平面變壓器有什么特點(diǎn)?平面變壓器如何用于電源?

變壓器損耗約占輸配電電力損耗的40%，具有較大節(jié)能潛力。由此可見(jiàn)，變壓器是十分重要的存在。為增進(jìn)大家對(duì)變壓器的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)平面變壓器予以介紹。如果你對(duì)變壓器或是對(duì)本文內(nèi)容具有興趣，不妨和小編一起繼續(xù)往下閱讀哦。

一、平面變壓器簡(jiǎn)介

平面磁芯開(kāi)發(fā)成功，可實(shí)現(xiàn)平面化的變壓器設(shè)計(jì)。由于平面變壓器要求磁芯、繞組是平面結(jié)構(gòu)，所以應(yīng)該采用多層PCB繞組?，F(xiàn)在，已有許多公司開(kāi)發(fā)出了平面變壓器，Pulse公司開(kāi)發(fā)出了平面磁性元件，以色列佩頓公司Payton已開(kāi)發(fā)了PlaneTIcs平面變壓器，功率由5W到20KW、頻率自20KHz到2MHz，效率通?？蛇_(dá)98%，是電信、電焊機(jī)、計(jì)算機(jī)和外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療電子、工業(yè)控制、安全系統(tǒng)和電子設(shè)備的理想選擇。

平面變壓器與傳統(tǒng)的變壓器相比最大的區(qū)別在于鐵芯及線(xiàn)圈繞組。平面變壓器采用小尺寸的E型、RM型或環(huán)型鐵氧體磁芯，通常是由高頻功率鐵氧體材料制成，在高頻下有較低的磁芯損耗;繞組采用多層印刷電路板迭繞而成，繞組或銅片迭在平面的高頻鐵芯上構(gòu)成變壓器的磁回路。這種設(shè)計(jì)有低的直流銅阻、低的漏感和分布電容，可滿(mǎn)足諧振電路的設(shè)計(jì)要求。而且由于磁芯良好的磁屏蔽，可抑制射頻干擾。

二、平面變壓器主要特點(diǎn)

(1)高電流密度。平面變壓器的導(dǎo)線(xiàn)實(shí)際上是一些平面的導(dǎo)體，因而電流密度大。

(2)高效率。效率可達(dá)98%～99%。

(3)低漏感。約為初級(jí)電感的0.2%。

(4)熱傳導(dǎo)好。熱通道距離短，溫升低。

(5)低EMI輻射。良好的磁芯屏蔽可使輻射降到很低。

(6)體積小。采用了小型磁芯可相應(yīng)減小體積。

(7)參數(shù)可重復(fù)性好。因?yàn)槔@組結(jié)構(gòu)固定、容易預(yù)先加工，所以參數(shù)穩(wěn)定。

(8)工作頻率范圍寬。頻率可從50　kHz～2　MHz。

(9)工作溫度范圍寬。工作溫度為-40　℃～130　℃。

(10)絕緣性好。平面變壓器由導(dǎo)電電路與絕緣片互相重疊構(gòu)成，從而保證繞組之間、初—次級(jí)及次—次級(jí)間可達(dá)4kV絕緣隔離。

三、平面變壓器的性能

這種結(jié)構(gòu)的變壓器體積小，高度有8mm和12mm兩種。繞線(xiàn)匝數(shù)大大少于傳統(tǒng)的變壓器，結(jié)構(gòu)更緊湊，磁耦合大大優(yōu)于傳統(tǒng)的變壓器，漏抗小于0.2%，所以它可以在更高的頻率下工作，有利于電源轉(zhuǎn)換效率的提高。緊密的磁芯的幾何形狀限制了熱點(diǎn)的產(chǎn)生，降低了熱耗，因此允許更高的能量密度。同時(shí)本身的散熱條件大大優(yōu)于傳統(tǒng)的變壓器。所以平面變壓器的體積、重量大大降低，而效率更高。更重要的是，它為開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)變壓器提供了一個(gè)通用的選擇，省去了復(fù)雜的計(jì)算、選料和變壓器繞制過(guò)程。它在簡(jiǎn)化和優(yōu)化設(shè)計(jì)的，還同時(shí)縮小了體積，降低了成本。所以平面變壓器非常適合應(yīng)用在低壓(1～60V　、大電流(30A/每磁芯)的開(kāi)關(guān)電源或逆變電源的設(shè)計(jì)中，對(duì)變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沒(méi)有限制。

