PCB平面变压器的设计

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

变压器的设计实例

摘要：详细介绍了一个带有中间抽头高频大功率变压器设计过程和计算方法，以及要注意问题。根据开关电源变换器性能指标设计出变压器经过在实际电路中测试和验证，效率高、干扰小，表现了优良电气特性。关键词：开关电源变压器；磁芯选择；磁感应强度；趋肤效应；中间抽头 0 引言 随着电子技术和信息技术飞速发展，开关电源SMPS(switch mode power supply)作为各种电子设备、信息设备电源部分，更加要求效率高、成本小、体积小、重量轻、具有可移动性和能够模块化。变压器作为开关电源必不可少磁性元件，对其进行合理优化设计显得非常重要。在高频开关电源设计中，真止难以把握是磁路部分设计，开关电源变压器作为磁路部分核心元件，不但需要满足上述要求，还要求它性能高，对外界干扰小。由于它复杂性，对其设计一、两次往往不容易成功，一般需要多次计算和反复试验。因此，要提高设计效果，设汁者必须有较高理论知识和丰富实践经验。 1 开关电源变换器性能指标 开关电源变换器部分原理图如图1所示。 https://www.wendangku.net/doc/1b1925971.html,提示请看下图: 其主要技术参数如下： 电路形式半桥式； 整流形式全波整流； 工作频率 f=38kHz； 变换器输入直流电压 Ui=310V； 变换器输出直流电压 Ub=14.7V； 输出电流 Io=25A； 工作脉冲占空度 D=0.25～O.85； 转换效率η≥85％； 变压器允许温升△τ=50℃； 变换器散热方式风冷； 工作环境温度t=45℃～85℃。 2 变压器磁芯选择以及工作磁感应强度确定 2.1 变压器磁芯选择 目前，高频开关电源变压器所用磁芯材料一般有铁氧体、坡莫合金材料、非晶合金和超微晶材料。这些材料中，坡莫合金价格最高，从降低电源产品成本方面来考虑不宜采用。非晶合金和超微晶材料饱和磁感应

平面变压器在电源中的设计应用

平面变压器在电源中的设计应用 文章通过对平面变压器所具有的特点进行系统的分析，并且结合在电源中的一些实例，从而进一步探讨平面变压器设计和实际应用等问题。 标签：平面变压器；开关电源；集肤效应 前言 现代的工作和生活对许多电子产品提出了小型化的要求。而作为电子产品工作的能源-开关电源是必不可少的。特别是功率较大的电子产品，电源部分占据了较大的体积和重量，。而在在开关电源中，磁性器件大概占到开关电源体积和重量的30%-40%。降低磁性器件的体积和重量就显得尤为重要。平面变压器具有体积小，功率密度高刚好能满足这些要求。因此，平面变压器取代传统变压器是开关电源发展的一个趋势。 1 平面的绕组特点 平面变压器绕线方式就是借鉴了印制电路板的形成方式，平面变压器具有很多优点。下面我们就对其特点进行分析，第一，平面变压器绕线方式就是借鉴了印制电路板的形成方式，使用这种方式对其进行生产，实际效率相对较高；第二，平面变压器的实际绕组参数是统一的，相对的离散性比较小；第三，平面变压器使用的是高性能的绝缘材料，使压层、线圈之间的保持良好的绝缘性；第四，其实际的引脚的位置可以根据实际需要进行自由分配，局限性相对较小，数量上也能够随之进行增减；第五，能够将集肤效应降到最低；第六，其相对的物理结构相当密实，线圈的固化结构也非常紧密、不需要使用支架进行绕线，自激振荡性小，相对能量的损耗也较小；第七，还能与控制应用模板进行统一的设计和装配。由于平面变压器是一种新型的技术，不管是在理论上、材料的性能上、电能的性能指标、实际体积等众多方面有一定的提升和创新。 2 实际应用 我们在平面变压器电源中的可行性实验里，使用文中提到的理论依据进行研究，从而进行了一系列工程化的工作，其平面变压器的电源有很多种不同的设计。 以320VDC/12VDC 25A变换器为例，对比常规变压器以及平面变压器。将双管反激电路作为主电路，将开关频率黄蓉胡阳 设置为100千赫，借助普通高频变压器的设计方案，联合应用两个EI33型磁芯，设计30匝原边，使用0.81毫米直径的漆包线作为绕组，2匝副边，0.3毫米铜皮的绕组，将2层使用并联的方式。 EI-33型磁芯參数具体为：有效截面积（Ae）为118mm2；有效磁路长度（Le）

长寿命LED电源与平面变压器设计步骤

长寿命LED电源与平面变压器设计步骤 系统可靠性定义及指标 开关电源是各种系统的核心部分。开关电源的需求越来越大，同时对可靠性提出了越来越高的要求。涉及系统可靠性的因素很多。目前，人们认识上的主要误区是把可靠性完全（或基本上）归结于元器件的可靠性和制造装配的工艺,忽略了系统设计和环境温度对可靠性的决定性的作用。据美国海军电子实验室的统计，整机出现故障的原因和各自所占的百分比如表1所示。 在业界上，通用的可靠性定义为：在规定条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。此定义适用于一个系统，也适用于一台设备或一个单元。描述这种随机事件的概率可用来作为表征开关电源可靠性的特征量和特征函数。从而，引出可靠度[R（t）]的定义：系统在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。如系统在开始（t=0）时有n0个元件在工作，而在时间为t时仍有n个元件在正常工作，则可靠性R(t)=n/n0 0≤R(t) ≤1 失效率λ(t)= - dinR(t)/dt λ定义为该种产品在单位时间内的故障数，即λ=dn/dt。如失效率λ为常数，则 dn/dt=-λt n=n0e-λt R(t)=e-λt0 MTBF（平均无故障时间）=1/λ 平均无故障时间（MTBF）是开关电源的一个重要指标，用来衡量开关电源的可靠性。 从各研究机构研究成果可以看出，环境温度和负荷率对可靠性影响很大，这两个方面对开关电源的影响很大，下面将从这两方面分析，如何设计出高可靠的开关电源。其中：PD为使用功率；PR为额定功率主。UD为使用电压；UR为额定电压。环境温度对元器件的影响，环境温度对半导体的影响硅三极管以PD/PR=0.5使用负荷设计，则环温度对可靠性的影响，如表2所示。

