，初級線圈所產(chǎn)生的磁通并非都穿過次級線圈，于是就產(chǎn)生了漏感
，電磁耦合的緊密要求也無法滿足
。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(tǒng)的漆包線
，而是一片銅皮
，貼繞在多個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數(shù)
，而且平面變壓器的輸出電流可以通過并聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)充，以滿足設(shè)計(jì)的要求
。因此
，平面變壓器的特點(diǎn)就顯而易見了：平面繞組的緊密耦合使得漏感大大地減小
；平面變壓器特殊的結(jié)構(gòu)使得它的高度非常的低
，這使變換器做在一個板上的設(shè)想得到實(shí)現(xiàn)
。但是，平面結(jié)構(gòu)存在很高的容性效應(yīng)等問題
，大大限制了它的大規(guī)模使用
，不過
，這些缺點(diǎn)在某些應(yīng)用中
，也有可能轉(zhuǎn)換為一種優(yōu)點(diǎn)。另外
，平面的磁芯結(jié)構(gòu)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
。繞組問的間隙越大意味著漏感越大，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(jié)合
，使得在相鄰的匝數(shù)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(dǎo)導(dǎo)線或是直接用銅泊。扁平的幾何形狀降低了開關(guān)頻率較高時趨膚效應(yīng)的損耗
，也就是渦流損耗
。因此，能較有效地利用銅導(dǎo)體的表面導(dǎo)電性能
，效率要比傳統(tǒng)變壓器高得多
。圖1給出了一個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
，在滿足電氣絕緣的情況下，應(yīng)該選用較薄的絕緣體來獲得**的漏感值
。
然而
，容性效應(yīng)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(dǎo)線使得容性效應(yīng)非常的明顯
。而且絕緣材料的選取對容性值也有著非常大的影響
，絕緣材料的介電常數(shù)越高
，變壓器的容性值越高。而容性效應(yīng)會引起EMI
，因?yàn)閺某跫壍酱渭壍睦@組中只有容性回路的繞組傳播這種干擾
。為了驗(yàn)證，筆者做了一個試驗(yàn)
，在銅導(dǎo)線的間隙增加O．2mm的情況下
，而電容值就減少了20％。因此
，如果需要一個比較低的電容值
，則必須在漏感和電容值之間做出一個折中的選擇。
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
，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
，同時使得電流平均分布，減小變壓器損耗
。
現(xiàn)在插入技術(shù)的研究被分為兩個方面
，即應(yīng)用于變壓器的插入（正激電路）和應(yīng)用于連接電感器的插入（反激電路）。因此
，插入技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)被放在不同的拓?fù)渲凶鳛椴煌拇判圆考硌芯俊?br />
2.1 應(yīng)用于平面變壓器的插入技術(shù)
應(yīng)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儲存的空間減少
，導(dǎo)致漏感的減少；
2）使電流傳輸過程中在導(dǎo)體上理想分布
，導(dǎo)致交流阻抗的減少
；
3）繞組間更好的耦合作用，導(dǎo)致更低的漏感
。
為了說明插入技術(shù)的特征
，圖4給出了應(yīng)用3種不同插入技術(shù)的結(jié)構(gòu)，P代表初級繞組
，s代表次級繞組
。試驗(yàn)顯示SPSP結(jié)構(gòu)是zui好的，因?yàn)槌跫壓痛渭壍睦@組都是間隔插人的
。圖5顯示了在500 kHz時
，3種結(jié)構(gòu)的交流阻抗和漏感值，通過比較可以很容易地發(fā)現(xiàn)應(yīng)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
。
2．2 多繞組變壓器中平面結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢
平面變壓器另一個重要的優(yōu)點(diǎn)是高度很低，這使得在磁芯上可以設(shè)置比較多的匝數(shù)。一個高功率密度的變換器需要一個體積比較小的磁性元件
，平面變壓器很好地滿足了這一要求
。例如，在多繞組的變壓器中需要非常多的匝數(shù)
，如果是普通的變壓器將會造成體積和高度過大
，影響電源的整體設(shè)計(jì)，而平面變壓器則不存在這一問題
。
另外
