无铁芯印刷电路板（PCB）变压器--基本特性及潜在应用（三）
Coreless printed Circuit Board(PCB)Transformers
——Fundamental Characteristics and Application Potential

"最大阻抗频率"。该门驱动输出信号（即功率MOSFET的门源电压Vgs）受调制/解调过程门驱动输入信号Vin的控制。因此，Vin的频率决定了功率MOSFET的开关频率.
图11a和图11b分别给出了在IHz和300KHz处功率器件的输入门信号和输出门驱动信号的波形图。图11b同样也给出了8MHz的载波信号。整个门驱动电路的输入电流与工作频率的关系示于图12。正如所预测的：最小输入电流发生在最小阻抗频率处。实际测试电路的摄影图.如图13所示，用一台精确的电磁兼容性（EMC）扫描仪扫描该电路的磁场，如图14所示。绝大部分的EMI来源于左方区域（记为"T"的区域），该区域包括作为功率电路一部分的铜线。因此，主要的EMI来自功率电路中的导通路径（PCB右上方部分）而非无铁芯PCB变压器。甚至位于主要部分（"P"区域）的门驱动电路和位于次要部分（"S"区域）的门驱动电路都具有比无铁芯PCB变压器（包在方盒内）更高的EMI。来自无铁芯PCB变压器的EMI与整个电路中来自功率电路和其它电子电路的辐射相比很小。无铁芯PCB变压器不像功率部件和其它门驱动电子部件那样会在瞬间产生陡峭的电压和电流，它具有一定的滤波作用且其电压和电流的边界没有陡峭的上升沿或下降沿。尽管无铁芯PCB变压器置于离功率电路很近的地方，其正常的运作却不受来自功率电路[16]的EMI影响。

图10 使用无铁芯的可调门驱动电路

图11a在=1Hz出测量的输入（）和输出（）信号

图11b 在=300Hz出测量的载波中间（Vc2.5v/div)和输出（）信号

图12 在占空比为1（最坏情况）下门驱动电路的输入电流测量值与载波的频率的关系图

图13 PCB顶部的摄影图（无铁芯PCB变压器被包在方盒内）

图14 门驱动电路与功率电路同时打开时来自PCB的EMI；频率范围：30MHz至300MHz
例2 具有多个次级绕组的推拉式门驱动输出电路的变压器
无铁芯PCB变压器同样可以从由多个次级绕组构成。它可以通过将两个次级绕组印制在同一面或将它们印制在多层PCB的不同层上来实现。图15给出了具有两个次级绕组的无铁芯PCB变压器绕组的尺寸大小。该变压器已被用于两推拉式门驱动输出电路（如图16所示），此电路通常用于功率逆变器。图17给出了在IMHz时该功率设备的实际转换波形。

图15 无铁芯PCB变压器的两级绕组（左边）和一个初级绕组（右边）

图16 用于互补式门驱动电路中的具有两个次级输出的无铁芯PCB变压器

图17 在IMHz开关频率处测得的两个MOSFETS的基本门信号和漏极电压
例3 具有1MHz带宽的隔离放大器
商业上的隔离放大器能达到120KHz[18]的带宽。由于不存在铁芯的限制，无铁芯PCB变压器提供了一个更高的至少可达到1MHz的带宽。图18给出了一个典型的隔离放大器电路。其功率变压器和信号变压器分别由与之相对应的无铁芯PCB变压器T1和T2代替（图19）。图20给出了本例的中的电压增益与工作频率的关系。

图18 隔离放大器的主框图

图19 （A）T1形状（B）T2形状

图20 隔离放大器的增益与效率的关系
例4 用于最大功率传输的变压器
人们已用功率转换器输出功率从0.5W到94W的不同值对无铁芯PCB变压器进行了测试，同时还采用了一种不容易引起人们注意的开关方式对它（如图21所示）进行了测试；现在，它已能达到超过95%的最大变压器效率和约84%的最大转换器能量效率（如图22所示）。

图21 半桥式转换器的电路原理图

图22 工作在半桥功率转换器下的PCB变压器的测量效率
结论
本文已描述了无铁芯PCB变压器的特性及若干应用举例，澄清了一些关于无铁芯PCB变压器的误解。由于没有铁芯的限制，无铁芯PCB变压器在高频范围内具有比基于铁芯的对应变压器更好的性能。对无铁芯PCB变压器的研究尚处于初期阶段，可能变压器的这些优点使得它在要满足严格要求的微电子电路和一些不容易引起人们注意的应用中很具吸引力。

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（全文完）