平面變壓器發(fā)展的必然性

由于渦流效應(yīng)，在高工作頻率和大電流下，磁元件線圈損耗顯著增加，這繼續(xù)不停降低了效率，況且 引起溫升增大，增加了熱設(shè)計困難，限制了開關(guān)功 率變換器功率密度的進一步提高。因此研究線圈損 耗模型、設(shè)計技術(shù)、開發(fā)新型線圈結(jié)構(gòu)以減小其損耗在工業(yè)界有迫切的要求，這也是電力電子高頻 磁技術(shù)一個非常要緊的研究內(nèi)容。國外學術(shù)界與工業(yè)界對此展開了積極研究，國內(nèi)雖對磁集成等高頻 磁技術(shù)展開了一定的研究但對線圈技術(shù)的研究則較少。

傳統(tǒng)的繞線式磁元件，由于線圈結(jié)構(gòu)單一、散 熱特性以及參數(shù)一致性差等問題，已萬不得已滿足開關(guān)電源高頻化和低截面的發(fā)展趨勢。具有低截面的平 面磁元件(planar magnetic components)美妙克服了傳統(tǒng)磁元件的不足，獲得廣泛應(yīng)用。由于平面變壓器功率密度高、窗子高度低，況且工作頻率與電 流越來越高，對線圈結(jié)構(gòu)和設(shè)計技術(shù)提出更高的要求，尤其是對于高頻率和大電流的應(yīng)用場合，為了兼顧高頻渦流效應(yīng)和載流面積所采用的并聯(lián)線圈結(jié)構(gòu)，一點兒傳統(tǒng)的線圈結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法不再適用。 在平面變壓器中，銅箔/PCB印刷電路板(printed circuit board)線圈應(yīng)用廣泛。

平面變壓器的幾個種類

平面變壓器的分類 ：平面變壓器按設(shè)計制作工藝的不同，可分為印刷電路板（PCB）型，厚膜型、薄膜型、亞微米型4種,今天重點講述的是PCB型平面變壓器！

1， PCB 型變壓器

印刷電路板PCB（printed circuit board）型變壓器可省去繞組骨架，能增大散熱面積，能減小在高頻工作時由集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)所引起的渦流損耗，也能增大電流密度，其電流密度最高可達 20A/mm，功率大，工藝簡單。但用 PCB，窗子利用率低，僅為0.25~0.3，傳統(tǒng)變壓器的窗子利用率為 0.4，其體積也較大。PCB 型變壓器其功率可高達 20kW ，頻率可達兆赫數(shù)量級。采用 pulse 的平面技術(shù)，多層 PCB 夾在磁芯之間，薄型高效鐵氧氣氣體平面變壓器，其底部面積小，高度只有7.4mm，工作頻率為 150~750kHz，工作溫度為-400~1300。

2，厚膜變壓器

厚膜變壓器是為了克服薄膜變壓器中導體電阻大的短欠而提出的。以氧氣氣化鋁作基體，采用厚膜工藝，在其上、下表面各印制了初級和次級繞組，用鐵氧氣氣體制作的平面變壓器在 2MHz，輸出功率為 75W 時，效率達 85百分之百。厚膜工藝制造出的平面變壓器效率平常的較低，因此征詢更進一步的工藝技術(shù)以完善平面變壓器制造的厚膜工藝是實現(xiàn)平面變壓器高頻集成化的關(guān)鍵。

3， 薄膜型變壓器

薄膜型變壓器是一種用磁能薄膜研制的疊層微型變壓器，采用薄膜后高度低于 1mm，工作頻率超過 1MHz，其體積小，易于集成，但只適用于小功率情況。它們絕大多數(shù)采用金屬磁能材料，如坡莫合金、鐵硅鋁和非晶合金。主要是因為它們有高 BS 和高磁導率。Tsuijimotl 等人用帶式（銅厚 35μm，長 34mm，寬 3mm）加以絕緣膜(厚 100μm)，非晶 CoNbZr 膜（1.8μm）構(gòu)成一種能在高頻下輸出電壓可控的薄膜變壓器——針孔型變壓器，還制成了厚度為 210μm的片式變壓器。它是采用兩層 10μm 厚的 CoZr 非晶薄膜做成的，用于 5V、0.3A、1MHz 的開關(guān)電源，77.5百分之百 鐵氧氣氣體材料（以 MnZn系為主）也可以制成薄膜型變壓器，但用常規(guī)的方法很難制出合適的微型磁膜，故需開發(fā)新的成膜技術(shù)。目前國外主要采用 PVD、CVD 等沉積技術(shù)合宜化學蝕刻，激光燒蝕法、采光射低溫鍍膜法等成膜技術(shù)。Yamaguchi K 等設(shè)計制作的微型變壓器，其面積只有2.4mm×3.1mm，在 10MHz 時效率可達 67百分之百。

