   r o le  o f  fe rrit e ,   th e   d istri b u ti o n   o f   c u rre n ts  a n d   v o lt a g e s  in   t h e   c o il s ,   a n d   t h e   d istri b u ti o n   o f   tem p e ra tu re   in   o u r   d e v ice .   It  sh o u l d   b e   n o ted   t h a t   c o n d u c ti v e   a n d   c o n v e c ti v e   h e a t  tran sfe r   p ro c e ss e s we re   c o n sid e re d   in   ste a d y   sta te.   K ey w o r d s :   C o n v er ter   f ly b ac k   Hea t tr an s f er   Ma g n eto - th er m al    Mic r o co ils   Mic r o - co n v er ter   Mic r o - tr an s f o r m er   T h er m al  co n v ec tio n   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ho cin e   Gu en tr i   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y ,   No u r   E l Bach ir   Un iv e r s ity   C en ter   B P 9 0 0 ,   E l Bay ad h   3 2 0 0 0 ,   Al g er ia   E m ail:  h . g u en t r i@ cu - elb ay ad h . d z       1.   I NT RO D UCT I O N   W o r k   o n   in teg r atin g   p ass iv e  m ag n etic  co m p o n en ts   ( in d u cto r s   an d   tr an s f o r m e r s )   h as  b ee n   g r o win g   s ig n if ican tly   in   r ec en t  y ea r s .   T h e  o b jectiv es  o f   th is   wo r k   ar e  to   r ed u ce   co m p o n en t  s ize  in   o r d er   to   lo wer   co s ts   an d   to   d e v elo p   a p p r o p r iate  tec h n o lo g ical  a p p r o ac h es f o r   m a n u f ac tu r i n g   th ese  co m p o n e n ts .   T h ese  co m p o n en ts   ar e  g e n er ally   u s ed   i n   th e   f o r m   o f   s tack ed   c o n d u ctiv e,   in s u latin g   an d   m ag n etic  la y er s .   T h e   tar g eted   ap p licatio n s   co n ce r n   lo w - p o wer   elec tr o n ics,  in d u ctan ce   f o r   d ir ec t  cu r r e n t  to   d ir ec t   cu r r en t   ( DC - DC )   co n v er ter s   [ 1 ]   a n d   p lan ar   t r an s f o r m er s   f o r   is o lated   p o wer   s witch   co n tr o l  [ 2 ]   r an g i n g   f r o m   a  f ew  k Hz  to   a  f ew  GHz   [ 3 ] ,  [ 4 ] .   Ho wev er ,   th er e   is   lim ited   r esear ch   i n to   t h e  u s e  o f   m ag n etic   m ater ials   f o r   t h e  m a n u f ac tu r e  o f   in teg r ated   co m p o n e n ts   [ 5 ] .   Po wer   elec tr o n ics  r esear ch   in   r ec en t  y ea r s   h as  p r im ar ily   f o cu s ed   o n   im p r o v in g   co n v er ter   p er f o r m an ce   in   ter m s   o f   ef f i cien cy ,   c o m p ac tn ess ,   a n d   r el iab ilit y ,   p ar ticu lar l y   tr a n s f o r m er s .   L i  et   a l .   [ 6 ]   p r esen ted   a  lo ca lis ed   elem en t  m o d el  to   r e p r esen t  th e  b eh av io u r   o f   m illi m etr e  wav e   ( MW)  in teg r ated   tr an s f o r m er s .   T h is   m o d el  h as   a  2 - π  ar ch itectu r e  an d   co n tai n s   th e  eq u atio n s   f o r   ev alu atin g   th e  v alu es  o f   its   co m p o n en ts .   T h ese  f o r m u las  r ely   o n   th e   tr an s f o r m er ’ s   g e o m etr ical  an d   tech n o lo g ical  p r o p er ties .   I n   th e  ar ticle   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N : 1 6 9 3 - 6 9 3 0   TEL KOM NI KA T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   V o l.  24 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   20 26 :  3 1 3 - 328   314   by  Ou y a n g   et  a l .   [ 7 ] ,   th e  m o s t  im p o r tan t  f ac to r s   f o r   th e  d esig n   o f   a  p la n ar   tr an s f o r m er ,   in clu d in g   win d in g   lo s s es,  co r e  lo s s es,  leak ag e  i n d u ctan ce   an d   p ar asit ic  ca p ac itan ce ,   wer e  s tu d ied   in d iv id u ally .   Mu   et  a l .   [ 8 ]   s tu d ied   th e  d esig n   o f   a  h ig h - p o wer   d e n s ity   tr an s f o r m er   a n d   in d u ctan ce   f o r   a   h ig h   f r e q u en cy   d o u b le   ac tiv e   b r id g e  ( DAB)  GaN   ch ar g er .     T h e  d esig n e d   tr a n s f o r m er   h as   an   e f f icien cy   g r ea ter   th an   9 9 . 2 %  wh ile  d eliv er in g   3 . 3   k W .   C o m p ar ed   with   th e  tr an s f o r m e r   an d   in d u ctan ce   u s ed   in   th e  5 0   k Hz  ch ar g er ,   th e   d ev elo p ed   tr a n s f o r m er ’ s   p o wer   d en s ity   is   6 . 3   tim es  h ig h er .   T h e  d etailed   d esig n   p r o ce d u r e  a n d   l o s s   an aly s is   ar e  d is cu s s ed .   C o m p r o m is es  b etwe e n   th ese  f ac to r s   wer e   an aly s ed   in   o r d e r   to   o b tain   o p tim al  p a r a m eter s .   Or o s z  [ 9 ]   p r esen ted   a   f ast  ap p r o x im atio n   m eth o d   u s ef u l  in   t h e  in itial  d esig n   as  well  as  a  m o r e  d etail ed   an aly s is   o f   in d u cto r s   an d   t r an s f o r m er s .   E ig h ty   p er ce n t  o f   a   lo w - p o wer   co n v er ter ’ s   f o o tp r in t   is   o cc u p ied   b y   p ass iv e  co m p o n en ts ,   w h ich   s er v e   a  v a r iety   o f   p u r p o s es,  in clu d in g   f ilter in g ,   en er g y   tr an s f er ,   g alv a n ic  i s o latio n ,   im p e d an ce   m atch in g ,   an d   tem p o r a r y   elec tr ical  en er g y   s to r ag e .   L i u   et  a l .   [ 1 0 ]   p r esen ted   in   h is   ar ti cle  th e  m ain   d ir ec tio n s   o f   d ev elo p m en t a n d   tr en d s   in   th e  d esig n   o f   p o wer   tr an s f o r m er s .     