平面變壓器在開(kāi)關(guān)電源中技術(shù)分析剖析

1、平面變壓器在開(kāi)關(guān)電源中的技術(shù)解析解析平面變壓器在開(kāi)關(guān)電源中的技術(shù)解析解析11/11平面變壓器在開(kāi)關(guān)電源中的技術(shù)解析解析平面變壓器在開(kāi)關(guān)電源中的技術(shù)解析平面變壓器在開(kāi)關(guān)電源中的技術(shù)解析高功率密度是此刻開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的主要趨向，要做到這一點(diǎn)，一定提升磁元件的功率密度平面變壓器因?yàn)樘貏e的平面結(jié)構(gòu)和繞組的密切耦合，使得高頻寄生參數(shù)大大降低，極大地改進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源的工作狀態(tài)，所以最近幾年來(lái)獲取了寬泛的使用研究了幾種不一樣的平面構(gòu)造和繞組制作的方式,介紹了設(shè)計(jì)平面變壓器的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方法，進(jìn)而使得設(shè)計(jì)過(guò)程變得更為簡(jiǎn)單，大大降低了設(shè)計(jì)成本。最后，比較了平面變壓器和傳統(tǒng)變壓器的一些參數(shù)，并給出了設(shè)計(jì)目標(biāo).重點(diǎn)詞：平面

2、變壓器；漏感；插入技術(shù)前言磁性元件的設(shè)計(jì)是開(kāi)關(guān)電源的重要部分，因?yàn)槠矫孀儔浩髟谔嵘_(kāi)關(guān)電源的特征方面有著很大的優(yōu)勢(shì)，所以最近幾年來(lái)獲取了寬泛的應(yīng)用。關(guān)于一個(gè)理想的變壓器來(lái)說(shuō)，初級(jí)線圈所產(chǎn)生的磁通都穿過(guò)次級(jí)線圈，即沒(méi)有漏磁通。而對(duì)一般變壓器來(lái)說(shuō)，初級(jí)線圈所產(chǎn)生的磁通并不是都穿過(guò)次級(jí)線圈，于是就產(chǎn)生了漏感，電磁耦合的密切要求也沒(méi)法知足。而平面變壓器只有一匝網(wǎng)狀次級(jí)繞組，這一匝繞組也不一樣于傳統(tǒng)的漆包線，而是一片銅皮，貼繞在多個(gè)相同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(gè)數(shù)，并且平面變壓器的輸出電流能夠經(jīng)過(guò)并聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)大，以知足設(shè)計(jì)的要求。所以，平面變壓器的特色就不言而喻了

3、：平面繞組的密切耦合使得漏感大大地減??；平面變壓器特別的構(gòu)造使得它的高度特別的低，這使變換器做在一個(gè)板上的假想獲取實(shí)現(xiàn)?？墒?，平面構(gòu)造存在很高的容性效應(yīng)等問(wèn)題，大大限制了它的大規(guī)模使用，可是，這些弊端在某些應(yīng)用中，也有可能變換為一種長(zhǎng)處。此外，平面的磁芯構(gòu)造增大了散熱面積，有益于變壓器散熱。平面變壓器的特征研究如前所述，平面變壓器的長(zhǎng)處主要集中在較低的漏感值和溝通阻抗。繞組問(wèn)的空隙越粗心味著漏感越大，也就產(chǎn)生更高的能量損失。平面變壓器利用銅箔與電路板間的密切聯(lián)合，使得在相鄰的匝數(shù)層間的空隙特別的小，所以能量消耗也就很小了。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(dǎo)導(dǎo)線或是直接用銅

4、泊。扁平的幾何形狀降低了開(kāi)關(guān)頻次較高時(shí)趨膚效應(yīng)的消耗，也就是渦流消耗。所以，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)變壓器高得多。圖1給出了一個(gè)平面變壓器的剖面圖，并且利用兩層繞組間距離的不一樣，而獲取在不一樣空隙下的漏感和溝通阻抗值。圖2與圖3給出了在不一樣的空隙下漏感和溝通阻抗的變化，能夠顯然地看出空隙越大，漏感越大，溝通阻抗越小。在空隙增添1mm的狀況下漏感值增添了5倍之多。所以，在知足電氣絕緣的狀況下，應(yīng)當(dāng)采用最薄的絕緣體來(lái)獲取最小的漏感值。但是，容性效應(yīng)在平面變壓器中是特別重要的，在印制電路板上密切繞制的導(dǎo)線使得容性效應(yīng)特別的顯然。并且絕緣材料的選用對(duì)容性值也有著特別大的影響

