一、平面變壓器簡(jiǎn)介
平面磁芯開(kāi)發(fā)成功，可實(shí)現(xiàn)平面化的變壓器設(shè)計(jì)。由于平面變壓器要求磁芯、繞組是平面結(jié)構(gòu)，所以應(yīng)該采用多層PCB繞組?，F(xiàn)在，已有許多公司開(kāi)發(fā)出了平面變壓器，Pulse公司開(kāi)發(fā)出了平面磁性元件，以色列佩頓公司Payton已開(kāi)發(fā)了Planetics平面變壓器，功率由5W到20KW、頻率自20KHz到2MHz，效率通?？蛇_(dá)98%，是電信、電焊機(jī)、計(jì)算機(jī)和外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療電子、工業(yè)控制、安全系統(tǒng)和電子設(shè)備的理想選擇。
平面變壓器與傳統(tǒng)的變壓器相比最大的區(qū)別在于鐵芯及線圈繞組。平面變壓器采用小尺寸的E型、RM型或環(huán)型鐵氧體磁芯，通常是由高頻功率鐵氧體材料制成，在高頻下有較低的磁芯損耗；繞組采用多層印刷電路板迭繞而成，繞組或銅片迭在平面的高頻鐵芯上構(gòu)成變壓器的磁回路。這種設(shè)計(jì)有低的直流銅阻、低的漏感和分布電容，可滿足諧振電路的設(shè)計(jì)要求。而且由于磁芯良好的磁屏蔽，可抑制射頻干擾。
二、平面變壓器主要特點(diǎn)
?。?）高電流密度。平面變壓器的導(dǎo)線實(shí)際上是一些平面的導(dǎo)體，因而電流密度大。
（2）高效率。效率可達(dá)98%～99%。
?。?）低漏感。約為初級(jí)電感的0.2%。
?。?）熱傳導(dǎo)好。熱通道距離短，溫升低。
?。?）低EMI輻射。良好的磁芯屏蔽可使輻射降到很低。
?。?）體積小。采用了小型磁芯可相應(yīng)減小體積。
（7）參數(shù)可重復(fù)性好。因?yàn)槔@組結(jié)構(gòu)固定、容易預(yù)先加工，所以參數(shù)穩(wěn)定。
?。?）工作頻率范圍寬。頻率可從50 kHz～2 MHz。
?。?）工作溫度范圍寬。工作溫度為-40 ℃～130 ℃。
?。?0）絕緣性好。平面變壓器由導(dǎo)電電路與絕緣片互相重疊構(gòu)成，從而保證繞組之間、初—次級(jí)及次—次級(jí)間可達(dá)4kV絕緣隔離。
三、平面變壓器的性能
這種結(jié)構(gòu)的變壓器體積小，高度有8mm和12ｍｍ兩種。繞線匝數(shù)大大少于傳統(tǒng)的變壓器，結(jié)構(gòu)更緊湊，磁耦合大大優(yōu)于傳統(tǒng)的變壓器，漏抗小于0.2％，所以它可以在更高的頻率下工作，有利于電源轉(zhuǎn)換效率的提高。緊密的磁芯的幾何形狀限制了熱點(diǎn)的產(chǎn)生，降低了熱耗，因此允許更高的能量密度。同時(shí)本身的散熱條件大大優(yōu)于傳統(tǒng)的變壓器。所以平面變壓器的體積、重量大大降低，而效率更高。更重要的是，它為開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)變壓器提供了一個(gè)通用的選擇，省去了復(fù)雜的計(jì)算、選料和變壓器繞制過(guò)程。它在簡(jiǎn)化和優(yōu)化設(shè)計(jì)的，還同時(shí)縮小了體積，降低了成本。所以平面變壓器非常適合應(yīng)用在低壓（1～60V 、大電流（30A／每磁芯）的開(kāi)關(guān)電源或逆變電源的設(shè)計(jì)中，對(duì)變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沒(méi)有限制。
四、平面變壓器的結(jié)構(gòu)原理
平面變壓器通常有2個(gè)或2個(gè)以上大小一樣的柱狀磁芯（圖ａ）?，F(xiàn)以2個(gè)磁芯的平面變壓器為例介紹其結(jié)構(gòu)。每個(gè)磁芯柱在對(duì)角線上的兩角都用銅皮連接，銅皮在通過(guò)磁芯柱時(shí)緊貼磁芯內(nèi)壁（圖ｂ）。兩個(gè)磁芯并排放置，相鄰的兩角用銅皮焊接起來(lái)，在一個(gè)磁芯的一個(gè)外側(cè)面上的兩個(gè)角上的銅皮用一片銅皮焊接在一起，這里就是平面變壓器次級(jí)線圈的中心，如果在這里引出抽頭，就是次級(jí)線圈的中心抽頭；在另一個(gè)磁芯的一個(gè)外側(cè)面上的兩個(gè)角上的銅皮就是平面變壓器次級(jí)線圈的兩端（圖ｃ）。
這樣就基本構(gòu)成一個(gè)平面變壓器的主體部分。它的次級(jí)線圈只有1匝，而且可以帶有中心抽頭。一個(gè)完整的平面變壓器還有一個(gè)預(yù)置的儲(chǔ)能電感（1.4mH＠500kHz，DC20A），它的一端常接在中心抽頭上，上、下各有一片固定銅板，它們將磁芯和濾波電感夾在中間，同時(shí)作為整流電源的兩極（圖ｄ）和散熱板（使用中還要根據(jù)功率的大小加裝散熱板）。
