論平面變壓器在開關電源中的技術優(yōu)勢

　　磁性元件的設計是開關電源的重要部分，因為平面變壓器在提高開關電源的特性方面有著很大的優(yōu)勢，因此近年來得到了廣泛的應用。對于一個理想的變壓器來說，初級線圈所產生的磁通都穿過次級線圈，即沒有漏磁通。而對普通變壓器來說，初級線圈所產生的磁通并非都穿過次級線圈，于是就產生了漏感，電磁耦合的緊密要求也無法滿足。而平面變壓器只有一匝網狀次級繞組，這一匝繞組也不同于傳統(tǒng)的漆包線，而是一片銅皮，貼繞在多個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數，而且平面變壓器的輸出電流可以通過并聯進行擴充，以滿足設計的要求。因此，平面變壓器的特點就顯而易見了：平面繞組的緊密耦合使得漏感大大地減小；平面變壓器特殊的結構使得它的高度非常的低，這使變換器做在一個板上的設想得到實現。但是，平面結構存在很高的容性效應等問題，大大限制了它的大規(guī)模使用，不過，這些缺點在某些應用中，也有可能轉換為一種優(yōu)點。另外，平面的磁芯結構增大了散熱面積，有利于變壓器散熱。

　　1 平面變壓器的特性研究

　　如前所述，平面變壓器的優(yōu)點主要集中在較低的漏感值和交流阻抗。繞組問的間隙越大意味著漏感越大，也就產生更高的能量損失。平面變壓器利用銅箔與電路板間的緊密結合，使得在相鄰的匝數層間的間隙非常的小，因此能量損耗也就很小了。

　　在平面型變壓器里，其“繞組”是做在印制電路板上的扁平傳導導線或是直接用銅泊。扁平的幾何形狀降低了開關頻率較高時趨膚效應的損耗，也就是渦流損耗。因此，能最有效地利用銅導體的表面導電性能，效率要比傳統(tǒng)變壓器高得多。圖1給出了一個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2與圖3給出了在不同的間隙下漏感和交流阻抗的變化，可以明顯地看出間隙越大，漏感越大，交流阻抗越小。在間隙增加1mm的狀況下漏感值增加了5倍之多。因此，在滿足電氣絕緣的情況下，應該選用最薄的絕緣體來獲得最小的漏感值。

　　然而，容性效應在平面變壓器中是非常重要的，在印制電路板上緊密繞制的導線使得容性效應非常的明顯。而且絕緣材料的選取對容性值也有著非常大的影響，絕緣材料的介電常數越高，變壓器的容性值越高。而容性效應會引起EMI，因為從初級到次級的繞組中只有容性回路的繞組傳播這種干擾。為了驗證，筆者做了一個試驗，在銅導線的間隙增加O．2mm的情況下，而電容值就減少了20％。因此，如果需要一個比較低的電容值，則必須在漏感和電容值之間做出一個折中的選擇。

　　2 插入技術

　　插入技術是指在布置變壓器原、副邊繞組時，使原邊繞組與副邊繞組交替放置，增加原、副邊繞組的耦合以減小漏感，同時使得電流平均分布，減小變壓器損耗。

　　現在插入技術的研究被分為兩個方面，即應用于變壓器的插入(正激電路)和應用于連接電感器的插入(反激電路)。因此，插入技術現在已經被放在不同的拓撲中作為不同的磁性部件來研究。

　　2.1 應用于平面變壓器的插入技術

　　應用于變壓器中的插入技術的主要優(yōu)點如下：

　　1)使變壓器中磁性能量儲存的空間減少，導致漏感的減少；

　　2)使電流傳輸過程中在導體上理想分布，導致交流阻抗的減少；

　　3)繞組間更好的耦合作用，導致更低的漏感。

　　為了說明插入技術的特征，圖4給出了應用3種不同插入技術的結構，P代表初級繞組，s代表次級繞組。試驗顯示SPSP結構是最好的，因為初級和次級的繞組都是間隔插人的。圖5顯示了在500 kHz時，3種結構的交流阻抗和漏感值，通過比較可以很容易地發(fā)現應用了插入技術的變壓器，交流阻抗和漏感值都有了很大的減少。