平面变压器的应用
2003-05-15 09:39:40
来源：《国际电子变压器》2001.07
平面变压器的应用
1 概述
目前，电力电子技术的应用十分广泛。如：航空航天电源，舰载电源，雷达电源，通讯电源，电动机车-汽车电源，计算机-集成芯片电源，高频加热-照明电源，变频器，逆变器和各种AC/DC，DC/DC变换器等。而且应用的水平和对电源性能提出的要求不断提高。比如：高频开关电源的功率密度要求越来越高，成为当前主要研究课题。
功率磁性元件是所有电力电子装置中必不可少的关键器件，其体积和重量一般占到整个电路的20%到30%，磁性元件的损耗占到总损耗的30%左右，且磁性元件的各项参数对电路的性能影响很大。从目前看来，磁性元件无论在研究上，还是在应用上都已成为电力电子技术进一步发展的瓶颈，在某种程度上直接影响了电力电子技术的发展。因此，对高频，高功率密度和特殊外形结构的磁性元件的研究，开发是十分重要的。比如：磁性元件的平面化，混合集成化等。
目前来看，以铁氧体为磁芯的平面变压器体积小，功率密度大，将在较大功率的模块电源中发挥主要作用，成为主流产品，可在电力电子技术的领域大力推广和广泛应用，在某种程度上可以推动电力电子技术的发展。
2 平面变压器的优势
平面变压器与常规变压器相比，磁芯尺寸大幅度缩小，特别是高度缩小最大。这一特色对电源设备中在空间受到严格限制的场合下具有相当大的吸引力，从而可成为许多电源设备中首选的磁性元件。平面变压器结构上的优势，也为它的电气特性带来了许多优点：功率密度高，效率高，漏感低，散热性好，成本低等。详见下表：
3 制造方式
1、线绕式平面变压器：这种绕组方式与常规变压器的绕制方式一样，适合于高频，高压变压器的制造。
2、 铜箔式平面变压器:这种方式是用铜箔作绕组，折叠成多层线圈。适合于制造低压，大电流的变压器。
3、多层印制板式平面变压器:这种方式是用印制板的制造工艺，在多层板上形成螺旋式的线圈。适合于制造中，小功率的变压器。
以上三种形式的平面变压器，在现有的机械设备、生产规模和工艺水平下，能很方便地制造出来。所以，大力推广平面变压器的开发和应用，具有特别的实际意义。
4、多元化的开发与应用
1、并联组合形式：因平面变压器铁芯扁平，所以很容易用两个，四个或八个铁芯合成来实现更大功率输出。
2、用铁氧体制作的频率适用范围很宽，而且成本很低。因此，可以在很大范围内，替代用非晶和超微晶制作的常规变压器。目前，人们须努力研究，开发；使它形成标准化和系列化。（见下表部分平面变压器系列）
说明：
该数据表适合做双极性开关电源变压器。对于单极性开关电源变压器来说，其功率应用要减小一半以上。按上述数据制造的变压器的温升为30℃，其尺寸为铜箔式或印制板式平面变压器的外形尺寸。
说明：
以上两个变压器均用高频丝线绕制而成。L1为初级电感量，Ls为初级漏感。从表中可以看出，平面变压器的漏感为初级电感量的2%以下。常规变压器的漏感为初级电感量的7%左右。
5、 实例比较
6、 三种变压器的应用比较
说明：
以上三种变压器，常规高频变压器大家都已很熟悉了。
压电陶瓷变压器，它是利用功能陶瓷的压电/逆压电效应而设计制造的一种新型变压器。它也具有许多优点：如漏电流小；不产生电磁干扰，也不易受外来电磁干扰；尺寸小，易片式化。只是它的适用的功率范围十分有限，因此决定了它的应用范围不会很广。也是很值得广大科技工作研制和开发的一种变压器。
以铁氧体为磁芯的平面变压器的应用优势就十分明显，而且随着开关电源频率的提高，平面变压器的优势更加显著。清化大学教授，国际电气电子工程师学会（IEEE）电力电子学会中国分会主席，蔡宣三教授在《通信电源技术的发展》一文中，提出二十一世纪我国注意开发的通信开关电源技术："1.碳化硅（SiC）功率半导体器件；2.平面磁芯及平面变压器，集成磁元件，磁电混合集成元件；3.S4高功率因数开关变换器，DC/DC变换器；4.电源EMI，可靠性和热设计及测试等技术的开发，研究及应用。"
目前，国际上已有许多厂商在积极研制和开发。如日本的TDK；日立铁氧体；美国的信号变压器公司；平板变压器技术公司；多源技术公司；欧洲的西门子和飞利浦等。国内也已有许多厂家在研制开发。
因此，有生产能力的变压器厂家应积极研制开发标准化的，系列化的平面变压器，以适应高频开关电源的发展。同时也为变压器行业的发展开创了一个新的领域。
参考文献：
1．《通信电源技术的发展》 蔡宣三 2001.6
2．《新型片式电子元件--平板变压器》星光 2001．7
3．《电力电子高频磁件的研究内容和发展趋势》陈为 姜剑 2001．6
4．《微型变压器的现状与发展》 王晓飞 2001．6
5．Using Planar Transformers in Low-Profile-Mode Power Supplies， Application Note. Signal
Transformer Co.
6．Flat Transformer Power Conveter for Low Voltage， High Current Application， Application
Note， Flat Transfomer Co.
7．Magnetics， Ferrite Cores， A Division of Spang & Company.
8．Payton， Planar Transformers， Impact MEMEC.
9．Alex Estrov Integrating planar magnetics in high density power converters by Multisource
Tech. Corp.
