平面变压器的特点和优点uu平面变压器结构图

1.平面变压器简介

平面磁芯的研制成功可以实现平面变压器的设计。由于平面变压器要求磁芯和绕组为平面结构，因此应采用多层PCB绕组。现在，许多公司已经开发了平面变压器，Pulse，该公司开发了平面磁性元件，Israel Payton Payton公司开发了一种平面变压器，功率从5 w到20 kw，由于频率为20kHz和2MHz，效率可达98%，通常是电信、电焊机、计算机及外围设备、网络、医疗电子、工业控制、安防系统和电子设备的选择。

平面变压器与传统变压器最大的区别在于铁芯和线圈绕组，平面变压器采用小型e型、RM型或环形铁氧体磁芯，通常由高频功率的铁氧体材料制成，高频时铁心损耗低。绕组由多层印制电路板构成，绕组或铜片叠加在平面高频铁芯上，形成变压器磁路。该设计具有较低的直流铜电阻、较低的漏感和分布电容，能够满足谐振电路的设计要求。由于磁芯具有良好的磁屏蔽作用，可以抑制射频干扰。

2.平面变压器的主要特点

（1） 高电流密度。平面变压器的导体实际上是一些平面导体，因此电流密度很高。

（2） 效率高，效率可达98%～99%。

（3） 低泄漏。约为初级电感的0.2%。

（4） 导热性好。热通道距离短，温升低。

（5） 低EMI辐射。良好的铁芯屏蔽可将辐射降低至极低。

（6） 体积小。使用小磁芯可以减小体积。

（7） 参数重复性好，由于卷绕结构固定，易于提前加工，参数稳定。

（8） 工作频率范围宽。频率范围从50kHz到2MHz。

（9） 工作温度范围宽，工作温度可达40℃~130℃。

（10） 绝缘良好。平面变压器由相互重叠的导电电路和绝缘片组成，以确保绕组、一次和二次以及二次之间的4kV绝缘隔离。

3.平面变压器的性能

这种结构的变压器体积小，高度为8mm和12mm，绕组匝数比传统变压器少很多，结构更紧凑，磁耦合比传统变压器好很多，漏阻小于0.2%，因此可以在更高的频率下工作，这有利于提高功率转换效率。紧凑的堆芯几何结构限制了热点并降低了热消耗，因此允许更高的能量密度。同时，变压器本身的热状况也比传统的变压器要好得多。因此，平面变压器的体积和重量大大减小，效率更高。更重要的是，它为开关电源中的开关变压器提供了一种通用的选择，节省了复杂的计算、选材和变压器绕组工艺。它简化和优化了设计，同时减少了体积和成本。因此，平面变压器非常适合于低压（1~60V，大电流（30A/芯）开关电源或逆变电源的设计，并且对变压器的拓扑结构没有限制。

4.平面变压器的结构原理

平面变压器通常有两个或两个以上相同尺寸的圆柱形磁芯（图A）。以两个磁芯的平面变压器结构为例进行介绍。每个磁芯柱的两个对角由铜片连接，铜片穿过磁芯柱时紧贴磁芯内壁（图B）。两个磁芯并排放置，两个相邻的角用铜片焊接在一起。磁芯外表面两个角上的铜片与一片铜片焊接在一起。这是平面变压器二次线圈的中心。另一铁心的一个外表面上两个角度的铜片是平面变压器二次线圈的两端（图C）。

这基本上构成了平面变压器的主要部分。其次级只有一圈，可以有一个中心抽头。一个充满储能电感的平面变压器和一个预设（1.4 mH@500 KHZ，DC20A）它经常遇到在中心抽头上，在上下两端各有一个固定的铜，它们将被芯和滤波器电感夹在中间，同时作为极点（D）整流电源和冷却板（用于根据电源的大小增加冷却板）。

5. Classification of planar transformers　　

(1)PCB型变压器，印刷电路PCB型变压器可以消除绕组骨架，增加散热面积，减少高频集肤效应和邻近效应造成的涡流损耗，增加电流密度，电流密度可达20A/mm，功率大，工艺简单窗口利用率低，仅为0.25~0.3，传统变压器的窗口利用率为0.4，体积也很大，PCB变压器的功率可达20kW，频率可达兆赫量级，采用脉冲平面技术，多层PCB夹在磁芯之间，薄而薄的高效铁氧体平面变压器的基底面积小，高度仅为7.4mm。

(2) Thin-film transformer. Thin-film transformer is a laminated miniature transformer developed with magnetic thin film. Most of them use metallic magnetic materials, such as permalloy, ferrosilicon-aluminium and amorphous alloys. Mainly because they have high BS and high permeability. Tsuijimotl et al. used strip transformers (copper 35 m thick, 34mm long, 3mm wide) with insulating film (100 m thick), amorphous CoNbZr film (1.8 m) to form a film transformer with controllable output voltage at high frequency -- pinhole type transformer, and also made a chip transformer with a thickness of 210 m.It is made of two layers of 10 m thick CoZr amorphous film, for 5V, 0.3a, 1MHz switching power supply, 77.5% ferrite material (mainly MnZn series) can also be made into A thin-film transformer, but it is difficult to make A suitable micro magnetic film using conventional methods, so A new film-forming technology needs to be developed. At present, PVD, CVD and other deposition technologies are mainly used in foreign countries, such as chemical etching, laser ablation, low temperature coating by light irradiation and other film-forming technologies. The miniature transformer designed and manufactured by Yamaguchi K et al has an area of only 2.4mm * 3.1mm, and its efficiency can reach 67% at 10MHz.　

(3)厚膜变压器，厚膜变压器是为了克服薄膜变压器导体电阻中的缺陷。一次绕组和二次绕组基于厚膜技术印刷在氧化铝的上下表面。由铁氧体制成的平面变压器在2MHz下的输出功率为75W时效率为85%。效率厚膜工艺生产的平面变压器的高频集成度普遍较低，因此寻求进一步完善厚膜工艺的技术是实现平面变压器高频集成的关键。

6.平面变压器的优点

与传统变压器相比，磁芯的尺寸大大减小，特别是高度大大降低。在空间受限的情况下，该特性对电力设备具有相当大的吸引力，可以成为许多电力设备中的首选磁性元件。平面变压器结构的优点也为其电气特性带来了许多优点：高功率密度、高效率、低泄漏、散热性好、成本低等。

7.平面变压器在电源中的应用

（1） 除了合理的布局和控制电路外，还采用了表面粘贴技术来节省空间，采取了更有效的措施来避免传统大容量高频电力变压器所占用的有限空间。

（2） 工作环境温度高。相对于其他整流器模块-25℃～+50℃的工作环境，

该模块可以在25℃～+70℃的环境下工作，满足一些恶劣条件的需要。因此，在正常工作时，模块内部的温升会更高，这就要求变压器能够承受高温。

（3） 该模块要求高EMI、噪声和其他指标。需要采取实际措施来改善这些方面。

（4） 模块的小尺寸和高效率间接要求模块的热损失小。

鉴于上述要求，结合平面变压器的优点，平面变压器是变压器设计的首选。平面变压器结构体积小，电流密度高，漏阻小，非常适合低压大电流开关电源。应注意的是，由于传统变压器是绕在铁氧体磁芯周围的圆柱形导线，因此高频电流集中在导线表面附近（集肤效应），这将降低有效导电性。在平面变压器中，“绕组”是镀铜电路板上的扁平导线。平坦的几何结构减少了在较高开关频率下的趋肤效应损失。因此，可以最有效地利用铜导体的表面导电性，并且效率高于传统导体。