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2.1 应用于平面变压器的插入技术
    应用于变压器中的插入技术的主要优点如下：
    1)使变压器中磁性能量储存的空间减少，导致漏感的减少；
    2)使电流传输过程中在导体上理想分布，导致交流阻抗的减少；
    3)绕组间更好的耦合作用，导致更低的漏感。

    为了说明插入技术的特征，图4给出了应用3种不同插入技术的结构，P代表初级绕组，s代表次级绕组。试验显示SPSP结构是最好的，因为初级和次级的绕组都是间隔插人的。图5显示了在500 kHz时，3种结构的交流阻抗和漏感值，通过比较可以很容易地发现应用了插入技术的变压器，交流阻抗和漏感值都有了很大的减少。

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2．2 多绕组变压器中平面结构的优势
    平面变压器另一个重要的优点是高度很低，这使得在磁芯上可以设置比较多的匝数。一个高功率密度的变换器需要一个体积比较小的磁性元件，平面变压器很好地满足了这一要求。例如，在多绕组的变压器中需要非常多的匝数，如果是普通的变压器将会造成体积和高度过大，影响电源的整体设计，而平面变压器则不存在这一问题。

    另外，对于多绕组的变压器来说，绕组间保持很好的耦合非常重要。如果耦合不理想则漏感值增大，将会使得次级电压的误差增大。而平面变压器因为具有很好的耦合，使得它成为最佳的选择。

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平面变压器的结构原理与应用

摘要:大多数DC/DC变换器都需要隔离变压器而平面变压器技术在隔离变压器的许多方面实现了重要的突破.介绍了平面变压器的结构、性能和使用方法.

关键词:隔离变压器 平面变压器 开关电源

在DC/DC变换中,基本的Buck、Boost、Cuk变换器是不需要开关隔离变压器的.但如果要求输出与输入隔离,或要求得到多组输出电压,就要在开关元件与整流元件之间使用开关隔离变压器,所以绝大多数变换器都有隔离变压器.目前开关电源的发展趋势是效率更高、体积更小、重量更轻,而传统的隔离变压器在效率、体积、重量等方面严重制约了开关电源的进一步发展.同时由于变压器涉及到的主要参数有电压、电流、频率、变比、温度、磁芯u值、漏抗、损耗、外形尺寸等,所以一直无法象其它电子元器件那样有现成的变压器可供选用,常常要经过繁琐的计算来选用磁芯和绕组导线,而且绕组绕制对变压器的性能也有较大影响,加之变压器的许多重要参数不易测量,给使用带来一定的盲目性,很难在频率响应、漏抗、体积和散热等方面达到满意效果.平面变压器(Flat Transformer技术则在隔离变压器的许多方面实现了重要的突破.

目前,国外的许多电源产品中都开始采用平面变压器技术,如蓄电池充电电源、通信设备分布式电源、UPS等.而国内的隔离开关变压器在材料、工艺等方面与国外先进国家有一定差距,阻碍了开关电源开关高频的提升和效率提高,使开关电源产品停留在一个较低的水平.平面变压器技术将会为高频开关电源的设计和产品化提供有益的帮助.

传统变压器的绕组常常是绕在一个磁芯上,而且匝数较多.而平面变压器(单元)只有一匝网状次级绕组,这一匝绕组也不同于传统的漆包线,而是一片铜皮,贴绕在多个同样大小的冲压铁氧体磁芯表面上.所以平面变压器的输出电压取决于磁芯的个数,而且平面变压器的输出电流可以通过并联进行扩充,以满足设计的要求.并且平面变压器原边绕组的匝数通常也只有数匝,不仅有效降低了铜损和分布电容、电抗,而且为绕制带来了很多便利.由于磁芯是用简单的冲压件组合而成的,性能的一致性大大提高,也为大批量生产降低了成本.

1 平面变压器的结构和性能

1.1 结构

平面变压器通常有2个或2个以上大小一样的柱状磁芯.现以2个磁芯的平面变压器为例介绍其结构.每个磁芯柱在对角线上的两角都用铜皮连接,铜皮在通过磁芯柱时紧贴磁芯内壁.两个磁芯并排放置,相邻的两角用铜皮焊接起来,在一个磁芯的一个外侧面上的两个角上的铜皮用一片铜皮焊接在一起,这里就是平面变压器次级线圈的中心,如果在这里引出抽头,就是次级线圈的中心抽头;在另一个磁芯的一个外侧面上的两个角上的铜皮就是平面变压器次级线圈的两端.这样就基本构成一个平面变压器的主体部分.它的次级线圈只有1匝,而且可以带有中心抽头.一个完整的平面变压器还有一个预置的储能电感(1．4μH@500kHz,DC20A),它的一端常接在中心抽头上,上、下各有一片固定铜板,它们将磁芯和滤波电感夹在中间,同时作为整流电源的两极和散热板(实际使用中还要根据功率的大小加装散热板).