T h e   m a i n   r e s e a r c h   d i r e ct i o n s   c o n s i d e r e d   a n d   f u t u r e   t r e n d s   in   t h e   f i e l d   o f   o p t i m i s at i o n   m e t h o d s   f o r   p r e l i m i n a r y   d e s i g n   t r a n s f o r m e r s   a r e   s u m m a r is e d .   L i u   e t   a l .   [ 1 1 ]   p r o p o s e d   i n   t h e i r   a r t i c l e   t h e   s t u d y   o f   a n   i s o l a t e d   i n d u c t o r – i n d u c t o r – c a p a c i t o r   ( LLC )   r e s o n a n t   c o n v e r t e r   w it h   a   s w it c h i n g   f r e q u e n c y   i n   t h e   M H z   r a n g e   i n   w h i c h   c o n v e n t i o n a l   s il i c o n   d e v i c es   a r e   r e p l a c e d   b y   w i d e   b a n d g a p   g al l i u m   n i t r i d e   d e v i c es   t o   r e d u c e   s w it c h i n g   l o s s es   i n   t h e   p o w e r   d e v i c e .   L i u   et   a l .   [ 1 1 ]   p r e s e n t e d   a n   o p t i m is a ti o n   d e s i g n   m e t h o d o l o g y   a i m e d   a t   m i n i m i s i n g   t h e   s i z e   o f   t h e   t r a n s f o r m e r   c o r e   a n d   i m p r o v i n g   c o n v e r t e r   p e r f o r m a n c e   t h r o u g h   o p t i m i s e d   w i n d i n g   c o n f i g u r a t i o n s .   T h e  o b j e c t i v e   o f   t h is   w o r k   i s   t o   s t u d y   t h e   m a g n e t o t h e r m a l   b e h a v i o u r   o f   a   m i c r o t r a n s f o r m e r   w i t h   a   v i e w   t o   i ts   i n t e g r a t i o n   i n t o   a   f l y b a c k - t y p e   m i c r o c o n v e r t e r   d e s i g n e d   f o r   l o w   p o w e r   a n d   h i g h   f r e q u e n c i e s .     T h e  tr an s f o r m er   is   f lat  in   s h ap e,   with   s q u ar e  f lat  s p ir al  p r im ar y   a n d   s ec o n d ar y   m icr o co ils .   T h e  d esig n   o f   th is   ty p e   o f   m icr o co il  is   b ased   o n   th e   s p ec if ic atio n s   o f   t h e  m icr o co n v er ter .   T h r ee   p o in ts   a r e  ess en tial  f o r   its   d esig n :  th e  c h o ice  o f   m ater ials   u s ed   in   its   co n s tr u ctio n ,   an d   its   g eo m etr ic  an d   elec tr ical   d im en s io n s   [ 1 2 ] ,   [ 1 3 ] .   T h e  r e s u lts   o f   th e  d im en s io n in g   will  b e  u s ef u l  f o r   d esig n in g   th e  m ath em atica l  m o d e l   an d   p er f o r m i n g   v a r io u s   s im u latio n s   o f   m ag n eto th er m al  b eh av io u r .   T o   ascer tain   t h e  id ea l  d is tr ib u tio n   o f   cu r r en t  an d   elec tr ical  p o te n tial  in   th e  co n d u cto r   an d ,   as  a  r esu lt,  to   g et  a  g o o d   d is tr ib u tio n   o f   f ield   lin es,  th e  m ag n etic  co m p o n en t  en tails   v is u alizin g   th e  d is tr ib u tio n   o f   c u r r en t  d e n s ity ,   m ag n etic  f ield   lin es,  an d   elec tr ical   p o ten tial .   Fo r   th e   th er m al   p ar t  [ 1 4 ] ,   [ 1 5 ] ,   it   is   n ec ess ar y   to   v is u alis e  th e  tem p er atu r e   d is t r ib u tio n   o f   th e   co il   an d   s u b s tr ate.     T h e   n o v e l t y   o f   t h is   a r ti c l e   l i es   i n   t h e   s t u d y   o f   m a g n e t i c  b e h a v i o u r ,   w h e r e   w e   o b s e r v e d   t h e   e f f e c t   o f   t h e  g a p   o n   t h e   d i s t r i b u t i o n   o f   f i e l d   l i n e s   l i k e l y   t o   d i s t u r b   a d j a c e n t  c o m p o n e n t s ,   a s   w e l l   a s   t h e   e f f e c t   o f   t e m p e r a t u r e ,   w h e r e   w e   a ls o   v i s u al is e d   t h e  e f f e c t   o f   t h e   g a p   o n   t h e   te m p o r a l e v o l u t i o n   o f   t e m p e r at u r e   i n   t h e   d i f f e r e n t   la y e r s   o f   t h e   c o m p o n e n t .   C o n d u c t i v e   a n d   c o n v e c t i v e   h e a t   t r a n s f e r   p r o c e s s e s   w e r e   t a k e n   i n t o   a c c o u n t   i n   s te a d y   s t at e .   I t  s h o u l d   b e   n o t e d   t h a t   c o n v e c tiv e   p h e n o m e n a   h a v e   n e v e r   b e e n   t a k e n   i n t o   a c c o u n t   i n   t h is   t y p e   o f   s i t u a ti o n .   T h e   s i m u l at i o n s   we r e   p e r f o r m e d   u s i n g   c o m p u t a t i o n   s o l v e r   ( C O MS O L )   M u lt i p h y s ic s   s i m u l at i o n   s o f t w a r e .       2.   F L YB A CK   M I CRO - CO NV E RT E R  P R E S E NT AT I O N   T h e  f ly b ac k   co n v er ter   [ 1 6 ] ,  [ 1 7 ] ,   F ig u r e   1 ,   h as  b ee n   c h o s e n   b ec a u s e  th e  m icr o - tr a n s f o r m er   is   m ad e  u p   o f   f ewe r   p ar ts   an d   a   s in g le  wr ap p ed   c o m p o n en t ,  F ig u r e  2 ,   a n d   o f   a  s in g le   s witch .   Mo r eo v er ,   it   is   f r eq u e n tly   u s ed   f o r   l o w  p o we r   ap p licatio n s   ( <1 0 0 W ) .   W e   o p t e d   f o r   t h e   s p e ci f i c at i o n s   f r o m   w h i c h   w e   d e f i n e  t h e   s p e c i f i ca t i o n s   o f   t h e   m i c r o - c o n v e r t e r   w h i c h   i s   t h e   s t a r t in g   p o i n t   f o r   t h e   s i z i n g   o f   t h e   m i c r o - t r a n s f o r m e r .   