平面变压器的技术分析

平面变压器的技术分析 中心议题：平面变压器的特性研究平面变压器的插入技术平面变压器的标准化设计 解决方案：使变压器中磁性能量储存的空间减少，导致漏感的减少使电流传输过程中在导体上理想分布，导致交流阻抗的减少绕组间更好的耦合作用，导致更低的漏感 磁性元件的设计是开关电源的重要部分，因为平面变压器在提高开关电源的特性方面有着很大的优势，因此近年来得到了广泛的应用。对于一个理想的变压器来说，初级线圈所产生的磁通都穿过次级线圈，即没有漏磁通。而对普通变压器来说，初级线圈所产生的磁通并非都穿过次级线圈，于是就产生了漏感，电磁耦合的紧密要求也无法满足。而平面变压器只有一匝网状次级绕组，这一匝绕组也不同于传统的漆包线，而是一片铜皮，贴绕在多个同样大小的冲压铁氧体磁芯表面上。所以，平面变压器的输出电压取决于磁芯的个数，而且平面变压器的输出电流可以通过并联进行扩充，以满足设计的要求。因此，平面变压器的特点就显而易见了：平面绕组的紧密耦合使得漏感大大地减小；平面变压器特殊的结构使得它的高度非常的低，这使变换器做在一个板上的设想得到实现。但是，平面结构存在很高的容性效应等问题，大大限制了它的大规模使用，不过，这些缺点在某些应用中，也有可能转换为一种优点。另外，平面的磁芯结构增大了散热面积，有利于变压器散热。1平面变压器的特性研究如前所述，平面变压器的优点主要集中在较低的漏感值和交流阻抗。绕组问的间隙越大意味着漏感越大，也就产生更高的能量损失。平面变压器利用铜箔与电路板间的紧密结合，使得在相邻的匝数层间的间隙非常的小，因此能量损耗也就很小了。在平面型变压器里，其“绕组”是做在印制电路板上的扁平传导导线或是直接用铜泊。扁平的几何形状降低了开关频率较高时趋肤效应的损耗，也就是涡流损耗。因此，能最有效地利用铜导体的表面导电性能，效率要比传统变压器高得多。图1给出了一个平面变压器的剖面图，并且利用两层绕组间距离的不同，而获得在不同间隙下的漏感和交流阻抗值。图2与图3给出了在不同的间隙下漏感和交流阻抗的变化，可以明显地看出间隙越大，漏感越大，交流阻抗越小。在间隙增加1mm的状况下漏感值增加了5倍之多。因此，在满足电气绝缘的情况下，应该选用最薄的绝缘体来获得最小的漏感值。然而，容性效应在平面变压器中是非常重要的，在印制电路板上紧密绕制的导线使得容性效应非常的明显。而且绝缘材料的选取对容性值也有着非常大的影响，绝缘材料的介电常数越高，变压器的容性值越高。而容性效应会引起EMI，因为从初级到次级的绕组中只有容性回路的绕组传播这种干扰。为了验证，笔者做了一个试验，在铜导线的间隙增加O．2mm的情况下，而电容值就减少了20％。因此，如果需要一个比较低的电容值，则必须在漏感和电容值之间做出一个折中的选择。2插入技术插入技术是指在布置变压器原、副边绕组时，使原边绕组与副边绕组交替放置，增加原、副边绕组的耦合以减小漏感，同时使得电流平均分布，减小变压器损耗。现在插入技术的研究被分为两个方面，即应用于变压器的插入(正激电路)和应用于连接电感器的插入(反激电路)。因此，插入技术现在已经被放在不同的拓扑中作为不同的磁性部件来研究。2.1应用于平面变压器的插入技术应用于变压器中的插入技术的主要优点如下：1)使变压器中磁性能量储存的空间减少，导致漏感的减少；2)使电流传输过程中在导体上理想分布，导致交流阻抗的减少；3)绕组间更好的耦合作用，导致更低的漏感。为了说明插入技术的特征，图4给出了应用3种不同插入技术的结构，P代表初级绕组，s代表次级绕组。试验显示SPSP结构是最好的，因为初级和次级的绕组都是间隔插人的。图5显示了在500kHz时，3种结构的交流阻抗和漏感值，通过比较可以很容易地发现应用了插入技术的变压器，交流阻抗和漏感值都有了很大的减少。2．2多绕组变压器中平面结构的优势平面变压器另一个重要的优点是高度很低，这使得在磁芯上可以设置比较多的匝数。一个高功率密度的变换器需要一个体积比较小的磁性元件，平面变压器很好地满足了这一要求。例如，在多绕组的变压器中需要非常多的匝数，如