4 ，亞微米型變壓器

亞微米變壓器是利用化學法合成，采用低溫(900℃)燒結(jié)的 NiCuZn 鐵氧氣氣體為中介材料，以 Ag 為內(nèi)電極，用流延和絲網(wǎng)印刷技術(shù)的方法制備而成的，其體積小、質(zhì)量輕、易于集成、工藝簡單。兩種片式亞微米型變壓器，外形尺寸分別為 2.1cm×2.1cm×1mm和 8mm×8mm×1mm，設(shè)計變壓比分別為 6 和 4，工作頻率為1~10MHz。 亞微米型平面變壓器結(jié)構(gòu)新穎，改變了傳統(tǒng)變壓器的結(jié)構(gòu)獨特的地方微記，將變壓器原邊和副邊繞組采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)燒制在鐵氧氣氣體材料中，外型類似表貼的集成電路器件。對亞微米型平面變壓器的電氣性能測試表明：①空載情況下，變壓比先隨著輸入電壓的增加而增大，而后隨著輸入電壓的增加而減小，范圍內(nèi)達到最大值。另外，變壓比隨著輸入信號頻率的增加而增大。②在一定輸入頻率和電壓情況下，輸出功率隨負載的增大先升高再降低，存在一個輸出功率最大的負載電阻值。③在一定輸入電壓和輸出負載的情況下，隨著輸入電壓頻率的增加，變壓器的變壓比逐漸增大，當輸入電壓頻率高于某一臨界值后，變壓比基本保持不變。波形畸變程度隨著輸入電壓頻率的增加而減小。④在一個固定輸入頻率下，存在一個飽和負載電阻值，當負載電阻值小于飽和負載電阻值時，則變壓器的輸出電壓隨負載增大而增大，但當負載電阻值大于飽和負載電阻值時，輸出電壓的變化纖小或基本保持不變。隨著頻率的升高飽和負載電阻值逐漸增大。在負載電阻值等于飽和負載電阻值時，變壓器的變壓比基本不隨輸入電壓的變化而變化，但隨著輸入電壓的升高，輸入輸出電壓的波形畸變程度增強。

新手常問的平面變壓器相關(guān)問題解答

Q:什么是平面變壓器？

答：平面變壓器是近幾年才在國內(nèi)熱火起來的一種新型變壓器。它的特點是器件的整體高度低，呈扁平樣式，具有很多尤其的電氣優(yōu)點，使用軟磁鐵氧氣氣體功率材料做磁芯，是一款支撐未來電源進而改變?nèi)祟愑秒娖骶叩年P(guān)鍵核心器件。

Q:平面變壓器有哪些技術(shù)特點？

答：下表基本歸納了平面變壓器的良好性能：

Q:平面變壓器的結(jié)構(gòu)特點是什么？

答：平面變壓器和傳統(tǒng)的高頻變壓器最大的不同就在于它基本上不使用銅線來繞制，它的內(nèi)部不存在傳統(tǒng)的骨架。它線包的制作普通有兩種方式：

1）銅箔式平面變壓器，這種方式是利用銅箔作繞組，折疊成多層線圈，適合于制造低壓、大電流的變壓器；

2）多層印刷板式平面變壓器，這種變壓器是采用印刷電路板制造工藝，在多層板上形成螺旋式線圈，適合于制造性能比較穩(wěn)定的中小功率的變壓器。

Q:平面變壓器的技術(shù)優(yōu)點還有哪些？

答：（ 1 ）電流分根據(jù)處方配藥均

典型的平面變壓器副邊繞組有若干個并聯(lián)的線圈。每個副邊繞組都和同一個原邊繞組相藕合。所以，副邊電流產(chǎn)生的安匝數(shù)與原邊繞組產(chǎn)生的安匝數(shù)相等（忽略勵磁電流）。這種特性對并聯(lián)整流電路特別有用。繞組電流分根據(jù)處方配藥均，在并聯(lián)整流電路中就不影響其他元件。

