高頻功率變換器適宜採用平面變壓器是由於平面變壓器有如下主要特性:
       1)低造型,能量密度高,因而體積大為縮小;厚度遠小于常規(guī)變壓器,適用
于表面貼裝方式組裝.
      2)低損耗性,繞組由銅箔層構(gòu)成,同時整個變壓器可制成扁平狀,從而降低
了集膚效應(yīng)的損耗.
     3)低漏感,漏感一般均小于 0.2%(預(yù)估值),因此電磁干擾(EMI)輻射低,基
本不受外界電磁干擾的影響.

由於採用PCB技術(shù)要比常規(guī)的變壓器更容易實現(xiàn)機械加工,故有利于提高
變壓器繞組的一致性.另外,繞組的幾何形狀及其有關(guān)寄生特性限定在PCB制造
公差之類(一般非常小).平面變壓器的另一個優(yōu)點是提高了熱性能,由於其面
積與體積常規(guī)的相比,平面鐵芯的熱阻教小.
       平面變壓器的特性并不完全是優(yōu)點. 平面變壓器一,二次側(cè)繞組之間的間
距較小儲存磁能少,所以漏感也很小;但這樣使得一,二次側(cè)產(chǎn)生的寄生電容變
大. 另外,PCB 繞組的可重現(xiàn)化特性是以增大鐵芯繞線窗中絕緣材料的比例為代
價,降低了銅填充系數(shù),限制了線圈匝數(shù).

忘了帖上 文章的開頭篇" 概述"
   簡單概括了當今開關(guān)電源中平面變壓器的技術(shù)特性,原理及運用.綜合了目前
同行在實際制作平面壓器過程及注意事項,介紹并簡要分析了目前平面變壓器的
設(shè)計方法及PCB 繞組設(shè)計.

引言:

  "短 ,小 ,輕 ,薄"是當今開關(guān)電源發(fā)展的主要趨勢之一,其最主要的實現(xiàn)手
段就是提高功率密度和採用低造型及體積和重量小的元器件.常規(guī)的變壓器在開
關(guān)電源中暴露出諸多限制.由於變壓器涉及到的主要參數(shù)有電壓,電流,頻率,匝比
溫度,磁芯 u 值,漏感,損耗 ,外形,尺寸等,所以一直無法像其它電子元件那樣有現(xiàn)
成的變壓器可供選用,常常要經(jīng)過繁鎖的計算來選擇磁芯和繞組導線;而且制做方
式對變壓器性能有很大的影響,加之變壓器的許多參數(shù)不易測量,給使用者帶來一
定的盲目性,很難在頻率響應(yīng),漏感體積和散熱等方面達到滿意的效果.

   採用平面變壓器可以顯著降低變壓器的高度,減小體積和重量,提高變壓器的
功率密度及開關(guān)電源的性能,從而成為實現(xiàn)開關(guān)電源"短 ,小 ,輕 ,薄 " 的重要
手段 .

目前市場主要被國外控制,他們早已採用扁平狀導體可降低繞組集膚和臨近效
應(yīng)的損耗,且可以控制如漏電感等寄生參數(shù)的大小,尤其適用于空間或高度存在限
制或?qū)?jié)能及散熱要求苛刻的環(huán)境.

   而當前PCB 變壓器的難點在于:1)尋找薄PCB絕緣基材和厚銅箔(大于70um)的
PCB,要求每層PCB厚度小于0.4mm, 才能滿足繞組的多層(4-12層)低高度(2-3mm)要
求.2)大電流時銅箔的發(fā)熱是否會引起銅箔與絕緣基材的分層.3)為保證產(chǎn)品的可
靠性,多層PCB布板時 1500VDC的絕緣距離如何設(shè)計等等問題.

   本人結(jié)合所看過的書籍及一個實例,對平面變壓器的特性進行了全面而簡單
的概述.分析并介紹了平面變壓器的幾種簡單的設(shè)計方案,及其運用策略.

高頻PCB繞組
2.PCB 繞組
    目前很多國內(nèi)外學者專家不斷對平面變壓器各種繞組結(jié)構(gòu)進行分析并試圖
發(fā)現(xiàn)新的最佳繞組結(jié)構(gòu),來優(yōu)化PCB板上的線權(quán)布局,力求繞組總直流電阻最小.
    國外有些文獻對採用實心圓導線,利玆線,PCB板和銅箔制成的各種繞組結(jié)
構(gòu)的500kHZ平面變壓器的性能進行了比較,得出PCB繞組的交流電阻比實心圓導
線繞組低約10%-15%,比利玆線繞組高約15%, 但PCB 繞組的漏電感均比實心導
線和利玆線繞組低.因此平面變壓器大多採用PCB板做成的繞組.
       典型的扁平式變壓器副邊繞組有若干個并聯(lián)的線圈,每一個副邊繞組都和同
一個原邊繞組相耦合.所以,副邊繞組電流產(chǎn)生的安匝數(shù)和原邊繞組產(chǎn)生的安匝
數(shù)相等(忽略勵磁電流).這種特性使繞組電流分配均等.