平面变压器的工作原理

平面变压器的结构原理与应用 摘要：大多数ＤＣ／ＤＣ变换器都需要隔离变压器 而平面变压器技术在隔离变压器的许多方面实现了重要的突破。介绍了平面变压器的结构、性能和使用方法。 关键词：隔离变压器平面变压器开关电源 在ＤＣ／ＤＣ变换中，基本的Ｂｕｃｋ、Ｂｏｏｓｔ、Ｃｕｋ变换器是不需要开关隔离变压器的。但如果要求输出与输入隔离，或要求得到多组输出电压，就要在开关元件与整流元件之间使用开关隔离变压器，所以绝大多数变换器都有隔离变压器。目前开关电源的发展趋势是效率更高、体积更小、重量更轻，而传统的隔离变压器在效率、体积、重量等方面严重制约了开关电源的进一步发展。同时由于变压器涉及到的主要参数有电压、电流、频率、变比、温度、磁芯ｕ值、漏抗、损耗、外形尺寸等，所以一直无法象其它电子元器件那样有现成的变压器可供选用，常常要经过繁琐的计算来选用磁芯和绕组导线，而且绕组绕制对变压器的性能也有较大影响，加之变压器的许多重要参数不易测量，给使用带来一定的盲目性，很难在频率响应、漏抗、体积和散热等方面达到满意效果。平面变压器（ＦｌａｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ 技术则在隔离变压器的许多方面实现了重要的突破。 目前，国外的许多电源产品中都开始采用平面变压器技术，如蓄电池充电电源、通信设备分布式电源、ＵＰＳ等。而国内的隔离开关变压器在材料、工艺等方面与国外先进国家有一定差距，阻碍了开关电源开关高频的提升和效率提高，使开关电源产品停留在一个较低的水平。平面变压器技术将会为高频开关电源的设计和产品化提供有益的帮助。 传统变压器的绕组常常是绕在一个磁芯上，而且匝数较多。而平面变压器（单元）只有一匝网状次级绕组，这一匝绕组也不同于传统的漆包线，而是一片铜皮，贴绕在多个同样大小的冲压铁氧体磁芯表面上。所以平面变压器的输出电压取决于磁芯的个数，而且平面变压器的输出电流可以通过并联进行扩充，以满足设计的要求。并且平面变压器原边绕组的匝数通常也只有数匝，不仅有效降低了铜损和分布电容、电抗，而且为绕制带来了很多便利。由于磁芯是用简单的冲压件组合而成的，性能的一致性大大提高，也为大批量生产降低了成本。 1 平面变压器的结构和性能 1.1 结构 平面变压器通常有２个或２个以上大小一样的柱状磁芯（图１ａ）。现以２个磁芯的平面变压器为例介绍其结构。每个磁芯柱在对角线上的两角都用铜皮连接，铜皮在通过磁芯柱时紧贴磁芯内壁（图１ｂ）。两个磁芯并排放置，相邻的两角用铜皮焊接起来，在一个磁芯的一个外侧面上的两个角上的铜皮用一片铜皮焊接在一起，这里就是平面变压器次级线圈的中心，如果在这里引出抽头，就是次级线圈的中心抽头；在另一个磁芯

平面变压器的设计原理及其应用

平面变压器的应用 1 概述 目前，电力电子技术的应用十分广泛。如：航空航天电源，舰载电源，雷达电源，通讯电源，电动机车-汽车电源，计算机-集成芯片电源，高频加热-照明电源，变频器，逆变器和各种AC/DC，DC/DC变换器等。而且应用的水平和对电源性能提出的要求不断提高。比如：高频开关电源的功率密度要求越来越高，成为当前主要研究课题。 功率磁性元件是所有电力电子装置中必不可少的关键器件，其体积和重量一般占到整个电路的20%到30%，磁性元件的损耗占到总损耗的30%左右，且磁性元件的各项参数对电路的性能影响很大。从目前看来，磁性元件无论在研究上，还是在应用上都已成为电力电子际踅 徊椒⒄沟钠烤保 谀持殖潭壬现苯佑跋炝说缌Φ缱蛹际醯姆⒄埂Ｒ虼耍 愿咂担 吖β拭芏群吞厥馔庑谓峁沟拇判栽 难芯浚 ⑹鞘 种匾 摹１热纾捍判栽 钠矫* 旌霞 苫 取? 目前来看，以铁氧体为磁芯的平面变压器体积小，功率密度大，将在较大功率的模块电源中发挥主要作用，成为主流产品，可在电力电子技术的领域大力推广和广泛应用，在某种程度上可以推动电力电子技术的发展。 2 平面变压器的优势 平面变压器与常规变压器相比，磁芯尺寸大幅度缩小，特别是高度缩小最大。这一特色对电源设备中在空间受到严格限制的场合下具有相当大的吸引力，从而可成为许多电源设备中首选的磁性元件。平面变压器结构上的优势，也为它的电气特性带来了许多优点：功率密度高，效率高，漏感低，散热性好，成本低等。详见下表：

3 制造方式 1、线绕式平面变压器：这种绕组方式与常规变压器的绕制方式一样，适合于高频，高压变压器的制造。 2、铜箔式平面变压器:这种方式是用铜箔作绕组，折叠成多层线圈。适合于制造低压，大电流的变压器。 3、多层印制板式平面变压器:这种方式是用印制板的制造工艺，在多层板上形成螺旋式的线圈。适合于制造中，小功率的变压器。 以上三种形式的平面变压器，在现有的机械设备、生产规模和工艺水平下，能很方便地制造出来。所以，大力推广平面变压器的开发和应用，具有特别的实际意义。 4、多元化的开发与应用 1、并联组合形式：因平面变压器铁芯扁平，所以很容易用两个，四个或八个铁芯合成来实