五、平面變壓器的分類(lèi)
1、PCB型變壓器，印刷電路PCB型變壓器可以省去繞組骨架，能增大散熱面積，能夠減小在高頻工作時(shí)由集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)所引起的渦流損耗，也能夠增大電流密度，其電流密度高可以達(dá)20A/mm，功率大，工藝簡(jiǎn)單。但用PCB，窗口利用率低，僅為0.25~0.3，傳統(tǒng)變壓器的窗口利用率為0.4，其體積也較大。PCB型變壓器其功率可高達(dá)20kW，頻率可達(dá)兆赫數(shù)量級(jí)。采用pulse的平面技術(shù)，多層PCB夾在磁芯之間，薄型高效鐵氧體平面變壓器，其底部面積小，高度只有7.4mm，工作頻率為150~750kHz，工作溫度為-400~1300。
2、薄膜型變壓器，薄膜型變壓器是一種用磁性薄膜研制的疊層微型變壓器，采用薄膜后高度低于1mm，工作頻率超過(guò)1MHz，其體積小，易于集成，但只適用于小功率情況。它們絕大多數(shù)采用金屬磁性材料，如坡莫合金、鐵硅鋁和非晶合金。主要是因?yàn)樗鼈冇懈連S和高磁導(dǎo)率。Tsuijimotl等人用帶式（銅厚35μm，長(zhǎng)34mm，寬3mm）加以絕緣膜（厚100μm），非晶CoNbZr膜（1.8μm）構(gòu)成一種能在高頻下輸出電壓可控的薄膜變壓器--針孔型變壓器，還制成了厚度為210μm的片式變壓器。它是采用兩層10μm厚的CoZr非晶薄膜做成的，用于5V、0.3A、1MHz的開(kāi)關(guān)電源，77.5%鐵氧體材料（以MnZn系為主）也可以制成薄膜型變壓器，但用常規(guī)的方法很難制出合適的微型磁膜，故需開(kāi)發(fā)新的成膜技術(shù)。目前國(guó)外主要采用PVD、CVD等沉積技術(shù)化學(xué)蝕刻，激光燒蝕法、光照射低溫鍍膜法等成膜技術(shù)。YamaguchiK等設(shè)計(jì)制作的微型變壓器，其面積只有2.4mm×3.1mm，在10MHz時(shí)效率可達(dá)67%。
3、厚膜變壓器，厚膜變壓器是為了克服薄膜變壓器中導(dǎo)體電阻大的缺陷而提出的。以氧化鋁作基體，采用厚膜工藝，在其上、下表面各印制了初級(jí)和次級(jí)繞組，用鐵氧體制作的平面變壓器在2MHz，輸出功率為75W時(shí)，效率達(dá)85%。厚膜工藝制造出的平面變壓器效率一般較低，因此尋求更進(jìn)一步的工藝技術(shù)以完善平面變壓器制造的厚膜工藝是實(shí)現(xiàn)平面變壓器高頻集成化的關(guān)鍵。
六、平面變壓器的優(yōu)點(diǎn)
平面變壓器與常規(guī)變壓器相比，磁芯尺寸大幅度縮小，特別是高度縮小最大。這一特色對(duì)電源設(shè)備中在空間受到嚴(yán)格限制的場(chǎng)合下具有相當(dāng)大的吸引力，從而可成為許多電源設(shè)備中首選的磁性元件。平面變壓器結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，也為它的電氣特性帶來(lái)了許多優(yōu)點(diǎn)：功率密度高，效率高，漏感低，散熱性好，成本低等。
七、平面變壓器在電源中的運(yùn)用
?。?）除了合理布局和控制電路采用了表面貼工藝來(lái)節(jié)省空間外，還采取了更有效的措施來(lái)避免傳統(tǒng)體積較大的高頻功率變壓器占用有限的空間。
?。?）工作環(huán)境溫度高。相對(duì)于其它整流模塊-25 ℃～+50 ℃的工作環(huán)境，
該模塊能工作在-25 ℃～+70 ℃的環(huán)境中，以滿足一些惡劣條件的需求。因此，正常工作時(shí)，模塊內(nèi)部溫升會(huì)更加高，要求變壓器能承受高溫。
?。?）該模塊的EMI、雜音等指標(biāo)要求高。要求有切實(shí)的措施來(lái)改進(jìn)這些方面。
?。?）模塊體積小，效率高，間接要求模塊的熱損耗小。
鑒于以上的幾點(diǎn)要求，結(jié)合平面變壓器的優(yōu)點(diǎn)，在變壓器設(shè)計(jì)方案中優(yōu)先考慮采用平面變壓器。在結(jié)構(gòu)體積很小的情況下，平面變壓器的電流密度高，漏抗小，非常適合低電壓大電流的開(kāi)關(guān)電源。應(yīng)該注意的是，由于常規(guī)變壓器都是將圓柱形導(dǎo)線纏繞在鐵氧體磁芯上，高頻電流集中在導(dǎo)線表面的附近（趨膚效應(yīng)），會(huì)降低有效傳導(dǎo)性能。而在平面型變壓器里，其“繞組”是做在敷銅印制電路板上的扁平傳導(dǎo)導(dǎo)線。扁平的幾何形狀降低了開(kāi)關(guān)頻率較高時(shí)趨膚效應(yīng)的損耗。因此，能最有效地利用銅導(dǎo)體的表面導(dǎo)電性能，效率要比傳統(tǒng)的高。
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