（ 2 ）電流密度高

平面變壓器有極好的溫升特性設(shè)計。因為這些特性，所以它能在纖小的封裝體積內(nèi)達到很高的電流密度，由于它的結(jié)構(gòu)特點，完全滿足高頻電流的工作特性，所以適合在高頻率的場合使用。

（ 3 ）高效率

低漏電感，使它能具有很快的開關(guān)時間，很低的交叉損耗，就能使它達到很高的效率。這種變壓器副邊繞組和原邊繞組間因為接觸非常緊密，就具有很高的耦合系數(shù)，所以它的效率高、損耗纖小。

（ 4 ）功率密度很高

因為平面變壓器元件的尺寸纖小，它具有極好的溫度耗散特性，所以能和有關(guān)點半導體器件和電感緊密地封裝在一起，實現(xiàn)的電流密度可做到 30A / 模塊。

（ 5 ）低成本

整個變壓器是由少量有關(guān)的廉價元件組成，加上組裝又很方便，PCB板的前期開發(fā)成功以后是采用印制加工方法，所以整體變壓器的成本是很低。

（ 6 ）連接部件成本低廉

由于它的漏電感纖小，開關(guān)損耗很低，加在和它相連接部件上的應(yīng)力減少。因此和它連接的部件能使用成本較低的功率元件。

（ 7 ）熱耗散特性好

平面變壓器是具有很高的皮相子積比、很短的熱通道的元器件。這種結(jié)構(gòu)有利于散熱。原邊和副邊繞組之間的匝間損耗纖小，磁芯的功率損耗較小，所以它能做到高磁通密度。它可在 -400C~ 1300C 之間工作。

（ 8 ）泄漏電感低

繞組和繞組之間的良好耦合，就能使繞組匝間的漏電感保持在最小值。輸出端到輔助部件的連線很短況且是緊合宜，所以繞組上的漏電感最小。漏電感小意味著變壓器的EMI指標更好，對開關(guān)功率器件的損害最小。

（ 9 ）高頻特性極佳

在這之前，當變壓器運行在高頻特別事情狀況使開關(guān)損耗增大和使變壓器過熱。平面變壓器的出現(xiàn)，使這些問題得以解決。平面變壓器能做到提供一種既經(jīng)濟又好的變壓器模塊。它可工作在 100KHz ～ 2000KHz 之間。

（ 10 ）結(jié)構(gòu)簡單適宜表貼

平面變壓器是由少量部件和最少的繞組構(gòu)成的，這種模塊在半半自動化裝配中特別適用，況且它的外形自然產(chǎn)生的職業(yè)績注定它適合表面貼裝及大規(guī)模的流水最簡單的面接觸線生產(chǎn)。

（ 11 ）外形低宜于整機小型化

在平面變壓器中所用的磁芯較小，它是以一種扁平的形態(tài)排列在變壓器的表面上。每一磁芯單元外形在 8mm ～ 32mm 范圍內(nèi)，這就使得它具有了很多獨有的優(yōu)點。

（ 12 ）絕緣強度高

平面變壓器很容易使用絕緣簿膜或是絕緣材料對變壓器的介電絕緣按要求的進行層數(shù)、厚度進行絕緣因為這個達到所需的技術(shù)要求。

Q:平面變壓器能夠代表變壓器的未來方向嗎？

答：是。微型變壓器的發(fā)展是當今電子、信息技術(shù)的需求，變壓器的微型化是變壓器技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。就目前來看，以鐵氧氣氣體為磁芯的平面變壓器體積小，功率密度大，是現(xiàn)在微型變壓器的主流。以微制造技術(shù)的薄膜變壓器以及發(fā)展已久的壓電變壓器都還正處于不成熟的研制階段，都不行擔當起在大功率、大變壓比的實際工程中推廣應(yīng)用。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，鐵氧氣氣體平面變壓器必將在較大功率的模塊電源中發(fā)揮主要作用。況且隨著技術(shù)的不斷成熟，平面變壓器必然會成為變壓器，變流器、電感器件的首選。