I n p u t   v o l t a g e     = 12   ,   o u t p u t   v o l t a g e     = 5 ,   o u t p u t   p o w e r     = 5 ,   o p e r a t i n g   f r e q u e n c y   = 100   .           Fig u r e  1 .   E lectr ical  s ch em e  o f   th e  f ly b ac k   co n v er ter   co n tain i n g   th e  m icr o   tr an s f o r m er     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         Op timiz in g   p la n a r   micro - tr a n s fo r mer p erfo r ma n ce   ( Ta h a r   A lili )   315       Fig u r e  2 .   3 D  m o d el  o f   th e  m ic r o - tr an s f o r m er       2 . 1 .    M icro - t r a ns f o rm er   s izi ng   T h e  v o lu m e  o f   th e  m a g n etic   co r e  an d   th e  s u r f ac e  ar ea   w h er e  th e  elec tr ical  cir cu it  o f   th e  m icr o - tr an s f o r m er   will  b e   in s talled   a r e  ass ess ed ,   tak in g   in to   ac co u n t  th e   s p ec if ic  elec tr ical  a n d   m ag n etic  p r o p e r ties   o f   th e   m icr o - tr an s f o r m er .  Fro m   th is ,   th e   m ag n etic   co r e ’ s   d i m en s io n s   will  b e  ass ess ed   wh ile  ad h er in g   to   th e  m icr o - co n v er ter ’ s   r e q u ir em e n t s   f o r   m ag n etic  en er g y   s to r ag e  an d   m ater ial  lo s s es   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ] .     2 . 2 .     G eo m e t rica l pa ra m et er s   ca lcula t io n    Sq u ar e  g eo m etr y   m icr o co ils   ar e  d ef in e d   b y   a  s et  o f   ess en tial  g eo m etr ic  p ar am eter s   th at  d ir ec tly   in f lu en ce   th eir   elec tr o m ag n etic  p er f o r m an ce .   T h e  n u m b er   o f   tu r n s     d eter m in es  th e  wi n d in g   d en s ity   an d   co n tr ib u tes  to   th e  in cr ea s e  i n   i n d u ctan ce .   T h e  wid t h   o f   th e  c o n d u ct o r     an d   its   th ick n ess     p l ay   a  m ajo r   r o le   in   th e  elec tr ical  r esi s tan ce   a n d   h ea t  d is s ip atio n   ca p ac ity   o f   th e  m icr o co il.  W in d in g   s p ac in g   af f ec ts   b o t h   m ag n etic  co u p lin g   an d   p r o x i m ity   lo s s es.  T h e  to tal   len g th   o f   th e  c o n d u cto r   lt  m ak es  it   p o s s ib le  to   ev alu ate   th e   o v er all  o h m ic  r esis tan ce   o f   th e  d ev ice.   Fin ally ,   th e  o u ter   d i am eter   d o u t  an d   in n er   d iam et er   d in   ch ar ac ter ize   th e  p h y s ical  s ize  o f   th e  co il  an d   in f lu e n ce   th e  m ag n etic  f i eld   p r o d u ce d   at  th e  ce n ter   o f   th e  s tr u ctu r e.   T h e   s im u ltan eo u s   o p tim izatio n   o f   th ese  p ar am eter s   is   th er ef o r e  ess en tial  to   d es ig n   ef f icien t  m icr o co ils   ad ap ted   to   th e  tar g eted   ap p licatio n s ,   s u ch   as m icr o elec tr o n ics d ev ices o r   in teg r ated   s en s o r s ,   F ig u r e  3 .           Fig u r e  3 .  Mic r o - tr an s f o r m er   p r im ar y   an d   s ec o n d a r y   c o ils   g eo m etr ical  p ar am eter s       2 . 3 .     E lect rica l pa ra m et er s   c a lcula t io n   T h e  eq u iv ale n t  elec tr ical  m o d el,   d er iv e d   f r o m   th e  d iag r a m   p r esen ted   in   Fig u r e  2 ,   is   u s ed   f o r   th e   s im u latio n   o f   th e  elec tr o m ag n etic  b eh av io r   o f   th e  m icr o - tr an s f o r m er   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ]   ( s ee   Fig u r e  4 ) .   T h is   m o d el  in teg r ates a ll th e  elec tr ical  p ar am eter s   r ep r esen tativ e  o f   th e  d ev ice:  th e  p r im ar y   a n d   s ec o n d ar y   in d u cta n ce s      an d    ,   ass o ciate d   r esp ec tiv ely   with   th e  two   win d in g s ;  t h e  s er ies  r esis tan ce s      an d    ,   r ef lec tin g   th e   o h m ic  lo s s es;  th e     an d      o x id e  ca p ac ities ;  th e  r esis tan ce s   o f   th e  m a g n etic  lay er       an d     ;  as  well  as  th e  r esi s tan ce s      an d      an d   th e  ca p ac itan ce s   ,    ass o ciate d   with   th e  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N : 1 6 9 3 - 6 9 3 0   TEL KOM NI KA T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   V o l.  24 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   20 26 :  3 1 3 - 328   316   s ilico n   s u b s tr ate.   Fin ally ,   th e  co u p lin g   ca p ac itan ce s      an d      s p ec if ic  to   ea ch   win d in g ,   as  well  as  th e   m u tu al  ca p ac itan ce      b etwe e n   th e   two   win d i n g s ,   e n s u r e   th e  p r ec is e  m o d elin g   o f   t h e  elec tr o s tatic   in ter ac tio n s   in ter n al  to   t h e  m ic r o - tr an s f o r m er .           Fig u r e  4 .   E q u iv alen t e lectr ical   cir cu it o f   th e   m icr o - t r an s f o r m er       2 . 4 .     M a g net ic  circ uit  dim en s io nin g   T h e  tr an s f o r m atio n   r atio   m   is   o n e  o f   th e  m ain   elec tr ical  p ar am eter s   o f   th e  m icr o - tr an s f o r m er ,   it  is   g iv en   b y :     = = ∝ V o u t ∝ − 1 V   in   ( 1 )     T h e  p r im ar y   in d u ctan ce   L p   is   ca lcu lated   f o r   a   m ax im u m   cu r r en t r ip p le: 0 . 