平面變壓器在開關(guān)電源技術(shù)中的優(yōu)勢
擇要 高功率密度是當(dāng)今開關(guān)電源生長的重要趨向，要做到這一點(diǎn)，一個重要的技能便是進(jìn)步電源中磁元件的功率密度。平面變壓器由于特別的平面布局和繞組的精密耦合，使得高頻寄生參數(shù)得到了很大的低落，極大地革新了開關(guān)電源的事情表現(xiàn)，因此在近些年得到了遍及應(yīng)用。 這篇文章研究了幾種差別的平面布局和繞組制作的方法，并且他談到了計(jì)劃平面變壓器的一個尺度方法，這將使得計(jì)劃歷程變得越發(fā)簡樸，并且可以低落計(jì)劃本錢。末了現(xiàn)實(shí)比力了平面變壓器和傳統(tǒng)變壓器的一些參數(shù)，并給出了計(jì)劃目標(biāo)。
敘詞：平面變壓器 漏感 插入技能
1.弁言
磁元件的計(jì)劃是開關(guān)電源中重要的一個計(jì)劃，由于平面變壓器在進(jìn)步開關(guān)電源的特性
方面有著很大的上風(fēng)，因此在近些年得到了遍及應(yīng)用。對付一個抱負(fù)的變壓器來說，全部的磁路穿過次級線圈，即沒有漏磁通。對平凡電器來說，并不是低級線圈中孕育發(fā)生的全部磁通都能穿過次級線圈。也便是說，低級線圈所孕育發(fā)生磁通并非穿過陪同次級線圈的全部繞線和導(dǎo)線。線圈或?qū)Ь�未耦合的部門就孕育發(fā)生了自感，并且該能量儲存在“電感器”中，由于該“電感器”與重要功率傳送電路無耦合，故不克不及完全滿意在電源斷電時對斷絕度的要求。別的，為了得到更好的電磁兼容器。電磁耦合的精密要求也無法滿意。而平面變壓器只有一匝網(wǎng)狀次級繞組， 這一匝繞組也差別于傳統(tǒng)的漆包線，而是一片銅皮，貼繞在多個同樣巨細(xì)的沖壓鐵氧化磁芯外貌上。以是，平面變壓器的輸出電壓取決于磁芯的個數(shù)，并且平面變壓的輸出電流可以通過并聯(lián)舉行擴(kuò)充，以滿意計(jì)劃的要求。因此平面部變壓器的特點(diǎn)便是顯而易見的了。起首由于平面繞組的精密耦合使得漏感大大的減小，別的一個非常重要的特性是由于平面變壓器特別的布局使得他的高度非常低，這使得利用平面變壓器做一個板上變更器的假想得到現(xiàn)實(shí)。別的，平面布局好存在很高的容性效應(yīng)等題目，這些也都大大限定了平面變壓器的大范圍利用。但是這些缺點(diǎn)在某些應(yīng)用當(dāng)中，也大概轉(zhuǎn)換為一種長處。別的，平面的磁芯布局增大了散熱面積，有利于百年壓器的散熱。
這篇論文對差別布局的平面變壓器做了一些闡發(fā)，并對繞組的怎樣計(jì)劃都舉行了討論。一個尺度的計(jì)劃平面變壓器的步伐也被提出。這比那些傳統(tǒng)利用PCB板變壓器的做法來的越發(fā)容易，并且會大大節(jié)省本錢。
研究重要包羅以下幾點(diǎn)：
★平面變壓器的特性研究；
★在差別的磁性部件中插入及散戶的研究；
★ 體積的減小和在多繞組應(yīng)用中平面變壓器的特性；
★ 在差別的拓?fù)渲衅矫孀儔浩鞯睦锰攸c(diǎn)。
2．平面變壓器的特性研究