Q:平面變壓器是啥模樣的？

答：這里給出它的部分照片兒兒。

Q:為什么平面變壓器的結(jié)構(gòu)是這樣的呢？

答：這一切都是緣于技術(shù)的發(fā)展和社會形態(tài)形態(tài)的需求。第一代的變壓器使用的是鐵芯—也就是所謂的硅鋼片。這種變壓器制作的電源既笨重且效率特別低，轉(zhuǎn)換效率平常的在50百分之百左右，它適合現(xiàn)已有的供電網(wǎng)絡(luò)工頻（50Hz）的居人民生活所使用的電系統(tǒng)。為了減輕重量提高轉(zhuǎn)換效率，隨后就人們提出了開關(guān)電源概念，電氣工程師們把開關(guān)電源的工作頻率從10KHz逐步的提高到了100KHz，其中所用到的就是第二代變壓器—鐵氧氣氣體的高頻變壓器，由于鐵氧氣氣體變壓器的體積和重量大大減輕減?。ㄈ?0KHz工作頻率是原來50Hz的400倍），使得整個電源的體積和重量就有了較大幅度的減輕減小，效率也從原來的50百分之百提高到了80百分之百以上。然而人們?nèi)匀徊粷M足，還想不斷的提高工作頻率，大家很自然產(chǎn)生的的認識到，要想得到更高的效率、更小的體積、更高的功率密度、更優(yōu)質(zhì)的電源唯一便捷有效的方法就是提高開關(guān)電源的工作頻率。在這里就有必要來看看電磁領(lǐng)域的法拉第電磁感應(yīng)定律了。

關(guān)于PCB型平面變壓器

PCB變壓器可指位于印刷電路板上的變壓器，或涵蓋多氯聯(lián)苯的變壓器。本文所述PCB變壓器指位于印刷電路板上的變壓器，而非涵蓋多氯聯(lián)苯的變壓器。

用于印刷電路板的變壓器須為緊湊型，也因這樣該變壓器不具備復雜的冷卻機制，該冷卻機制有時須納入其他變壓器設(shè)計內(nèi)。這些變壓器普通具有針對最高溫度與最低溫度的額定值；在此額定值下可進行操作。只要保持在該溫度范圍內(nèi)，則該變壓器可提供可靠服務(wù)，因其為變壓器，幾十年可不斷提供服務(wù)。

若要了解印刷電路板變壓器的工作原理，需先了解什么是印刷電路板及其工作原理。

什么是印刷電路板？

印刷電路板是一種以十分緊湊、簡便的方式連接各類電子元件的方法。印刷電路板使用的是由層壓在絕緣表面上的銅片制成的路徑，而不使用標準布線。該路徑被酸蝕刻到電路板上。

配備有線設(shè)備的印刷電路板稱為印刷線路板。可以發(fā)現(xiàn)，印刷電路板及印刷線路板均用于各種不同的電子應(yīng)用中。大多數(shù)人熟悉的印刷電路板設(shè)計位于計算機內(nèi)部，提供裝置所需的所有各類組件，以十分緊湊裝置的形式運轉(zhuǎn)，生產(chǎn)經(jīng)濟、性能卓越，且使用壽命長。

PCB的歷史

雖然大多數(shù)人可能感到印刷電路板是現(xiàn)代發(fā)明，但實際上這些設(shè)備的使用始于100多年前。原先的實驗涉及現(xiàn)在仍在所用工藝的早期版本。例如，二十一百年初，托馬斯·愛迪生已經(jīng)致力于將亞麻紙作為一種印刷電路板。其他發(fā)明家也都致力于相同的設(shè)想，利用各種不同的材料和技術(shù)，計劃在表面上蝕刻永久電路。

第二次世界大戰(zhàn)之前，印刷電路板已被投入使用。其被應(yīng)用于炸彈的近炸引信中。像第二次世界大戰(zhàn)爭時期期迅速發(fā)展的大多數(shù)技術(shù)一樣，印刷電路板最終使該技術(shù)進入了消費者市場。二十一百年50時期之前，已出現(xiàn)配備印刷電路板的消費性裝置。

用戶看到的第一批印刷電路板帶有電線，各組件粘附在印刷電路板上，時常經(jīng)過電線從其下方進行連接。然而隨著技術(shù)的發(fā)展，更為常見的是，組件僅設(shè)在印刷電路板表面。隨著時間的推移，該技術(shù)已成為普遍做法。

如今，印刷電路板具有十分復雜且強大的電子設(shè)備，耐沖擊、可永久使用，且不存在與電路板上安裝的實際物理電線有關(guān)的短欠。

生產(chǎn)PCB的材料是什么?