四、平面變壓器的分類(lèi)

1、PCB型變壓器，印刷電路PCB型變壓器可以省去繞組骨架，能增大散熱面積，能夠減小在高頻工作時(shí)由集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)所引起的渦流損耗，也能夠增大電流密度，其電流密度高可以達(dá)20A/mm，功率大，工藝簡(jiǎn)單。但用PCB，窗口利用率低，僅為0.25~0.3，傳統(tǒng)變壓器的窗口利用率為0.4，其體積也較大。PCB型變壓器其功率可高達(dá)20kW，頻率可達(dá)兆赫數(shù)量級(jí)。采用pulse的平面技術(shù)，多層PCB夾在磁芯之間，薄型高效鐵氧體平面變壓器，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、薄膜型變壓器，薄膜型變壓器是一種用磁性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(guò)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)采用金屬磁性材料，如坡莫合金、鐵硅鋁和非晶合金。主要是因?yàn)樗鼈冇懈連S和高磁導(dǎo)率。Tsuijimotl等人用帶式(銅厚35μm，長(zhǎng)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(kāi)關(guān)電源，77.5%鐵氧體材料(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(kāi)發(fā)新的成膜技術(shù)。目前國(guó)外主要采用PVD、CVD等沉積技術(shù)化學(xué)蝕刻，激光燒蝕法、光照射低溫鍍膜法等成膜技術(shù)。YamaguchiK等設(shè)計(jì)制作的微型變壓器，其面積只有2.4mm×3.1mm，在10MHz時(shí)效率可達(dá)67%。

3、厚膜變壓器，厚膜變壓器是為了克服薄膜變壓器中導(dǎo)體電阻大的缺陷而提出的。以氧化鋁作基體，采用厚膜工藝，在其上、下表面各印制了初級(jí)和次級(jí)繞組，用鐵氧體制作的平面變壓器在2MHz，輸出功率為75W時(shí)，效率達(dá)85%。厚膜工藝制造出的平面變壓器效率一般較低，因此尋求更進(jìn)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(shí)現(xiàn)平面變壓器高頻集成化的關(guān)鍵。

五、平面變壓器在電源中的運(yùn)用

(1)除了合理布局和控制電路采用了表面貼工藝來(lái)節(jié)省空間外，還采取了更有效的措施來(lái)避免傳統(tǒng)體積較大的高頻功率變壓器占用有限的空間。

(2)工作環(huán)境溫度高。相對(duì)于其它整流模塊-25　℃～+50　℃的工作環(huán)境，

該模塊能工作在-25　℃～+70　℃的環(huán)境中，以滿(mǎn)足一些惡劣條件的需求。因此，正常工作時(shí)，模塊內(nèi)部溫升會(huì)更加高，要求變壓器能承受高溫。

(3)該模塊的EMI、雜音等指標(biāo)要求高。要求有切實(shí)的措施來(lái)改進(jìn)這些方面。

(4)模塊體積小，效率高，間接要求模塊的熱損耗小。

鑒于以上的幾點(diǎn)要求，結(jié)合平面變壓器的優(yōu)點(diǎn)，在變壓器設(shè)計(jì)方案中優(yōu)先考慮采用平面變壓器。在結(jié)構(gòu)體積很小的情況下，平面變壓器的電流密度高，漏抗小，非常適合低電壓大電流的開(kāi)關(guān)電源。應(yīng)該注意的是，由于常規(guī)變壓器都是將圓柱形導(dǎo)線(xiàn)纏繞在鐵氧體磁芯上，高頻電流集中在導(dǎo)線(xiàn)表面的附近(趨膚效應(yīng))，會(huì)降低有效傳導(dǎo)性能。而在平面型變壓器里，其“繞組”是做在敷銅印制電路板上的扁平傳導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)。扁平的幾何形狀降低了開(kāi)關(guān)頻率較高時(shí)趨膚效應(yīng)的損耗。因此，能最有效地利用銅導(dǎo)體的表面導(dǎo)電性能，效率要比傳統(tǒng)的高。

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