平面变压器在开关电源中的应用
模块电源中平面变压器的设计与应用
模块电源中平面变压器的设计与应用平面变压器是一种特殊的变压器，它采用平面线圈结构，相对于传统的线圈结构，具有体积小、重量轻、功率密度高、成本低等优点。
这使得平面变压器在电子设备中得到了广泛的应用。
本文将从设计和应用两个方面，介绍平面变压器的相关知识。
一、平面变压器的设计1.线圈结构设计平面变压器的线圈主要由两个平行排列的薄片形成，每个薄片上绕有若干层线圈。
为了提高变压器的效率，一般采用高导磁率材料，如硅钢片，以减小磁通的损耗。
此外，薄片的宽度应根据设计的功率和频率来确定，需要满足一定的磁通密度和电流密度。
2.选材设计平面变压器的选材设计主要涉及材料的导磁性能和绝缘性能。
对于导磁材料，一般采用具有高导磁率和低回磁特性的材料。
对于绝缘材料，一般需要具有较高的击穿电压和耐热性。
此外，还需要考虑材料的成本、可加工性以及环境友好性等因素。
3.磁芯设计平面变压器的磁芯一般采用环形状，以方便线圈绕制。
磁芯的选用应考虑其导磁性能和磁阻特性，以减小磁通的损耗。
同时，磁芯的尺寸和形状也需要根据设计的功率和频率来确定，以满足一定的电感值和磁通密度要求。
4.散热设计由于平面变压器的功率密度较高，因此散热设计非常重要。
一般可以通过增加散热片的面积、使用导热材料等方式来提高散热效果。
另外，也可以通过合理的线圈布局来提供空气流动，从而提高散热效果。
二、平面变压器的应用1.电源模块平面变压器广泛应用于各种电源模块中，如手机充电器、笔记本电源适配器等。
由于平面变压器的体积小、重量轻，非常适合于电源模块的紧凑设计。
此外，平面变压器还具有高效率、低磁声等特点，可以提高电源模块的整体性能。
2.通信设备平面变压器也被广泛应用于通信设备中，如路由器、交换机等。
通信设备对电源的稳定性和转换效率要求较高，平面变压器可以满足这些要求。
同时，平面变压器还具有高密度布局和低漏磁等特点，可以减小设备体积，提高系统的集成度。
3.汽车电子随着电动汽车的普及，平面变压器也开始在汽车电子中得到应用。
平面变压器的技术分析
平面变压器的技术分析中心议题：平面变压器的特性研究平面变压器的插入技术平面变压器的标准化设计解决方案：使变压器中磁性能量储存的空间减少，导致漏感的减少使电流传输过程中在导体上理想分布，导致交流阻抗的减少绕组间更好的耦合作用，导致更低的漏感磁性元件的设计是开关电源的重要部分，因为平面变压器在提高开关电源的特性方面有着很大的优势，因此近年来得到了广泛的应用。
对于一个理想的变压器来说，初级线圈所产生的磁通都穿过次级线圈，即没有漏磁通。
而对普通变压器来说，初级线圈所产生的磁通并非都穿过次级线圈，于是就产生了漏感，电磁耦合的紧密要求也无法满足。
而平面变压器只有一匝网状次级绕组，这一匝绕组也不同于传统的漆包线，而是一片铜皮，贴绕在多个同样大小的冲压铁氧体磁芯表面上。
所以，平面变压器的输出电压取决于磁芯的个数，而且平面变压器的输出电流可以通过并联进行扩充，以满足设计的要求。
因此，平面变压器的特点就显而易见了：平面绕组的紧密耦合使得漏感大大地减小；平面变压器特殊的结构使得它的高度非常的低，这使变换器做在一个板上的设想得到实现。
但是，平面结构存在很高的容性效应等问题，大大限制了它的大规模使用，不过，这些缺点在某些应用中，也有可能转换为一种优点。
另外，平面的磁芯结构增大了散热面积，有利于变压器散热。
1平面变压器的特性研究如前所述，平面变压器的优点主要集中在较低的漏感值和交流阻抗。
绕组问的间隙越大意味着漏感越大，也就产生更高的能量损失。
平面变压器利用铜箔与电路板间的紧密结合，使得在相邻的匝数层间的间隙非常的小，因此能量损耗也就很小了。
在平面型变压器里，其“绕组”是做在印制电路板上的扁平传导导线或是直接用铜泊。
扁平的几何形状降低了开关频率较高时趋肤效应的损耗，也就是涡流损耗。
因此，能最有效地利用铜导体的表面导电性能，效率要比传统变压器高得多。
图1给出了一个平面变压器的剖面图，并且利用两层绕组间距离的不同，而获得在不同间隙下的漏感和交流阻抗值。
平面变压器在电源中的设计应用
平面变压器在电源中的设计应用文章通过对平面变压器所具有的特点进行系统的分析，并且结合在电源中的一些实例，从而进一步探讨平面变压器设计和实际应用等问题。
标签：平面变压器；开关电源；集肤效应前言现代的工作和生活对许多电子产品提出了小型化的要求。
而作为电子产品工作的能源-开关电源是必不可少的。
特别是功率较大的电子产品，电源部分占据了较大的体积和重量，。
而在在开关电源中，磁性器件大概占到开关电源体积和重量的30%-40%。
降低磁性器件的体积和重量就显得尤为重要。
平面变压器具有体积小，功率密度高刚好能满足这些要求。
因此，平面变压器取代传统变压器是开关电源发展的一个趋势。
1 平面的绕组特点平面变压器绕线方式就是借鉴了印制电路板的形成方式，平面变压器具有很多优点。
下面我们就对其特点进行分析，第一，平面变压器绕线方式就是借鉴了印制电路板的形成方式，使用这种方式对其进行生产，实际效率相对较高；第二，平面变压器的实际绕组参数是统一的，相对的离散性比较小；第三，平面变压器使用的是高性能的绝缘材料，使压层、线圈之间的保持良好的绝缘性；第四，其实际的引脚的位置可以根据实际需要进行自由分配，局限性相对较小，数量上也能够随之进行增减；第五，能够将集肤效应降到最低；第六，其相对的物理结构相当密实，线圈的固化结构也非常紧密、不需要使用支架进行绕线，自激振荡性小，相对能量的损耗也较小；第七，还能与控制应用模板进行统一的设计和装配。