令人驚訝的是，制作印刷電路板僅需四個簡單組件。用戶制作印刷電路板時，僅需要銅箔、覆銅薄層壓板、浸自然產(chǎn)生的天然樹脂布和非覆銅薄層壓板。

盡管組件簡單，但生產(chǎn)過程相當復雜。大多數(shù)人熟悉的一部分工藝為蝕刻。蝕刻工作十分簡單，且允許以可承受價批量生產(chǎn)印刷電路板。

印刷電路板上不可以出現(xiàn)可溶解銅的材料。所有保留在后方的部分均為擬納入電路板的路徑。制造商也有可能制造雙面電路板并使用其他技術(shù)，使電路板更加多樣。

如今可以看到，電子設(shè)備中使用的電路板為該類技術(shù)的典型應(yīng)用。多年以來，其構(gòu)造方式經(jīng)歷了多次改變，隨著技術(shù)的提高，極大提高了電路的復雜性，使其能夠安裝在印刷電路板上。

業(yè)余愛好者也可以自己制作印刷電路板?？衫帽∧せ蚣す庥∷C，皆可生產(chǎn)所需的印刷電路板模型，移除后僅留下電路板。

什么是PCB變壓器?

PCB變壓器是專門設(shè)計用于印刷電路板的變壓器。其普通為明裝裝置，位于電路板表面，提供可能需要的任何變壓或電流變換。

這些裝置具有各種不同的性能和尺寸，保障其種類可供任何可以想象到的產(chǎn)品進行選拔。同時也有廉價的部件，使印刷電路板以更加經(jīng)濟可行的方式生產(chǎn)電子元件。

還有一種無芯的PCB變壓器。這使得變壓器的尺寸大大降低，盡管這些裝置基本還處于實驗階段。但該裝置的應(yīng)用范圍仍曲直常大的。

哪種應(yīng)用使用PCB變壓器?

PCB變壓器用于各種不同的應(yīng)用中。在計算機硬件中，變壓器可逐步將電壓降低至安全水平，使其不行或缺。其還被應(yīng)用于各種不同的生產(chǎn)過程中，及其他需要變壓器的消費性裝置中。與使用大型變壓器相比，PCB變壓器可真正節(jié)約大量資金并在設(shè)計中節(jié)省大量空間。

PCB變壓器有哪些安裝方式？

主要有兩種方式可為印刷電路板配備變壓器：明裝和通孔安裝。也可以直接在印刷電路板上蝕刻變壓器，但這顯然不需要進行任何安裝。

●明裝

明裝的PCB變壓器無穿透印刷電路板的銷釘或其他組件。這為更緊湊的設(shè)計提供了可能。

多年以來，明裝組件已成為印刷電路板的常見零件。因其便于更緊湊的設(shè)計，所以普通優(yōu)先采用這種方法，將各類電子元件安裝到印刷電路板上。但情況并非總是這樣，拆卸任何計算機或其他電子設(shè)備很可能表明，該裝置的大部分組件已被安裝至電路板表面，且無線或其他物件穿過。

●通孔安裝

在印刷電路板上通孔安裝的變壓器配有穿透電路板的連接器。這為使用多層印刷電路板和其他應(yīng)用提供了可能。普通，與直接安裝在表神態(tài)片比本人悅目比，通孔安裝方法是一種印刷電路板上安裝組件較不緊湊且更過時的方法。對于某些應(yīng)用及特定組件而言，其仍為印刷電路板上安裝的最佳方法。但您會發(fā)現(xiàn)，目前印刷電路板上的絕大多數(shù)變壓器組件都為明裝。對于舊設(shè)備，將其拆卸后可看到具有大量通孔安裝組件的印刷電路板。

平面變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計

1 繞組結(jié)構(gòu)

平面變壓器的繞組是利用印制板上的螺旋形印制線來實現(xiàn)的。印制板中間被挖空用于安裝磁芯。各印 制板之間由絕緣膠布或空白印制板絕緣。磁芯直接將印制板夾在中間，然后通過膠帶或夾子固定。平面變 壓器的高度取得了有效的降低，同時進一步節(jié)省了體積。印制線成扁平狀，其厚度平常的為35μm/70μm 。 在 頻率小于14MHZ時，銅的集膚深度都小于印制線厚度的一半。普通開關(guān)電源頻率遠小于這個值，所以平面 變壓器的集膚效應(yīng)可以忽略。