10.Philips Componets， 25watt DC/DC converter using planar magnetics. Philips Magnetic
Products Release.
1 概述
目前，电力电子技术的应用十分广泛。如：航空航天电源，舰载电源，雷达电源，通讯电源，电动机车-汽车电源，计算机-集成芯片电源，高频加热-照明电源，变频器，逆变器和各种AC/DC，DC/DC变换器等。而且应用的水平和对电源性能提出的要求不断提高。比如：高频开关电源的功率密度要求越来越高，成为当前主要研究课题。
功率磁性元件是所有电力电子装置中必不可少的关键器件，其体积和重量一般占到整个电路的20%到30%，磁性元件的损耗占到总损耗的30%左右，且磁性元件的各项参数对电路的性能影响很大。从目前看来，磁性元件无论在研究上，还是在应用上都已成为电力电子技术进一步发展的瓶颈，在某种程度上直接影响了电力电子技术的发展。因此，对高频，高功率密度和特殊外形结构的磁性元件的研究，开发是十分重要的。比如：磁性元件的平面化，混合集成化等。
目前来看，以铁氧体为磁芯的平面变压器体积小，功率密度大，将在较大功率的模块电源中发挥主要作用，成为主流产品，可在电力电子技术的领域大力推广和广泛应用，在某种程度上可以推动电力电子技术的发展。
2 平面变压器的优势
平面变压器与常规变压器相比，磁芯尺寸大幅度缩小，特别是高度缩小最大。这一特色对电源设备中在空间受到严格限制的场合下具有相当大的吸引力，从而可成为许多电源设备中首选的磁性元件。平面变压器结构上的优势，也为它的电气特性带来了许多优点：功率密度高，效率高，漏感低，散热性好，成本低等。详见下表：
3 制造方式
1、线绕式平面变压器：这种绕组方式与常规变压器的绕制方式一样，适合于高频，高压变压器的制造。
2、 铜箔式平面变压器:这种方式是用铜箔作绕组，折叠成多层线圈。适合于制造低压，大电流的变压器。
3、多层印制板式平面变压器:这种方式是用印制板的制造工艺，在多层板上形成螺旋式的线圈。适合于制造中，小功率的变压器。
以上三种形式的平面变压器，在现有的机械设备、生产规模和工艺水平下，能很方便地制造出来。所以，大力推广平面变压器的开发和应用，具有特别的实际意义。
4、多元化的开发与应用
1、并联组合形式：因平面变压器铁芯扁平，所以很容易用两个，四个或八个铁芯合成来实现更大功率输出。
2、用铁氧体制作的频率适用范围很宽，而且成本很低。因此，可以在很大范围内，替代用非晶和超微晶制作的常规变压器。目前，人们须努力研究，开发；使它形成标准化和系列化。（见下表部分平面变压器系列）
说明：
该数据表适合做双极性开关电源变压器。对于单极性开关电源变压器来说，其功率应用要减小一半以上。按上述数据制造的变压器的温升为30℃，其尺寸为铜箔式或印制板式平面变压器的外形尺寸。
说明：
以上两个变压器均用高频丝线绕制而成。L1为初级电感量，Ls为初级漏感。从表中可以看出，平面变压器的漏感为初级电感量的2%以下。常规变压器的漏感为初级电感量的7%左右。
5、 实例比较
6、 三种变压器的应用比较
说明：
以上三种变压器，常规高频变压器大家都已很熟悉了。
压电陶瓷变压器，它是利用功能陶瓷的压电/逆压电效应而设计制造的一种新型变压器。它也具有许多优点：如漏电流小；不产生电磁干扰，也不易受外来电磁干扰；尺寸小，易片式化。只是它的适用的功率范围十分有限，因此决定了它的应用范围不会很广。也是很值得广大科技工作研制和开发的一种变压器。
以铁氧体为磁芯的平面变压器的应用优势就十分明显，而且随着开关电源频率的提高，平面变压器的优势更加显著。清化大学教授，国际电气电子工程师学会（IEEE）电力电子学会中国分会主席，蔡宣三教授在《通信电源技术的发展》一文中，提出二十一世纪我国注意开发的通信开关电源技术："1.碳化硅（SiC）功率半导体器件；2.平面磁芯及平面变压器，集成磁元件，磁电混合集成元件；3.S4高功率因数开关变换器，DC/DC变换器；4.电源EMI，可靠性和热设计及测试等技术的开发，研究及应用。"
目前，国际上已有许多厂商在积极研制和开发。如日本的TDK；日立铁氧体；美国的信号变压器公司；平板变压器技术公司；多源技术公司；欧洲的西门子和飞利浦等。国内也已有许多厂家在研制开发。
因此，有生产能力的变压器厂家应积极研制开发标准化的，系列化的平面变压器，以适应高频开关电源的发展。同时也为变压器行业的发展开创了一个新的领域。
参考文献：
1．《通信电源技术的发展》 蔡宣三 2001.6
2．《新型片式电子元件--平板变压器》星光 2001．7
3．《电力电子高频磁件的研究内容和发展趋势》陈为 姜剑 2001．6
4．《微型变压器的现状与发展》 王晓飞 2001．6
5．Using Planar Transformers in Low-Profile-Mode Power Supplies， Application Note. Signal
Transformer Co.
6．Flat Transformer Power Conveter for Low Voltage， High Current Application， Application
Note， Flat Transfomer Co.
7．Magnetics， Ferrite Cores， A Division of Spang & Company.
8．Payton， Planar Transformers， Impact MEMEC.
9．Alex Estrov Integrating planar magnetics in high density power converters by Multisource
Tech. Corp.
10.Philips Componets， 25watt DC/DC converter using planar magnetics. Philips Magnetic
Products Release.
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