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· 平面变压器简介、平面变压器分类

简介编辑平面磁芯开发成功,可实现平面化的变压器设计。由于平面变压器要求磁芯、绕组是平面结构,所以应该采用多层PCB绕组。现在,已有许多公司开发出了平面变压器,Pulse公司开发出了平面磁性元件,以色列佩顿公司 Payton已开发了Planetics平面变压器,功率由5W到20KW、频率自20KHz到2MHz,效率通常可达98%,是电信、电焊机、计算机和外设、网络、医疗电子、工业控制、安全系统和电子设备的理想选择。
平面变压器的特点是高频,低造型,高度很小而工作频率很高。
变压器是电源中的一个关键元件。传统的变压器通常由铁氧体磁芯及铜线圈构成,体积庞大而且容易产生电磁干扰。平面变压器(Planar Transformer)可有效地解决体积及高频问题。
平面变压器与传统的变压器相比最大的区别在于铁芯及线圈绕组。平面变压器采用小尺寸的E型、RM型或环型铁氧体磁芯,通常是由高频功率铁氧体材料制成,在高频下有较低的磁芯损耗;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计要求。而且由于磁芯良好的磁屏蔽,可抑制射频干扰。
2分类编辑平面变压器的分类 :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。
PCB 型变压器
印刷电路 PCB(printed circuit board)型变压器可省去绕组骨架,能增大散热面积,能减小在高频工作时由集肤效应和邻近效应所引起的涡流损耗,也能增大电流密度,其电流密度最高可达 20A/mm,功率大,工艺简单。但用 PCB,窗口利用率低,仅为0.25~0.3,传统变压器的窗口利用率为 0.4,其体积也较大。PCB 型变压器其功率可高达 20kW ,频率可达兆赫数量级。采用 pulse 的平面技术,多层 PCB 夹在磁芯之间,薄型高效铁氧体平面变压器,其底部面积小,高度只有7.4mm,工作频率为 150~750kHz,工作温度为-400~1300。
厚膜变压器
厚膜变压器是为了克服薄膜变压器中导体电阻大的缺陷而提出的。以氧化铝作基体,采用厚膜工艺,在其上、下表面各印制了初级和次级绕组,用铁氧体制作的平面变压器在 2MHz,输出功率为 75W 时,效率达 85%。厚膜工艺制造出的平面变压器效率一般较低,因此寻求更进一步的工艺技术以完善平面变压器制造的厚膜工艺是实现平面变压器高频集成化的关键。
薄膜型变压器
薄膜型变压器是一种用磁性薄膜研制的叠层微型变压器,采用薄膜后高度低于 1mm,工作频率超过 1MHz,其体积小,易于集成,但只适用于小功率情况。它们绝大多数采用金属磁性材料,如坡莫合金、铁硅铝和非晶合金。主要是因为它们有高 BS 和高磁导率。Tsuijimotl 等人用带式(铜厚 35μm,长 34mm,宽 3mm)加以绝缘膜(厚 100μm),非晶 CoNbZr 膜(1.8μm)构成一种能在高频下输出电压可控的薄膜变压器——针孔型变压器,还制成了厚度为 210μm的片式变压器。它是采用两层 10μm 厚的 CoZr 非晶薄膜做成的,用于 5V、0.3A、1MHz 的开关电源,77.5% 铁氧体材料(以 MnZn系为主)也可以制成薄膜型变压器,但用常规的方法很难制出合适的微型磁膜,故需开发新的成膜技术。目前国外主要采用 PVD、CVD 等沉积技术配合化学蚀刻,激光烧蚀法、光照射低温镀膜法等成膜技术。Yamaguchi K 等设计制作的微型变压器,其面积只有2.4mm×3.1mm,在 10MHz 时效率可达 67%。
、亚微米型变压器
亚微米变压器是利用化学法合成,采用低温(900℃)烧结的 NiCuZn 铁氧体为介质材料,以 Ag 为内电极,用流延和丝网印刷技术的方法制备而成的,其体积小、质量轻、易于集成、工艺简单。两种片式亚微米型变压器,外形尺寸分别为 2.1cm×2.1cm×1mm和 8mm×8mm×1mm,设计变压比分别为 6 和 4,工作频率为1~10MHz。 亚微米型平面变压器结构新颖,改变了传统变压器的结构特征,将变压器原边和副边绕组采用丝网印刷技术烧制在铁氧体材料中,外型类似表贴的集成电路器件。对亚微米型平面变压器的电气性能测试表明:①空载情况下,变压比先随着输入电压的增加而增大,而后随着输入电压的增加而减小,范围内达到最大值。另外,变压比随着输入信号频率的增加而增大。②在一定输入频率和电压情况下,输出功率随负载的增大先升高再降低,存在一个输出功率最大的负载电阻值。③在一定输入电压和输出负载的情况下,随着输入电压频率的增加,变压器的变压比逐渐增大,当输入电压频率高于某一临界值后,变压比基本保持不变。波形畸变程度随着输入电压频率的增加而减小。④在一个固定输入频率下,存在一个饱和负载电阻值,当负载电阻值小于饱和负载电阻值时,则变压器的输出电压随负载增大而增大,但当负载电阻值大于饱和负载电阻值时,输出电压的变化很小或基本保持不变。随着频率的升高饱和负载电阻值逐渐增大。在负载电阻值等于饱和负载电阻值时,变压器的变压比基本不随输入电压的变化而变化,但随着输入电压的升高,输入输出电压的波形畸变程度增强。[1] 

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