由于平面变压器是一种新型的技术，不管是在理论上、材料的性能上、电能的性能指标、实际体积等众多方面有一定的提升和创新。
2 实际应用我们在平面变压器电源中的可行性实验里，使用文中提到的理论依据进行研究，从而进行了一系列工程化的工作，其平面变压器的电源有很多种不同的设计。
以320VDC/12VDC 25A变换器为例，对比常规变压器以及平面变压器。
将双管反激电路作为主电路，将开关频率黄蓉胡阳设置为100千赫，借助普通高频变压器的设计方案，联合应用两个EI33型磁芯，设计30匝原边，使用0.81毫米直径的漆包线作为绕组，2匝副边，0.3毫米铜皮的绕组，将2层使用并联的方式。
电子元器件应用-平面变压器介绍及应用
平面变压器海玛格有限公司公司简介英国海玛格有限公司的前身是平面磁体有限公司。
自1996年开始该公司就是英国平面变压器技术的领军企业。
作为公司的核心，我们的工程师团队已经开发出了35瓦至58千瓦功率范围内的平面变压器。
除此之外我们还全力以赴为客户量身订造使用平面变压技术的电源转换器。
许多公司对于平面变压技术还处于初级了解阶段，所以我们相信我们在平面变压技术方面的经验会为您的新产品开发提供宝贵的帮助。
英国海玛格有限公司提供平面变压器的一站式服务。
从先期产品概念设计到最后的大批量生产，我们都会与您相伴。
我们的宗旨是为您设计符合您特殊需求的平面变压器，而不是让您的设计来适应我们的标准部件。
所以从初期的草图制作到最后产品完成的过程中我们都会给您最大尺度的灵活性。
目前海玛格有限公司30%的产品主要出口到欧洲大陆、美国和加拿大。
我们的产品具备完整的UL认证并符合ISO9001:2000的生产标准。
我们可以自豪地说在业界已有超过一百万个产品在使用我们的平面变压器。
我们公司的目标是让平面变压器成为电子工程师们在设计高频率开关电源电路时的首选。
目前我们的开发、研制和生产业务都在英国西南部靠近布里斯托（Bristol）运作。
从这里可以非常方便地到达英国所有地区及所有主要国际性出口点。
平面技术高频产品应用中平面变压器可以直接替换传统变压器。
他们可以被应用于任何希望使用SMPS 绕组拓扑的产品中，而且可以减低损耗从而增进产品的性能。
平面变压器还可以提供各种样式的端接，具有比传统变压器更高的连接灵活性。
平面变压器是所有包含开关电源设计的电子产品未来发展最关键的因素。
海玛格有限公司已经在包括电信整流器、高能电池充电器、逆变器、焊机电源和感应充电与感应加热领域成功地应用了平面变压技术。
从设计到生产阶段，平面变压技术会给予您很高的变通性。
海玛格有限公司向您提供定制解决方案。
而平面技术的高变通性会让我们最大限度地满足您独特的设计需求。
平面变压器项目研究
1.总论1.1 项目提出的背景平面变压器是在20世纪80年代开始研制，并在90年代中期开始投入使用的一种新铁氧体电感元件。
由于平面变压器适合于平面贴装，是电子产品实现轻薄小型化的主要产品。
同时，与常规的变压器相比，平面变压器不但有结构上的优势，而且还具有功率密度高、效率高、漏电低、散热性好以及成本低等优点（其具体情况如表1—1）。
所以，随着电子技术的不断发展，平面变压器的应用已经表1—1：平面变压器的优越性能表优越性具体性能高度低、体积小、重量轻一般高度均小于20mm,每100W约重15g.高功率密度比同类型的传统变压器高3倍功率适应范围大5W~25KW高电压量次级升压可以达到20KV以上高电流量每层绕组可以达到200A高效率效率可达95%~99%低漏感初级电感的0.2%以下低EMI辐射有效的磁芯屏蔽工作频率范围宽20KHz~2MHz工作温度范围宽-400C~1300C热传导效果好散热面积大组装性能好便于安装在印制板上从单一的通讯领域迅速扩展到笔记本电脑、汽车电子、医疗电子、安全系统、工业控制、数码像机、数字化电视、变频器、逆变器、各种AC/DC、DC/DC变换器以及军用雷达等多种领域。
在电子设备的电源方面，常规变压器常常会占据很大的体积，采用铁氧体磁芯的变压器体积会大大减小。
但是最近推向市场的模块电源，对变压器的要求更加严格，如小尺寸、低高度、高的输出电流、低的输出电压、小的电磁辐射以及良好的结构稳定性等等，所有这些性能在采用平面变压器后都可以得到实现。
这种变压器采用低尺寸的RM型铁氧体磁芯，选用高频功率铁氧体材料制成，在500~700KHz高频下有比较低的磁芯损耗。
在绕组结构方面，由于高频积集肤效应影响和通过大电流（如12A~30A）的要求，普通的绕线技术已经不能适应。
新设计的采用平面多层印刷电路板叠合而成的绕阻，由于其具有低的电流铜阻、低的漏感和分布电容，则可以满足高频谐振电路的要求，而且由于RM型磁芯的良好磁屏蔽，可以获得抑制射频干扰的良好效果。
平面变压器
平面变压器与应用综述Survey and application of the planar transformer1.引言高频、高功率密度的电源变换模块在电力电子设备中得到广泛的应用和发展。
要提高变换器的功率密度，关键是降低磁性元件的体积和重量。
