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論平面變壓器在開關(guān)電源中的技術(shù)優(yōu)勢

作者: 時間:2010-08-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  2.2 多繞組變壓器中平面結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

  另一個重要的優(yōu)點是高度很低,這使得在磁芯上可以設(shè)置比較多的匝數(shù)。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,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(shù),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(shè)計,而則不存在這一問題。

  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(guān)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(guān)管開通的時候初級繞組儲存能量,而在關(guān)閉的時候?qū)⒛芰總魉偷酱渭壚@組。因此,這種的優(yōu)點同上面相比是不同的。應(yīng)用于這種變壓器的的特點如下:

  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??;

  3)插入使得繞組間產(chǎn)生較好的耦合,因此有比較小的值。

  3 平面變壓器的標準化設(shè)計

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

  下面介紹一種標準的設(shè)計平面變壓器的程序步驟[3];它通過提供一個標準的匝數(shù)模型的設(shè)計,使之能夠被使用于不同的平面變壓器中,從而使得設(shè)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(shù)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(tǒng)的導(dǎo)線,即使在許多需要很多匝數(shù)的開關(guān)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(shè)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(shù)設(shè)計的例子,它使用的是罐形(RM)磁芯。

頂層的標準匝數(shù)設(shè)計的例子

  銅箔高度按照對應(yīng)于最大開關(guān)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(yīng)的影響。因此,應(yīng)該使每一種開關(guān)頻率對應(yīng)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(tǒng)變壓器,分別做了兩種變壓器的模型,一種使用平面結(jié)構(gòu)并使用了,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(shù)如下:

  初級 12匝:

  次級兩個l匝的繞組(1:1中心抽頭)。

  傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)如圖7所示。

變壓器的最終結(jié)構(gòu)

  兩種變壓器都使用了同樣的磁芯RM10,比較了兩種變壓器的,交流阻抗和占用的面積,結(jié)果列于表1。

兩種變壓器比較

  由表1可知,平面變壓器的漏感僅為傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)的更加緊湊,使得可以使用更小的RM8磁芯。

  5 結(jié)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(yōu)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(shè)計平面變壓器的方法,使得設(shè)計平面變壓器變得更加容易,成本也將大大降低??梢灶A(yù)見,平面變壓器將有著相當(dāng)好的應(yīng)用前景。


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