平面变压器在伺服控制器设计中的应用

平面变压器在伺服控制器设计中的应用 伺服控制器普遍应用于电机控制，自动化工厂等，如打印机，机械装置，家用电器。电机控制器通常由两部分电源模块组成：主电源和控制电源。主电源主要是串联安全回路，能够使电机正常工作;当按下紧急制动按钮后，主电源会被安全控制回路切断电源。由于平面变压器的体积小、功耗低、占空比少的优势能够代替伺服电机控制器中的独立电源模块，减少电源模块的使用，降低控制器的成本，将会更多地应用于未来的电机控制器中。本文主要介绍平面变压器的特点及其应用于伺服控制器中的优势，并对平面变压器在伺服控制器设计中的应用前景进行阐述。 标签：印制板式变压器;伺服电机控制器;PCB设计 引言：任何电路需要正常工作，都要用电源提供能量。进入21世纪以来，电源己成为一项相对独立的产业，而且年产值正在飞快增长。电源是一种功率转换装置，电子设备工作所需的能量均由电源来提供，因此，它的电源效率和体积对整个电子产品具有非常重要的影响。通常的电源电路都要使用变压器等磁性元件，而在电源电路的小型化设计中，难度最大的就是将变压器体积缩小。因为磁性元件不同于半导体器件，很难实现大规模电路集成化，并且漏磁较高。在这种情况下，为了减小变压器体积和重量，从而提出平面变压器。文章主要针对平面变压器在伺服控制器设计中的应用方面进行分析，希望能给相关人士提供相关的参考价值[1]。 1. 平面变压器的结构 平面变压器是一种具有高频，低造型，而具有很高工作频率等特点的仪器。其采用小尺寸的E形和RM形。通常由环形铁氧体磁芯，高频功率铁氧体材料制成，降低在高频下磁芯损耗;平面变压器线圈绕组是由折叠式铜箔、印制电路板上的印制铜线或堆积于磁性薄膜上的细铜线条所构成，平面变压器扁平的形状以至于它可以做成一种“千层饼”式结构，来缩小体积降低，来增大空间利用率，提高伺服电机控制器稳定性。在电子行业快速发展的今天，平面变压器具备交流阻抗和较低漏感的特性，同时，减少了在高频率状况下由集肤效应产生的涡流损耗。因此，可以通过降低涡流损耗的方式来提高变压器传递效率，降低电能损耗，增大输出功率。同时也能避免减少滤波等干扰问题的出现，并且为伺服电机控制器的小型化、轻便化提供了条件，扩大了平面变压器的应用范围。近些年来，随着工艺技术的提高，平面磁芯开发成功，实现了平面化的变压器设计。由于平面变压器要求磁芯、绕组是平面结构，所以应该使用平面PCB绕组，平面绕组通常只有数匝，不仅减少铜损和电感以及电容，而且使绕制更加便利化。多层印制板已经广泛应用在平面变压器中，它具有功率密度高、稳定性好、体积小等优点，现已成为平面变压器的重要组成部分之一。 2. 平面变压器主要优点

反激变压器设计实例(二)

反激变压器设计实例（二） 目录 反激变压器设计实例（二） (1) 导论 (1) 一．自跟踪电压抑制 (2) 2. 反激变换器“缓冲”电路 (4) 3. 选择反击变换器功率元件 (5) 3.1 输入整流器和电容器 (5) 3.2 原边开关晶体管 (5) 3.3 副边整流二极管 (5) 3.4 输出电容 (6) 4. 电路搭接和输出结果 (6) 总结 (7) 导论 前面第一节已经将反激变换器的变压器具体参数计算出来，这里整个反激电路最核心的部件已经确定，我们可以利用saber建立电路拓扑，由saber得出最初的输出参数结果。首先进行开环控制，输出电容随便输出一个值（由于C1作为输出储能单元，其容值估算应考虑到输出的伏秒，也有人用1~2uF/W进行大概估算），这里选取1000uF作为输出电容。初始设计中的输出要求12V/3A，故负载选择4欧姆电阻，对于5V/10A的输出，通过调节负载和占空比可以达到。由实际测量可得，1mm线径的平均电感和电阻值分别为6uH/匝和2.6mΩ/匝，寄生电感通常为5%，由于副边匝数较少，可不考虑寄生电感，所以原边寄生电感为27uH，电阻为11.57mΩ，最终结果如图1所示。

图1.反激电路主拓扑 图2.开关管电压、输出电压、输出电流 首先由输出情况可以看出，变压器的设计还是满足要求的。查看图2中开关管电压曲线可以看出，其开关应力过高，不做处理会导致开关管导通瞬间由于高压而击穿。 在反激变换器中，有两个主要原因会引起高开关应力。这两个原因都与晶体管自带感性负载关断特性有关。最明显的影响是由于变压器漏感的存在，集电极电压在关断边沿会产生过电压。其次，不是很明显的影响是如果没有采用负载线整形技术，开关关断期间会出现很高的二次测击穿应力。 一．自跟踪电压抑制 当警惕管所在电路中带感性或变压器负载，在晶体管关断时，由于有能量存储在电感或变压器漏感的磁场中，在其集电极将会产生高压。 在反激变换器中，储存在变压器中的大部分能量在反激期间将会传递到副边。可是由于漏感的存在，在反激期间开始时，除非采用一定形式的电压抑制，集电极电压会有增加的趋势。 在图3中，变压器漏感、输出电容电感和副边电路的回路电感集中为L TL，并折算到变压器原边与原边主电感L p相串联。

