平板变压器分类及特点介绍.doc

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,就我们所知很少,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.

知识
同样测试条件下磁心AL值或者器件L值不同原因分析
我们用LCR测试L值时按照IEC标准,测试时根据E=4.44NBAef,通过调整E和f两个参数来调整B值使其B<2.5Gas,在时间测试时我们设定的电压为仪表内部电动势(如401电桥)如图中的ε,电感产阻抗分压UL,仪表内阻r分压Ur,因此不同厂家进行测试时由于测试仪表的电动势虽然相同,但是如果仪表内阻r不同,则UL不同,于是测试的L值便有差别,即使是同一品牌同一型号的仪表也可能内阻不同,最后测试的L值不同就不足为奇了.
避免办法:
没有条件的使用普通电桥,供应方和使用方使用同样牌号的电桥,或者进行对比找出误差范围.
有条件的企业使用高档电桥,这种高档电桥可以使用能够显示UL的测试仪表或者电流的仪表,如HP4284A 、HP4285A、YY2816等高档仪表或者通过观测仪表显示的电路中的电流(在相同电流下测试).

平面变压器与传统的变压器相比最大的区别在于铁芯及线圈绕组.平面变压器采用小尺寸的E型、RM型或环型铁氧体磁芯,通常是由高频功率铁氧体材料制成,在高频下有较低的 磁芯损耗;绕组采用多层印刷电路板迭绕而成,绕组或铜片迭在平面的高频铁芯上构成变压 器的磁回路.这种设计有低的直流铜阻、低的漏感和分布电容,可满足谐振电路的设计要求 .而且由于磁芯良好的磁屏蔽,可抑制射频干扰.
平面变压器与传统的变压器相比主要有以下特点:
(1) 高电流密度.平面变压器的导线实际上是一些平面的导体,因而电流密度大.
(2) 高效率.效率可达98%~99%.
(3) 低漏感.约为初级电感的0.2%.
(4) 热传导好.热通道距离短,温升低.
(5) 低EMI辐射.良好的磁芯屏蔽可使辐射降到很低.
(6) 体积小.采用了小型磁芯可相应减小体积.
(7) 参数可重复性好.因为绕组结构固定、预先加工好,所以参数稳定.
(8) 工作频率范围宽.频率可从50 kHz~2 MHz.
(9) 工作温度范围宽.工作温度为-40 ℃~130 ℃.