5 =      = V in 2 ∝ 2 2 . .     ( 2 )     T h e  s ec o n d ar y   in d u ctan ce       is   tak en   f r o m   ( 2 ) .     = 2     ( 3 )     T h u s ,   th e  to tal  m a g n etic  en er g y   th at  h as b ee n   s to r ed   is :     = 1 2  2 = 1 2    2 = 3 . 125 . 10 − 9     ( 4 )     T h e  h ig h est en e r g y   v o lu m e   d e n s ity   is :     = 2 2 . µ  = 25 . 59 / 3   ( 5 )     T h e  v o lu m e  o f   th e  co r e   is :     = = 1 . 22 . 10 − 10 3   ( 6 )     T h u s ,   0 . 1 2 2   m m 3   o f   NiFe  is   r eq u ir ed   to   s to r e  3 . 1 2 5   n J .   W e  ch o s e  th e  s q u ar e  s h ap e,   F ig u r e  3 ,   f o r   win d in g s   with   o u ter   d iam eter   eq u al  to   1 5 0 0   μ m   a n d   in n er   d iam eter   eq u al  to   7 5 0   μ m .   T h e  co r e  th ic k n ess   is   g iv en   b y   ( 7 ) :       = 2   ( 7 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         Op timiz in g   p la n a r   micro - tr a n s fo r mer p erfo r ma n ce   ( Ta h a r   A lili )   317   2 . 5 .   Resul t s   o f   t he  g e o m et ric a l a nd   elec t rica l sizin g   T ab le  1   lis ts   th e  m ain   g eo m etr ic  an d   elec tr ical  p ar am eter s   o f   th e  s tu d ied   m icr o - c o il.  T h ese   p ar am eter s   ar e   u s ed   as  i n p u t   d ata  f o r   th e   elec tr o m ag n etic  a n d   th e r m al  s im u latio n s ,   ca r r ie d   o u t   to   a n aly ze   t h e  b eh av io r   o f   th e  m icr o - c o il  an d   to   o p tim ize  its   o p e r atin g   p er f o r m an ce .   Du e  t o   th e   ad ap tati o n   o f   m ath e m atica l  m o d els  s u ch   as  Ma x well ’ s   e q u atio n s   an d   th e  h ea t  eq u atio n   to   s im u late  th e   m ag n etic,   el ec tr ic,   an d   th er m al  p h en o m en a,   a   s et  o f   s im p lif y in g   ass u m p tio n s   h as  b ee n   in tr o d u ce d   in   o r d er   to   r ed u ce   th e   co m p lex ity   an d   th e   in h er en t  m ath e m atica l  n o n lin ea r ity .   T h ese  ass u m p tio n s   ar e   co n s is ten t  with   th o s e  co m m o n ly   ad o p ted   in   t h e  liter atu r e  [ 2 0 ]   b y   r esear ch er s   i n   th is   f ield .   −   T h e  is o tr o p y   o f   t h e  v ar io u s   m ater ials   u n d er   in v esti g atio n .   −   T h e  tem p er atu r e  af f ec ts   th e  th er m al  co n d u ctiv ity   co e f f icien t .   −   T h er m al  co n v ec tio n   is   in tr o d u ce d   as a   b o u n d ar y   co n d itio n   f o r   th e  s u b s tr ate - m icr o co il a s s em b ly .       T ab le  1 .   Valu es o f   g eo m et r ic  an d   elec tr ical  p ar am ete r s     G e o me t r i c   p a r a m e t e r s   El e c t r i c a l   p a r a m e t e r s   d out = 1 5 0 0 μ m ,   d in = 7 5 0 μ m ,   e = 5 4 . 2 7   μ m ,   б = 6 . 5 6   μ m ,   n p = 5 ,   n s = 2 ,   w p = 4 6 . 3 9   μ m ,   w s = 1 6 9 . 6   μ m ,   t p = 1 3 . 1 3   μ m , t s = 1 3 . 1 3   μ m ,   s p = 3 5 . 7 5   μ m ,   s s = 3 5 . 7 5   μ m , l p = 2 . 2 5 c m ,   l ts = 9 m m   L p = 3 6 n H ,   Rs p = 1 . 4 5   Ω ,   R s s = 0 . 1 6   Ω ,   R m agp = 1 0 3 . 9 8 K   Ω ,   R m ags = 7 1 . 1 K   Ω ,  R s ubp = 3 . 5 4   K   Ω ,   L s= 6 . 2 5 N h ,   R s ubs = 2 . 4 2 K   Ω ,   C ox p = 2 . 5 P f ,   C o x s = 3 . 6 6 p F,   C kp = 0 . 1 4   p F,   C k = 1 0 . 7 9   p F,   C s ubp = 0 . 5 4   p F,   C s ubs = 0 . 7 9   p F,   C ks = 0 . 0 5 7   p F .       T h e  ass u m p tio n   o f   h o m o g en eity   an d   is o tr o p y   is   b ased   o n   th e  f u n d am e n tal  p r i n cip les  o f   m ater ial   b eh av io r .   I n   g e n er al,   th e  g o v er n in g   m ath e m atica l  eq u atio n s   an d   m o d els  f o r   p h y s ical  p h en o m en a,   s u c h   as  elec tr o m ag n etic  a n d   th e r m al  p r o ce s s es,  ar e  f o r m u lated   u n d er   th e  ass u m p tio n   o f   h o m o g e n eo u s   an d   is o tr o p i c   m ater ials ,   wh er e  th e   s p atial  v ar iatio n   o f   th e r m o   p h y s ical  an d   elec tr ical  p r o p e r ties   is   n eg le cted .   I n   th e   p r esen t   s tu d y ,   ap p lied   to   th e   m icr o   p lan ar   tr an s f o r m er ,   th e   m ater ia l  p r o p er ties   ar e  c o n s id er ed   in d ep en d e n t  o f   b o th   d ir ec tio n   a n d   p o s itio n ,   wh ich   en ab les  th e   d ir ec t   ap p licatio n   o f   th e   g o v er n in g   eq u ati o n s   w h ile  s im p lify in g   th e   o v er all  m o d el.   Fu r t h er m o r e,   c o n v ec tiv e  ef f ec ts   ar e  n e g lecte d   with in   th e  f lu id   m ec h a n ics  f r am ewo r k ,   as  th e  m icr o m etr ic  d im en s io n s   o f   th e  tr an s f o r m er   e n s u r e,   b ased   o n   th e   R ay leig h   n u m b er   esti m atio n ,   th at   n atu r al   co n v ec tio n   ar o u n d   t h e  co ils   i s   n eg lig ib le.   T h u s ,   air   p a r ticle  m o tio n   s u r r o u n d in g   th e  c o ils   is   ig n o r ed ,   a n d   co n v ec tiv e  h ea t tr an s f er   is   o n l y   ac co u n ted   f o r   at  th e  b o u n d ar ies th r o u g h   R o b in - ty p e  b o u n d ar y   co n d itio n s .       3.   