印刷電路型平面變壓器 - 電子變壓器的技術(shù)發(fā)展趨勢

　　3 印刷電路（PCB）型平面變壓器

　　3.1 概述

　　平面變壓器是一種繞組集成在多層印刷電路板上的變壓器，利用先進(jìn)的印刷電路制造工藝技術(shù)，將扁平的薄銅片或者若干蝕刻在絕緣薄片上的平面銅繞組在多層板上形成螺旋式線圈，適用于制作高頻、高壓的中、小功率平面變壓器［5~7］。

　　與傳統(tǒng)變壓器相比，平面變壓器的多層制造過程采用機(jī)械加工，提高了繞組的一致性;繞組的幾何形狀及有關(guān)寄生特性限定在PCB制造公差之內(nèi)，可重復(fù)性好;平面變壓器的繞組是由薄銅層構(gòu)成，同時(shí)整個(gè)變壓器結(jié)構(gòu)扁平化，降低了集膚效應(yīng)的損失;平面變壓器的這種設(shè)計(jì)有低直流銅阻，低的漏感和分布電容的優(yōu)點(diǎn)，可充分滿足諧振電路的要求;同時(shí)由于磁芯具有良好的磁屏蔽性，因而可較好的抑制射頻干擾。

　　3.2 平面變壓器的結(jié)構(gòu)

　　平面變壓器由一付方形鐵氧體鐵芯、銅板、PCB板組裝而成，兩只鐵氧體磁芯用環(huán)氧樹脂粘接在一起。

　　平面變壓器（單元）只有一匝網(wǎng)狀次級繞組，這一匝繞組也不同于傳統(tǒng)漆包線，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(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，以漏足設(shè)計(jì)要求。并且平面變壓器原邊繞組的匝數(shù)通常也只有數(shù)匝，不僅有效降低了銅損和分布電容、電抗，而且為繞制帶來了很多便利。由于磁芯是用簡單的沖壓件組合而成的，性流的一致性大大提高，也為大批量生產(chǎn)降低了成本。

　　圖4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4 一個(gè)平面變壓器的剖面圖

　　3.3 平面變壓器的特點(diǎn)

　　（1）電流分配均等

　　典型的平面變壓器副邊繞組有若干個(gè)并聯(lián)的線圖。每個(gè)副邊繞組都和同一個(gè)原邊繞組相耦合。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(lì)磁電流）。這種特性對并聯(lián)整流電路特別有用。繞組電流分配均等，在并聯(lián)整流電路中就不影響其它元件。

　　（2）很高的電流密度

　　平面變壓器有很好的溫升特性設(shè)計(jì)。因?yàn)檫@些特性，所以它能在很小的封裝體積內(nèi)達(dá)到很高的電流密度，最高可達(dá)到20A/mm2。

　?。?）高效率密度

　　因?yàn)槠矫孀儔浩髟某叽绾苄。?它具有很好的溫度耗散特性，所以能和有關(guān)的半導(dǎo)體器件和電感緊密地封裝在一起，實(shí)現(xiàn)的電流密度達(dá)到30A/模塊。

　?。?）高效率

　　低漏電感，使它能具有很快的開關(guān)時(shí)間，很低的交叉損耗，就能使它達(dá)到很高的效率。這種變壓器副邊繞組和原邊繞組損耗是很小的。

　　（5）低的漏電感

　　繞組與繞組之間的良好耦合，就能使繞組匝間的漏電感保持最小值。輸出端到輔助部件的連線很短而且是緊配合，所以繞組上的漏電感也是最小的。

　　（6）很好的高頻特性

　　在這之前，當(dāng)變壓器運(yùn)行在高頻時(shí)會使開關(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(jì)又好的變壓器模塊。它可工作在150 kHz~750 kHz之間。

　?。?）很好的熱耗散特性

　　平面變壓器具有高的面積體積比，很短的熱通道的小元件，有利于散熱。原邊和副邊繞組之間的匝間損耗很小。這種磁芯能有效地減少磁芯損耗，所以它能做到高磁通密度。它可在-40℃~130℃之間工作。

　?。?）絕緣強(qiáng)度高

　　平面變壓器很容易按要求的絕緣層數(shù)、厚度進(jìn)行絕緣。能按客戶對漏電感距離的要求進(jìn)行介電絕緣。

　?。?）結(jié)構(gòu)簡單

　　平面變壓器是由少量部件和最少的繞組構(gòu)成的，這種模塊在自動化裝配中特別適用。

　?。?0）外形低

　　平面變壓器中所用的磁芯是很小的，并能排列在平板的表面上。每一磁芯單元外形在3mm~32mm范圍內(nèi)。

　?。?1）低成本

　　整個(gè)變壓器是由少量有關(guān)的廉價(jià)元件組成，加上組裝又很方便，所以變壓器的成本是很低的。

　　3.4 平面變壓器的應(yīng)用

　　3.4.1 平面變壓器的應(yīng)用領(lǐng)域

　　平面變壓器從問世到現(xiàn)在短短的10多年間，主要用途在直流開關(guān)電流（AC-DC變換，DC-DC變換），可廣泛應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)，通信電源、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字化電視、筆記本電腦，數(shù)字音響、汽車電子、電力設(shè)備、航天航空電源、雷達(dá)等開關(guān)電源領(lǐng)域。平面變壓器是軍用、工業(yè)電源小型化必經(jīng)之路。

　　平面變壓器非常適合應(yīng)用在低壓（1~60V）、大電流（30A/每磁芯）的開關(guān)電源或逆變電源的設(shè)計(jì)中。

　　（1）平面變壓器制成的5W~60W功率范圍DC~DC變換器，已應(yīng)用于電信系統(tǒng)插卡式板上電源。

　　（2）平面變壓器應(yīng)用于氙弧燈鎮(zhèn)流器DC—DC變換器，已經(jīng)在中檔轎車中使用。

　?。?）寬帶傳輸（ISDN網(wǎng)絡(luò)之間的信號傳輸）應(yīng)用的平面變壓器，也顯示了良好的發(fā)展前景。

　?。?）在國防、航空、航天等對重量和穩(wěn)定性要求高的領(lǐng)域，平面變壓器的應(yīng)用給系統(tǒng)的小型化開拓一個(gè)嶄新的局面。

　　3.4.2 平面變壓器使用原則

　　平面變壓器的使用主要有以下三個(gè)原則：

　?。?）根據(jù)輸入電壓大小來選用相應(yīng)型號的平面變壓器;

　?。?）根據(jù)輸出電流的大小來確定并聯(lián)的平面變壓器個(gè)數(shù);

　?。?）根據(jù)輸入輸出電壓的大小來確定變比及原邊繞組匝數(shù)。