平面變壓器在開(kāi)關(guān)電源技術(shù)中的優(yōu)勢
擇要 高功率密度是當今開(kāi)關(guān)電源生長(cháng)的重要趨向，要做到這一點(diǎn)，一個(gè)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，使得高頻寄生參數得到了很大的低落，極大地革新了開(kāi)關(guān)電源的事情表現，因此在近些年得到了遍及應用。 這篇文章研究了幾種差別的平面布局和繞組制作的方法，并且他談到了計劃平面變壓器的一個(gè)尺度方法，這將使得計劃歷程變得越發(fā)簡(jiǎn)樸，并且可以低落計劃本錢(qián)。末了現實(shí)比力了平面變壓器和傳統變壓器的一些參數，并給出了計劃目標。
敘詞：平面變壓器 漏感 插入技能
1.弁言
磁元件的計劃是開(kāi)關(guān)電源中重要的一個(gè)計劃，由于平面變壓器在進(jìn)步開(kāi)關(guān)電源的特性
方面有著(zhù)很大的上風(fēng)，因此在近些年得到了遍及應用。對付一個(gè)抱負的變壓器來(lái)說(shuō)，全部的磁路穿過(guò)次級線(xiàn)圈，即沒(méi)有漏磁通。對平凡電器來(lái)說(shuō)，并不是低級線(xiàn)圈中孕育發(fā)生的全部磁通都能穿過(guò)次級線(xiàn)圈。也便是說(shuō)，低級線(xiàn)圈所孕育發(fā)生磁通并非穿過(guò)陪同次級線(xiàn)圈的全部繞線(xiàn)和導線(xiàn)。線(xiàn)圈或導線(xiàn)未耦合的部門(mén)就孕育發(fā)生了自感，并且該能量?jì)Υ嬖凇半姼衅鳌敝�，由于該“電感器”與重要功率傳送電路無(wú)耦合，故不克不及完全滿(mǎn)意在電源斷電時(shí)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(wú)法滿(mǎn)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的漆包線(xiàn)，而是一片銅皮，貼繞在多個(gè)同樣巨細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(gè)數，并且平面變壓的輸出電流可以通過(guò)并聯(lián)舉行擴充，以滿(mǎn)意計劃的要求。因此平面部變壓器的特點(diǎn)便是顯而易見(jiàn)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(gè)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(gè)板上變更器的假想得到現實(shí)。別的，平面布局好存在很高的容性效應等題目，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)在某些應用當中，也大概轉換為一種長(cháng)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)，并對繞組的怎樣計劃都舉行了討論。一個(gè)尺度的計劃平面變壓器的步伐也被提出。這比那些傳統利用PCB板變壓器的做法來(lái)的越發(fā)容易，并且會(huì )大大節省本錢(qián)。
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(hù)的研究；
★ 體積的減小和在多繞組應用中平面變壓器的特性；
★ 在差別的拓撲中平面變壓器的利用特點(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(cháng)處重要會(huì )合在較低的漏感值和交換阻抗。漏感是一個(gè)感到值，它是由于一部門(mén)不穿過(guò)主能量回路中活動(dòng)的磁通所造成的。由于原副邊線(xiàn)圈并不克不及完全耦合，以是漏感總是存在，那么就出現能量消耗了。繞組間越大的間隙就意味著(zhù)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(méi)有像傳統變壓器那樣很長(cháng)的孕育發(fā)生漏感的詞導線(xiàn)，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導線(xiàn)或是直接用銅箔。扁平的多少形狀低落了開(kāi)關(guān)頻率較高時(shí)趨膚效應的消耗，也便是傳統所說(shuō)的渦流消耗。因此，最能有用地利用銅導體的外貌導電性能，服從要比傳統變壓器高的多。圖2給出了一個(gè)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間隙下的數值。
兩個(gè)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(zhù)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(cháng)了５倍之多。因此在滿(mǎn)意電斷氣緣必要的環(huán)境下，應該選用最細的絕緣體來(lái)得到最小的漏感值。