一方面，从传统的电工磁理论考虑，对于一定的线圈窗口面积和铁芯横截面积，对最优结构，要求线圈回路和铁芯回路的长度最短，以减小铁芯总体积和线圈的平均长度；另一方面，从热设计理论考虑，最大化地增加磁性元件的散热表面积，且使从磁件热点到磁件表面积的热阻降低，从而提高功率密度。
变压器结构正经历三次更新换代。
第一次是平面变压器，体积和重量比立体变压器(普通变压器)减少80%，已形成从5W至20KW，20KHZ至2MHZ的产品，效率典型值为98%。
第二次是片式变压器，对低压大电流特别适用，高度(厚度)更进一步降低，电流可达100安以上，采用一个次级绕组多个磁芯组成，代替以前的一个磁芯多个绕组。
多个磁芯的初级绕组串联，从而达到降压隔离的要求。
内部温升比平面变压器低，只有10℃左右。
可以装在额定温升更高的基板上工作。
第三次是薄膜变压器，采用薄膜后高度低于1mm。
工作频率超过1MHZ，达到10~100MHZ。
由于采用集成电路工艺制造，成本并不增加。
是直流开关电源变压器的最新发展方向。
之所以强调"正经历"，是因为在现阶段，不同的应用范围和市场，从性能价格比出发，要求的变压器结构形式也不一样。
立体变压器仍然大量使用。
平面变压器已形成系列，正在推广。
片式变压器处于个别和小批量生产阶段。
薄膜变压器只是个别情况，仍处于研究开发阶段。
由此可见，铁氧体平面变压器将在未来的功率变换模块中发挥极为重要的作用，特别在较大功率模块中起的作用显得更为突出。
2.结构原理平面变压器通常有2个或2个以上大小一样的柱状磁芯。
现以2个磁芯的平面变压器为例介绍其结构，如图1所示。
每个磁芯柱在对角线上的两角都用铜皮连接，铜皮在通过磁芯柱时紧贴磁芯内壁。
基于平面变压器的反激式电源设计
基于平面变压器的反激式电源设计目前，我国的经济发展十分迅速，平面变压器相对于传统变压器具有漏感低、转换效率髙、散热性能好等优点。
此处以印制电路板（PCB）上铜箔绕制线圈形成集成的EI平面变压器，并进行了反激式直流电源转换电路设计。
首先运用PEMAG和Maxwell对变压器进行3D建模仿真，控制气隙使其电感量达到398.5|xH，满足变压器设计需求;通过PSPICE对电路参数进行仿真验证，优化电路参数;设计具有多路输出的反激式转换器PCB并进行打样和贴片。
电路测试结果表明该反激式电源具有100￣400V的宽输入电压，输出电压12V/6V/3.3V，最大负载电流0.5A，开关频率85kHz，效率可达82%;随着负载和占空比的变化，控制输出电压稳定，各路输出电压调整率和负载调整率均达到预期要求.标签：变压器;反激式电源;电路设计引言当前，随着开关电源性能要求的不断提高，对其技术设计提出了更高的要求。
反激变换器具有输入电压范围宽、结构简单和性能稳定等优点，广泛应用于电源设计。
本文基于UC3844设计了单端反激开关稳压电源，取得了良好的稳压效果。
1变压器设计在设计开关电源时需要注重变压器设计，电源性能会直接影响变压器设计合理性。
变压器输出功率和输入功率估算方面，按照输出电压和输出电流设计大小对总输出功率进行计算，公式如下：计算变压器最大/最小流输入电流和电压。
在经过整流桥之后，交流电最小输入直流电压和最大输入直流电压可以按照以下公式计算：最小输入直流电压计算公式中所减少的40V主要是直流纹波和整流桥压降之和，在最小值计算中主要应用上述公式。
金属氧化物半导体场效应晶体管的额定电压在600V左右，因此在Vin（max）位置需要预留30V裕量。
在该种情况下，漏极电压应当小于560V，且漏极电压在Vin+Vz，因此，满足：计算变压器脉冲信号最大占空比方面，电网电压在220V数值上波动时，经全波整流处理之后，直流输入电压数值最大可达到342V，最小可达到240V，将反射电压设置为VOR时，则可以应用以下公式计算出最大占空比：在进行计算之后得出：峰值电流和纹波电流估算方面，在计算峰值电流和纹波电流时可以通过以下公式进行计算：通常情况下，KRP数值为0.4，如果交流输入电压为230V，则数值选取为0.6.单片反激开关电源在CCM模式下连续运行。
平面变压器的技术优势
平面变压器的技术优势
高功率密度是当今开关电源发展的主要趋势，要做到这一点，必须提高磁元件的功率密度平面变压器因为特殊的平面结构和绕组的紧密耦合，使得高频寄生参数大大降低，极大地改进了开关电源的工作状态，因此近年来得到了广泛的使用研究了几种不同的平面结构和绕组制作的方式,介绍了设计平面变压器的一个标准方法，从而使得设计过程变得更加简单，大大降低了设计成本。
最后，比较了平面变压器和传统变压器的一些参数，并给出了设计方针。
引言
磁性元件的设计是开关电源的重要部分，因为平面变压器在提高开关电源的特性方面有着很大的优势，因此近年来得到了广泛的应用。
对于一个理想的变压器来说，初级线圈所产生的磁通都穿过次级线圈，即没有漏磁通。
而对普通变压器来说，初级线圈所产生的磁通并非都穿过次级线圈，于是就产生了漏感，电磁耦合的紧密要求也无法满足。
而平面变压器只有一匝网状次级绕组，这一匝绕组也不同于传统的漆包线，而是一片铜皮，贴绕在多个同样大小的冲压铁氧体磁芯表面上。
所以，平面变压器的输出电压取决于磁芯的个数，而且平面变压器的输出电流可以通过并联进行扩充，以满足设计的要求。