M I CRO T RAN SFO RM E R  M AG NE T O T H E R M AL   B E H AVIO R    3 . 1 .    M a t hema t ica l  m o del   T h e  s tu d ied   p h en o m en o n   is   m o d eled   b y   a   s et  o f   c o u p led   eq u atio n s   co m b i n in g   Ma x well ’ s   eq u atio n s   with   th e  h ea t  e q u atio n ,   f o llo w in g   th e  g eo m etr ical  d esig n   an d   s izin g   o f   th e  tr an s f o r m e r .   D im en s io n in g   o f   th e   m icr o - co ils   o f   p r im ar y   an d   s ec o n d ar y :  t h e  eq u atio n s   s h o w  t h at  th e  p r im a r y   an d   s ec o n d ar y   in d u ctan ce s   o f   th e   m icr o - tr an s f o r m er   ar e  d i r ec tly   co n n ec ted   to   th e  e n er g y   s to r ed .   Fo r   a  m ax im u m   cu r r en t,  th at  is   to   s ay   f o r       =    ,   = 1 2 1  2 = 1 2 2  2 ,  = = 1 2 1 2 ,  1  =    ,  = = 2 2 2 .  T h e  v al u e  o f   th e  p r im ar y   in d u ctan ce     o f   th e   m icr o - tr an s f o r m er   is   d er iv ed   th er e  f r o m :   = 2 2 2 an d = ( − 1 ) V s V e .  W ith   0 . 5 =   th en   m   eq u als 0 . 4 2 .   o f   th e  m i cr o - tr an s f o r m er   is   = m 2 L p .   T h e  d en s ity   o f   en er g y   is   g iv e n   b y   ( 8 ) :     = 2 2 . 0   ( 8 )     3 . 1 . 1 .   M a x well ’ s   equa t io ns   T h e  elec tr o m a g n etic  p h en o m e n o n   is   g o v er n ed   b y   Ma x well ’ s   eq u atio n s ,   th e  r eso l u tio n   o f   th e  latter   will  allo w  u s   to   v is u alize   th e   m ag n etic  b eh av i o r   o f   th e   m icr o   tr an s f o r m er   [ 2 0 ] ,  х ⃑ ⃑   = J   ,  х   = B ⃑ ⃑   ,  ⃑   = − ∇ ⃑ ⃑   V −   ,    = ⃑   + ⃑ ⃑   ,    = 0 , ⃑   = µ 0 µ ⃑ ⃑   ,  ⃑ ⃑   = 0 ⃑   .     3 . 2 .     P hy s ica l  m o del   B ased   o n   th e  in itial  s p ec if icatio n s ,   th e  ch ar ac ter is tics   o f   th e  m icr o - co n v er ter   ar e  estab lis h ed ,   th u s   f o r m in g   th e   s tar tin g   p o in t   f o r   th e  m icr o - tr an s f o r m er ’ s   d esig n .   T h e  latter   co n s is ts   o f   two   c o ils   d ep o s ited   o n   a   m ag n etic  m ater ial,   s ep ar ate d   b y   a  d ielec tr ic  lay er   th at   ac ts   b o th   as  an   elec tr ical  in s u lato r   an d   as  a  m ag n etic   co u p lin g   s u p p o r t ( Fig u r e  5 ) .   F ig u r e  6   illu s tr ates th e  s tu d y   a r ea   an d   its   b o u n d ar ies.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N : 1 6 9 3 - 6 9 3 0   TEL KOM NI KA T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   V o l.  24 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   20 26 :  3 1 3 - 328   318           Fig u r e  5 .   Ph y s ical  m o d el  o f   a  m icr o - p lan a r   tr an s f o r m er   Fig u r e  6.   Do m ain   b o u n d ar ies s tu d y   o f   th e   p lan ar   tr an s f o r m er       3 . 3 .     G ener a l c o nd it io ns   o f   s im ula t io n   Fig u r e  6   d is p lay s   th e  b o u n d ar y   co n d itio n s   o n   th e   s tu d y   d o m ain ’ s   b o r d e r s ,   wh ich   ar e :     ( ⃑     ) = 0   ( 9 )     + + = 0   ( 10 )     ⃑   .   = 0   ( 11 )     W h er e:  ⃑   =   +   + ⃑   is   th e  n o r m al  v ec t o r   to   th e  b o u n d ar y   f r o m   wh er e:     . + . + . = 0   ( 12 )     I n   o u r   s tu d y   d o m ain ,   th e   s im u latio n   also   n ee d s   in itial  co n d itio n s .   Fig u r e s   7 ( a )   an d   ( b )   p r esen t  th e   cu r r en t in p u t a n d   o u tp u t,  r esp e ctiv ely .           ( a)   ( b )       Fig u r e  7 .   I n itial o p er atin g   co n d itio n s   o f   th e  p lan ar   tr a n s f o r m er :  ( a)   i n p u t a n d   o u tp u t+  o f   th e  p r im ar y   cu r r e n t   an d   ( b )   i n p u t a n d   o u tp u t o f   t h e   s ec o n d ar y   cu r r e n t       3 . 4 .     M esh ing   o f   s t ud y   do m a i n   T h e  C OM SOL  Mu ltip h y s ics  f in ite  elem en t  m eth o d   ( FEM )   was  u s ed   f o r   th e  n u m e r ical  s im u latio n ,  wh er e  th e  g o v e r n in g   e q u atio n s   o f   th e  s tu d ied   p h en o m en o n   h av e  b ee n   d is cr etize d   an d   tr an s f o r m ed   in t o   a  s o lv ab le  alg eb r aic  s y s tem .   A   tetr ah ed r al  m esh   h as   b ee n   s elec ted   d u e   to   th e   g eo m etr ical  co m p lex ity   o f   th e   d o m ain ;  F ig u r e  8 ,   p ar ticu lar l y   th e  in tr icate   co il  s tr u ctu r e s   o f   th e  tr an s f o r m er ,   w h ich   m ak es  tetr ah ed r al  elem en ts   m o r e  s u itab le  t h an   s tr u ctu r ed   m esh es  s u ch   as  h e x ah ed r al  o n es.  A  r ig o r o u s   m esh   co n v er g e n ce   test   h as  b ee n   p er f o r m ed   b y   p r o g r e s s iv ely   r ef in in g   th e  m esh   u n til  th e  n u m er ical  r esu lts   b ec am e  in d ep en d en t  o f   th e  elem en t  s ize,   b o th   in   th e  m ag n eto elec tr ic  an d   th e r m al  d o m ain s .   T h e  f in al  m esh   en s u r ed   an   ac ce p ta b le  co m p r o m is e  b etwe en   ac cu r ac y   an d   c o m p u tatio n al  co s t,  with   th e  r elativ e  er r o r   c o n s tr ain ed   b elo w  1 0 - 5.   