铁氧体平面变压器
2003-07-04 16:50:51
来源：国际电子变压器
点击：1387
铁氧体平面变压器
摘 要：本文简述了铁氧体磁芯平面变压器的制作方法，与传统变压器相比所具有的优点及其应用。
关键词：铁氧体 平面变压器 制作 应用
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、手机等使用越来越广泛，各种家用电器生产数量迅速增加，要求采用表面安装技术来装配，电子变压器、电感器逐渐小型化，铁氧体磁芯平面电子变压器由此应运而生。这是一种新开发的高技术铁氧体电感元件，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，对电子产品实现轻、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。有的接口变压器要承受直流叠加，则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型磁芯是近年来出现的一种新型磁芯，它最大特点是适合于高密度的安装，而且在高密度安装中引线槽不在一起，屏蔽效果好，散热窗口比罐形大，散热效果好，优于罐形磁芯，在500～700kHz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刷电路板叠合而成式，绕组式和铜箔绕组折叠成多层线圈式。多层印刷电路板式平面变压器是采用印制板的制造工艺技术，用精密的薄铜片式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。基本结构是：面“E”或“RM”型磁芯→绝缘体→次级PCB（高电流外线框）→绝缘体→骨架→初级PCB→骨架→绝缘体→次级PCB（高电流外线框）→绝缘体→底“E”或“RM”磁芯。这种制作方法特别适合于制作中、小功率、高频、高压的平面变压器，这种设计有低直流铜阻、低的漏感和分布电容，可充分满足谐振电路的设计要求，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。
线绕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，较适合于用来制作高频、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。用这种方法适宜制作低压、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，加之平面变压器的结构上的优势，提高了其电气特性，使其功率密度高于传统变压器的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500～25kW；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；工作温度为-40～130℃，工作温度范围宽；因有固定的及预先加工好的绕组结构，参数稳定可重复性好；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、初一次级及次一次级间具有高绝缘性，初级到次级间绝缘隔离可达4KV，从而具有良好的绝缘性；制作成本低；组装性能好。
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、手提笔记本电脑、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5～60W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将其和电流补偿扼流圈集成在一个厚膜块中作为通讯电源，可承受3～4KV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度带宽的语音、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。数字电视将开辟在有线电缆电视上进行交互作用的功能，如：通过四通道发送数据，电视购物等，铁氧体双孔磁芯制作的平面变压器就是满足完成这些功能的元件。
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0.55英寸高，比传统的HF产品重量轻了许多。由于其寄生电抗极小，即绕组电容和漏电感极小，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，要求变压器承受高的环境温度，大的加速度和高的工用电流及工作频率，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大量使用。汽车氙灯镇流器采用铁氧体平面变压器制成的DC/DC来进行变压，将汽车电池的12V变换成100V。
Pulse Engineering Inc.（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，用于安装密度高的工艺控制系统、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150～750kHz，工作温度为-40～130℃。
4 结语
变压器是电源中的一个关键元器件。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将越来越明显，平面磁芯及平面变压器、集成磁元件、磁电集成元件将成为二十一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。■
摘 要：本文简述了铁氧体磁芯平面变压器的制作方法，与传统变压器相比所具有的优点及其应用。
关键词：铁氧体 平面变压器 制作 应用
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、手机等使用越来越广泛，各种家用电器生产数量迅速增加，要求采用表面安装技术来装配，电子变压器、电感器逐渐小型化，铁氧体磁芯平面电子变压器由此应运而生。这是一种新开发的高技术铁氧体电感元件，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，对电子产品实现轻、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。有的接口变压器要承受直流叠加，则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型磁芯是近年来出现的一种新型磁芯，它最大特点是适合于高密度的安装，而且在高密度安装中引线槽不在一起，屏蔽效果好，散热窗口比罐形大，散热效果好，优于罐形磁芯，在500～700kHz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刷电路板叠合而成式，绕组式和铜箔绕组折叠成多层线圈式。多层印刷电路板式平面变压器是采用印制板的制造工艺技术，用精密的薄铜片式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。基本结构是：面“E”或“RM”型磁芯→绝缘体→次级PCB（高电流外线框）→绝缘体→骨架→初级PCB→骨架→绝缘体→次级PCB（高电流外线框）→绝缘体→底“E”或“RM”磁芯。这种制作方法特别适合于制作中、小功率、高频、高压的平面变压器，这种设计有低直流铜阻、低的漏感和分布电容，可充分满足谐振电路的设计要求，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。
线绕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，较适合于用来制作高频、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。用这种方法适宜制作低压、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，加之平面变压器的结构上的优势，提高了其电气特性，使其功率密度高于传统变压器的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500～25kW；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；工作温度为-40～130℃，工作温度范围宽；因有固定的及预先加工好的绕组结构，参数稳定可重复性好；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、初一次级及次一次级间具有高绝缘性，初级到次级间绝缘隔离可达4KV，从而具有良好的绝缘性；制作成本低；组装性能好。
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、手提笔记本电脑、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5～60W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将其和电流补偿扼流圈集成在一个厚膜块中作为通讯电源，可承受3～4KV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度带宽的语音、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。数字电视将开辟在有线电缆电视上进行交互作用的功能，如：通过四通道发送数据，电视购物等，铁氧体双孔磁芯制作的平面变压器就是满足完成这些功能的元件。
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0.55英寸高，比传统的HF产品重量轻了许多。由于其寄生电抗极小，即绕组电容和漏电感极小，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，要求变压器承受高的环境温度，大的加速度和高的工用电流及工作频率，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大量使用。汽车氙灯镇流器采用铁氧体平面变压器制成的DC/DC来进行变压，将汽车电池的12V变换成100V。
Pulse Engineering Inc.（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，用于安装密度高的工艺控制系统、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150～750kHz，工作温度为-40～130℃。
4 结语
变压器是电源中的一个关键元器件。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将越来越明显，平面磁芯及平面变压器、集成磁元件、磁电集成元件将成为二十一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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