平面磁芯的成功開發(fā)可以實(shí)現(xiàn)平板變壓器的設(shè)計(jì)。由于平面變壓器要求磁芯、繞組為平面結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用多層PCB繞組。PlaneTIcs平面變壓器功率從5W到20KW、頻率從20KHz到2MHz效率高達(dá)98%是電信、電焊機(jī)、計(jì)算機(jī)和外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療電子、工業(yè)控制、安全系統(tǒng)和電子設(shè)備的理想選擇。
平面變壓器與傳統(tǒng)變壓[敏感詞]區(qū)別在于鐵芯和線圈繞組。平板變壓器采用小型E型、 RM型或環(huán)形鐵氧體磁芯，通常采用高頻功率鐵氧體材料制成，高頻時(shí)磁芯損耗低；繞組由多層印刷電路板層疊而成，繞組或銅片層疊在平面高頻鐵芯上，形成變壓器的磁回路。該設(shè)計(jì)具有低DC銅電阻、低漏電感和分布電容，能夠滿足諧振電路的設(shè)計(jì)要求。此外，由于磁芯的良好磁屏蔽，可以抑制射頻干擾。
這種結(jié)構(gòu)的變壓器體積小，高度為8毫米和12毫米。繞組匝數(shù)比傳統(tǒng)變壓器少很多，結(jié)構(gòu)更緊湊，磁耦合比傳統(tǒng)變壓器好很多，漏抗小于0.2%，因此可以在更高的頻率下工作，有利于功率轉(zhuǎn)換效率的提高。緊湊的磁芯幾何結(jié)構(gòu)限制了熱點(diǎn)的產(chǎn)生，減少了熱量消耗，從而實(shí)現(xiàn)了更高的能量密度。同時(shí)，它的散熱條件比傳統(tǒng)變壓器好得多。因此，平面變壓器的體積大大減小，效率更高。更重要的是，它為開關(guān)電源中的開關(guān)變壓器提供了通用的選擇，省去了復(fù)雜計(jì)算、材料選擇和變壓器繞組工藝。它不僅簡(jiǎn)化和優(yōu)化了設(shè)計(jì)，而且減小了體積和成本。因此，平面變壓器很適合低壓(1 ~ 60V、大電流(30A/每磁芯)的開關(guān)電源或逆變電源的設(shè)計(jì)，對(duì)變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沒有限制。
平面變壓器通常有兩個(gè)或兩個(gè)以上相同尺寸的柱狀鐵芯。以雙磁芯平面變壓器的結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行了介紹。對(duì)角線上每個(gè)磁芯柱的兩個(gè)角由銅皮連接，銅皮穿過(guò)磁芯柱時(shí)緊貼磁芯內(nèi)壁。兩個(gè)磁芯并排放置，相鄰兩角焊接銅皮，磁芯外側(cè)兩個(gè)角上的銅皮用銅皮焊接在一起，這是平面變壓器次級(jí)線圈的中心，如果抽頭在這里引出，則是次級(jí)線圈的中心抽頭；另一個(gè)磁芯外側(cè)兩個(gè)角上的銅皮是平面變壓器次級(jí)線圈的兩端。
這基本上構(gòu)成了平面變壓器的主要部分。它的次級(jí)線圈只有1匝，可以有一個(gè)中心抽頭。一個(gè)完整的平面變壓器也有一個(gè)預(yù)設(shè)的儲(chǔ)能電感(1.4mH@500kHz，DC20A)，一端始終與中心抽頭相連，在上、下方有一個(gè)固定的銅板，將磁芯和濾波電感夾在中間，同時(shí)作為整流電源的兩極和散熱板(散熱板要根據(jù)使用的功率大小來(lái)安裝)。
1、PCB型變壓器，印刷電路PCB型變壓器在高頻工作時(shí)，可以節(jié)省繞組骨架，增加散熱面積，減少集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)帶來(lái)的渦流損耗，同時(shí)還可以增加電流密度，電流密度高達(dá)20A/mm，功率大，工藝簡(jiǎn)單。但是用PCB，窗口利用率低，只有0.25~0.3，而傳統(tǒng)變壓器的窗口利用率是0.4，體積也大。PCB型變壓器功率可達(dá)20kW，頻率可達(dá)兆赫數(shù)量級(jí)。采用脈沖平面技術(shù)，磁芯之間夾多層PCB。薄而高效的鐵氧體平面變壓器底部面積小，高度只有7.4毫米，工作頻率為150~750kHz，工作溫度為400~1300。