L ’e n t r é e   d u  c o u r a n t I = 0 , 5 A L a  so r t i e   d u   c o u r a n t V = 0  V I in = 0 . 5 A I out V =   0 V L ’e n t r é e   d u   c o u r a n t  i n d u i t I = 1 , 2 5   A L a  so r t i e   d u   c o u r a n t  i n d u i t V = 0  V n I out V= 0 V Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         Op timiz in g   p la n a r   micro - tr a n s fo r mer p erfo r ma n ce   ( Ta h a r   A lili )   319       Fig u r e  8 .   Me s h   o f   m icr o - p lan a r   tr an s f o r m e r       4.   SI M UL A T I O N  R E S UL T S  AND  DIS CUSS I O N   4 . 1 .     E lect ric  po t ent ia l  a nd   m a g net ic  f ield dis t ributio n   Fig u r e  9   s h o ws  th e  d is tr ib u tio n   o f   elec tr ical  p o ten tial  with in   th e  p r im ar y   an d   s ec o n d a r y   w in d in g s   o f   th e  m icr o tr an s f o r m er .   I t  ca n   b e  s ee n   th at  th e  p o ten tial  r ea ch es  its   m ax im u m   v alu e  at  t h e  cu r r e n t  in jectio n   p o in t  an d   th en   g r ad u ally   d ec r ea s es  alo n g   th e  s p ir al  d u e  t o   th e  in tr in s ic  r esis tiv ity   o f   t h e  co n d u cto r .   T h is   d ec r ea s e  r ef lects  th e  p r esen ce   o f   a  d is tr ib u ted   o h m ic  r esis tan ce ,   r esp o n s ib le  f o r   e n er g y   d is s ip atio n   th r o u g h   J o u le  h ea tin g .   T h u s ,   th e  r eg io n s   wh er e  th e  v o ltag e  d r o p   is   m o r e  p r o n o u n ce d   co r r esp o n d   to   th e  ar ea s   o f   m o s t  s ig n if ican t  p o wer   lo s s ,   r ef lec tin g   th e  d ir ec t  in f lu en ce   o f   t h e  m ater ial ’ s   elec tr ical  p r o p e r ties   o n   th e  o v er all   b eh av io r   o f   t h e  d ev ice.   Fig u r e  1 0   s h o w   th e  d is tr ib u tio n   o f   th e   m ag n etic  f ield   with in   th e   m icr o - c o il,  an d   in   t h e  m icr o - tr an s f o r m er .   I t   ca n   b e   o b s er v ed   th at   th e  m ag n etic   f ield   in t en s ity   is   h ig h est  at   th e   ce n ter   o f   th e   m icr o - co il,  p ar ticu lar ly   al o n g   th e  i n n er   b o u n d ar ies  o f   th e   win d in g s ,   wh e r e  th e  c u r r e n t  d e n s ity   is   m o r e   co n ce n tr ated .   T h is   s tr o n g   lo ca lizatio n   o f   th e  f ield   is   a  d ir ec t  co n s eq u en ce   o f   th e  co il  g eo m etr y   an d   th e  p r o x i m ity   o f   th e  cu r r en t - ca r r y in g   co n d u cto r s ,   wh ich   en h an ce   th e   m ag n etic  f lu x   lin k a g e  in   th e  ce n tr al  r e g io n .   As  th e  d is tan ce   f r o m   t h e  co il  ce n ter   i n cr ea s es  to war d   th e  o u te r   ed g es,  th e   m ag n etic  f ield   g r ad u ally   d ec r ea s es  d u e   t o   f lu x   d is p er s io n   in   th e  s u r r o u n d in g   m ed i u m .   I n   th e  ca s e  o f   th e  co m p lete  m icr o - t r an s f o r m er ,   th e  s u p er p o s itio n   o f   f ield s   g en er ated   b y   th e  p r im ar y   a n d   s ec o n d ar y   win d in g s   lead s   to   a  m o r e  c o m p lex   d is tr ib u tio n ,   wh e r e  r e g io n s   o f   h ig h   f ield   in ten s ity   ar e  o b s er v ed   i n   th e  v icin ity   o f   b o th   c o ils ,   wh ile  th e   f ield   s tr en g th   d im in is h es  f u r t h er   awa y   f r o m   th e  ac tiv e  m ag n etic  r e g io n   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] .               Fig u r e  9 .   Po ten tial d is tr ib u tio n   in   th e  co ils   o f   t h e  p lan ar   tr an s f o r m er   Fig u r e  1 0 .   Ma g n etic  f ield   d is tr ib u tio n   in   t h e  m icr o - tr an s f o r m er       4 . 2 .     Curre nt  dens it y   dis t rib utio n in t he  co nd uct o rs   So lv in g   Ma x well ’ s   eq u atio n s   [ 2 0 ]   allo ws  f o r   a  t h r ee - d im en s io n al  r ep r esen tatio n   o f   th e  cu r r e n t  d en s ity   d is tr ib u tio n   with in   th e  m icr o tr an s f o r m er ,   th u s   p r o v id in g   a  d etailed   u n d er s tan d i n g   o f   th e  s tr u ctu r e ’ s  elec tr o m ag n etic   b eh a v io r .   Fig u r es  1 1 ( a)   an d   ( b )   illu s tr ate  t h e  cu r r en t  d en s ity   d is tr ib u tio n   in   th e   p r im a r y   an d   s ec o n d ar y   win d in g s   o f   th e   d e v ice,   r esp ec tiv ely .   I t  ap p ea r s   t h at  th e  cu r r en t  d en s ity   r ea c h e s   a  m in im u m   v alu e  at  th e  co il   o u tp u t,  a   p h en o m en o n   attr ib u ted   to   th e  in t r in s ic  r esis tan ce   o f   t h e  co n d u ctiv e  m ater ial.   T h is   d is tr ib u tio n   is   n o n - u n if o r m   a lo n g   th e   s p ir al:  h i g h er   cu r r e n t  co n ce n tr atio n s   ar e   o b s er v ed   at  th e   co r n er s ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N : 1 6 9 3 - 6 9 3 0   TEL KOM NI KA T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   V o l.  24 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   20 26 :  3 1 3 - 328   320   g en er atin g   ar ea s   o f   lo ca lly   i n cr ea s ed   r esis tan ce   an d   th er ef o r e  g r ea ter   o h m ic  lo s s es.  