高功率密度是開(kāi)關(guān)電源的主要趨勢(shì)。要做到這一點(diǎn)，需要提高磁性元件的功率密度。由于特殊的平面結(jié)構(gòu)和繞組的緊密耦合，高頻寄生參數(shù)大大降低，大大改善了開(kāi)關(guān)電源的工作狀態(tài)。因此近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。研究了幾種不同的平面結(jié)構(gòu)和繞組制造方法，介紹了一種設(shè)計(jì)平面干式變壓器的標(biāo)準(zhǔn)方法，使設(shè)計(jì)過(guò)程更加簡(jiǎn)單，大大降低了設(shè)計(jì)成本。較后，對(duì)平面干式變壓器和傳統(tǒng)干式變壓器的一些參數(shù)進(jìn)行了比較，并給出了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。漏感；插入技術(shù)介紹0磁性元件的設(shè)計(jì)是開(kāi)關(guān)電源的重要組成部分。由于平面干式變壓器在改善開(kāi)關(guān)電源特性方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于理想的干式變壓器，初級(jí)線圈產(chǎn)生的磁通量通過(guò)次級(jí)線圈，即沒(méi)有漏磁通。但對(duì)于普通干式變壓器來(lái)說(shuō)，初級(jí)線圈產(chǎn)生的磁通量并沒(méi)有全部通過(guò)次級(jí)線圈，導(dǎo)致漏電感，無(wú)法滿足電磁耦合的嚴(yán)密性要求。而平面干式變壓器只有一匝網(wǎng)狀二次繞組，與傳統(tǒng)漆包線不同，而是一片銅皮，貼在幾個(gè)大小相同的沖壓鐵氧體磁芯表面。因此，平面干式變壓器的輸出電壓取決于磁芯的數(shù)量，平面干式變壓器的輸出電流可以并聯(lián)擴(kuò)展以滿足設(shè)計(jì)要求。因此，平面干式變壓器的特點(diǎn)很明顯：平面繞組的緊密耦合大大降低了漏電感；平面干式變壓器的特殊結(jié)構(gòu)使其高度非常低，這使得變壓器在一塊板上制造的想法成為現(xiàn)實(shí)。然而，平面結(jié)構(gòu)存在電容效應(yīng)大等問(wèn)題，極大地限制了其大規(guī)模應(yīng)用。然而，在某些應(yīng)用中，這些缺點(diǎn)可能會(huì)轉(zhuǎn)化為優(yōu)點(diǎn)。此外，平面磁芯結(jié)構(gòu)增加了散熱面積，有利于干式變壓器的散熱。

1平面干式變壓器的特性研究如上所述，平面干式變壓器的優(yōu)點(diǎn)主要集中在較低的漏電感和交流阻抗上。繞組之間的間隙越大，漏電感越大，能量損耗越高。平面干式變壓器采用銅箔與電路板緊密結(jié)合，使得相鄰匝層之間的間隙很小，所以能量損耗很小。在平面干式變壓器中，“繞組”是在印刷電路板上制成的扁平導(dǎo)線，或者直接用銅固定。當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率高時(shí)，平坦的幾何形狀減少了集膚效應(yīng)的損失，即渦流損失。因此，銅導(dǎo)體的表面導(dǎo)電性可以得到較有效的利用，效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的干式變壓器。圖1示出了平面干式變壓器的截面圖，并且通過(guò)利用兩層繞組之間的距離差來(lái)獲得不同間隙下的漏電感和交流阻抗值。

圖2和圖3顯示了不同間隙下漏電感和交流阻抗的變化。可以清楚的看到，間隙越大，漏電感越大，交流阻抗越小。當(dāng)間隙增加1mm時(shí)，漏電感增加5倍。因此，當(dāng)電氣絕緣滿足時(shí)，應(yīng)選擇較薄的絕緣體，以獲得較小的漏電感。

