平板变压器介绍

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  一、平板变压器分类及特点介绍
总体来说共分4种：第一种是，平板铁氧体磁芯，传统绕线型绕组结构，主要一些高频、高压小功率变压器，与传统变压器比优势不大；第二种是平板铁氧体磁芯，铜箔式绕组结构，主要应用在需要输出低压大电流的高频、大功率开关电源模块中；第三种是平板铁氧体磁芯，PCB印制板绕组，主要是一些高频、中小功率的变压器；第四种是采用LTCC（陶瓷低温共烧）工艺，在铁氧体薄片上印刷绕组，形成绕组阵列，多层黏结叠加，共烧成一体，主要是在高频小信号线路中信号宽带传输、隔离等作用。
平板变压器的主要特点是：
1产品呈平板状、体积小、厚度小，符合电源的模块化发展趋势；
2结构简单，平板变压器是由少量部件和最少的绕组构成的，这种模块在自动化装配中特别适用。
3工作频率高，功率密度大：传统变压器运行在高频时会使开关损耗增大和使变压器过热。平板变压器的出现，使这些问题得以解决。平板变压器能设计为高频变压器，提供一种既经济又好的变压器模块。它可工作在100kHz～1000kHz之间。因为平板变压器元件的尺寸很小，它具有极好的温度耗散特性，所以能和有关的半导体器件和电感紧密地封装在一起，实现高功率密度。
4工作效率高：调节漏电感，使它能具有很快的开关时间，很低的交叉损耗，就能使它达到很高的效率。这种变压器副边绕组和原边绕组之间的匝间传导损耗是很小的。
5极好的热耗散特性：平板变压器是具有高表面积体积比、很短的热通道的小元件。有利于散热。原边和副边绕组之间的匝间损耗很小。这种磁芯特有的几何外形能有效地减小磁芯损耗。所以它能做到高磁通密度。它可在－55～130℃之间工作。
6电磁辐射干扰小：绕组和绕组之间的良好耦合，就能使绕组匝间的漏电感保持在最小值。输出端到辅助部件的连线很短而且是紧装配，所以绕组相互之间连线上的漏电感也是最小的，因此电磁辐射干扰小。
7可靠性高；
8绝缘强度高
二、国外发展状况
在国外这四种平板变压器均已试制成功，但仅有一些国外名牌企业，如Magnetics公司在近两年首先推出了功率平板变压器用磁芯并逐步得到了应用；美国Flat Transformer Technology 和PAYTON（佩顿）公司实现了用前三种平板变压器的批量生产，PAYTON的平面变压器产品功率从5W-20KW全系列产品。台湾的Pulse只能三种小功率平板变压器的批量生产，目前在二次通信电源的DC-DC模块产品中应用广泛，生产的300W以下产品系列很全；美国Midcom，Inc公司实现了用第四种平板变压器的批量生产。
三、 国内发展状况
应用：在国内在通信行业的二次电源（低压DC-DC）中已经开始使用高频功率平板变压器，但功率在600W以下，目前应用较多的是全砖300W和半砖150W的产品，开关电源工作频率大约在200kHz-300kHz，发展趋势是500kHz-1MHz的高频高功率密度产品，此类产品只能应用平面变压器。在居电源业界领先的通信行业的一次电源，仍然采用传统的变压器，工作频率在100kHz以下，如48V50A电源变压器，体积大约在60×80×60，功率密度大约在10W/cm3，高频功率平板变压器的功率密度在同样的工作频率和体积下大约是传统变压器的3～5倍，也就是说同样功率的变压器如果采用平板变压器式结构，则整个变压器的体积可缩小为原来的1/3～1/5。
目前，功率超过600W、频率超过100kHz的大功率平板变压器在国内很少有批量生产应用。但是随着电源技术发展的需要，尤其是通信电源、电镀电源、逆变电源中都在开始应用，但是由于目前受到成本高的限制大多应用在军用电子和高档工业产品中，但是这类变压器正在得到国内业界的重视。
另在汽车电子中，平面变压器、电感器在国外产品中已经大批量应用，如汽车的超薄型HID（海拉、松下、日立、三菱等汽车大灯安定器）中应用的就是平面变压器和表贴类电感器产品。随着汽车电子产品的小型化，高功率趋势，电子产品内部用使用平面电感器、变压器是必然发展趋势。
国内生产平面变压器的厂家大多集中在深圳，并且厂家不多，如深圳的京泉华、海光、博多，还有就是四川的899厂，都已经形成批量，生产的产品多为成熟的大批量全砖、半砖等DC-DC电源模块用平面变压器、电感器产品。这些企业的优势是：深圳企业是采用大批量、低成本生产通用品种平面变压器；899借助自身生产磁性材料的优势，在国内应该是最成功的平面变压器产品企业，目前也多供货中兴、华为等国内大企业。
四、我公司产品情况
在以北京为中心的北方变压器企业目前形成批量生产平面变压器、电感器的企业，就我们所知，仅有我们北京德恩电子有限公司一家企业。
我公司更注重各类平面变压器、电感器产品的技术开发，针对客户不同需求进行配套研制，主要产品有二次通信电源DC-DC 50W、100W，150W、300W、600W等产品，开关频率一般为200kHz-300kHz，500kHz产品也已经开始应用，1MHz工作频率产品正在开发，系列已经比较全（可提供从进口滤波、表贴电流互感器、平面主变压器、输出滤波平面电感器、其他输出滤波的表贴电感器的整套电源需要的感性器件产品。）。一次电源用产品目前有AC-DC，1000W、1500W-2000W、3000W、5000W产品，由于开关电源受到其他器件的限制，开关频率主要集中到100kHz左右，由于成本因素在军用电源产品应用较多。
在雷达发射机类产品中的高压电源中（输出电压一般在2000V，4000V，6000V一般多路输出）平面变压器、电感器是最优的选择，目前这类高压类平面变压器电感器产品，我公司主要配合军用单位进行电子对抗类军用雷达发射机电源中高压平面电源配套研制。这类产品由于输出电压高，频率高对分布参数要求高，因此技术难度较大。现在民用和工业用市场还没有大量推广。
美国PULSE系列平面变压器、电感器系列产品，我公司已经研制出代替产品，性能相当，价格有很大优势；对于POWERONE电源模块用平面变压器，我公司也已经有代替产品。目前应用较多的日本LAMDA模块，如DC-DC600W，280V-28V模块用平面变压器、电感器，AC-DC 800 W 220V-28V电源模块用平面变压器、电感器，EMI滤波器件，APFC电感器，驱动变压器，电流互感器


基础知识：铁氧体平面变压器介绍


　　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