在多層印制電路板之間要有供繞組互聯(lián)的“通孔”，繞組間的匝數(shù)通過“通孔”以串聯(lián)或并聯(lián)的方式 彼此構(gòu)成電連接。圖2表現(xiàn)各層通過通孔用串聯(lián)方式互聯(lián)的布局圖。

每層印制板都布有一排通孔且位置對齊，然而每層繞組只用其中的兩個通孔，通過圖2方式實現(xiàn)繞組 串聯(lián)。在低壓大電流的場合，也可以通過通孔實現(xiàn)繞組并聯(lián)，以提高變壓器的電流發(fā)落懲治能力。如圖3所示。

2 變壓器磁芯

選拔合適的磁芯是保證變壓器性能的關(guān)鍵問題。平面變壓器平常的采用高頻功率鐵氧氣氣體軟磁材料制成的 E型、EC、ETD和EER型磁芯、RM型等磁芯。

E型磁芯制造工藝簡單，售價較便宜，是現(xiàn)在平面變壓器很流行的磁芯樣式。E型磁芯有大的繞組空間， 能夠提供足夠的空間供大剖面積的引線引出，可允許大電流通過。同時E型磁芯可以進行不同方向的安裝， 又由于其散熱非常好，可以疊加應(yīng)用更大的功率，平常的大功率變壓器都使用這種磁芯。然而它的短欠是不 能提供自我屏蔽，同時磁芯中間柱是長方體，不能有效利用PCB上的空間，使單匝繞組的長度增加，PCB 繞組的橫剖面積變大，變壓器的所占體積也相對較大。

RM這種類型磁芯有以下幾個優(yōu)點，一是由于磁芯中間柱和邊緣四周圍都呈圓形，可降低銅線的匝長， 因為這個降低銅損。另一個優(yōu)點是能夠充分利用PCB上的空間，可以減小PCB繞組的橫剖面積，將其設(shè)計成正 方形形式，這樣磁芯漏感較小。并且RM磁芯的屏蔽效果也比E型磁芯要好。

EC、ETD和EER型磁芯介于E型和罐型之間。這類磁芯和E型磁芯一樣，它們能提供足夠的空間供大截面的引線引出，適合現(xiàn)在開關(guān)電源低壓大電流的趨勢；這類磁芯的散熱也非常好；由于中間柱為圓柱形， 與E型相比具有RM型的一點兒優(yōu)點。然而這類磁芯和E型磁芯一樣屏蔽效果不好。

在我們研制的某320VDC/12VDC 25A變換器中對常規(guī)變壓器和平面變壓器進行了比較。主電路為雙管反 激電路，開關(guān)頻率100KHZ。沿襲普通高頻變壓器設(shè)計方法采用兩個EI33型磁芯并起來使用，原邊30匝，繞 組使用直徑0.81mm的漆包線；副邊2匝，繞組使用0.3mm的銅皮，2層并聯(lián)。

若磁芯不變，采用PCB繞組時，為減少成本，應(yīng)用了多塊雙面板來實現(xiàn)。原邊繞組PCB每層安放3匝， 線寬=1.5mm，每塊PCB上下兩面可安排處置6匝繞組（如圖7所示）構(gòu)成原邊繞組需要5塊雙面板；副邊繞組電流 大匝數(shù)少，PCB每層安放1匝每塊PCB上下兩面可安排處置2匝（如圖8所示），用4塊并聯(lián)。每塊PCB厚0.4mm，整 個繞組窗子高度只需6.8mm。若采用多層PCB做繞組，整個繞組窗子高度只需3mm。

已知標準的EI－33磁芯的窗子高度為19.25 ，與線包的厚度相差很大，為此對兩個EI－33磁芯各作 磨削加工，以減小磁芯窗子的高度并與線包得以良好合宜。

經(jīng)磨削修正后的EI―33磁芯，除窗子高度正巧滿足包裝配外，磁芯的重量和體積也得以減少。后裝 配成的變壓器結(jié)構(gòu)呈扁平型。這樣變壓器的表面散熱面積增加了，面積與體積的比值較大，與常規(guī)鐵芯相 比，平面變壓器的熱阻較小，提高了熱性能。