然而，容性效應在平面變壓器中黑白常重要的，在印制電路板上精密聯(lián)合的導線(xiàn)間使得容性效應非常的顯著(zhù)。并且絕緣質(zhì)料的選取對容性值也有著(zhù)非常大的影響。絕緣質(zhì)料的容性越高，將會(huì )使變壓器的容性值越高。而容性效應會(huì )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。為了驗證，筆者做了一個(gè)試驗，在銅導線(xiàn)的間隙增長(cháng)0.2mm的環(huán)境下，電容值就增長(cháng)了20%。因此，要是必要一個(gè)比力低的電容值，則必須在漏感和電容值之間作出一個(gè)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(gè)方面：應用于變壓器的交織（正激電路）和應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)被放在差別的拓撲中作為差別的磁性部件來(lái)研究。
3．1應用于平面變壓器的交織技能
應用于變壓器中的交織技能的重要長(cháng)處表現如下：
★ 在變壓器中磁性能量?jì)Υ婵臻g的淘汰，導致漏感的淘汰。
★ 電傳播輸歷程中，在導體上的抱負漫衍，導致交換阻抗的淘汰。
★ 阻繞間更好的藕互助用，導致更低的漏感。
為了闡明交織技能的特性，下圖表現了三種應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。三種布局運用了交織技能，但是表現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表現了在500KHZ時(shí)，三種布局的交換阻抗和漏感值，通過(guò)比力可以容易的發(fā)明，應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(cháng)處
平面變壓器別的一個(gè)重要的長(cháng)處是高度很低，這使得在磁芯上可以設置比力多的匝數。一個(gè)非常高功率的變更器必要一個(gè)別積比力小的磁性元件，平面變壓器很好地滿(mǎn)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，要是是平凡的變壓器將會(huì )造成體積和高度過(guò)大，會(huì )影響電源的團體計劃，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(lái)說(shuō)，繞組間連結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(huà)，將會(huì )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
在差別的拓撲中，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(kāi)關(guān)管開(kāi)通的時(shí)候由低級繞組通報到次級繞組中．然而，在反激變變更此中的“變壓器”并不美滿(mǎn)是一個(gè)變壓器，而是兩個(gè)毗連的電感器。在反激拓撲中的“變壓器”在主開(kāi)關(guān)管開(kāi)通的時(shí)候，次級繞組儲存能量，而在封閉的時(shí)候將能量傳送到次級繞組。因此這種交織技能的長(cháng)處同上面的相比是差別的。應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(méi)有淘汰，由于電流在某時(shí)候只能在一個(gè)繞組中活動(dòng)，并且沒(méi)有電流賠償。
★ 電流的漫衍并不抱負，緣故原由同上，因此交換阻饒也沒(méi)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．平面變壓器計劃
平面變壓器的長(cháng)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)是計劃的歷程非常龐大，并且計劃本錢(qián)也非常高。這里提供了一種尺度的計劃平面變壓器的步伐步調，這大大韻事了計劃歷程。它通過(guò)提供一個(gè)尺度的匝數計劃，可以大概被利用于差別體積和匝數比要求的變壓器當中。
這里先容一種尺度的計劃平面變壓器的方法，它通過(guò)計劃了一個(gè)尺度的匝數模子，這將使得計劃歷程大大簡(jiǎn)化，并且用度也會(huì )大大低落。在雙面PCB板的每一層都是由一到多匝的繞組構成的，并且全部的層面都連結著(zhù)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(gè)外部毗連點(diǎn)是差別匝數間的電氣毗連點(diǎn)。要是有些層只有一匝，它也可以被印制在PCB的雙面來(lái)低落交換阻抗。由于利用銅箔來(lái)直接印在PCB板上來(lái)替換傳統的導線(xiàn)，這個(gè)特性使得縱然砸在很多必要很多匝數的開(kāi)關(guān)斷垣中，變壓器仍舊能連結一個(gè)很小的體積，這也大大減小了整機的體積。全部的涂層都有差別的形狀，憑據電流密度尺度，一個(gè)涂層可以并聯(lián)連結多層匝數。圖5表現了一個(gè)頂層的尺度匝數計劃的例子，它利用的是RM磁芯。
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每匝的銅箔高度的選擇應該去對應最大的開(kāi)關(guān)頻率時(shí)得到的最佳效應，如允許以使銅箔的全部部門(mén)都成為電流暢路，如允許以大大淘汰積膚效應的影響。因此，應該使得每一種開(kāi)關(guān)頻率對應于差別的銅箔的高度來(lái)越發(fā)方便。
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