铁氧体平面变压器

张继松，王燕明

1前言
    20世纪90年代中期，各种便携式电子通讯和信息处理设备，如手提电脑、移动电话、手机等的使用越来越广泛，各种家用电器的生产数量迅速增加。采用表面安装技术来装配，就要求电子变压器、电感器小型化，铁氧体磁芯平面电子变压器便应运而生，这是一种新开发的高技术铁氧体元件。常见的铁氧体平面变压器有宽带变压器、功率变压器和阻抗匹配变换器等种类。特别适合于表面贴装，对电子产品的轻型化、小型化，将起关键作用。
2软磁铁氧体磁芯的选用
    铁氧体平面变压器一般采用高频功率铁氧体软磁材料制成的E型、RM型及罐型或环型磁芯。有的接口变压器还要承受直流，这时，可采用低损耗滤波器用铁氧体材料或者高饱和磁通密度的铁氧体材料制作的磁芯。高频功率铁氧体材料具有使用频率高、磁芯损耗小、单位重量下承载功率大等特点。
    E型磁芯制造工艺简单，售价较便宜，有大的绕组空间，可允许大电流通过。但磁芯正柱的方形给绕制变压器绕组带来一定难度，增加了变压器的漏感，降低了变压器抗压强度。
    RM型磁芯是近年来开发出的一种新型磁芯，它的最大特点是适合于高密度安装，而且在高密度安装中各引线槽不在一起，屏蔽效果好，散热窗口比罐形磁芯大，散热效果也优于罐形磁芯，在500kHz～700kHz高频下有较低的磁芯损耗。
3铁氧体平面变压器的制作与应用
3.1制作方法
    铁氧体平面变压器制作方法常见的有多层印制电路板叠合式，绕组式和铜箔绕组折叠式。多层印刷电路板叠合式平面变压器采用印制板的制造工艺技术，用精密的薄铜片或若干蚀刻在绝缘薄片上的平面铜绕组在多层板上形成螺旋式线圈。它特别适合于制作高频、高压的中、小功率平面变压器。这种设计有低直流铜阻、低漏感和低分布电容的优点，可充分满足谐振电路的要求，同时由于磁芯具有良好的磁屏蔽特性，因而可抑制射频干扰。
    绕组式平面变压器的制作方法与常规变压器的绕制方式一样，较适合于制作高频、高压平面变压器。铜箔绕组折叠式平面变压器首先采用铜箔作绕组，再折叠成多层线圈，线圈采用高频丝线绕制。用这种方法适合制作低电压、大电流平面变压器，这种平面变压器的漏感很低。
3．2优点
    铁氧体平面变压器与传统变压器相比具有许多优点：由于平面变压器采用了铁氧体磁芯，缩小了变压器的体积，一般高度均小于20mm，加之平面变压器结构上的优势，提高了其电气特性，使其功率密度比传统变压器的功率高度高3倍；在平面变压器中，导线实际是一些平面导体，因而电流密度大，每层绕组最大电流可达200A，次级升压可达20kV以上；功率大，单个器件功率可达0.5kW～25kW；工作效率高，可达到98％～99％；漏感低，约为初级电感的0.2％左右；工作频率适用范围宽，其频率范围为50kHz～2MHz；工作温度范围为－40℃～130℃；因有固定的及预先加工好的绕组结构，参数稳定可重复特性好；热通道距离短，温升低，散热面积大，热传导效果好；因具有高效磁芯屏蔽，从而可抑制射频干扰；绕组之间、初－次级及次－次级间具有高绝缘性，初－次级间绝缘隔离可达4kV；制作成本低；组装性能好。综合上述优点，可以认为在很大范围内铁氧体平面变压器能够替代用非晶或超微晶制作的常规变压器。
3．3应用
    平面变压器可广泛应用于数码相机、数字化电视、通讯电源、笔记本电脑、汽车电子、电力设备、航空航天电源、舰载电源、雷达电源等领域。用铁氧体平面变压器制成的5W～60W功率范围的DCDC变换器，已大量应用到电信系统插卡式板上电源。为了使电信网络安全可靠，防止闪电冲击和电压浪涌，把表面贴装型平面变压器或者与电流补偿扼流圈集成在一个厚膜模块中作为通讯电源，可承受3kV～4kV高压。以因特网为中心的宽带通讯市场正在快速扩大，传输系统大量地用数字技术代替模拟技术，综合业务数字网络给用户提供了一个高带宽的语音、文字、数据和图像通讯的公用平台，在电源用户与中心交换局之间采用数字传输技术时，宽带传输平面变压器（接口变压器）、隔离变压器、线路扼流圈等是必不可少的。随着家电向数字化、网络化方向发展，数字电视将开发在有线电缆电视上进行交互作用的功能，如通过4通道发送数据、电视购物等铁氧体双孔磁芯制作的平面变压器就是满足这些要求的元件。
    采用低高度铁氧体磁芯制作的高频平面变压器在电信领域得到应用，显著提高了功率密度和重复性，一只200W的低高度平面变压器仅14mm高，比传统的高频产品体积小重量也轻了许多。由于其寄生电抗极小，即绕组间电容和漏电感极小，故效率高达97％，最高工作频率为2MHz，漏抗小于0.2％。
    汽车电子是平面变压器的主要应用领域之一。由于汽车中特殊的电气和机械环境，要求变压器能承受高的环境温度，大的加速度和高的工作电流及高工作频率，采用E型铁氧体平面变压器正好能满足这些要求，因而在中档轿车的电子设备中得到广泛应用。汽车氙灯镇流器采用铁氧体平面变压器制成的DC/DC进行变压，将汽车电池的12V变换成100V。
    PulseEngineeringInc.（普思公司）采用pulse的平面技术，多层PCB夹在磁芯之间，制作了一种30W薄型高效铁氧体平面变压器，用于安装高密度的工艺控制系统、汽车和重型设备的直流电源和分离电源。这种平面变压器底部面积小，高度只有7.4mm，工作频率为150kHz～750kHz，工作温度为－40℃～130℃。
4结语
    变压器是电源中的一个关键元件。随着电子信息技术的发展，电子变压器将向小型轻量、高效安全、表面安装、片式、平面化、高可靠性和生产自动化方向发展。随着开关电源频率的提高，铁氧体平面变压器的应用优势越来越明显。平面磁芯及平面变压器、集成磁元件、磁电集成元件将成为21世纪研究开发的重点电源技术。目前，国际上已有许多厂商正积极研究开发各种新型平面变压器，薄膜微型变压器也已面市。相信在不久的将来，在某些高技术领域，平面变压器将很快取代传统变压器而得到更广泛的应用，并逐步实现规模生产，这也将为变压器行业的发展开创一个新的领域。

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