平面變壓器及PCB繞組設計 概述 內容摘要: 簡單概括了當今開關電源中平面變壓器的技術特性,原理及運用.綜合了目前 同行在實際制作平面壓器過程及注意事項,介紹并簡要分析了目前平面變壓器的 設計方法及PCB 繞組設計. 引言: "短 ,小 ,輕 ,薄"是當今開關電源發展的主要趨勢之一,其最主要的實現手 段就是提高功率密度和採用低造型及體積和重量小的元器件.常規的變壓器在開 關電源中暴露出諸多限制.由於變壓器涉及到的主要參數有電壓,電流,頻率,匝比 溫度,磁芯 u值,漏感,損耗 ,外形,尺寸等,所以一直無法像其它電子元件那樣有現 成的變壓器可供選用,常常要經過繁鎖的計算來選擇磁芯和繞組導線;而且制做方 式對變壓器性能有很大的影響,加之變壓器的許多參數不易測量,給使用者帶來一 定的盲目性,很難在頻率響應,漏感體積和散熱等方面達到滿意的效果. 採用平面變壓器可以顯著降低變壓器的高度,減小體積和重量,提高變壓器的 功率密度及開關電源的性能,從而成為實現開關電源"短 ,小 ,輕 ,薄 " 的重要 手段 . 目前市場主要被國外控制,他們早已採用扁平狀導體可降低繞組集膚和臨近效 應的損耗,且可以控制如漏電感等寄生參數的大小,尤其適用于空間或高度存在限 制或對節能及散熱要求苛刻的環境. 而當前PCB 變壓器的難點在于:1)尋找薄PCB絕緣基材和厚銅箔(大于70um)的 PCB,要求每層PCB厚度小于0.4mm,才能滿足繞組的多層(4-12層)低高度(2-3mm)要 求.2)大電流時銅箔的發熱是否會引起銅箔與絕緣基材的分層.3)為保證產品的可 靠性,多層PCB布板時 1500VDC的絕緣距離如何設計等等問題. 本人結合所看過的書籍及一個實例,對平面變壓器的特性進行了全面而簡單 的概述.分析并介紹了平面變壓器的幾種簡單的設計方案,及其運用策略. 制作者:黃志芳(tom_huang) 2008/01/29 平面變壓器及PCB繞組設計 制作者:黃志芳(tom_huang) 2008/01/29 平面變壓器及PCB繞組設計 平面變壓器的特性 1.平面變壓器的結構 平面變壓器沒有漆包線繞組,而是將扁平的連續銅質螺旋線刻蝕在印刷電路 板上,然後疊放在磁芯上,其典型的結構如下圖: 高頻功率變換器適宜採用平面變壓器是由於平面變壓器有如下主要特性: 1)低造型,能量密度高,因而體積大為縮小;厚度遠小于常規變壓器,適用 于表面貼裝方式組裝. 2)低損耗性,繞組由銅箔層構成,同時整個變壓器可制成扁平狀,從而降低 了集膚效應的損耗. 3)低漏感,漏感一般均小于 0.2%(預估值),因此電磁干擾(EMI)輻射低,基 本不受外界電磁干擾的影響. 由於採用PCB技術要比常規的變壓器更容易實現機械加工，故有利于提高 變壓器繞組的一致性.另外,繞組的幾何形狀及其有關寄生特性限定在PCB制造 公差之類(一般非常小).平面變壓器的另一個優點是提高了熱性能,由於其面 積與體積常規的相比,平面鐵芯的熱阻教小. 平面變壓器的特性并不完全是優點. 平面變壓器一,二次側繞組之間的間 距較小儲存磁能少,所以漏感也很小;但這樣使得一,二次側產生的寄生電容變 大.另外,PCB繞組的可重現化特性是以增大鐵芯繞線窗中絕緣材料的比例為代 價,降低了銅填充系數,限制了線圈匝數. 制作者:黃志芳(tom_huang) 2008/01/29 平面變壓器及PCB繞組設計 制作者:黃志芳(tom_huang) 2008/01/29 平面變壓器及PCB繞組設計