為提高平面變壓器的功率水平,二次側(cè)繞組大多採用并聯(lián)形式,以提高電流
處理能力.但各繞組層之間的相對位置,連接方式或其他偶然因素的影響,都會
造成各并聯(lián)繞組層間不均流,從而給繞組帶來附件損耗,制約了平面變壓器在低
電壓大電流場合中的運用另外平面變壓器一,二次側(cè)繞組大多採用交織技術(shù)的
繞組結(jié)構(gòu),削弱了臨近效應(yīng).其中IEEE成員有對各種繞組層交織方案進行了分析
及仿真, 研究了并聯(lián)繞組額外損耗產(chǎn)生的原因,得出如下結(jié)論:
    最優(yōu)繞組設(shè)計不僅要充分考慮PCB板導體的厚度, 工作頻率及一,二次側(cè)繞
組的相對安放位置,還要考慮并聯(lián)方式和絕緣厚度.
其中一種被推薦的繞組方式: 採用交叉結(jié)構(gòu)(S-P-S-P),即初次級繞組層交替疊
放:充分利用初,次級繞組的位置,將初級線圈放在次級線圈之間,其優(yōu)點在於:
   1)漏感小,因為儲存在變壓器窗口中的磁場能量小,損耗也就相應(yīng)減少.
      2)AC阻抗減小,因為變壓器窗口中的磁通密度B的分布更具有一致性,
則繞組導體中的電流密度分布一致性更好.
   3)繞組之間的耦合性增強.
平面PCB繞組的設(shè)計在封裝體積很小的情況下,電流密度可以做到 40A/mm*2 .
厚度及絕緣度:初,次級間隔電壓高達40000V,絕緣強度很高.

平面變壓器繞組制作
3.繞組制作
   平面變壓器繞組的制作同樣可採用多種技術(shù),例如有常規(guī)用的PCB板,柔性
基印制板和銅箔.材質(zhì)有: FR-4 , FR-1等.
   採用常用PCB技術(shù)可使平面繞組具有高度可重現(xiàn)化特性,且制作簡單.但其
缺點是窗口利用系數(shù)很低,通常為:0.25-0.3,這是因為導體間的間距為:150um.
繞組層間的最小絕緣厚度為:100um .
    為了提高窗口利用系數(shù),也可以用柔性基印制板或鍍銅的柔性基材料制作平面
變壓器繞組.因其絕緣厚度只需:50um ,故可將多層柔性基印制板疊放沖壓成一
個類似常規(guī)PCB的剛性結(jié)構(gòu),制作成繞組就可提高窗口利用系數(shù).另因其材質(zhì)可以
直接通過折疊完成,避免了層間的連線連接.
  採用折疊銅箔技術(shù)制作的繞組可應(yīng)用于大電流場合,且成本低 . 其主要缺陷
是需額外提供絕緣層.

一個變壓器模塊包含兩只鐵氧體磁芯.變壓器模塊由一付正方形鐵氧體磁芯
組裝而成,兩只鐵氧體磁芯用環(huán)氧樹脂粘在一起.繞組再鑲?cè)朊總€磁芯內(nèi)部,粘
接在磁芯內(nèi)表面和輸出端的拐角處. 當繞組通過磁芯后,接下來旋轉(zhuǎn)180度,往
回繞. 所以,每一繞組的"始端"和"末端"都在磁芯的對向角上.
   在制作平面變壓器PCB繞組時還要注意各繞組層間以及PCB繞組與鐵芯之間
的絕緣.PCB繞組層間的絕緣採用兩層聚酯膠片就已足夠.安規(guī)EN60950中規(guī)定
PCB繞組層上導體與鐵芯中心柱和外柱之間的距離必須為400um;另外,PCB繞組
層上的阻焊層作為PCB板與鐵芯之間的絕緣是不可靠的,可在鐵芯與PCB板之間
添加薄片材料來加強鐵芯與PCB板之間的絕緣.

平面變壓器鐵芯
4. 鐵芯
   平面變壓器鐵芯有很多種形狀,但最常用的是平面EE和EI型兩種.現(xiàn)在無論國
內(nèi)外的生產(chǎn)廠家都提供這兩款鐵芯.其它的還有RM,ER,PQ和罐型.但由於EE型鐵
芯中心柱是矩形,使得線圈長度相對較長,因此會產(chǎn)生空間利用率及EMI問題;RM,
ER,PQ等中心柱為圓形的鐵芯,其線圈長度向?qū)^短,可改善屏蔽效果,但其有效
繞線窗口面積比EE 型鐵芯小,因此其線圈匝數(shù)受到限制.
  在設(shè)計平面變壓器時,首先,應(yīng)根據(jù)變壓器的設(shè)計指標確定鐵芯的允許
損耗密度Pcore:

上式中,參數(shù)Cm,X,Y,ct0,ct1和ct2可從廠家提供的產(chǎn)品手冊中查得,這些參數(shù)
均為鐵養(yǎng)體材料的特性參數(shù);100℃時Ct的值為1;F為工作頻率(HZ);Bpeak為磁
通密度峰峰值,單位:T; T為環(huán)境溫度,單位為:℃ .
  然後,假設(shè)變壓器的總損耗的一半是鐵芯損耗,則變壓器最大的鐵芯損耗密度
Pcore,鐵芯體積Ve及允許溫升△T之間的關(guān)係可標示為:

再根據(jù)結(jié)果便可查得適合的鐵芯.
  接下來便可進行一,二次側(cè)繞組匝數(shù)和電流由效值的計算,檢驗平面變壓器的溫
升是否在允許範圍內(nèi),進而優(yōu)化繞組結(jié)構(gòu).注意,由於受高頻集膚和臨近效應(yīng)的影
響,導體的寬度最好小于兩倍集膚深度.如果繞線窗還能容納一定匝數(shù)的繞組,可
採用并聯(lián)繞組層以減小繞組電阻,從而減小繞組損耗.
  目前市面出售的平面變壓器鐵芯有帶夾槽和沒有帶夾槽的兩種.帶夾槽的鐵芯
可以通過廠家提供的夾板來固定;無夾槽之鐵芯之間的固定採用樹脂粘合的方式.
採用帶夾槽鐵芯的變壓器適用于高溫升場合.相對比較牢固,如下圖a所示;無夾
槽鐵芯制成的變壓器高度比帶夾槽的變壓器要低一些.設(shè)計時可以根據(jù)實際狀況
來選擇.若選擇無夾槽鐵芯,需要注意樹脂最好不應(yīng)粘在兩塊鐵芯的結(jié)合面,這樣

上面中的一些公式和圖面請查看附件, 切記公式要放對喔... 1441761204335228.xls

最后還有就是一個平面變壓器的設(shè)計實例,是和 臺灣 佩頓作比較的...
      關(guān)係到公司就不好帖出來, 不過只要多多提問題,加分,可能在回帖的時候帖出來也是有可能的喔...

transformer1 辛苦了!在此提出感謝!

其實我一直很想以拋磚引玉的方式來帶動大家一起來討論平面變壓器的相關(guān)問題, 比如北京德恩,和臺灣佩頓都做的不錯喔...

但是可惜有點失望..

恩!這些我都看到了!咱們做的網(wǎng)友可以看到的!可能有些知識暫時還沒有用上,或者說我們找的資料本身存在著問題!很感謝你的支持,每天除了工作還那么辛苦的找資料!再次感謝了!

嘿, 嘿, 謝謝!!
  其實我今年的工作目標及老板給的工作期許就是要把平面變壓器能在公司或下游廠商批量生產(chǎn),設(shè)計能力和生產(chǎn)工藝慢慢的實踐中建立起來...
這也是我的目標,更是我這個團隊的目標...
見笑了..

PCB做變壓器,5年前都有見過,是參觀中富PCB板廠見到的,具體使用廠家不詳,當時也不太理解這種做法.現(xiàn)在LED上面才真正體現(xiàn)到價值所在,前景廣闊.

LED中使用得是比較廣...但是開關(guān)電源中的 DC/DC電源使用的非常多了...

thans transformer1!我們公司沒做這方面產(chǎn)品,所以學習機會較少,只能自模索學習,本頁收藏了,值得好好看看!

planar transformer design 其實很大一部分是經(jīng)驗在左右設(shè)計結(jié)果...
當然理論是經(jīng)驗產(chǎn)生的前提...所以在學平面變壓器時要把常用電路的結(jié)構(gòu)和工作原理及簡單的設(shè)計方法要弄懂(在開關(guān)電源常用的有:推挽,全/半橋)...

好象大家對這個并不怎么感冒哦!

其實平面變壓器和傳統(tǒng)的變壓器在性能上比較有很多優(yōu)勢!
  一致性好,漏感低,損耗較好,在線路中測試性能穩(wěn)定,不確定因素低.
但目前有個致命的缺點正影響著它的普及,那就是單價太高..
有很多企業(yè)及購買者沒有能力做及用,前天我看到一家專業(yè)生產(chǎn)此類產(chǎn)品的供應(yīng)商,PCB coils 做的全是鍍金,,多貴噢!!

喜歡平面變壓器和即將學習這塊的兄弟歡迎大家一起來討論!!!
熱烈歡迎!

學習中....

謝謝

大家不怎麼積極喔, 北京德恩電子的工程師們出來,大家一起交流交流!!

平面變壓器用多層板,PCB板層數(shù)多,工程費用很高.

感謝樓主分享