5、，絕緣資料的介電常數(shù)越高，變壓器的容性值越高。而容性效應(yīng)會(huì)惹起EMI，因?yàn)閺某跫?jí)到次級(jí)的繞組中只有容性回路的繞組流傳這類(lèi)擾亂。為了考證，筆者做了一個(gè)試驗(yàn)，在銅導(dǎo)線的空隙增添O2mm的狀況下，而電容值就減少了20。所以，假如需要一個(gè)比較低的電容值，則一定在漏感和電容值之間做出一個(gè)折中的選擇。插入技術(shù)插入技術(shù)是指在部署變壓器原、副邊繞組時(shí)，使原邊繞組與副邊繞組交替擱置，增添原、副邊繞組的耦合以減小漏感，同時(shí)使得電流均勻散布，減小變壓器消耗。此刻插入技術(shù)的研究被分為兩個(gè)方面，即應(yīng)用于變壓器的插入(正激電路)和應(yīng)用于連結(jié)電感器的插入(反激電路)。所以，插入技術(shù)此刻已經(jīng)被放在不一樣的拓?fù)渲凶鳛椴灰粯拥拇?/p>

6、性零件來(lái)研究。2.1應(yīng)用于平面變壓器的插入技術(shù)應(yīng)用于變壓器中的插入技術(shù)的主要長(zhǎng)處以下：1)使變壓器中磁性能量?jī)?chǔ)藏的空間減少，致使漏感的減少；使電流傳輸過(guò)程中在導(dǎo)體上理想散布，致使溝通阻抗的減少；繞組間更好的耦合作用，致使更低的漏感。為了說(shuō)明插入技術(shù)的特色，圖4給出了應(yīng)用3種不一樣插入技術(shù)的構(gòu)造，P代表初級(jí)繞組，s代表次級(jí)繞組。試驗(yàn)顯示SPSP構(gòu)造是最好的，因?yàn)槌跫?jí)和次級(jí)的繞組都是間隔插人的。圖5顯示了在500kHz時(shí)，3種構(gòu)造的溝通阻抗和漏感值，經(jīng)過(guò)比較能夠很簡(jiǎn)單地發(fā)現(xiàn)應(yīng)用了插入技術(shù)的變壓器，溝通阻抗和漏感值都有了很大的減少。22多繞組變壓器中平面構(gòu)造的優(yōu)勢(shì)平面變壓器另一個(gè)重要的長(zhǎng)處是高度很低

7、，這使得在磁芯上能夠設(shè)置比許多的匝數(shù)。一個(gè)高功率密度的變換器需要一個(gè)體積比較小的磁性元件，平面變壓器很好地知足了這一要求。比如，在多繞組的變壓器中需要特別多的匝數(shù)，假如是一般的變壓器將會(huì)造成體積和高度過(guò)大，影響電源的整體設(shè)計(jì)，而平面變壓器則不存在這一問(wèn)題。此外，關(guān)于多繞組的變壓器來(lái)說(shuō)，繞組間保持很好的耦合特別重要。假如耦合不理想則漏感值增大，將會(huì)使得次級(jí)電壓的偏差增大。而平面變壓器因?yàn)閾碛泻芎玫鸟詈?，使得它成為最正確的選擇。23在不一樣拓?fù)渲衅矫孀儔浩鞯淖饔迷诓灰粯拥耐負(fù)渲校判栽淖饔靡彩遣灰粯拥?。在正激變換器中的變壓器，磁性能量在主開(kāi)關(guān)管開(kāi)通的時(shí)候由初級(jí)繞組傳達(dá)到次級(jí)繞組中。但是，在反激