平面变压器

平面变压器与应用综述 Survey and application of the planar transformer 1.引言 高频、高功率密度的电源变换模块在电力电子设备中得到广泛的应用和发展。要提高变换器的功率密度，关键是降低磁性元件的体积和重量。一方面，从传统的电工磁理论考虑，对于一定的线圈窗口面积和铁芯横截面积，对最优结构，要求线圈回路和铁芯回路的长度最短，以减小铁芯总体积和线圈的平均长度；另一方面，从热设计理论考虑，最大化地增加磁性元件的散热表面积，且使从磁件热点到磁件表面积的热阻降低，从而提高功率密度。 变压器结构正经历三次更新换代。第一次是平面变压器，体积和重量比立体变压器(普通变压器)减少80%，已形成从5W至20KW，20KHZ至2MHZ的产品，效率典型值为98%。第二次是片式变压器，对低压大电流特别适用，高度(厚度)更进一步降低，电流可达100安以上，采用一个次级绕组多个磁芯组成，代替以前的一个磁芯多个绕组。多个磁芯的初级绕组串联，从而达到降压隔离的要求。内部温升比平面变压器低，只有10℃左右。可以装在额定温升更高的基板上工作。第三次是薄膜变压器，采用薄膜后高度低于1mm。工作频率超过1MHZ，达到10~100MHZ。由于采用集成电路工艺制造，成本并不增加。是直流开关电源变压器的最新发展方向。之所以强调"正经历"，是因为在现阶段，不同的应用范围和市场，从性能价格比出发，要求的变压器结构形式也不一样。立体变压器仍然大量使用。平面变压器已形成系列，正在推广。片式变压器处于个别和小批量生产阶段。薄膜变压器只是个别情况，仍处于研究开发阶段。 由此可见，铁氧体平面变压器将在未来的功率变换模块中发挥极为重要的作用，特别在较大功率模块中起的作用显得更为突出。 2.结构原理 平面变压器通常有2个或2个以上大小一样的柱状磁芯。现以2个磁芯的平面变压器为例介绍其结构，如图1所示。每个磁芯柱在对角线上的两角都用铜皮连接，铜皮在通过磁芯柱时紧贴磁芯内壁。两个磁芯并排放置，相邻的两角用铜皮焊接起来，在一个磁芯的一个外侧面上的两个角上的铜皮用一片铜皮焊接在一起，这就是平面变压器次级线圈的中心，如果在这里引出抽头，就是次级线圈的中心抽头；在另一个磁芯的外侧面上的两个角上的铜皮就是平面变压器次级线圈的两端。这样就基本构成一个平面变压器的主体部分。它的次级线圈只有一匝，而且可以带有中心抽头。一个完整的平面变压器还有一个预置的储能电感，它的一端常接在中心抽头上，上、下各有一片固定铜板，它们将磁芯和滤波电感夹在中间，同时作为整流电源的两极和散热板。

反激式变压器的设计实例

反激式变压器的设计实例 尽管在buck变换器的设计中没有用到反激式变压器，但由于反激式变压器介于电感与变压器之间，为了帮助大家进一步搞清楚这个特殊的磁性元件，在此我们给出反激式变压器的设计，并作为设计范例。介绍的内容要比直流电感简单一些，但是很多方面是一致的。说明一下，这里设计的反激式变压器是有隔离的，而非隔离反激式电感的设计除了没有副边以外，其他的几乎相同。我们的设计要求为：直流输入电压为48V(为了简便起见，假设没有线电压波动)，功率输出为10W，开关频率是250kHz，允许功率损耗0.2W(根据总的损耗，可以知道变换器的效率要求)，因此变换器效率为98％(0.2W／10W=2％)。效率的大小与磁芯的尺寸有关，变压器体积越小，效率越低。 (隔离、断续模式的)反激式变压器原边设计时只需要用到四个参数：输出功率、开关频率、功耗、输入电压(设计非隔离反激式电感也只需这四个参数)。这里，我们还没有提到电感量，电感量由很多参数决定，在下面的内容中我们将会介绍它们之间的关系。 我们用UC3845芯片(8脚、中等价格)提供PWM信号，其最大占空比为45％，占空比的大小是根据变换器是工作在连续状态还是断续状态来确定的，稍后的章节中将介绍如何计算占空比，在这个例子中，我们选用断续模式。 我们再增加一项设计要求：就是变压器体积要尽量小，有一定的高度限制。我们将会看到，变压器的设计与电感的设计不完全相同，变压器通常可以选用多种不同的磁芯来实现相同的电气特性。在这个例子中，还要根据其他一些要求来选择磁芯，包括尺寸、成本等因素。 1 反激式变压器的主要方程 首先，我们做一些基本的准备工作。正如这一章一开始介绍的理论内容中所说的那样，当反激式变换器原边开关器件导通时，变压器原边绕组的作用相当于一个电感。电压加在原边电感上，开关导通期间，电流持续上升： 这里，DC是占空比，f是开关频率，T=1／f是开关周期，这个方程适用于电流断续模式反激式变压器，原边电流波形如图案5-17所示。

