論平面變壓器在開關(guān)電源中的技術(shù)優(yōu)勢
磁性元件的設(shè)計(jì)是開關(guān)電源的重要部分,因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/平面變壓器">平面變壓器在提高開關(guān)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(yīng)用。對于一個(gè)理想的變壓器來說,初級(jí)線圈所產(chǎn)生的磁通都穿過次級(jí)線圈,即沒有漏磁通。而對普通變壓器來說,初級(jí)線圈所產(chǎn)生的磁通并非都穿過次級(jí)線圈,于是就產(chǎn)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(wǎng)狀次級(jí)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(gè)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(gè)數(shù),而且平面變壓器的輸出電流可以通過并聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)充,以滿足設(shè)計(jì)的要求。因此,平面變壓器的特點(diǎn)就顯而易見了:平面繞組的緊密耦合使得漏感大大地減??;平面變壓器特殊的結(jié)構(gòu)使得它的高度非常的低,這使變換器做在一個(gè)板上的設(shè)想得到實(shí)現(xiàn)。但是,平面結(jié)構(gòu)存在很高的容性效應(yīng)等問題,大大限制了它的大規(guī)模使用,不過,這些缺點(diǎn)在某些應(yīng)用中,也有可能轉(zhuǎn)換為一種優(yōu)點(diǎn)。另外,平面的磁芯結(jié)構(gòu)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(diǎn)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(chǎn)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(jié)合,使得在相鄰的匝數(shù)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(dǎo)導(dǎo)線或是直接用銅泊。扁平的幾何形狀降低了開關(guān)頻率較高時(shí)趨膚效應(yīng)的損耗,也就是渦流損耗。因此,能最有效地利用銅導(dǎo)體的表面導(dǎo)電性能,效率要比傳統(tǒng)變壓器高得多。圖1給出了一個(gè)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(yīng)該選用最薄的絕緣體來獲得最小的漏感值。
然而,容性效應(yīng)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(dǎo)線使得容性效應(yīng)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(shù)越高,變壓器的容性值越高。而容性效應(yīng)會(huì)引起EMI,因?yàn)閺某跫?jí)到次級(jí)的繞組中只有容性回路的繞組傳播這種干擾。為了驗(yàn)證,筆者做了一個(gè)試驗(yàn),在銅導(dǎo)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(gè)比較低的電容值,則必須在漏感和電容值之間做出一個(gè)折中的選擇。
插入技術(shù)是指在布置變壓器原、副邊繞組時(shí),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(shí)使得電流平均分布,減小變壓器損耗。
現(xiàn)在插入技術(shù)的研究被分為兩個(gè)方面,即應(yīng)用于變壓器的插入(正激電路)和應(yīng)用于連接電感器的插入(反激電路)。因此,插入技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)被放在不同的拓?fù)渲凶鳛椴煌拇判圆考硌芯俊?/P>
2.1 應(yīng)用于平面變壓器的插入技術(shù)
應(yīng)用于變壓器中的插入技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)如下:
1)使變壓器中磁性能量儲(chǔ)存的空間減少,導(dǎo)致漏感的減少;
2)使電流傳輸過程中在導(dǎo)體上理想分布,導(dǎo)致交流阻抗的減少;
3)繞組間更好的耦合作用,導(dǎo)致更低的漏感。
為了說明插入技術(shù)的特征,圖4給出了應(yīng)用3種不同插入技術(shù)的結(jié)構(gòu),P代表初級(jí)繞組,s代表次級(jí)繞組。試驗(yàn)顯示SPSP結(jié)構(gòu)是最好的,因?yàn)槌跫?jí)和次級(jí)的繞組都是間隔插人的。圖5顯示了在500 kHz時(shí),3種結(jié)構(gòu)的交流阻抗和漏感值,通過比較可以很容易地發(fā)現(xiàn)應(yīng)用了插入技術(shù)的變壓器,交流阻抗和漏感值都有了很大的減少。
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