因此，平面变压器的特点就显而易见了：平面绕组的紧密耦合使得漏感大大地减小;平面变压器特殊的结构使得它的高度非常的低，这使变换器做在一个板上的设想得到实现。
但是，平面结构存在很高的容性效应等问题，大大限制了它的大规模使用，不过，这些缺点在某些应用中，也有可能转换为一种优点。
另外，平面的磁芯结构增大了散热面积，有利于变压器散热。
1 平面变压器的特性研究。
平面变压器5V／12A高功率密度开关电源设计
平面变压器5V／12A高功率密度开关电源设计王朕;史贤俊;肖支才;张文广【摘要】Planar transformer can reduce the size of switching power supply, and synchronous rectifier can improve the efficiency of low voltage high-current switching power supply. In this paper, with the symmetrical half-bridge circuit as the main circuit and TL494 as the control chip, a 48 V/5 V (12,4) high power density switch power supply is developed by using of planar transformers and synchronous rectification. The power supply has the function of over-current, overload protection; at the same time, the paper shows the design of main circuit and control circuit and calculation process of the planar transformers parameter. Experimental results show that the peak of power supply output voltage ripple at full load is only 10 mV, efficiency is up to 90%. the volume is only 50 mm× 45 mm×30mm.%平面变压器可减小开关电源的体积，同步整流可提高低压大电流开关电源的效率。
平面变压器在开关电源中的应用
平面变压器在开关电源中的应用平面变压器的体积较小，高度较低，结构上具有较好的优势，也具备较好的重复性、准确性、低漏感以及交流电阻较小等特点，而正因为如此，平面变压器在开关电源中有着非常广泛的应用，关于其的研究也较多。
本文即分析平面变压器在开关电源中应用的技术优越性。
关键字：开关电源;平面电压器;功率密度;较差绕组1、前言随着电子信息技术的发展，各种各样的电子设备出现在人们的视野当中，而在电子设备升级换代的同时，平面变压器因为其优秀的结构性能而被广泛的应用于高频率、高功率密度的开关电源中，相比于其他的变压器设备有着非常优异的性能。
本文即针对于平面变压器进行研究，探讨其在开关电源中的应用。
2、平面变压器的特性研究2.1平面变压器的结构特点为了能够让热温升得到有效的控制，就需要变换器具备高效率和高表面积，从而达到最大限度的热量传递，而扁平化封装外壳则可以达到这一点。
目前可以做到扁平封装的只有平面变压器，因为这种变压器具备平面化的磁芯，体积较小，高度低，结构上相较普通变压器则更加紧凑。
通过紧密的磁芯几何形状，平面变压器能够有效的控制热点的产生，降低热耗。
并且平面变压器在垂直方向上的尺寸大大减小，从而能够包容更高的能量密度，其散热能力也较好。
简单来说，平面变压器具备效率高、功率大、绝缘性好的特点[1]。
2.2平面变压器的优势与传统的变压器相比，平面变压器有其自身的优势。
首先就是平面变压器的单匝原边绕组和单匝的副边绕组耦合较紧，所以其漏感很小，在电源开关的使用中也就避免了过大的损耗，减少在电路中其他的部件所承受的应力。
而平面变压器的频率特性也较好，一般可以工作在100-500kHz之间，且其贴近底板固定，具备非常好的散热性能，不存在局部过热点的问题。
其次是平面变压器在热耗散问题方面的巨大优势使得其能够具备高磁通密度和紧封装来达到更高功率的密度，具备非常好的可靠性，即使有一处磁芯损坏了也能够通过剩余的磁芯，变压器的生产成本以及其价格都大幅度降低。
浅谈平面变压器在开关电源中的技术优势
浅谈平面变压器在开关电源中的技术优势
在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。
变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。
变频器：通过它调整能够达到所需要的用电频率（50hz,60hz 等），来满足我们对用电的特殊需要。
变压器：一般为降压器，常见于小区附近或工厂附近，它的作用是将超高的电压降到我们居民正常用电电压，满足人们的日常用电。
变压器bian ya qi 利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。
