高频平板变压器的原理与设计

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1、高频平板变压器的原理与设计[注]新加坡南洋理工大学叶虹西安交通大学叶治政(南洋道639798)(西安710049)摘要：运行在高频的常规变换变压器存在着漏电感大，匝间电容量大，趋肤效应、邻近效应严重，磁芯有局部过热点等问题。一种新型变压器，高频平板变压器已开发出来，它能减小漏电感和匝间电容，能消除常规变压器存在的磁芯局部过热点，能使趋肤效应、邻近效应等问题得以改善，它具有很高的功率密度、很高的效率、很低的电磁干扰和简易价廉等优点。关键词：平板变压器原边电感漏感趋肤效应邻近效应PrincipleandDesignofHighFrequencyFlatTran

2、sformerAbstract:Whileoperatinginhighfrequency,conventionaltransformershavemanyproblemssuchaslargeleakageinductanceandgreatinterwindingcapacitance,skinandproximityeffectsandthesinglehotspotatthecenterofthecore.Anewtypetransformer,highfrequencyflattransformer,hasbeendeveloped.Thisk

3、indoftransformerscaneliminatethesinglehotspoteffectivelyandgreatlyreducetheleakageinductanceandinterwindingcapacitance.Theproblemsofskineffectandproximityeffecthavealsobeenimproved.Itpossessesmanyadvantagesincludingthehighpowertransferefficiency,highpowerdensity,cheaptopologyinsi

4、mplestructureandlowelectromagneticinterference.Keywords:FlatTransformer，Primaryinductance，Leakageinductance，Skineffect，Proximityeffect图法分类号：TM433文献标识码：A文章编号：02192713(2000)0841605　　1引言变压器一直是电源设备和装置，缩小体积、提高功率密度、实现模块化的一只拦路虎。虽然高频变换技术引入电源后，可以甩掉体积庞大的工频变压器，但还需使用铁氧体磁芯的高频变压器。铁氧体磁芯高频变压器的

5、体积虽比工频变压器小，但离开模块化的要求还相差很远。它不但体积还嫌大，而且它的发热量，漏电感都不小。因此近几年来，许多专家、学者、工程师一直在研究解决这个问题的办法。高频平板变压器的研制开发成功，就使变压器技术发生一个飞跃。它不但能使变压器的体积缩小很多，而且还能使变压器内部的温升很低、漏电感很小，效率可做到99.6％，成本比一般同功率的变压器低一半。它可用于单端正、反激，半桥，全桥和推挽变换器中作AC/DC和DC/DC变换器用。它对低电压、大电流的变换器特别适用。所以用它来做当代计算机电源特别合适。2运行在高频情况下常规变换变压器存在的问题（1）漏电感（

6、简称漏感）理想的变压器（完全耦合的变压器）原边绕组产生的磁通应全部穿过副边绕组，没有任何损失和泄漏。但实际上常规的变换变压器不可能实现没有任何损失和泄漏。原边绕组产生的磁通不可能全部穿过副边绕组。非耦合部分磁通就在绕组或导体中有它自己的电感，存贮在这个“电感”中的能量不和主功率变压器电路相耦合。这种电感我们称之为“漏感”。理想变换器对绝缘的要求和为了要得到很低的电磁干扰（EMI）而需要很紧的电磁耦合以减小漏感的要求，是相互矛盾的。当变压器不通电（转向脱离电源或开关处于关断期间）时，漏感存贮的能量要释放出来形成明显的噪音。在示波器上能看到此噪音的高频尖峰脉冲

7、波形。高频尖峰脉冲波形的幅值Uspike和漏感Lleak与电流相对时间变化率的乘积成正比。即：

8、Uspike

9、=Lleakdi/dt(1)当工作频率升高，电流相对时间的变化率也就增加。漏感的影响将更严重。漏感的影响和变换器的开关速度成正比。漏感产生过高的尖峰脉冲会损坏变换图1常规变换变压器和平板变压器示意图(a)常规变换变压器(b)平板变压器器中的功率器件并形成明显的电磁干扰（EMI）。为了降低漏感产生的尖峰脉冲幅值Uspike，而在变换器电路中必须加入缓冲网络。但缓冲网络的加入，会增大变换器电路的损耗。使变换器电路随工作频率提高，损耗增加，效率降低。（2

10、）绕组间电容当变压器的绕组是多层绕组时，则顶层绕组和底层绕组之间就