平面变压器在高频开关电源中的应用

开关电源平面变压器在高频开关电源中的应用张凯张凯洪王晓红31武汉普天通信设备集团有限公司。湖北武汉4300352清华大学电机系。北京100084；3.武汉市商业建筑设计院，湖北武汉430070有关平面变压器的设计制造等方面的问，1简介变压器是电源中的个元件。传统的变压器通常山铁氧体磁芯及锏线1洲构成，休枳妮大而1容易产生电磁干扰。本文介绍的平面变压器155，161可有效地解决体积及高频问。

平面变压器与传统的变压器相比大的区别在于铁芯及线圈绕组。平面变压器采用小尺寸的瓦型，型或环型铁氧体磁芯。通常是山高频功率铁体村料制成，在高频1有较低的磁芯损耗绕组采用多层印刷电路板迭绕而成绕组或铜片迭在平面的高频铁芯上构成变压器的磁回路。这种设计有低的直流铜阻低的漏感和分布电容，可满足谐振电路的设要求。而且由厂磁芯良好的磁屏可抑制射频干扰。

平面变吒器与传统的变玉器相比主要有以下高电流密度。平面变压器的导线实际上是些平面的导体因而电流密度大。

高效率。效率可达9899.

3低漏感，约为初级电感的0.2.

4热传导好。热通道距离短，温升低。

6.低河1辐射。以好的磁芯碎蔽可使辐射降到很低。

体积小。采用了小型磁芯可相应减小体积=参数可重复性好。因为绕组结构固定预先加工好。所以参数稳定。

工作频率范围宽。频率可从50通信电源技术10绝缘性好。平面变压器由导电电路与绝缘片互相重迭构成从而保证绕组之间初次级及次次级间可达4绝缘隔离。

2平面变压器在开关电源中的运用由武汉普天通信设备集团有限公司开发的0河人42412.5型整流模块具有如下的特点体枳小该整流模块的外形尺寸为制电路采用了面贴工艺来节省空间外，还采取1更仃效的措施来避免传统体枳较大的频功率变压器占用有限的空间。

工作环境温度高。相对于其它整流模块25，+50的工作环境，该模块能工作在25，+70的环境中，以满足些恶劣条件的需求。因此，正常工作时，模块内部温升会更加高，要求变压器能承受高温该，块的河1杂音等指标要求尚。要求切实的措施来改进这些方肌模块体积小，效率高，间接要求模块的热损耗小。

鉴于以上的几点要求，结合平面变压器的优点，在变压器设计方案中优先考虑采用平面变压器。在结构体积很小的情况下，平面变压器的电能的少。对比参考磁芯损耗。频率和磁芯尺寸与输，功率关系的乾选择是出公司的58平面磁芯。匝比也是决定变压器可行性的重要因素，可通过下面的公式计算。

大占空比，心；是大输出电压。

如果58平面磁芯截面积2的整个磁芯损耗限制为3.5为防止过热的小实验数值，则损耗密度大约150，1.米用铁氧体磁性材料，7或33，佳单向磁摆幅值初级线圈匝数让算公式电源。应该注意的是，由于常规变压器都是将圆杵形导线缠绕在铁闱体磁芯上。高频电流集中在导线衣而的附近趋肤效应。会降低效传导性能。而在平面型变压器里，其绕组是做在敷铜印制电路板上的扁个传导导线扁平的几何形状降低了开关频率较高时趋肤效应的损耗。因此，能设有效地利用铜导体的面导电件能。效率要比传统的高。

3局频功半变压器的设计此处尔为58磁芯有效截面积；是初级开通，间5足磁感应，量，付模块采用的双管正激工作方式来说，该值为两倍的佳单相磁摆幅值。因此，由公式1.2可以算出初级次级由于采用空气对流冷却，磁芯损耗3.5界是可接受的仇在般状态因为工作电压为54，占空比和磁感应增量会低于上面的设定位，所以损耗会更小+过1注意的是，251时的磁芯损耗几乎为100时的两倍，3.1变压器工作电路报据1的流模块简单结构。可以至变器初级绕稂两端分，冗0变换的河相连；次级绕组的输端连在输出极管的正极。

3.2变压器磁芯损耗铁损3.3变压器绕组损耗铜损绕组的设计是需要经过实验产生的。计算绕组损耗是非常复杂的，且经常容易产生错误结论。

特别是由于极管的反向恢复电流导致的高频谐波也决定了损耗，所以在计算时都要考虑。这要求用到反向恢复电流值和傅里叶函数来计算每个从磁芯损耗角度考虑，变压器队数需妒何湖撒但足。反向恢复撕变压器的漏电感的确立。所以只有当变压器建立起来后，漏电感才能测出。好的方法是通过反豇较来碗认。牛通过温升实验来骀证设计。

能提供低的漏磁通和低的涡流损耗的简单结构是两层初级绕组之间夹层次级绕组的绕法又称明治绕法。从低成本和易接受性能考虑，此种迭绕的方式迎常也是设计的出发点。户面变压器的，印制屯路板结构类似于锏箔绕组，也，以使损耗降低。

选择初级次级锏箔以度的原则是没有迭绕深度，的两倍。每次迭绕会使绕组有效厚度，加倍，允许使用更厚铜箔。终的绕组设计方案是采取叫分之次级绕组半初级绕纟，半次级绕纟，半初级绕组。后；分之次级绕组的迭绕方式，2.这样的效果使得有效铜箔厚度为无迭绕设计时的4倍。变压器剩1磁芯窗1节间采用1绝缘片填允，减小绕机间电界试3.4安全问在设计敷铜印制板绕组时，初级距磁芯次级距磁芯的间距均大于4，使得整个漏电距离大尸8.满足，50相关绝缘等级标准=4结构设计组装次级绕组山数块薄印制板；连组成，与初级类似，输出端连在1中输出=极管0的正极。

初级次级绕组采用2的方式进行交替迭放，组间层间及绕组与磁芯间均需垫绝缘片。另外，由于变压器工作在高温环境中，用来焊接串连印制板铜带的焊锡必须是耐商温的整个变压器装配后的外观3.输出端子焊接在主电路板上，弹簧夹用于固定变压器在主电路板的安装槽中。

5结论变压器装配完成后的体积大约为6，父412，1.经测人，漏1感为3.51.为初级线1轧的22，初级对次级的电容量仅为=山卞面变压器制成的整流模块能在2550范围满功率输出，70时5，功率输出；杂音指标良好；效率较以往设计有所提高。该产品样机通过了严格的型式测试，并投入批量生产。实践证叫。采平讪货味器的设计方案是可行的，达到了预期效果。

除了开关电源外，平面变压器还可运用于更广泛领域，如数码相机汽车电子宽带传输等。

总之，小型化平面化的电感铁氧体元件将更加引起人们的兴趣。相信在某些技术领域平面变压器会逐步取代传统变压器，并能实现规模化生产，1张占松，蔡宣。开关电源的原理与设计叫。北京电子工业出版社，1998.

初级绕组由数块双面敷铜的薄印制板电路组成每块印制板有几匝线圈，所有线圈通过铜带串连起来。绕饥端与1的稂5丁1中