3 寄見效應(yīng)與繞組布局

平面變壓器的一、二次側(cè)繞組交織可以大限度減小漏電感，并且可控制漏電感的大小。然而， 平面變壓器漏電感減小的同時， 寄生電容卻增大。而若要減小寄生電容，則需增大層與層之間的距離， 這就與減小漏感相矛盾。同時為提高平面變壓器的功率水平，繞組大多采用并聯(lián)形式以提高電流發(fā)落懲治能力。 然而各繞組層之間的相對位置、連接方式或其他偶然性性因素的影響，都會造成各并聯(lián)繞組層之間不均流, 從 而給繞組帶來附加損耗。

以二種類型的平面變壓器研究其寄見效應(yīng)。每一類變壓器的繞組結(jié)構(gòu)各不相同，所以它們有不同的漏 感和寄生電容。圖9為所述的二種類型變壓器繞組的結(jié)構(gòu)布局：

1＃：初級繞組和次級繞組對稱組合

2＃：初級繞組和次級繞組交替組合

由于初級繞組與次級繞組間的寄生電容Cps嚴重影響著變壓器的高頻特性，故要其盡量小。在多層印制電路板變壓器結(jié)構(gòu)中，其繞組是由平行的扁平面導電條狀銅箔組成的，則兩個繞組間的電容可使用兩塊平行導電板之間的電容計算公式直接求得：Cps=ε·s/d?？梢娪捎谄矫孀儔浩鞯慕Y(jié)構(gòu)特性將會有較大的寄生電容。

表 三種不同繞組結(jié)構(gòu)變壓器的參數(shù)對比

上表給出了兩個不同繞組結(jié)構(gòu)的平面變壓器的寄生參數(shù)。從上表可見2＃變壓器繞組結(jié)構(gòu)的漏感要比1＃ 要低，然而2＃變壓器的寄生電容要遠大于1＃變壓器。為了進行比較，上表同時列出了與平面變壓器使用 相同磁芯的常規(guī)變壓器，標記為3＃。

從表1可以看出平面變壓器與常規(guī)變壓器相比漏感比較小，然而有相對較高的繞組間寄生電容。

4 實例

設(shè)計了一個運用平面變壓器的雙管反激變換器。變換器主要參數(shù)：Vin=290～360V， Vo=12V，Po=300W，f=100KHZ 。

平面變壓器繞組由厚度為0.4mm的印制電路板制作，線圈采用雙面印制電路板，共10層。初級印制板 為5層，每層每面3匝，5層串聯(lián)共30匝，銅繞組寬1.5mm、厚0.035mm，繞組匝與匝之間間隔0.2mm； 次級印制板為4層，每層每面1匝，4層并聯(lián)共2匝，銅繞組寬5.1mm，厚0.035mm。繞組布局選用3中1＃布局方式，平面變壓器原邊電感L1＝516.4ｕH，漏感Ls＝19.0ｕH，高度為16mm，重量為70g。

同時設(shè)計了一個滿足變換器參數(shù)要求的常規(guī)變壓器。常規(guī)變壓器選用相同磁芯，原邊30匝，繞組使用 直徑0.81mm的漆包線；副邊2匝，繞組選用0.3 mm銅皮，2層并聯(lián)。繞法為“三明治”繞法，先繞制15匝原邊，再繞制副邊，后繞制15匝原邊。變壓器L1＝516.8ｕH，漏感Ls＝25.2ｕH，高度為30.2mm，重量為120g。

由圖10對比可以看出，平面變壓器繼續(xù)不停漏感比常規(guī)變壓器要小，況且體積、重量也要小很多。

圖11給出了反激變換器在不同變壓器下的效率曲線。由于平面變壓器漏感小和自身損耗比較小，在全 范圍負載內(nèi)都比常規(guī)變壓器的效率要高。

總結(jié)語

本文論述了平面變壓器相關(guān)技術(shù)并對PCB型平面變壓器做了縝密的介紹與設(shè)計，并以具體實例商量其特性。與傳統(tǒng)磁芯相比，平面型磁芯除寫出備低造型、低漏感、低損耗等優(yōu)點外，還具有良好的熱特性、絕緣性、一致性和耦合性。因 此，平面型功率變壓器與傳統(tǒng)功率變壓器相比能顯著提高變換器的性能、體積，具有明顯的優(yōu)勢，是開關(guān)電源的理想選拔。