如前面所講到的，平面變壓器的長處重要會合在較低的漏感值和交換阻抗。漏感是一個感到值，它是由于一部門不穿過主能量回路中活動的磁通所造成的。由于原副邊線圈并不克不及完全耦合，以是漏感總是存在，那么就出現(xiàn)能量消耗了。繞組間越大的間隙就意味著越高的漏感，也便是更高的能量喪失。差別于別的布局和質(zhì)料，平面變壓器沒有像傳統(tǒng)變壓器那樣很長的孕育發(fā)生漏感的詞導(dǎo)線，而是利用銅箔與電路板間的精密聯(lián)合，使得在相鄰的匝數(shù)層間的間隙非常的小，因此在此中的能量消耗也就很小。
平面變壓器中的交換消耗也黑白常小的。而在平面變壓器里，其繞組是做在印制電路板上的扁平傳導(dǎo)導(dǎo)線或是直接用銅箔。扁平的多少形狀低落了開關(guān)頻率較高時趨膚效應(yīng)的消耗，也便是傳統(tǒng)所說的渦流消耗。因此，最能有用地利用銅導(dǎo)體的外貌導(dǎo)電性能，服從要比傳統(tǒng)變壓器高的多。圖2給出了一個平面變壓器的剖面圖，并且利用兩層繞組間間隔的差別，而得到漏感和交換阻抗值在差別的匝數(shù)間隙下的數(shù)值。
兩個圖給出了在差別的間隙下漏感和交換阻抗的變革，可以顯著的看出間隙越大，漏感越大，交換阻抗越小。在間隙增減1ｍｍ的狀態(tài)下漏感值增長了５倍之多。因此在滿意電斷氣緣必要的環(huán)境下，應(yīng)該選用最細(xì)的絕緣體來得到最小的漏感值。
然而，容性效應(yīng)在平面變壓器中黑白常重要的，在印制電路板上精密聯(lián)合的導(dǎo)線間使得容性效應(yīng)非常的顯著。并且絕緣質(zhì)料的選取對容性值也有著非常大的影響。絕緣質(zhì)料的容性越高，將會使變壓器的容性值越高。而容性效應(yīng)會引起EMI，由于從低級到次級的阻擾中只有容性回路的阻繞傳播這種滋擾。為了驗(yàn)證，筆者做了一個試驗(yàn)，在銅導(dǎo)線的間隙增長0.2mm的環(huán)境下，電容值就增長了20%。因此，要是必要一個比力低的電容值，則必須在漏感和電容值之間作出一個均衡的選擇。
3．交織技能
交織技能指的是，在低級和次級的條理的間隙中有充足的位置去安排低級繞組。如今插入技能的研究被分為兩個方面：應(yīng)用于變壓器的交織（正激電路）和應(yīng)用于毗連電感器的交織（反激電路）。因此交織技能如今已經(jīng)被放在差別的拓?fù)渲凶鳛椴顒e的磁性部件來研究。
3．1應(yīng)用于平面變壓器的交織技能
應(yīng)用于變壓器中的交織技能的重要長處表現(xiàn)如下：
★ 在變壓器中磁性能量儲存空間的淘汰，導(dǎo)致漏感的淘汰。
★ 電傳播輸歷程中，在導(dǎo)體上的抱負(fù)漫衍，導(dǎo)致交換阻抗的淘汰。
★ 阻繞間更好的藕互助用，導(dǎo)致更低的漏感。
為了闡明交織技能的特性，下圖表現(xiàn)了三種應(yīng)用了交織技能的差別布局。P代表低級繞組，S代表次級繞組。三種布局運(yùn)用了交織技能，但是表現(xiàn)SPSP布局是最好的。由于低級和次級的繞組都是間隔交織的。圖7和圖8表現(xiàn)了在500KHZ時，三種布局的交換阻抗和漏感值，通過比力可以容易的發(fā)明，應(yīng)用了交織技能的變壓器中，交換阻抗和漏感值都有了很大的淘汰。
3．2形狀特點(diǎn)和在多繞組變壓器中平面布局的長處
平面變壓器別的一個重要的長處是高度很低，這使得在磁芯上可以設(shè)置比力多的匝數(shù)。一個非常高功率的變更器必要一個別積比力小的磁性元件，平面變壓器很好地滿意了如許的要求。比方在多繞組的變壓器中必要非常多的匝數(shù)，要是是平凡的變壓器將會造成體積和高度過大，會影響電源的團(tuán)體計(jì)劃，而平面變壓器由于特別的布局特點(diǎn)，很好地辦理了這一題目。