8、變換器中的“變壓器”其實(shí)不完整部是一個(gè)變壓器，而是兩個(gè)連結(jié)的電感器。在反激拓?fù)渲械摹白儔浩鳌痹谥鏖_(kāi)關(guān)管開(kāi)通的時(shí)候初級(jí)繞組儲(chǔ)藏能量，而在封閉的時(shí)候?qū)⒛芰總鬟f到次級(jí)繞組。所以，這類(lèi)插入技術(shù)的長(zhǎng)處同上邊對(duì)比是不一樣的。應(yīng)用于這類(lèi)變壓器的插入技術(shù)的特色以下：1)在磁芯中儲(chǔ)藏的能量沒(méi)有減少，因?yàn)殡娏髟谀硶r(shí)刻只好在一個(gè)繞組中流動(dòng)，并且沒(méi)有電流賠償；電流的散布其實(shí)不理想，原由同上，所以溝通阻抗也沒(méi)有減??；插入使得繞組間產(chǎn)生較好的耦合，所以有比較小的漏感值。平面變壓器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)平面變壓器的長(zhǎng)處如上所述，相同它也有弊端，其最主要的弊端就是設(shè)計(jì)的過(guò)程特別復(fù)雜，并且設(shè)計(jì)成本也特別高。下邊介紹一種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)平面變壓

9、器的程序步驟3;它經(jīng)過(guò)供給一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的匝數(shù)模型的設(shè)計(jì)，使之能夠被使用于不一樣的平面變壓器中，進(jìn)而使得設(shè)計(jì)過(guò)程大大簡(jiǎn)化，花費(fèi)大大降低。在雙面PCB板的每一層都是由一到多匝的繞組構(gòu)成的，而且全部的層都保持著相同的物理特征：即相同的形狀和相同的外面連結(jié)點(diǎn)。在有些多匝的層次中，這個(gè)外面連結(jié)點(diǎn)是不一樣匝數(shù)間的電氣連結(jié)點(diǎn)。假如有些層只有一匝，它也能夠被印制在PCB的雙面來(lái)降低溝通阻抗。使用銅箔直接印制在PCB板上來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的導(dǎo)線，即便在很多需要好多匝數(shù)的開(kāi)關(guān)電源中，變壓器仍舊能保持一個(gè)很小的體積，這便大大減小了整機(jī)的體積。詳細(xì)的設(shè)計(jì)步奏和注意事項(xiàng)請(qǐng)參閱文件3。圖6顯示了一個(gè)頂層的標(biāo)準(zhǔn)匝數(shù)設(shè)計(jì)的例子，它使用的

10、是罐形(RM)磁芯。銅箔高度依據(jù)對(duì)應(yīng)于最大開(kāi)關(guān)頻次時(shí)的趨膚深度選用，這樣能夠使銅箔的全部部分都成為電流通路，大大減少集膚效應(yīng)的影響。所以，應(yīng)當(dāng)使每一種開(kāi)關(guān)頻次對(duì)應(yīng)于不一樣的銅箔高度。實(shí)驗(yàn)論證為了比較平面變壓器和傳統(tǒng)變壓器，分別做了兩種變壓器的模型，一種使用平面構(gòu)造并使用了插入技術(shù)，另一種使用銅線分別在初級(jí)和次級(jí)繞制而成。兩種變壓器都被運(yùn)用于一個(gè)互補(bǔ)控制的半橋變換器中。兩個(gè)變壓器的參數(shù)以下：初級(jí)12匝：次級(jí)兩個(gè)l匝的繞組(1：1中心抽頭)。傳統(tǒng)變壓器使用漆包線作為繞組，固然在這些線圈中電流密度不盡相同，選擇電流密度小于7.5Amm。平面變壓器初級(jí)繞組做成4層，有4個(gè)并列的次級(jí)。這個(gè)變壓器的最后構(gòu)造如圖7所示。兩種變壓器都使用了相同的磁芯RM10，比較了兩種變壓器的漏感，溝通阻抗和占用的面積，結(jié)果列于表1。由表1可知，平面變壓器的漏感僅為傳統(tǒng)變壓器的15，溝通阻抗也僅為l3，因而可知