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定制開關電源中平面變壓器的技術分析

發表時間：2018/5/22 17:11:29  瀏覽次數：577

功率密度是當今定制開關電源發展的主要趨勢，要做到這一點，必須提高磁元件的功率密度平面變壓器因為特殊的平面結構和繞組的緊密耦合，使得高頻寄生參數大大降低，極大地改進了開關電源的工作狀態，因此近年來得到了廣泛的使用研究了幾種不同的平面結構和繞組制作的方式,介紹了設計平面變壓器的一個標準方法，從而使得設計過程變得更加簡單，大大降低了設計成本。最后，比較了平面變壓器和傳統變壓器的一些參數，并給出了設計方針.

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磁性元件的設計是開關電源的重要部分，因為平面變壓器在提高開關電源的特性方面有著很大的優勢，因此近年來得到了廣泛的應用。對于一個理想的變壓器來說，初級線圈所產生的磁通都穿過次級線圈，即沒有漏磁通。而對普通變壓器來說，初級線圈所產生的磁通并非都穿過次級線圈，于是就產生了漏感，電磁耦合的緊密要求也無法滿足。而平面變壓器只有一匝網狀次級繞組，這一匝繞組也不同于傳統的漆包線，而是一片銅皮，貼繞在多個同樣大小的沖壓鐵氧體磁芯表面上。所以，平面變壓器的輸出電壓取決于磁芯的個數，而且平面變壓器的輸出電流可以通過并聯進行擴充，以滿足設計的要求。因此，平面變壓器的特點就顯而易見了：平面繞組的緊密耦合使得漏感大大地減小;平面變壓器特殊的結構使得它的高度非常的低，這使變換器做在一個板上的設想得到實現。但是，平面結構存在很高的容性效應等問題，大大限制了它的大規模使用，不過，這些缺點在某些應用中，也有可能轉換為一種優點。另外，平面的磁芯結構增大了散熱面積，有利于變壓器散熱。

如前所述，平面變壓器的優點主要集中在較低的漏感值和交流阻抗。繞組問的間隙越大意味著漏感越大，也就產生更高的能量損失。平面變壓器利用銅箔與電路板間的緊密結合，使得在相鄰的匝數層間的間隙非常的小，因此能量損耗也就很小了。

在平面型變壓器里，其“繞組”是做在印制電路板上的扁平傳導導線或是直接用銅泊。扁平的幾何形狀降低了開關頻率較高時趨膚效應的損耗，也就是渦流損耗。因此，能最有效地利用銅導體的表面導電性能，效率要比傳統變壓器高得多。圖1給出了一個平面變壓器的剖面圖，并且利用兩層繞組間距離的不同，而獲得在不同間隙下的漏感和交流阻抗值。

然而，容性效應在平面變壓器中是非常重要的，在印制電路板上緊密繞制的導線使得容性效應非常的明顯。而且絕緣材料的選取對容性值也有著非常大的影響，絕緣材料的介電常數越高，變壓器的容性值越高。而容性效應會引起EMI，因為從初級到次級的繞組中只有容性回路的繞組傳播這種干擾。為了驗證，筆者做了一個試驗，在銅導線的間隙增加O.2mm的情況下，而電容值就減少了20%。因此，如果需要一個比較低的電容值，則必須在漏感和電容值之間做出一個折中的選擇。

插入技術

插入技術是指在布置變壓器原、副邊繞組時，使原邊繞組與副邊繞組交替放置，增加原、副邊繞組的耦合以減小漏感，同時使得電流平均分布，減小變壓器損耗。

現在插入技術的研究被分為兩個方面，即應用于變壓器的插入(正激電路)和應用于連接電感器的插入(反激電路)。因此，插入技術現在已經被放在不同的拓撲中作為不同的磁性部件來研究。