变压器的设计过程包括五个步骤确定原副边匝数比

变压器的设计过程包括五个步骤：①确定原副边匝数比；②确定原副边匝数；③确定绕组的导线线径；④确定绕组的导线股数；⑤核算窗口面积。 (1)原副边变比 为了提高高频变压器的利用率，减小开关管的电流，降低输出整流二极管的反向电压，减小损耗和降低成本，高频变压器的原副边变比应尽量大一些。 为了在任意输入电压时能够得到所要求的电压，变压器的变比应按最低输入电压选择。选择副边的最大占空比为，则可计算出副边电压最小值为：，式中，为输出电压最大值，为输出整流二极管的通态压降，为滤波电感上的直流压降。原副边的变比为：。 (2)确定原边和副边的匝数 首先选择磁芯。为了减小铁损，根据开关频率，参考磁芯材料手册，可确定最高工作磁密、磁芯的有效导磁截面积、窗口面积。则变压器副边匝数为：。根据副边匝数和变比，可计算原边匝数为：。 (3)确定绕组的导线线径 在选用导线线径时，要考虑导线的集肤效应。所谓集肤效应，是指当导线中流过交流电流时，导线横截面上的电流分布不均匀，中间部分电流密度小，边缘部分电流密度大，使导线的有效导电面积减小，电阻增加。在工频条件下，集肤效应影响较小，而在高频时影响较大。导线有效导电面积的减小一般采用穿透深度来表示。所谓穿透深度，是指电流密度下降到导线表面电流密度的0.368(即：)时的径向深度。，式中，，为导线的磁导率，铜的相对磁导率为，即：铜的磁导率为真空中的磁导率，为导线的电导率，铜的电导率为。 为了有效地利用导线，减小集肤效应的影响，一般要求导线的线径小于两倍的穿透深度，即。如果要求绕组的线径大于由穿透深度所决定的最大线径时，可采用小线径的导线多股并绕或采用扁而宽的铜皮来绕制，铜皮的厚度要小于两倍的穿透深度。 (4)确定绕组的导线股数 绕组的导线股数决定于绕组中流过的最大有效值电流和导线线径。在考虑集肤效应确定导线的线径后，我们来计算绕组中流过的最大有效值电流。 原边绕组的导线股数：变压器原边电流有效值最大值，那么原边绕组的导线股数（式中，J为导线的电流密度，一般取J=3～5 , 为每根导线的导电面积。）。副边绕组的导电股数：①全桥方式：变压器只有一个副边绕组，根据变压器原副边电流关系，副边的电流有效值最大值为：；②半波方式：变压器有两个副边绕组，每个负载绕组分别提供半个周期的负载电流，因此其有效值为（为输出电流最大值）。因此副边绕组的导线股数为 (5)核算窗口面积 在计算出变压器的原副边匝数、导线线径及股数后，必须核算磁芯的窗口面积是否能够绕得下或是否窗口过大。如果窗口面积太小，说明磁芯太小，要选择大一点的磁芯；如果窗口面积过大，说明磁芯太大，可选择小一些的磁芯。重新选择磁芯后，再重新计算，直到所选磁芯基本合适为止

反激变压器设计实例(一)

反激变压器设计实例（一） 目录 1.导论 (1) 2.磁芯参数和气隙的影响 (1) 2.1 AC极化 (2) 2.2 AC条件中的气隙影响 (2) 2.3 DC条件中的气隙影响 (2) 3. 110W反激变压器设计例子 (3) 3.1 步骤1，选择磁芯尺寸 (3) 3.2 步骤2，选择导通时间 (5) 3.3 步骤3，变换器最小DC输入电压的计算 (5) 3.4 步骤4，选择工作便宜磁通密度 (5) 3.5 步骤5，计算最小原边匝数 (6) 3.6 步骤6，计算副边匝数 (6) 3.7 步骤7，计算附加匝数 (7) 3.8 步骤8，确定磁芯气隙尺寸 (7) 3.9 步骤9，磁芯气隙尺寸（实用方法） (8)

3.10 步骤10，计算气隙 (8) 3.11 步骤11，检验磁芯磁通密度和饱和裕度 (9) 4 反激变压器饱和及暂态影响 (10) 1.导论 由于反激变换器变压器综合了许多功能（储存能量、电隔离、限流电感），并且还常常支持相当大的直流电流成分，故比直接传递能量的正激推挽变压器的设计困难得多、以下变压器设计例子中没选择过程使用反复迭代方法，无论设计从哪里开始没开始时须有大量近似的计算。没有经验工程师的问题是要得到对控制因数的掌握。特别的，磁芯大小、原边电感的选择、气隙的作用、原边匝数的选择以及磁芯内交流和直流电流（磁通）成分的相互作用常常给反激变压器设计带来挑战。 为使设计者对控制因数有好的感觉，下面的设计由检查磁芯材料的特性和气隙的影响开始，然后检查交流和直流磁芯极化条件，最后给出100W变压器的完整设计。 2.磁芯参数和气隙的影响 图1表示一个铁氧体变压器在带有和不带气隙时典型的B/H（磁滞回归线）环。 注意到虽然B/H环的磁导率（斜率）随气隙的长度变化，但磁芯和气隙结合后的饱和磁通密度保持不变。进一步，在有气隙的情况下，磁场强度H越大，剩磁通密度B r越低。这些变化对反激变压器非常有用。