然而，電容效應(yīng)在平面干式變壓器中非常重要，印刷電路板上緊密纏繞的導(dǎo)線使得電容效應(yīng)非常明顯。而且絕緣材料的選擇對(duì)電容值影響很大。絕緣材料的介電常數(shù)越高，干式變壓器的電容值就越高。然而，電容效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致電磁干擾，因?yàn)橹挥须娙莪h(huán)路的繞組會(huì)將這種干擾從初級(jí)繞組傳播到次級(jí)繞組。為了驗(yàn)證，作者做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。當(dāng)銅線之間的間隙增加0。2 mm時(shí)，電容減小

2插入技術(shù)插入技術(shù)是指在布置干式變壓器的一次繞組和二次繞組時(shí)，一次繞組和二次繞組交替放置，以增加一次繞組和二次繞組之間的耦合，從而降低漏電感，同時(shí)電流分布均勻，降低干式變壓器的損耗。目前，插入技術(shù)的研究分為兩個(gè)方面，即應(yīng)用于干式變壓器的插入(正向電路)和應(yīng)用于連接電感的插入(反激電路)。因此，插入技術(shù)被研究為不同拓?fù)渲械牟煌判圆考?.1插入技術(shù)應(yīng)用于平面干式變壓器插入技術(shù)應(yīng)用于干式變壓器的主要優(yōu)點(diǎn)如下：1)干式變壓器中的磁能存儲(chǔ)空間減小，導(dǎo)致漏電感減?。?)使電流在傳輸過(guò)程中理想地分布在導(dǎo)體上，導(dǎo)致交流阻抗降低；3)繞組之間更好的耦合導(dǎo)致更低的漏電感。為了說(shuō)明插入技術(shù)的特點(diǎn)，圖4顯示了使用三種不同插入技術(shù)的結(jié)構(gòu)，其中P代表初級(jí)繞組，S代表次級(jí)繞組。實(shí)驗(yàn)表明，SPSP結(jié)構(gòu)是較好的，因?yàn)槌跫?jí)和次級(jí)繞組是間隔插入的。圖5顯示了三種結(jié)構(gòu)在500千赫時(shí)的交流阻抗和漏電感值。通過(guò)比較，可以很容易地發(fā)現(xiàn)，采用插入技術(shù)的干式變壓器的交流阻抗和漏電感值已經(jīng)大大降低。

2.2多繞組干式變壓器中平面結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)平面干式變壓器的另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是高度低，可以在磁芯上設(shè)置更多的匝數(shù)。高功率密度的變換器需要體積相對(duì)較小的磁性元件，平面干式變壓器很好地滿足了這一要求。例如，多繞組干式變壓器需要多匝，會(huì)導(dǎo)致體積和高度過(guò)大，影響電源的整體設(shè)計(jì)，而平面干式變壓器沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。此外，對(duì)于多繞組干式變壓器，保持繞組之間的良好耦合非常重要。如果耦合不理想，漏感會(huì)增大，會(huì)增加二次電壓的誤差。平面干式變壓器耦合性好，是較佳選擇。2.3不同拓?fù)渲衅矫娓墒阶儔浩鞯淖饔貌煌負(fù)渲写判栽淖饔靡膊煌?。在正激變換器的干式變壓器中，當(dāng)主開(kāi)關(guān)管接通時(shí)，磁能由初級(jí)繞組纏繞

