平面變壓器在開(kāi)關(guān)電源中的技術(shù)分析

平面變壓器在開(kāi)關(guān)電源中的技術(shù)分析

高功率密度是當今開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的主要趨勢，要做到這一點(diǎn)，必須提高磁元件的功率密度平面變壓器因為特殊的平面結構和繞組的緊密耦合，使得高頻寄生參數大大降低，極大地改進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源的工作狀態(tài)，因此近年來(lái)得到了廣泛的使用研究了幾種不同的平面結構和繞組制作的方式,介紹了設計平面變壓器的一個(gè)標準方法，從而使得設計過(guò)程變得更加簡(jiǎn)單，大大降低了設計成本。最后，比較了平面變壓器和傳統變壓器的一些參數，并給出了設計方針.
關(guān)鍵詞：平面變壓器；漏感；插入技術(shù)

0 引言
磁性元件的設計是開(kāi)關(guān)電源的重要部分，因為平面變壓器在提高開(kāi)關(guān)電源的特性方面有著(zhù)很大的優(yōu)勢，因此近年來(lái)得到了廣泛的應用。對于一個(gè)理想的變壓器來(lái)說(shuō)，初級線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁通都穿過(guò)次級線(xiàn)圈，即沒(méi)有漏磁通。而對普通變壓器來(lái)說(shuō)，初級線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁通并非都穿過(guò)次級線(xiàn)圈，于是就產(chǎn)生了漏感，電磁耦合的緊密要求也無(wú)法滿(mǎn)足。而平面變壓器只有一匝網(wǎng)狀次級繞組，這一匝繞組也不同于傳統的漆包線(xiàn)，而是一片銅皮，貼繞在多個(gè)同樣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，而且平面變壓器的輸出電流可以通過(guò)并聯(lián)進(jìn)行擴充，以滿(mǎn)足設計的要求。因此，平面變壓器的特點(diǎn)就顯而易見(jiàn)了：平面繞組的緊密耦合使得漏感大大地減??；平面變壓器特殊的結構使得它的高度非常的低，這使變換器做在一個(gè)板上的設想得到實(shí)現。但是，平面結構存在很高的容性效應等問(wèn)題，大大限制了它的大規模使用，不過(guò)，這些缺點(diǎn)在某些應用中，也有可能轉換為一種優(yōu)點(diǎn)。另外，平面的磁芯結構增大了散熱面積，有利于變壓器散熱。

1 平面變壓器的特性研究
如前所述，平面變壓器的優(yōu)點(diǎn)主要集中在較低的漏感值和交流阻抗。繞組問(wèn)的間隙越大意味著(zhù)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緊密結合，使得在相鄰的匝數層間的間隙非常的小，因此能量損耗也就很小了。

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導線(xiàn)或是直接用銅泊。扁平的幾何形狀降低了開(kāi)關(guān)頻率較高時(shí)趨膚效應的損耗，也就是渦流損耗。因此，能最有效地利用銅導體的表面導電性能，效率要比傳統變壓器高得多。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同，而獲得在不同間隙下的漏感和交流阻抗值。

圖2與圖3給出了在不同的間隙下漏感和交流阻抗的變化，可以明顯地看出間隙越大，漏感越大，交流阻抗越小。在間隙增加1mm的狀況下漏感值增加了5倍之多。因此，在滿(mǎn)足電氣絕緣的情況下，應該選用最薄的絕緣體來(lái)獲得最小的漏感值。

然而，容性效應在平面變壓器中是非常重要的，在印制電路板上緊密繞制的導線(xiàn)使得容性效應非常的明顯。而且絕緣材料的選取對容性值也有著(zhù)非常大的影響，絕緣材料的介電常數越高，變壓器的容性值越高。而容性效應會(huì )引起EMI，因為從初級到次級的繞組中只有容性回路的繞組傳播這種干擾。為了驗證，筆者做了一個(gè)試驗，在銅導線(xiàn)的間隙增加O．2mm的情況下，而電容值就減少了20％。因此，如果需要一個(gè)比較低的電容值，則必須在漏感和電容值之間做出一個(gè)折中的選擇。

2 插入技術(shù)
插入技術(shù)是指在布置變壓器原、副邊繞組時(shí)，使原邊繞組與副邊繞組交替放置，增加原、副邊繞組的耦合以減小漏感，同時(shí)使得電流平均分布，減小變壓器損耗。

現在插入技術(shù)的研究被分為兩個(gè)方面，即應用于變壓器的插入(正激電路)和應用于連接電感器的插入(反激電路)。因此，插入技術(shù)現在已經(jīng)被放在不同的拓撲中作為不同的磁性部件來(lái)研究。

2.1 應用于平面變壓器的插入技術(shù)
應用于變壓器中的插入技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)如下：
1)使變壓器中磁性能量?jì)Υ娴目臻g減少，導致漏感的減少；
2)使電流傳輸過(guò)程中在導體上理想分布，導致交流阻抗的減少；
3)繞組間更好的耦合作用，導致更低的漏感。

為了說(shuō)明插入技術(shù)的特征，圖4給出了應用3種不同插入技術(shù)的結構，P代表初級繞組，s代表次級繞組。試驗顯示SPSP結構是最好的，因為初級和次級的繞組都是間隔插人的。圖5顯示了在500 kHz時(shí)，3種結構的交流阻抗和漏感值，通過(guò)比較可以很容易地發(fā)現應用了插入技術(shù)的變壓器，交流阻抗和漏感值都有了很大的減少。