在电器设备和无线电路中，常用作
升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。
平面变压器另一个重要的优点是高度很低，这使得在磁芯上可以设置比较多的匝数。
一个高功率密度的变换器需要一个体积比较小的磁性元件，平面变压器很好地满足了这一要求。
另外，对于多绕组的变压器来说，绕组间保持很好的耦合非常重要。
如果耦合不理想则漏感值增大，将会使得次级电压的误差增大。
而平面变压器因为具有很好的耦合，使得它成为最佳的选择。
2.3 在不同拓扑中平面变压器的作用
在不同的拓扑中，磁性元件的作用也是不同的。
在正激变换器中的变压器，磁性能量在主开关管开通的时候由初级绕组传递到次级绕组中。
然而，在反激变换器中的变压器并不完全是一个变压器，而是两个连接的电感器。
在反激拓扑中的变压器在主开关管开通的时候初级绕组储存能量，而在关闭的时候。
平面变压器在开关电源中的技术分析
平面变压器在开关电源中的技术分析磁性元件的设计是开关电源的重要部分，因为平面变压器在提高开关电源的特性方面有着很大的优势，因此近年来得到了广泛的应用。
对于一个理想的变压器来说，初级线圈所产生的磁通都穿过次级线圈，即没有漏磁通。
而对普通变压器来说，初级线圈所产生的磁通并非都穿过次级线圈，于是就产生了漏感，电磁耦合的紧密要求也无法满足。
而平面变压器只有一匝网状次级绕组，这一匝绕组也不同于传统的漆包线，而是一片铜皮，贴绕在多个同样大小的冲压铁氧体磁芯表面上。
所以，平面变压器的输出电压取决于磁芯的个数，而且平面变压器的输出电流可以通过并联进行扩充，以满足设计的要求。
因此，平面变压器的特点就显而易见了:平面绕组的紧密耦合使得漏感大大地减小;平面变压器特殊的结构使得它的高度非常的低，这使变换器做在一个板上的设想得到实现。
但是，平面结构存在很高的容性效应等问题，大大限制了它的大规模使用，不过，这些缺点在某些应用中，也有可能转换为一种优点。
另外，平面的磁芯结构增大了散热面积，有利于变压器散热。
1平面变压器的特性研究如前所述，平面变压器的优点主要集中在较低的漏感值和交流阻抗。
绕组问的间隙越大意味着漏感越大，也就产生更高的能量损失。
平面变压器利用铜箔与电路板间的紧密结合，使得在相邻的匝数层间的间隙非常的小，因此能量损耗也就很小了。
在平面型变压器里，其“绕组”是做在印制电路板上的扁平传导导线或是直接用铜泊。
扁平的几何形状降低了开关频率较高时趋肤效应的损耗，也就是涡流损耗。
因此，能最有效地利用铜导体的表面导电性能，效率要比传统变压器高得多。
图1给出了一个平面变压器的剖面图，并且利用两层绕组间距离的不同，而获得在不同间隙下的漏感和交流阻抗值。
图2与图3给出了在不同的间隙下漏感和交流阻抗的变化，可以明显地看出间隙越大，漏感越大，交流阻抗越小。
在间隙增加1mm的状况下漏感值增加了5倍之多。
因此，在满足电气绝缘的情况下，应该选用最薄的绝缘体来获得最小的漏感值。
平面变压器的结构原理与应用
平面变压器的结构原理与应用摘要：大多数ＤＣ／ＤＣ变换器都需要隔离变压器 而平面变压器技术在隔离变压器的许多方面实现了重要的突破。
介绍了平面变压器的结构、性能和使用方法。
关键词：隔离变压器平面变压器开关电源在ＤＣ／ＤＣ变换中，基本的Ｂｕｃｋ、Ｂｏｏｓｔ、Ｃｕｋ变换器是不需要开关隔离变压器的。
但如果要求输出与输入隔离，或要求得到多组输出电压，就要在开关元件与整流元件之间使用开关隔离变压器，所以绝大多数变换器都有隔离变压器。
目前开关电源的发展趋势是效率更高、体积更小、重量更轻，而传统的隔离变压器在效率、体积、重量等方面严重制约了开关电源的进一步发展。
同时由于变压器涉及到的主要参数有电压、电流、频率、变比、温度、磁芯ｕ值、漏抗、损耗、外形尺寸等，所以一直无法象其它电子元器件那样有现成的变压器可供选用，常常要经过繁琐的计算来选用磁芯和绕组导线，而且绕组绕制对变压器的性能也有较大影响，加之变压器的许多重要参数不易测量，给使用带来一定的盲目性，很难在频率响应、漏抗、体积和散热等方面达到满意效果。
平面变压器（ＦｌａｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ 技术则在隔离变压器的许多方面实现了重要的突破。
目前，国外的许多电源产品中都开始采用平面变压器技术，如蓄电池充电电源、通信设备分布式电源、ＵＰＳ等。
而国内的隔离开关变压器在材料、工艺等方面与国外先进国家有一定差距，阻碍了开关电源开关高频的提升和效率提高，使开关电源产品停留在一个较低的水平。
平面变压器技术将会为高频开关电源的设计和产品化提供有益的帮助。
传统变压器的绕组常常是绕在一个磁芯上，而且匝数较多。
而平面变压器（单元）只有一匝网状次级绕组，这一匝绕组也不同于传统的漆包线，而是一片铜皮，贴绕在多个同样大小的冲压铁氧体磁芯表面上。
所以平面变压器的输出电压取决于磁芯的个数，而且平面变压器的输出电流可以通过并联进行扩充，以满足设计的要求。
并且平面变压器原边绕组的匝数通常也只有数匝，不仅有效降低了铜损和分布电容、电抗，而且为绕制带来了很多便利。
平面变压器
平面变压器介绍磁性元件的设计是开关电源的重要部分，因为平面变压器在提高开关电源的特性方面有着很大的优势，因此近年来得到了广泛的应用。
