論平面變壓器在開關電源中的技術優勢

　　2．2 多繞組變壓器中平面結構的優勢

　　平面變壓器另一個重要的優點是高度很低，這使得在磁芯上可以設置比較多的匝數。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，如果是普通的變壓器將會造成體積和高度過大，影響電源的整體設計，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。而平面變壓器因為具有很好的耦合，使得它成為最佳的選擇。

　　2．3 在不同拓撲中平面變壓器的作用

　　在不同的拓撲中，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。在反激拓撲中的“變壓器”在主開關管開通的時候初級繞組儲存能量，而在關閉的時候將能量傳送到次級繞組。因此，這種插入技術的優點同上面相比是不同的。應用于這種變壓器的插入技術的特點如下：

　　1)在磁芯中儲存的能量沒有減少，因為電流在某時刻只能在一個繞組中流動，并且沒有電流補償；

　　2)電流的分布并不理想，原因同上，因此交流阻抗也沒有減小；

　　3)插入使得繞組間產生較好的耦合，因此有比較小的漏感值。

　　3 平面變壓器的標準化設計

　　平面變壓器的優點如上所述，同樣它也有缺點，其最主要的缺點就是設計的過程非常復雜，而且設計成本也非常高。

　　下面介紹一種標準的設計平面變壓器的程序步驟[3];它通過提供一個標準的匝數模型的設計，使之能夠被使用于不同的平面變壓器中，從而使得設計過程大大簡化，費用大大降低。

　　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。在有些多匝的層次中，這個外部連接點是不同匝數間的電氣連接點。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板上來替代傳統的導線，即使在許多需要很多匝數的開關電源中，變壓器依舊能保持一個很小的體積，這便大大減小了整機的體積。具體的設計步奏和注意事項請參閱文獻[3]。圖6顯示了一個頂層的標準匝數設計的例子，它使用的是罐形(RM)磁芯。

　　銅箔高度按照對應于最大開關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，大大減少集膚效應的影響。因此，應該使每一種開關頻率對應于不同的銅箔高度。

　　4 實驗論證

　　為了比較平面變壓器和傳統變壓器，分別做了兩種變壓器的模型，一種使用平面結構并使用了插入技術，另一種使用銅線分別在初級和次級繞制而成。兩種變壓器都被運用于一個互補控制的半橋變換器中。兩個變壓器的參數如下：

　　初級 12匝：

　　次級兩個l匝的繞組(1：1中心抽頭)。

　　傳統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。這個變壓器的最終結構如圖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，結果列于表1。

　　由表1可知，平面變壓器的漏感僅為傳統變壓器的1／5，交流阻抗也僅為l／3，由此可見這將大大提高變換器的工作特性。而且，由于結構的更加緊湊，使得可以使用更小的RM8磁芯。

　　5 結語

　　平面變壓器在減小漏感、交流阻抗等方面有著非常大的優點，并且因為體積的小巧使之成為一種非常好的磁性元件。給出了一種標準的設計平面變壓器的方法，使得設計平面變壓器變得更加容易，成本也將大大降低。可以預見，平面變壓器將有著相當好的應用前景。