平面变压器在开关电源中的应用

平面变压器在开关电源中的应用 祝锦，刘磊，孙娇俊，龚春英 （南京航空航天大学航空电源航空科技重点实验室，江苏 南京210016） 摘要：本文介绍了平面型功率变压器的特点、类型和结构，并通过具体实例论述了平面型变压器在开关电 源中的应用。 关键词：平面变压器；多层PCB；绕组； Application of Planar Power Transformer in SMPS Zhu Jin Liu Lei Sun JiaoJun Gong ChunYing (Nanjing University of Aeronautics & Astronautics Nanjing 210016 , China) Abstract: The characteristic, type, structure of planar power transformer are introduced in this paper. With the practical design examples of planar power transformer in Dual Switch Flyback converter presented, the application of planar power transformer in SMPS is discussed in detail。Keywords: planar power transformer PCB winding 1 引言 近年来,随着以ISDN、LAN、个人计算机和工作站为代表的电子设备的小型化、高效率化的不断发展,轻、 薄、小成为衡量电子设备的重要标志[1]。平面变压器的出现为电源系统的小型化和高可靠性提供了一条可 行的途径。采用平面变压器可以显著降低变压器的高度, 减小体积和重量, 提高变压器的功率密度及开关 电源的性能, 从而成为实现开关电源小、轻、薄的重要手段。 2 平面变压器类型和特性 目前平面变压器有许多不同的具体实现方法，应用比较广的主要有矩阵式平面变压器、箔式平面变压器、印制板平面变压器等。其中印制板平面变压器又有两种，一种是利用单块多层板来实现；另一种是利 用多块双面板来实现。后者集成度稍差，但成本低。平面变压器在电路中可以分为独立式、嵌入式、混合 式和集成式四种类型[2]，如图1所示 。其中独立式平面变压器与常规变压器使用方法类似,变压器作为一个 独立的器件放置在一个单独的线路板上,通过引出线与其他电路相连。嵌入式平面变压器是在PCB 上预留 插入槽,把变压器放入,以降低整体高度，但其绕组仍然位于印制电路板的上方。混合式平面变压器有部分 绕组在主PCB板内部,而另一部分绕组是独立的电路层面,主PCB 板留出槽以插入磁芯。集成式平面变压器 的绕组完全利用多层PCB 实现,磁芯插入PCB 的预留位置。 图1 平面型变压器结构示意图 平面变压器与传统的变压器相比主要有如下优点： (1)一致性好。常规变压器由于绕组间隔不规则和人工组装的不一致性都会导致器件性能有较大的差

变压器的设计

目录 目录_________________________________________________________________________ 1摘要_____________________________________________________________________ 2 一、变压器的基本结构 ________________________________________________________ 3 二、变压器的工作原理________________________________________________________ 4 1.电压变换_______________________________________________________________ 4 2.电流变换_______________________________________________________________ 5 三、设计内容________________________________________________________________ 5 1、额定容量的确定 _______________________________________________________ 5 2、铁心尺寸的选定_______________________________________________________ 6 3、计算绕组线圈匝数______________________________________________________ 8 4、计算各绕组导线的直径并选择导线________________________________________ 9 5、计算绕组的总尺寸，核算铁芯窗口的面积_________________________________ 10四设计实例________________________________________________________________ 11 4.1 设计要求 ____________________________________________________________ 11 4.2计算变压器参数_______________________________________________________ 12五总结_____________________________________________________________________ 15参考文献____________________________________________________________________ 15附录

PCB板平面变压器设计与仿真

https://www.wendangku.net/doc/1b1925971.html, 2006年11月09日03:07 1引言 当前，电力电子设备不断朝着更小体积、更高功率密度和更高效率发展，变压器作为电力电子设备中的关键元件之一，其体积变得更小、重量变得更轻、性能也在很大程度上得到了提升。特别是PCB板平面变压器与传统线绕变压器相比，无论在成本、体积、重量、性能等方面都更胜出一筹，且发展十分迅速。它已在通讯、计算机、汽车电子、数码相机、数字电视等得到了广泛的应用；也将在国防、航空、航天等对重量、体积和性能要求较高的领域拓展出一个崭新的局面。 2分析与设计 2.1技术指标 本文是为某预研课题设计的PCB板平面变压器，其基本技术要求是： a.输入电压300V b.输出电压48V c.输出功率1kW d.开关频率100KHz e.最大工作比0.5 f.变压器的高度为20mm。 2.2选择磁心 为了降低变压器的高度，我们选择了铁氧体的平面磁心(PLANAR CORE)。它与常规EE型磁心相比,其磁心高度低了很多，磁心的表面比（CORE ASPECT RATIO）也低了很多。是制作平面变压器的最佳选择（如图1）。 如果选择常规EE型磁心，即使采用横卧式安装，其高度超过60mm；如果选择平面磁心，其高度为20mm。正因为平面磁心的高度和表面比都小了很多，所以它的磁路长度小了很多，而表面积增加了许多。这两个参数一小，一大，对提高变压器的功率密度和效率极为有利，磁路长度的减小，增大了励磁电感，减小了空载损耗，减小了漏感，提高了效率；表面积的增加，增加了散热面积，减小了热阻，提高了功率密度。

2.3确定最佳磁感应强度B和最佳电流密度J 在设计变压器时，如何确定最佳磁感应强度B和最佳电流密度J是设计变压器的关键。对设计平面变压器尤其重要，因为对平面变压器来说，不能有设计余量。如果有设计余量，那么它的体积、重量就无法减小。为了设计计算方便快捷，我们建立了最佳磁感应强度和最佳电流密度的设计软件程序。该套设计程序的界面非常简洁，一目了然，很容易操作。（操作界面见图2） 从上面的设计结果来看，我们可以看到：最佳磁感应强度B为0.1435T，最佳电流密度J为10A/mm2。其中最佳电流密度比常规取值大很多，那是由于热阻Rth的减小，使得B和J的取值可以提高一些，特别是J的提高很大。另一方面，由于传统变压器用圆型导线，当电流流过时，趋肤效应使电荷远离导线中部而分散在边缘，使得圆柱导线中的电流沿导线表面分布，因而铜导线利用率不高。而在平面变压器中，用印刷线，电流也会远离中心趋于边缘流动，但电流仍然流经全部导体，因而可得到很大的电流密度。 2.4设计匝数 计算变压器匝数是我们设计变压器的重要目的之一。其理论算法有很多，也很成熟了。我们根据这些理论算法，归纳和总结了一套比较优化的、适应范围广的计算机辅助设计程序，使我们设计变压器的工作变得轻松自如，大幅度地减轻设计人员工作量，极大地提高了设计变压器的工作效率。首先将技术指标输入到相应的“输入参数”中，其次将上述确定好的最佳磁感应强度、最佳电流密度输入到相应的位置，再点击“设计”即可（如图3）。 从上面可以看出：初、次级匝数分别为18和3，初、次级导线的截面积分别为0.4 mm2和2.5mm2。如果我们采用圆导线的话，由于集肤效应的影响，其线径应小于0.38mm。当然，我现在采用PCB板来做线圈，就不必考虑这种影响。因为，印刷线的厚度通常为0.035mm和0.07mm。 2.5 PCB板设计 PCB板的设计是平面变压器设计的难点和重点。一方面，绝大部分变压器设计师对P CB板的设计不太熟悉，对PCB板的电气和绝缘性能了解不够；另一方面，用PCB 板制造的线圈，其形成的分布参数与传统线绕变压器差别很大，对不同的电路影响很大，需要变压器设计师和电路设计师大力协作，将平面变压器应用在最佳状态。正由