对于一个理想的变压器来说，初级线圈所产生的磁通都穿过次级线圈，即没有漏磁通。
而对普通变压器来说，初级线圈所产生的磁通并非都穿过次级线圈，于是就产生了漏感，电磁耦合的紧密要求也无法满足。
而平面变压器只有一匝网状次级绕组，这一匝绕组也不同于传统的漆包线，而是一片铜皮，贴绕在多个同样大小的冲压铁氧体磁芯表面上。
所以，平面变压器的输出电压取决于磁芯的个数，而且平面变压器的输出电流可以通过并联进行扩充，以满足设计的要求。
因此，平面变压器的特点就显而易见了：平面绕组的紧密耦合使得漏感大大地减小；平面变压器特殊的结构使得它的高度非常的低，这使变换器做在一个板上的设想得到实现。
但是，平面结构存在很高的容性效应等问题，大大限制了它的大规模使用，不过，这些缺点在某些应用中，也有可能转换为一种优点。
另外，平面的磁芯结构增大了散热面积，有利于变压器散热。
平面变压器的优点主要集中在较低的漏感值和交流阻抗。
绕组问的间隙越大意味着漏感越大，也就产生更高的能量损失。
平面变压器利用铜箔与电路板间的紧密结合，使得在相邻的匝数层间的间隙非常的小，因此能量损耗也就很小了。
在平面型变压器里，其绕组是做在印制电路板上的扁平传导导线或是直接用铜泊。
扁平的几何形状降低了开关频率较高时趋肤效应的损耗，也就是涡流损耗。
因此，能最有效地利用铜导体的表面导电性能，效率要比传统变压器高得多。
1.电流分配均等典型的平板变压器副边绕组有若干个并联的线圈。
每个副边绕组都和同一个原边绕组相藕合。
所以，副边电流产生的安匝数与原边绕组产生的安匝数相等（忽略励磁电流）。
这种特性对并联整流电路特别有用。
绕组电流分配均等，在并联整流电路中就不影响其他元件。
2.很高的电流密度平板变压器有极好的温升特性设计。
因为这些特性，所以它能在很小的封装体积内达到很高的电流密度。
开关电源中平面变压器技术
采 用 常 规 ＰＣＢ 技 术 可 使 平 面 绕组具有高度可重现化特性， 且制 作简单。理论上绕组可作为系统电 路板的一部分， 消除变压器与系统 电路板的端部连接。然而实际中系 统电路板不能满足绕组层数的需 求。采用常规 ＰＣＢ 技术的缺陷是窗 口 利 用 系 数 很 低 ， 通 常 为 ０．２５～ ０．３， 这 是 因 为 导 体 间 的 间 距 为 １５０μｍ， 绕组层间 的 最 小 绝 缘 厚 度 为 １００μｍ。
然后， 假设变压器总损耗的一 半是铁心损耗， 则变压器最大的铁心
（ ｂ） 无夹槽铁心的粘结方式
多 应 用 中 通 常 需 采 用 ２Ｄ 甚 至 ３Ｄ 损耗密度 Ｐｃｏｒｅ、铁心体积 Ｖ ｅ 及允许温 图 ３ 两种平面变压器铁心的粘结方式
４ 电气应用 ２００５ 年第 ２４ 卷第 ８ 期
新视点 ／ 开关电源中平面变压器技术
兹 线 、ＰＣＢ 板 和 铜 箔 制 成 的 各 种 绕
组 结 构 的 ５００ｋＨｚ 平 面 变 压 器 的 性
能进行了比较， 研究得出 ＰＣＢ 绕组
的交流电阻比实心圆导线绕组低约
１０％ ～１５％ ， 比 利 兹 线 绕 组 高 约
１５％， 但 ＰＣＢ 绕组的漏电感均比实
心导线和利兹线绕组低。因此平面变
引言
小 、轻 、薄 ”的 重 要 手 段 ［１］。 早 期 平 面 变 压 器 的 应 用 已 ［２～５］ 证 明 ： 采 用 扁 平
“ 短、小、轻、薄”是当今开关电 状导体可降低绕组集肤和 邻近效应
源发展的主要趋势之一， 其最主要 的损耗， 且可控制如漏电感等寄生
开关电源中平面变压器知识大全
开关电源中平面变压器知识大全
平面变压器发展的必然性
由于涡流效应，在高工作频率和大电流下，磁元件线圈损耗显着增加，这
不仅降低了效率，而且引起温升增大，增加了热设计困难，限制了开关功率变换器功率密度的进一步提高。
因此研究线圈损耗模型、设计技术、开发新型线圈结构以减小其损耗在工业界有迫切的要求，这也是电力电子高频磁技术一个非常重要的研究内容。
国外学术界与工业界对此展开了积极研究，
国内虽对磁集成等高频磁技术展开了一定的研究但对线圈技术的研究则较少。
传统的绕线式磁元件，由于线圈结构单一、散热特性以及参数一致性差等问题，已无法满足开关电源高频化和低截面的发展趋势。
具有低截面的平面磁元件(planar magnetic components)很好克服了传统磁元件的不足，获得广泛应用。
由于平面变压器功率密度高、窗口高度低，而且工作频率与电流越来越高，对线圈结构和设计技术提出更高的要求，尤其是对于高频率和大电流
的应用场合，为了兼顾高频涡流效应和载流面积所采用的并联线圈结构，一
些传统的线圈结构和设计方法不再适用。
在平面变压器中，铜箔/PCB 印刷电路板(printed circuit board)线圈应用广泛。
平面变压器的种类
平面变压器的分类：平面变压器按设计制作工艺的不同，可分为印刷电路（PCB）型，厚膜型、薄膜型、亚微米型4种，今天重点讲述的是PCB型平
面变压器！
1、PCB 型变压器
印刷电路PCB（printed circuit board）型变压器可省去绕组骨架，能增大散。
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平面变压器在开关电源中的应用祝锦，刘磊，孙娇俊，龚春英（南京航空航天大学航空电源航空科技重点实验室，江苏 南京210016）摘要：本文介绍了平面型功率变压器的特点、类型和结构，并通过具体实例论述了平面型变压器在开关电源中的应用。