并且對付繞組的變壓器來說，繞組間連結(jié)很好的藕合非常重要。在這些變壓器中，要是漏感值很大的話，將會使得次級電壓的偏差非常的大，而平面變壓器由于很好的藕互助用，使得它成為很好的選擇。
3．３
在差別的拓?fù)渲�，磁性部件的作用也是差別的．在正激變更器的變壓器中，磁性能量在主開關(guān)管開通的時候由低級繞組通報(bào)到次級繞組中．然而，在反激變變更此中的“變壓器”并不美滿是一個變壓器，而是兩個毗連的電感器。在反激拓?fù)渲械摹白儔浩鳌痹谥鏖_關(guān)管開通的時候，次級繞組儲存能量，而在封閉的時候?qū)⒛芰總魉偷酱渭壚@組。因此這種交織技能的長處同上面的相比是差別的。應(yīng)用于這種變壓器的交織技能的特點(diǎn)如下所示：
★ 在磁芯中儲存的能量沒有淘汰，由于電流在某時候只能在一個繞組中活動，并且沒有電流賠償。
★ 電流的漫衍并不抱負(fù)，緣故原由同上，因此交換阻饒也沒有減小。
★ 交織使得繞組空間孕育發(fā)生較好的耦合，因此又比力小的漏感值。末了的實(shí)行參數(shù)將給出平面布局和非平面布局間漏感值的比力。
4．平面變壓器計(jì)劃
平面變壓器的長處在前面已經(jīng)敘述了，但是這種布局的變壓器追重要的缺點(diǎn)是計(jì)劃的歷程非常龐大，并且計(jì)劃本錢也非常高。這里提供了一種尺度的計(jì)劃平面變壓器的步伐步調(diào)，這大大韻事了計(jì)劃歷程。它通過提供一個尺度的匝數(shù)計(jì)劃，可以大概被利用于差別體積和匝數(shù)比要求的變壓器當(dāng)中。
這里先容一種尺度的計(jì)劃平面變壓器的方法，它通過計(jì)劃了一個尺度的匝數(shù)模子，這將使得計(jì)劃歷程大大簡化，并且用度也會大大低落。在雙面PCB板的每一層都是由一到多匝的繞組構(gòu)成的，并且全部的層面都連結(jié)著一樣的物理特性：雷同的形狀和雷同的外部毗連點(diǎn)。在有些多匝的條理中，這個外部毗連點(diǎn)是差別匝數(shù)間的電氣毗連點(diǎn)。要是有些層只有一匝，它也可以被印制在PCB的雙面來低落交換阻抗。由于利用銅箔來直接印在PCB板上來替換傳統(tǒng)的導(dǎo)線，這個特性使得縱然砸在很多必要很多匝數(shù)的開關(guān)斷垣中，變壓器仍舊能連結(jié)一個很小的體積，這也大大減小了整機(jī)的體積。全部的涂層都有差別的形狀，憑據(jù)電流密度尺度，一個涂層可以并聯(lián)連結(jié)多層匝數(shù)。圖5表現(xiàn)了一個頂層的尺度匝數(shù)計(jì)劃的例子，它利用的是RM磁芯。
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每匝的銅箔高度的選擇應(yīng)該去對應(yīng)最大的開關(guān)頻率時得到的最佳效應(yīng)，如允許以使銅箔的全部部門都成為電流暢路，如允許以大大淘汰積膚效應(yīng)的影響。因此，應(yīng)該使得每一種開關(guān)頻率對應(yīng)于差別的銅箔的高度來越發(fā)方便。
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