85W反激变压器设计实例

85W反激变压器设计的详细步骤 1. 确定电源规格. 1).输入电压范围Vin=90—265Vac; 2).输出电压/负载电流:Vout1=42V/2A, Pout=84W 3).转换的效率?=0.80 Pin=84/0.8=105W 2. 工作频率，匝比, 最低输入电压和最大占空比确定. Ｖmos*0.8>Vinmax+n(Vo+Vf) 600*0.8>373+n(42+1) 得n<2.5 Vd*0.8>Vinmax/n+Vo 400*0.8>373/n+42 得n>1.34 所以n取1.6 最低输入电压 Vinmin=√[(Vacmin√2)* (Vacmin√2)-2Pin(T/2-tc)/Cin =(90√2*90√2-2*105*(20/2-3)/0.00015=80V 取:工作频率fosc=60KHz, 最大占空比Dmax=n(Vo+Vf)/[n(Vo+Vf)+Vinmin]= 1.6(42+1)/[1.6(42+1)+80]=0.45 Ton(max)=1/f*Dmax=0.45/60000=7.5us

3. 变压器初级峰值电流的计算. Iin-avg=1/3Pin/Vinmin=1/3*105/80=0.4A ΔIp1=2Iin-avg/D=2*0.4/0.45=1.78A Ipk1=Pout/?/Vinmin*D+ΔIp1=84/0.8/80/0.45=2.79A 4. 变压器初级电感量的计算. 由式子Vdc=Lp*dip/dt,得: Lp= Vinmin*T on(max)/ΔIp1 =80*0.0000075/1.78 =337uH 取Lp=337 uH 5.变压器铁芯的选择. 根据式子Aw*Ae=Pt*1000000/[2*ko*kc*fosc*Bm*j*?],其中: Pt(标称输出功率)= Pout=84W Ko(窗口的铜填充系数)=0.4 Kc(磁芯填充系数)=1(对于铁氧体), 变压器磁通密度Bm=1500 Gs j(电流密度): j=4A/mm2; Aw*Ae=84*1000000/[2*0.4*1*60*103*1500Gs*4*0.80] =0.7cm4 考虑到绕线空间,选择窗口面积大的磁芯,查表: ER40/45铁氧体磁芯的有效截面积Ae=1.51cm2

课程设计变压器设计

课程设计任务书 班级（专业） 10生产过程自动化2班设计人乔月朋 一、课程设计题目：小型单相变压器设计 二、设计要求 通过该设计，初步掌握小型变压器容量、铁心、绕组等设计步骤和方法，熟悉有关规程和设计手册的使用方法。 三、设计的主要内容 1、额定容量的确定 2、铁心尺寸的确定 3、绕组匝数与导线直径 4、绕组排列及铁心尺寸的最后确定 5、讨论说明 6、整理成册 四、原始资料 变压器容量V·A 磁通密度 ×10T 效率η（%）电流密度 铁心计算中的 值 小于10 6000～7000 60～70 3～2.5 2 10～50 7000～8000 70～80 2.5～2 2～1.5 50～100 8000～9000 80～85 2.5～2 1.5～1.3 100～500 9000～11000 85～90 2.5～1.5 1.3～1.25 500～1000 11000～12000 90～92 1.5～1.2 1.25～1.1 五、设计步骤 1、分组布置任务，熟悉原始资料 2、搜集资料，学习理解 3、根据要求进行计算 4、根据要求写出报告，打印成册

5、检查情况、答辩、给出成绩 六、课程设计论文包括的内容 1、设计任务书 2、原理 3、结构 4、额定容量的确定 5、铁心尺寸的确定 6、绕组匝数与导线直径 7、绕组排列及铁心尺寸的最后确定 8、谢辞 9、参考文献 10、后记 要求课程设计自 2011 年 12 月 26 日至 2011 年 12 月 30 日 止自动化专业教研室主任年月日 机电系、系主任签章年月日

指导教师评语： 指导教师： 年月日

目录 1、课程设计任务书 2、教师评语 3、小型单相变压器的设计 (5) 3.1变压器工作原理 (5) 3.2变压器基本结构 (6) 4、变压器基本设计内容 (7) 4.1额定容量的确定 (7) 4.2铁心尺寸的设定 (8) 4.3绕组匝数与导线直径 (9) 4.4绕组排列及铁心尺寸的最后确定 (11) 5、实例举例 (12) 结论 (15) 心得体会 (15) 谢辞 (15) 主要参考文献 (16) 英文资料 (16)