T h ese  d is tr ib u tio n   ir r eg u lar ities   ar e  d ir ec tly   r elat ed   to   th e  g eo m et r y   o f   th e  s tr u ctu r e  an d   th e  co n f ig u r atio n   o f   t h e  co n d u ctiv e  p ath .   Fu r th er m o r e ,   s k in   an d   p r o x im ity   ef f ec ts   ar e  clea r ly   id en t if iab le,   m an if esti n g   m o r e  p r o n o u n ce d ly   b etwe e n   ad jace n t  tu r n s .   T h ese   elec tr o m ag n etic  p h en o m en a   co n tr i b u te  to   an   in cr ea s e  i n   J o u le   ef f ec t   lo s s es  an d   s ig n if ican tly   in f lu e n ce   th e  o v er all  p er f o r m an ce   o f   th e   m icr o tr an s f o r m e r ,   p a r ticu lar ly   in   ter m s   o f   ef f icien cy   an d   th er m al  b eh av i o r .           ( a)   ( b )       Fig u r e  1 1 .   C u r r en t d is tr ib u ti o n   in   th e  m icr o - tr an s f o r m er :   ( a)   p r im ar y   a n d   ( b )   s ec o n d ar y     4 .3 .    M a g net ic  f ield dis t ributio n v s   t he  g a p   Fig u r e  1 2   s h o ws  th e  d is tr ib u tio n   o f   m ag n etic  f ield   lin es  wit h in   th e  m icr o tr an s f o r m er   f o r   d if f er en t  air   g ap   v alu es,  c o r r esp o n d in g   to   t h e  s p ac e  s ep ar atin g   t h e  two   m icr o co ils .   Fo r   s m all  air   g a p   v a lu es,  th e  f ield   lin es   ar e  m o s tly   co n f i n ed   to   t h e  ce n tr al  m ag n etic  r e g io n ,   t h u s   en s u r in g   o p tim al  c o u p lin g   b etw ee n   th e  p r im a r y   an d   s ec o n d ar y   win d in g s .   C o n v e r s ely ,   as  th e   air   g ap   in cr ea s es ,   a  p r o g r ess iv e  d is p er s io n   o f   th e  f ield   lin es   is   o b s er v ed ,   i n d icatin g   g r ea ter   m ag n etic  leak ag e.   T h is   d is p er s io n   r ed u ce s   th e  ef f icien c y   o f   th e   m ag n etic   co u p lin g   an d   r esu lts   in   a  s ig n if ican t d ec r ea s e  in   th e   in d u cta n ce   o f   b o th   win d in g s .   Fig u r e  1 3   illu s tr ates  th is   ev o lu tio n   b y   s h o win g   th e  v a r iatio n   o f   in d u ctan ce   as  a  f u n ctio n   o f   th e  air   g ap   f o r   th e  p r im a r y   an d   s ec o n d ar y   co ils .   T h e  r esu lts   s h o w  t h at  th e  in d u ctan ce   v alu es  ar e  m ax im u m   wh en   th e   air   g ap   is   s m all,   a  co n d itio n   th at  f av o r s   th e  co n ce n tr atio n   o f   m ag n etic  f lu x   in   t h e  m ag n etic  m ater ial.   As th e  air   g ap   wid en s ,   th e  p r o p o r tio n   o f   f lu x   escap in g   in to   th e  air   i n cr ea s es,  lead in g   to   a  p r o g r e s s iv e  r ed u ctio n   in   in d u ctan ce .   T h is   b e h av io r   h ig h lig h ts   th e  d ir ec t  d e p en d e n ce   o f   th e  m icr o tr a n s f o r m er ’ s   elec tr o m ag n eti c   p er f o r m an ce   o n   th e  air   g ap   g e o m etr y .   Fin ally ,   Fig u r e  1 4   illu s tr ates  th e  o v er all  p h y s ical  m o d el  o f   th e  m icr o tr an s f o r m er ,   in teg r atin g   th e   v ar io u s   elec tr o m a g n etic  an d   g eo m etr ic  co m p o n e n ts   o f   th e   d ev ice.   T h is   m o d el  p r o v id es  an   ess en tial  b asis   f o r   u n d er s tan d i n g   t h e  c o u p lin g   b etwe en   th e  c o ils   an d   f o r   o p ti m izin g   th e   co m p o n e n t ’ s   ef f icien cy   in   m icr o s co p ic   p o wer   co n v er s io n   a p p licatio n s .           Fig u r e  1 2 .   L in es d is tr ib u tio n   m ag n etic  f ield   f o r   d i f f er en t  g a p s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         Op timiz in g   p la n a r   micro - tr a n s fo r mer p erfo r ma n ce   ( Ta h a r   A lili )   321           Fig u r e  1 3 .   Var iatio n   o f   th e  in d u ctan ce   o f   t h e  co il  ac co r d in g   to   th e  g ap   Fig u r e  1 4 .   L o n g itu d in al  s ec tio n   o f   a  m icr o - tr an s f o r m er       5.   M I CRO - T RAN SFO RM E R  T H E R M A L   B E H AVIO UR   5. 1 .     P hy s ica l  m o del   Fo r   th e  s tu d y   o f   th e   s tead y - s tate  th er m al  b eh a v io r ,   we  s elec ted   a  m o d el  d escr ib ed   b y   th e  h ea t  eq u atio n   in   wh ich   th e  co n d u ct o r   is   f o r m ed   o f   c o n d u cto r s ,   th e  in s u latin g   lay er   is   Kap to n ,   th e  m ag n etic  co r e  is   NiFe  an d   th e  s u b s tr ate  is   s ilic o n ,   s ee   F ig u r e  1 4 .     5 . 2 .     M a t hema t ica l  m o del   I s   u s ed   to   ca lcu late  th e  tem p e r atu r e  d is tr ib u tio n   in   a  s p ec if ic  ar ea   wh ile  ac co u n tin g   f o r   t h e  v ar io u s   tr an s m is s io n   m o d es in   ( 1 3 )   [ 2 2 ] ,   [ 2 3 ] .         [   + ⃑      ] = (  ) +     ( 13 )     :  s o u r ce   ter m   i f   it  is   an   in t er n al  h ea t  g en er atio n .   E ac h   ter m   o f   t h is   eq u atio n   h as  a  p h y s ical  m ea n in g   tr an s latin g   th e   th er m al   p h e n o m en o n   in to   m ath em atica l  liter atu r e.   T h e  in d ex   i  co r r esp o n d s   to   th e   n at u r e  o f   th e   m ater ial:  c o p p e r ,   p r in ted   cir cu it  b o ar d   ( PC B )   o r   air .   