組傳遞到次級(jí)繞組中。然而，在反激變換器中的“干式變壓器”并不完全是一個(gè)干式變壓器，而是兩個(gè)連接的電感器。在反激拓?fù)渲械摹案墒阶儔浩鳌痹谥鏖_(kāi)關(guān)管開(kāi)通的時(shí)候初級(jí)繞組儲(chǔ)存能量，而在關(guān)閉的時(shí)候?qū)⒛芰總魉偷酱渭?jí)繞組。因此，這種插入技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)同上面相比是不同的。應(yīng)用于這種干式變壓器的插入技術(shù)的特點(diǎn)如下：  1)在磁芯中儲(chǔ)存的能量沒(méi)有減少，因?yàn)殡娏髟谀硶r(shí)刻只能在一個(gè)繞組中流動(dòng)，并且沒(méi)有電流補(bǔ)償；  2)電流的分布并不理想，原因同上，因此交流阻抗也沒(méi)有減??；  3)插入使得繞組間產(chǎn)生較好的耦合，因此有比較小的漏感值。3 平面干式變壓器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)  平面干式變壓器的優(yōu)點(diǎn)如上所述，同樣它也有缺點(diǎn)，其較主要的缺點(diǎn)就是設(shè)計(jì)的過(guò)程非常復(fù)雜，而且設(shè)計(jì)成本也非常高。  下面介紹一種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)平面干式變壓器的程序步驟[3];它通過(guò)提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的匝數(shù)模型的設(shè)計(jì)，使之能夠被使用于不同的平面干式變壓器中，從而使得設(shè)計(jì)過(guò)程大大簡(jiǎn)化，費(fèi)用大大降低。  在雙面PCB板的每一層都是由一到多匝的繞組組成的，而且所有的層都保持著一樣的物理特性：即相同的形狀和相同的外部連接點(diǎn)。在有些多匝的層次中，這個(gè)外部連接點(diǎn)是不同匝數(shù)間的電氣連接點(diǎn)。如果有些層只有一匝，它也可以被印制在PCB的雙面來(lái)降低交流阻抗。使用銅箔直接印制在PCB板上來(lái)替代傳統(tǒng)的導(dǎo)線，即使在許多需要很多匝數(shù)的開(kāi)關(guān)電源中，干式變壓器依舊能保持一個(gè)很小的體積，這便大大減小了整機(jī)的體積。具體的設(shè)計(jì)步奏和注意事項(xiàng)請(qǐng)參閱文獻(xiàn)[3]。圖6顯示了一個(gè)頂層的標(biāo)準(zhǔn)匝數(shù)設(shè)計(jì)的例子，它使用的是罐形(RM)磁芯。

  銅箔高度按照對(duì)應(yīng)于較大開(kāi)關(guān)頻率時(shí)的趨膚深度選取，這樣可以使銅箔的所有部分都成為電流通路，大大減少集膚效應(yīng)的影響。因此，應(yīng)該使每一種開(kāi)關(guān)頻率對(duì)應(yīng)于不同的銅箔高度。

4 實(shí)驗(yàn)論證  為了比較平面干式變壓器和傳統(tǒng)干式變壓器，分別做了兩種干式變壓器的模型，一種使用平面結(jié)構(gòu)并使用了插入技術(shù)，另一種使用銅線分別在初級(jí)和次級(jí)繞制而成。兩種干式變壓器都被運(yùn)用于一個(gè)互補(bǔ)控制的半橋變換器中。兩個(gè)干式變壓器的參數(shù)如下：  初級(jí) 12匝：  次級(jí)兩個(gè)l匝的繞組(1：1中心抽頭)。  傳統(tǒng)干式變壓器使用漆包線作為繞組，雖然在這些線圈中電流密度不盡相同，選擇電流密度小于7.5A／mm。  平面干式變壓器初級(jí)繞組做成4層，有4個(gè)并列的次級(jí)。這個(gè)干式變壓器的較終結(jié)構(gòu)如圖7所示。

  兩種干式變壓器都使用了同樣的磁芯RM10，比較了兩種干式變壓器的漏感，交流阻抗和占用的面積，結(jié)果列于表1。

  由表1可知，平面干式變壓器的漏感僅為傳統(tǒng)干式變壓器的1／5，交流阻抗也僅為l／3，由此可見(jiàn)這將大大提高變換器的工作特性。而且，由于結(jié)構(gòu)的更加緊湊，使得可以使用更小的RM8磁芯。 5 結(jié)語(yǔ)  平面干式變壓器在減小漏感、交流阻抗等方面有著非常大的優(yōu)點(diǎn)，并且因?yàn)轶w積的小巧使之成為一種非常好的磁性元件。給出了一種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)平面干式變壓器的方法，使得設(shè)計(jì)平面干式變壓器變得更加容易，成本也將大大降低?？梢灶A(yù)見(jiàn)，平面干式變壓器將有著相當(dāng)好的應(yīng)用前景。