关键词：平面变压器；多层PCB；绕组；Application of Planar Power Transformer in SMPSZhu Jin Liu Lei Sun JiaoJun Gong ChunYing(Nanjing University of Aeronautics & Astronautics Nanjing 210016 , China)Abstract: The characteristic, type, structure of planar power transformer are introduced in this paper. With the practical design examples of planar power transformer in Dual Switch Flyback converter presented, the application of planar power transformer in SMPS is discussed in detail。
Keywords: planar power transformer PCB winding1 引言近年来,随着以ISDN、LAN、个人计算机和工作站为代表的电子设备的小型化、高效率化的不断发展,轻、 薄、小成为衡量电子设备的重要标志[1]。
平面变压器的出现为电源系统的小型化和高可靠性提供了一条可行的途径。
采用平面变压器可以显著降低变压器的高度, 减小体积和重量, 提高变压器的功率密度及开关电源的性能, 从而成为实现开关电源小、轻、薄的重要手段。
2 平面变压器类型和特性目前平面变压器有许多不同的具体实现方法，应用比较广的主要有矩阵式平面变压器、箔式平面变压器、印制板平面变压器等。
其中印制板平面变压器又有两种，一种是利用单块多层板来实现；另一种是利用多块双面板来实现。
后者集成度稍差，但成本低。
平面变压器在电路中可以分为独立式、嵌入式、混合式和集成式四种类型[2]，如图1所示 。
其中独立式平面变压器与常规变压器使用方法类似,变压器作为一个独立的器件放置在一个单独的线路板上,通过引出线与其他电路相连。
嵌入式平面变压器是在PCB 上预留插入槽,把变压器放入,以降低整体高度，但其绕组仍然位于印制电路板的上方。
混合式平面变压器有部分绕组在主PCB板内部,而另一部分绕组是独立的电路层面,主PCB 板留出槽以插入磁芯。
集成式平面变压器的绕组完全利用多层PCB 实现,磁芯插入PCB 的预留位置。
图1 平面型变压器结构示意图平面变压器与传统的变压器相比主要有如下优点：(1)一致性好。
常规变压器由于绕组间隔不规则和人工组装的不一致性都会导致器件性能有较大的差异。
平面变压器由于采用PCB技术要比常规变压器更容易实现机械加工,故有利于提高变压器绕组的一致性。
(2) 可重现性。
绕组的几何形状及其有关寄生特性限定在PCB 制造公差之内(极小的公差) ,因此可实现特性重现，参数可重复性好。
(3) 低损耗性。
绕组由薄铜层构成，同时整个变压器可制成扁平状，从而降低了集肤效应的损耗。
(4) 低漏感。
漏感一般约为初级电感的0.2%。
(5)小型化。
能量密度高, 厚度远小于常规变压器，因而体积大为缩小。
(6) 绝缘性好。
平面变压器的绕组由PCB导线构成，两层绕组间夹有树脂绝缘片，从而能够保证绕组间的可靠绝缘[3]。
因此平面变压器特别适合于在内部空间小、对节能和散热要求苛刻的电子设备中使用。
在国防、航空、航天等对重量和稳定性要求较高的领域,平面变压器将会发挥很大的作用。
3 平面变压器结构设计3.1 绕组结构平面变压器的绕组是利用印制板上的螺旋形印制线来实现的。
印制板中间被挖空用于安装磁芯。
各印制板之间由绝缘胶布或空白印制板绝缘。
磁芯直接将印制板夹在中间，然后通过胶带或夹子固定。
平面变压器的高度得到了有效的降低，同时进一步节省了体积。
印制线成扁平状，其厚度一般为35μm/70μm。
在频率小于14MHZ时，铜的集肤深度都小于印制线厚度的一半。
通常开关电源频率远小于这个值，所以平面变压器的集肤效应可以忽略。
在多层印制电路板之间要有供绕组互联的“通孔”，绕组间的匝数通过“通孔”以串联或并联的方式彼此构成电连接。
图2表示各层通过通孔用串联方式互联的布局图。
图2 绕组串联结构布局图图3 绕组并联结构布局图每层印制板都布有一排通孔且位置对齐，但是每层绕组只用其中的两个通孔，通过图2方式实现绕组串联。
在低压大电流的场合，也可以通过通孔实现绕组并联，以提高变压器的电流处理能力。
如图3所示。
3.2 变压器磁芯选择合适的磁芯是保证变压器性能的关键问题。
平面变压器一般采用高频功率铁氧体软磁材料制成的E型、EC、ETD和EER型磁芯、RM型等磁芯。
E型磁芯制造工艺简单，售价较便宜，是现在平面变压器很流行的磁芯形状。
E型磁芯有大的绕组空间，能够提供足够的空间供大截面积的引线引出，可允许大电流通过。
同时E型磁芯可以进行不同方向的安装，又由于其散热非常好，可以叠加应用更大的功率，一般大功率变压器都使用这种磁芯。