1.2 性能

这种结构的变压器体积小,高度有8mm和12mm两种.绕线匝数大大少于传统的变压器,结构更紧凑,磁耦合大大优于传统的变压器,漏抗小于0．2%,所以它可以在更高的频率下工作,有利于电源转换效率的提高.紧密的磁芯的几何形状限制了热点的产生,降低了热耗,因此允许更高的能量密度.同时本身的散热条件大大优于传统的变压器.所以平面变压器的体积、重量大大降低,而效率更高.更重要的是,它为开关电源中开关变压器提供了一个通用的选择,省去了复杂的计算、选料和变压器绕制过程.它在简化和优化设计的同时,还缩小了体积,降低了成本.所以平面变压器非常适合应用在低压(1~60V、大电流(30A/每磁芯)的开关电源或逆变电源的设计中,对变压器的拓扑结构没有限制.表1列出了FTI-12×2A-XA系列平面变压器的主要技术参数.

表1 FTI-12×2A系列扁平变压器的主要技术参数

型 号
1A 2A 3A 4A 5A
容量/W 200 400 600 800 1000
输出电压/V Min
(250kHz) Type
Max 1
5
15

最大输出电流/A 40  80 120 160 200
磁芯截面积/CM2 0.68 1.36 2.04 2.72 3.4
磁路长度/CM3 2.8
磁芯体积/CM3 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0
铁损(250kHz,
Bm=80mT,Vout=5V) 400mW 800mW 1.2W 1.6W 2.0W
泄漏电感(Per turn sq.) 4nH 8nH 12nH 16nH 20nH

2 平面变压器的使用

平面变压器的使用主要有以下三个原则:

(1)根据输出电压的大小来选用相应型号的平面变压器;

(2)根据输出电流的大小来确定并联的平面变压器个数;

(3)根据输入输出电压的大小来确定变比及原边绕组的匝数.

例如,开关电源输出电压5V,输出电流150A.选用5V系列的平面变压器FTI-12×2A-XX.如果用FTI-12×2A-1A,就需要5个并联;如果用FTI-12×2A-5A(实际就是由5个FTI-12×2A-1A并联构成),只需要1个.

此外,实际应用中还需要知道平面变压器的变化和原边线圈的匝数.变比可用下面公式进行计算:

变比＝K×N×P:1

式中,K是系数.当平面变压器的输出是通过中心抽头时,K＝0．5;平面变压器无中心抽头时,K＝1.N是并联的平面变压器单元个数.P平面变压器原边匝数.

上面的例子中,如果输出平面变压器使用中心抽头,输入的直流电压为150V,变比可定为10:1,则原边匝数P＝10/(0．5×5)＝4.如果输入的直流电压为300V,变比可定为201,则原边匝数P＝20/0．5×5＝8.由此可见平面变压器的原边绕组的匝数通常是很少的.

3 结论

根据本人的使用体会,采用平面变压器后,开关频率为300kHz,转换效率大于95%,整个装置的体积和重量也大大降低.由于平面变压器已标准化、系列化、产品化,性能一致性好,使用非常方便.

平面变压器改变了传统的开关变换器中隔离开关变压器的设计思路,为设计人员提供了更方便、更优良的选择

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是不是算高档产品啊

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这是技术含量比较高的产品。
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2．3 在不同拓扑中平面变压器的作用
    在不同的拓扑中，磁性元件的作用也是不同的。在正激变换器中的变压器，磁性能量在主开关管开通的时候由初级绕组传递到次级绕组中。然而，在反激变换器中的“变压器”并不完全是一个变压器，而是两个连接的电感器。在反激拓扑中的“变压器”在主开关管开通的时候初级绕组储存能量，而在关闭的时候将能量传送到次级绕组。因此，这种插入技术的优点同上面相比是不同的。应用于这种变压器的插入技术的特点如下：

    1)在磁芯中储存的能量没有减少，因为电流在某时刻只能在一个绕组中流动，并且没有电流补偿；
    2)电流的分布并不理想，原因同上，因此交流阻抗也没有减小；
    3)插入使得绕组间产生较好的耦合，因此有比较小的漏感值

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平面变压器的标准化设计
    平面变压器的优点如上所述，同样它也有缺点，其最主要的缺点就是设计的过程非常复杂，而且设计成本也非常高。

    下面介绍一种标准的设计平面变压器的程序步骤[3];它通过提供一个标准的匝数模型的设计，使之能够被使用于不同的平面变压器中，从而使得设计过程大大简化，费用大大降低。

    在双面PCB板的每一层都是由一到多匝的绕组组成的，而且所有的层都保持着一样的物理特性：即相同的形状和相同的外部连接点。在有些多匝的层次中，这个外部连接点是不同匝数间的电气连接点。如果有些层只有一匝，它也可以被印制在PCB的双面来降低交流阻抗。使用铜箔直接印制在PCB板上来替代传统的导线，即使在许多需要很多匝数的开关电源中，变压器依旧能保持一个很小的体积，这便大大减小了整机的体积。具体的设计步奏和注意事项请参阅文献[3]。图6显示了一个顶层的标准匝数设计的例子，它使用的是罐形(RM)磁芯。
铜箔高度按照对应于最大开关频率时的趋肤深度选取，这样可以使铜箔的所有部分都成为电流通路，大大减少集肤效应的影响。因此，应该使每一种开关频率对应于不同的铜箔高度。