平面變壓器在開關電源技術中的優勢
擇要 高功率密度是當今開關電源生長的重要趨向，要做到這一點，一個重要的技能便是進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，極大地革新了開關電源的事情表現，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尺度方法，這將使得計劃歷程變得越發簡樸，并且可以低落計劃本錢。末了現實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
磁元件的計劃是開關電源中重要的一個計劃，由于平面變壓器在進步開關電源的特性
方面有著很大的上風，因此在近些年得到了遍及應用。對付一個抱負的變壓器來說，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，低級線圈所孕育發生磁通并非穿過陪同次級線圈的全部繞線和導線。線圈或導線未耦合的部門就孕育發生了自感，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狀次級繞組， 這一匝繞組也差別于傳統的漆包線，而是一片銅皮，貼繞在多個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數，并且平面變壓的輸出電流可以通過并聯舉行擴充，以滿意計劃的要求。因此平面部變壓器的特點便是顯而易見的了。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實。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。但是這些缺點在某些應用當中，也大概轉換為一種長處。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，并對繞組的怎樣計劃都舉行了討論。一個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板變壓器的做法來的越發容易，并且會大大節省本錢。
研究重要包羅以下幾點：
★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。
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料，平面變壓器沒有像傳統變壓器那樣很長的孕育發生漏感的詞導線，而是利用銅箔與電路板間的精密聯合，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或是直接用銅箔。扁平的多少形狀低落了開關頻率較高時趨膚效應的消耗，也便是傳統所說的渦流消耗。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的狀態下漏感值增長了５倍之多。因此在滿意電斷氣緣必要的環境下，應該選用最細的絕緣體來得到最小的漏感值。
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合的導線間使得容性效應非常的顯著。并且絕緣質料的選取對容性值也有著非常大的影響。絕緣質料的容性越高，將會使變壓器的容性值越高。而容性效應會引起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。為了驗證，筆者做了一個試驗，在銅導線的間隙增長0.2mm的環境下，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被放在差別的拓撲中作為差別的磁性部件來研究。
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處表現如下：
★ 在變壓器中磁性能量儲存空間的淘汰，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，三種布局的交換阻抗和漏感值，通過比力可以容易的發明，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置比力多的匝數。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，要是是平凡的變壓器將會造成體積和高度過大，會影響電源的團體計劃，而平面變壓器由于特別的布局特點，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，磁性能量在主開關管開通的時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”并不美滿是一個變壓器，而是兩個毗連的電感器。在反激拓撲中的“變壓器”在主開關管開通的時候，次級繞組儲存能量，而在封閉的時候將能量傳送到次級繞組。因此這種交織技能的長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，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生較好的耦合，因此又比力小的漏感值。末了的實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
平面變壓器的長處在前面已經敘述了，但是這種布局的變壓器追重要的缺點是計劃的歷程非常龐大，并且計劃本錢也非常高。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。它通過提供一個尺度的匝數計劃，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，它通過計劃了一個尺度的匝數模子，這將使得計劃歷程大大簡化，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成的，并且全部的層面都連結著一樣的物理特性：雷同的形狀和雷同的外部毗連點。在有些多匝的條理中，這個外部毗連點是差別匝數間的電氣毗連點。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板上來替換傳統的導線，這個特性使得縱然砸在很多必要很多匝數的開關斷垣中，變壓器仍舊能連結一個很小的體積，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，一個涂層可以并聯連結多層匝數。圖5表現了一個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關頻率時得到的最佳效應，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的影響。因此，應該使得每一種開關頻率對應于差別的銅箔的高度來越發方便。
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