但是它的缺点是不能提供自我屏蔽，同时磁芯中间柱是长方体，不能有效利用PCB上的空间，使单匝绕组的长度增加，PCB 绕组的横截面积变大，变压器的所占体积也相对较大。
RM这种类型磁芯有以下几个优点，一是由于磁芯中间柱和边缘四周都呈圆形，可降低铜线的匝长，从而降低铜损。
另一个优点是能够充分利用PCB上的空间，可以减小PCB绕组的横截面积，将其设计成正方形形式，这样磁芯漏感较小。
并且RM磁芯的屏蔽效果也比E型磁芯要好。
EC、ETD和EER型磁芯介于E型和罐型之间。
这类磁芯和E型磁芯一样，它们能提供足够的空间供大截面的引线引出，适合现在开关电源低压大电流的趋势；这类磁芯的散热也非常好；由于中间柱为圆柱形，与E 型相比具有RM 型的一些优点。
但是这类磁芯和E 型磁芯一样屏蔽效果不好。
图4 平面E 型磁芯 图5 RM型磁芯 图6 EC 、ETD 及EER 型磁芯在我们研制的某320VDC/12VDC 25A变换器中对常规变压器和平面变压器进行了比较。
主电路为双管反激电路，开关频率100KHZ。
按照普通高频变压器设计方法采用两个EI33型磁芯并起来使用，原边30匝，绕组使用直径0.81mm 的漆包线；副边2匝，绕组使用0.3的铜皮，2层并联。
mm EI－33型磁芯的参数为：有效截面积 ＝118e A 2mm 有效磁路长度 ＝67.6e L mm 磁芯有效体积 ＝7940e V 3mm 磁芯重量 e M ＝40g 若磁芯不变，采用PCB绕组时，为减少成本，应用了多块双面板来实现。
原边绕组PCB每层安放3匝，线宽=1.5mm，每块PCB上下两面可布置6匝绕组（如图7所示）构成原边绕组需要5块双面板；副边绕组电流大匝数少，PCB每层安放1匝每块PCB上下两面可布置2匝（如图8所示），用4块并联。
每块PCB厚0.4mm，整个绕组窗口高度只需6.8mm。
若采用多层PCB做绕组，整个绕组窗口高度只需3mm。
图7 原边绕组 图8 副边绕组已知标准的EI －33磁芯的窗口高度为19.25，与线包的厚度相差很大，为此对两个EI －33磁芯各作磨削加工，以减小磁芯窗口的高度并与线包得以良好配合。
mm 经磨削修正后的EI ―33磁芯，除窗口高度恰好满足包装配外，磁芯的重量和体积也得以减少。
最后装配成的变压器结构呈扁平型。
这样变压器的表面散热面积增加了，面积与体积的比值较大，与常规铁芯相比，平面变压器的热阻较小，提高了热性能。
3.3 寄生效应与绕组布局平面变压器的一、二次侧绕组交织可以最大限度减小漏电感，并且可控制漏电感的大小[4] 。
然而，平面变压器漏电感减小的同时， 寄生电容却增大。
而若要减小寄生电容，则需增大层与层之间的距离，这就与减小漏感相矛盾。
同时为提高平面变压器的功率水平，绕组大多采用并联形式以提高电流处理能力。
但是各绕组层之间的相对位置、连接方式或其他偶然因素的影响，都会造成各并联绕组层之间不均流, 从而给绕组带来附加损耗[5]。
以二种类型的平面变压器研究其寄生效应。
每一类变压器的绕组结构各不相同，所以它们有不同的漏感和寄生电容。
图9为所述的二种类型变压器绕组的结构布局：图9 绕组的结构布局1＃：初级绕组和次级绕组对称组合2＃：初级绕组和次级绕组交替组合由于初级绕组与次级绕组间的寄生电容严重影响着变压器的高频特性ps C [6] ，故要其尽量小。
在多层印制电路板变压器结构中，其绕组是由平行的扁平面导电条状铜箔组成的，则两个绕组间的电容可使用两块平行导电板之间的电容计算公式直接求得：p s S Cd ε=⋅。
可见由于平面变压器的结构特性将会有较大的寄生电容。
表1 三种不同绕组结构变压器的参数对比1L （ｕH ） s L （ｕH ） ps C （PF） 1＃516.4 12.3 119.2 2＃511.2 8.4 286.7 3＃ 516.8 24.2 90.2表1给出了两个不同绕组结构的平面变压器的寄生参数。
从表1可见2＃变压器绕组结构的漏感要比1＃要低，但是2＃变压器的寄生电容要远大于1＃变压器。
为了进行比较，表1同时列出了与平面变压器使用相同磁芯的常规变压器，标记为3＃。
从表1可以看出平面变压器与常规变压器相比漏感比较小，但是有相对较高的绕组间寄生电容。
4 实验样机设计了一个运用平面变压器的双管反激变换器。
变换器主要参数：=290～360V ，in V 12o V V =，，300o P W =100f KHZ =。
平面变压器绕组由厚度为0.4的印制电路板制作，线圈采用双面印制电路板，共10层。
初级印制板为5层，每层每面3匝，5层串联共30匝，铜绕组宽1.5mm 、厚0.035，绕组匝与匝之间间隔0.2mm ；次级印制板为4层，每层每面1匝，4层并联共2匝，铜绕组宽5.1，厚0.035。
绕组布局选用3.3中1＃布局方式，平面变压器原边电感＝516.4ｕH ，漏感mm mm mm mm 1L s L ＝19.0ｕH ，高度为16，重量为70g 。
mm 同时设计了一个满足变换器参数要求的常规变压器。
常规变压器选用相同磁芯，原边30匝，绕组使用直径0.81的漆包线；副边2匝，绕组选用0.3铜皮，2层并联。
绕法为“三明治”绕法，先绕制15匝原边，再绕制副边，最后绕制15匝原边。
变压器＝516.8ｕH ，漏感mm mm 1L s L ＝25.2ｕH ，高度为30.2，重量为120g 。