，對于多繞組的變壓器來說，繞組間保持很好的耦合非常重要
。如果耦合不理想則漏感值增大
，將會使得次級電壓的誤差增大。而平面變壓器因?yàn)榫哂泻芎玫鸟詈?div id="d48novz" class="flower left">
，使得它成為zui佳的選擇。
2．3 在不同拓?fù)渲衅矫孀儔浩鞯淖饔?br />
在不同的拓?fù)渲?div id="d48novz" class="flower left">
，磁性元件的作用也是不同的
。在正激變換器中的變壓器，磁性能量在主開關(guān)管開通的時候由初級繞組傳遞到次級繞組中
。然而
，在反激變換器中的“變壓器”并不完全是一個變壓器，而是兩個連接的電感器
。在反激拓?fù)渲械?ldquo;變壓器”在主開關(guān)管開通的時候初級繞組儲存能量
，而在關(guān)閉的時候?qū)⒛芰總魉偷酱渭壚@組。因此
，這種插入技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)同上面相比是不同的
。應(yīng)用于這種變壓器的插入技術(shù)的特點(diǎn)如下：
1）在磁芯中儲存的能量沒有減少，因?yàn)殡娏髟谀硶r刻只能在一個繞組中流動
，并且沒有電流補(bǔ)償
；
2）電流的分布并不理想，原因同上
，因此交流阻抗也沒有減?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">。?br />
3）插入使得繞組間產(chǎn)生較好的耦合
，因此有比較小的漏感值
。
3 平面變壓器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)
平面變壓器的優(yōu)點(diǎn)如上所述，同樣它也有缺點(diǎn)
，其*主要的缺點(diǎn)就是設(shè)計(jì)的過程非常復(fù)雜
，而且設(shè)計(jì)成本也非常高。
下面介紹一種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)平面變壓器的程序步驟［3］;它通過提供一個標(biāo)準(zhǔn)的匝數(shù)模型的設(shè)計(jì)，使之能夠被使用于不同的平面變壓器中
，從而使得設(shè)計(jì)過程大大簡化
，費(fèi)用大大降低。
在雙面PCB板的每一層都是由一到多匝的繞組組成的
，而且所有的層都保持著一樣的物理特性：即相同的形狀和相同的外部連接點(diǎn)
。在有些多匝的層次中，這個外部連接點(diǎn)是不同匝數(shù)間的電氣連接點(diǎn)
。如果有些層只有一匝
，它也可以被印制在PCB的雙面來降低交流阻抗。使用銅箔直接印制在PCB板上來替代傳統(tǒng)的導(dǎo)線
，即使在許多需要很多匝數(shù)的開關(guān)電源中
，變壓器依舊能保持一個很小的體積，這便大大減小了整機(jī)的體積
。具體的設(shè)計(jì)步奏和注意事項(xiàng)請參閱文獻(xiàn)［3］
。圖6顯示了一個頂層的標(biāo)準(zhǔn)匝數(shù)設(shè)計(jì)的例子，它使用的是罐形（RM）磁芯
。
銅箔高度按照對應(yīng)于*大開關(guān)頻率時的趨膚深度選取
，這樣可以使銅箔的所有部分都成為電流通路，大大減少集膚效應(yīng)的影響
。因此
，應(yīng)該使每一種開關(guān)頻率對應(yīng)于不同的銅箔高度。
4 實(shí)驗(yàn)論證
為了比較平面變壓器和傳統(tǒng)變壓器
，分別做了兩種變壓器的模型
，一種使用平面結(jié)構(gòu)并使用了插入技術(shù)，另一種使用銅線分別在初級和次級繞制而成
。兩種變壓器都被運(yùn)用于一個互補(bǔ)控制的半橋變換器中
。兩個變壓器的參數(shù)如下：
初級 12匝：
次級兩個l匝的繞組（1：1中*抽頭）。
傳統(tǒng)變壓器使用漆包線作為繞組
，雖然在這些線圈中電流密度不盡相同
，選擇電流密度小于7.5A／mm。
平面變壓器初級繞組做成4層
，有4個并列的次級
。這個變壓器的*終結(jié)構(gòu)如圖7所示。
兩種變壓器都使用了同樣的磁芯RM10
，比較了兩種變壓器的漏感
，交流阻抗和占用的面積，結(jié)果列于表1
。
由表1可知
，平面變壓器的漏感*為傳統(tǒng)變壓器的1／5，交流阻抗也*為l／3，由此可見這將大大提高變換器的工作特性
。而且
，由于結(jié)構(gòu)的更加緊湊，使得可以使用更小的RM8磁芯
。
5 結(jié)語
平面變壓器在減小漏感
、交流阻抗等方面有著非常大的優(yōu)點(diǎn)，并且因?yàn)轶w積的小巧使之成為一種非常好的磁性元件
。給出了一種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)平面變壓器的方法
，使得設(shè)計(jì)平面變壓器變得更加容易，成本也將大大降低
?div id="4qifd00" class="flower right">
？梢灶A(yù)見，平面變壓器將有著相當(dāng)好的應(yīng)用前景
。
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