T h e   n at u r e  o f   t h e  m ater ial   is   r ep r esen ted   b y   th e   in d e x   :  co p p er ,   PC B ,   o r   air ,   tem p er at u r e  [ K] ,   air   v elo city   ( m /s )   if   i n   m o tio n   ( c o n v ec tio n ) ,   d u r atio n   [ s ] ,   s o u r ce   ter m   th at  g en er ates  an   in ter n al  h ea t   f lo w  [ W /m 3 ] ,   m ater ial  d en s ity   [ Kg /m 3 ] ,   m ater ial  h ea t  ca p a city   [ J /Kg . K] ,   an d   m ater ial  th er m al  co n d u ctiv ity   [ W /m . K] .   E ac h   ter m   o f   th is   eq u atio n   h as  a  p h y s ical  m ea n in g   tr an s latin g   th e   th er m al  p h e n o m en o n   in t o   m a th em atica l  liter atu r e.   T h e  f o llo win g   ter m s   ar e  u s ed   ac c u m u lativ e  ter m   wh ich   m ea n s   th e  s to r ag e   o f   h ea t  d u r in g   tim e ,   co n v ec tiv e  te r m   ( ad v ec tiv e )   if   th er e  is   a   m o v em en t  o f   a   s elf - s u p p o r tin g   f lu id ,   d if f u s iv e  ter m   ( co n d u ctiv e)   tr a n s lates  th e  way   o f   p r o p ag atio n   ac co r d in g   to   th e  n atu r e  o f   th e   m ater ial,   s o u r ce   ter m   i f   it is   an   in ter n al  g en e r atio n   o f   h ea t.     5 . 3 .    Sim pli f ica t i o n o f   t he  he a t   equa t io n a cc o rding   t o   t he  co ns idered  a s s um ptio ns   I n   th is   s ec tio n ,   th e  g en e r al  h e at  eq u atio n   is   s im p lifie d   b y   ta k in g   in to   ac c o u n t  th e  ass u m p tio n s   m ad e   f o r   th e  m icr o tr a n s f o r m er   s tu d y .   T h ese  ass u m p tio n s   m a in ly   co n ce r n   s tead y - s tate  c o n d itio n s ,   m ater ial   h o m o g en eity ,   an d   th e   g eo m et r ic  s y m m etr y   o f   th e   s tr u ctu r e.   T h ey   allo w   u s   to   n e g lect  ce r t ain   co n d u ctio n   an d   co n v ec tio n   te r m s ,   th u s   r ed u ci n g   th e  co m p lete  eq u atio n   to   a   f o r m   m o r e  u s ab le  f o r   th e  th e r m al  an aly s is   o f   th e   d ev ice.   T h is   s im p lific atio n   is   an   ess en tial  s tep   in   estab lis h in g   a  th er m al  m o d el  co n s is ten t  with   th e  ac tu al   o p er atin g   c o n d itio n s .   W e  ca n   tr an s cr ib e  ( 2 3 )   in   g en er al  wr itin g ,   s in ce   o u r   t h er m al   s tu d y   is   co n d u cte d   in   th r ee   d im en s io n s ,  b y   s u p p o s in g :     ⃑   = ( u , v , w )   an d   = ( λ ix , λ iy , λ iz ) I      (   +   +   +   ) = ∂ ∂ x ( λ ix ∂ T ∂ x ) + ∂ ∂ y ( λ iy ∂ T ∂ y ) + ∂ ∂ z ( λ iz ∂ T ∂ z ) + p   ( 1 4 )     −   Neg lig ib le  co n v ec tio n :   = = = 0       = ∂ ∂ x ( λ ix ∂ T ∂ x ) + ∂ ∂ y ( λ iy ∂ T ∂ y ) + ∂ ∂ z ( λ iz ∂ T ∂ z ) + p   ( 1 5 )   K K N i F e N i F e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N : 1 6 9 3 - 6 9 3 0   TEL KOM NI KA T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   V o l.  24 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   20 26 :  3 1 3 - 328   322   −   Ma ter ials   h o m o g en eity   T o    =  =    an d   ar e  co n s tan ts ,       = ( 2 2 + 2 2 + 2 2 ) +   ( 1 6 )     −   I n   th e  s tatio n ar y   ca s e   T h e  s o u r ce   ter m   r ep r esen ts   th e  h ea t f lu x   g en er ate d   b y   th e  J o u le  ef f ec t in   th e  c o n d u cto r :     ( 2 2 + 2 2 + 2 2 ) + = 0   ( 1 7 )     Po wer   lo s t b y   J o u le  lo s s :     = 2   ( 1 8 )     B y   r ep lacin g   th e  r esis tan ce   f o r m u la:     = 0 2   ( 1 9 )     B y   ex p an d in g   th e  s o u r ce   ter m :     =   ( 2 0 )     : c o n d u ct o r   v o lu m e  3     p = ρ 0 L VS m o y I 2   ( 2 1 )     = 0   .   2   = 0 2  2   ( 2 2 )     = 0 2   ( 2 3 )     T h e  cu r r e n t d en s ity   v ec to r   is :       =   ⃑   +   ⃑ ⃑   +   ⃑ ⃑ ⃑   ‖   ‖ 2 = 2 = 2 + 2 + 2   ( 2 4 )     W e  r ep lace   it in   ( 2 5 ) :     = 0 ( 2 + 2 + 2 )   ( 2 5 )     Fin ally ,   o u r   e q u atio n   t o   s o lv e  i s :     ( 2 2 + 2 2 + 2 2 ) + 0 ( 2 + 2 + 2 ) = 0   ( 2 6 )     5 . 4 .     G ener a l c o nd it io ns   o f   s im ula t io n   a nd   b o un da ry   co nd it io ns   T h e  tem p e r atu r e  a n d   th er m al   co n v ec ti o n   im p o s ed   as  c o n d itio n s   at  th e   b o u n d ar ies  o f   th e  p lan ar   s u b s tr ate - co il  ass em b ly   d eter m in e  th e  th er m al  co n d u ctiv i ty   co ef f icien t  an d   t h e  is o tr o p y   o f   th e  v ar io u s   m ater ials   in   th e  s tu d y   d o m ain .  T h e  ter m   “ m icr o - co il, ”   wh ic h   is   a  h ea t  s o u r ce ,   is   in tr o d u c ed   in   d etail  in   ( 2 6 ) .   T h e  co il,  s u b s tr ate,   an d   air   ar e  all  ass u m ed   to   b e  at  r o o m   t em p er atu r e   ( 2 0   °C )   at  tim e  = 0 .   A  co n v ec tiv e   f lo w  is   s u p p lied   to   th e  ai r   b o x ’ s   b o u n d a r ies,  g iv en   b y   ( 2 7 )   [ 2 4 ] ,   [ 2 5 ] :     −   〉    = ℎ 0 ( − ∞ )   (2 7 )     :  air   co n d u ctiv ity   [ W /m . °K],   :  d ir ec tio n   n o r m al  t o   th e  b o r d er   [ m ] ,   ℎ 0 :  air   co n v ec tio n   co ef f icien t  [ W /m 2 . °K],   ∞ : a m b ien t te m p e r a tu r e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.