平面變壓器在開關(guān)電源技術(shù)中的優(yōu)勢(shì)
擇要 高功率密度是當(dāng)今開關(guān)電源生長(zhǎng)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(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(gè)尺度方法，這將使得計(jì)劃歷程變得越發(fā)簡(jiǎn)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(gè)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(duì)付一個(gè)抱負(fù)的變壓器來(lái)說(shuō)，全部的磁路穿過(guò)次級(jí)線圈，即沒(méi)有漏磁通。對(duì)平凡電器來(lái)說(shuō)，并不是低級(jí)線圈中孕育發(fā)生的全部磁通都能穿過(guò)次級(jí)線圈。也便是說(shuō)，低級(jí)線圈所孕育發(fā)生磁通并非穿過(guò)陪同次級(jí)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?jī)?chǔ)存在“電感器”中，由于該“電感器”與重要功率傳送電路無(wú)耦合，故不克不及完全滿意在電源斷電時(shí)對(duì)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)法滿意。而平面變壓器只有一匝網(wǎng)狀次級(jí)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(gè)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(gè)數(shù)，并且平面變壓的輸出電流可以通過(guò)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(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(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(zhǎng)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(duì)差別布局的平面變壓器做了一些闡發(fā)，并對(duì)繞組的怎樣計(jì)劃都舉行了討論。一個(gè)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(lái)的越發(fā)容易，并且會(huì)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(zhǎng)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(méi)有像傳統(tǒng)變壓器那樣很長(zhǎng)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(shí)趨膚效應(yīng)的消耗，也便是傳統(tǒng)所說(shuō)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(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(shù)間隙下的數(shù)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(zhǎng)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(lái)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(duì)容性值也有著非常大的影響。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(yīng)會(huì)引起EMI，由于從低級(jí)到次級(jí)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(gè)試驗(yàn)，在銅導(dǎo)線的間隙增長(zhǎng)0.2mm的環(huán)境下，電容值就增長(zhǎng)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(jí)和次級(jí)的條理的間隙中有充足的位置去安排低級(jí)繞組。如今插入技能的研究被分為兩個(gè)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(lái)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(zhǎng)處表現(xiàn)如下：
★ 在變壓器中磁性能量?jī)?chǔ)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(jí)繞組，S代表次級(jí)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(jí)和次級(jí)的繞組都是間隔交織的。圖7和圖8表現(xiàn)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(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(zhǎng)處
平面變壓器別的一個(gè)重要的長(zhǎng)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(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(huì)造成體積和高度過(guò)大，會(huì)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(duì)付繞組的變壓器來(lái)說(shuō)，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(huì)使得次級(jí)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)渲校判圆考淖饔靡彩遣顒e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(shí)候由低級(jí)繞組通報(bào)到次級(jí)繞組中．然而，在反激變變更此中的“變壓器”并不美滿是一個(gè)變壓器，而是兩個(gè)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(shí)候，次級(jí)繞組儲(chǔ)存能量，而在封閉的時(shí)候?qū)⒛芰總魉偷酱渭?jí)繞組。因此這種交織技能的長(zhǎng)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(chǔ)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(fù)，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(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(zhǎng)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(guò)提供一個(gè)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(guò)計(jì)劃了一個(gè)尺度的匝數(shù)模子，這將使得計(jì)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(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(gè)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(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(tǒng)的導(dǎo)線，這個(gè)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(gè)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(gè)涂層可以并聯(lián)連結(jié)多層匝數(shù)。圖5表現(xiàn)了一個(gè)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(duì)應(yīng)最大的開關(guān)頻率時(shí)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(duì)應(yīng)于差別的銅箔的高度來(lái)越發(fā)方便。
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