2、薄膜變壓器是由磁性薄膜制成的疊層微型變壓器，采用薄膜后高度低于1毫米，工作頻率高于1兆赫，它體積小，易于集成，但僅適用于低功耗情況。它們大多使用金屬磁性材料，如坡莫合金、鐵硅鋁和非晶合金。主要是因?yàn)樗鼈兙哂懈連S和高磁導(dǎo)率。利用膠帶(銅厚35μm，長(zhǎng)34mm，寬3mm)、絕緣膜(厚度100μm)和非晶CoNbZr膜(1.8μm)構(gòu)建了高頻輸出電壓可控的薄膜變壓器——針孔變壓器，并制作了厚度210μm的片式變壓器。它由兩層厚度為10μm的CoZr非晶薄膜制成，用于頻率為5V、0.3A、1MHz的開關(guān)電源，77.5%的鐵氧體材料(主要是MnZn系)也可以制成薄膜型變壓器，但常規(guī)方法很難制成合適的微型磁性薄膜，因此有必要開發(fā)新的成膜技術(shù)。目前國(guó)外主要采用PVD、CVD等沉積技術(shù)化學(xué)蝕刻，激光燒蝕法、光照射低溫鍍膜法等成膜技術(shù)。設(shè)計(jì)的微型變壓器面積僅為2.4mm&TImes；3.1毫米，在10兆赫時(shí)效率可達(dá)67%。
3、針對(duì)厚膜變壓器導(dǎo)體電阻大的缺點(diǎn)，提出了厚膜變壓器以氧化鋁為基體，采用厚膜技術(shù)，在其上、下表面分別印刷初級(jí)繞組和次級(jí)繞組，由鐵氧體制成的平面變壓器在2MHz時(shí)的效率為85%，輸出功率為75W。采用厚膜技術(shù)制造的平面變壓器效率普遍較低，因此尋求進(jìn)一步的技術(shù)來(lái)提高平面變壓器的厚膜技術(shù)是實(shí)現(xiàn)平面變壓器高頻集成化的關(guān)鍵。
與傳統(tǒng)變壓器相比，平面變壓器的磁芯尺寸大大減小，尤其是高度減小幅度大。在空間受到嚴(yán)格限制的情況下，這一特性對(duì)電力設(shè)備很有吸引力，因此它可以成為許多電力設(shè)備中的首先選擇磁性元件。平面變壓器的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)也為其電氣特性帶來(lái)諸多優(yōu)勢(shì)：功率密度高、效率高、漏電感低、散熱性好、成本低等。
(1)除了合理的布局和采用表面貼裝技術(shù)節(jié)省空間的控制電路外，還采取了更有效的措施，避免傳統(tǒng)的大型高頻功率變壓器占用有限的空間。
(2)工作環(huán)境溫度高。與其他整流模塊在-25℃ ~ +50℃的工作環(huán)境相比，該模塊可以在-25℃ ~ +70℃的環(huán)境下工作，滿足一些惡劣條件的要求。因此，在正常運(yùn)行過(guò)程中，模塊內(nèi)部的溫升會(huì)更高，這就要求變壓器能夠承受高溫。
(3)模塊對(duì)EMI、噪聲等指標(biāo)要求較高。需要采取切實(shí)可行的措施來(lái)改善這些方面。
(4)模塊體積小，效率高，間接要求模塊熱損失小。
鑒于以上要求，結(jié)合平面變壓器的優(yōu)勢(shì)，變壓器設(shè)計(jì)方案中優(yōu)先考慮平面變壓器。在結(jié)構(gòu)較小的情況下，平面變壓器電流密度高，漏抗小，適合低電壓大電流的開關(guān)電源。需要注意的是，由于常規(guī)變壓器都是在鐵氧體磁心上纏繞圓柱形導(dǎo)線，高頻電流集中在導(dǎo)線表面附近(趨膚效應(yīng))，會(huì)減少有效導(dǎo)電性能。在平面變壓器中，“繞組”是制作在覆銅印刷電路板上的扁平傳導(dǎo)導(dǎo)線。當(dāng)開關(guān)頻率較高時(shí)，扁平的幾何形狀減少了集膚效應(yīng)的損失。因此，銅導(dǎo)體的表面導(dǎo)電性可以得到有效的利用，其效率高于傳統(tǒng)導(dǎo)體。
