一种高功率密度高频电源变压器

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1、ਪଔᆪማۨࡸ·InternationalDocumentsandReports一种高功率密度高频电源变压器Thehighfrequencytransformerforhighpowerdensityconveter薛蕙编译，圣力校3摘要：文章介绍一种用于高功率密度变换器的高频电源变压器设计。该变压器的功率密度超过400W/in，功率范围为50~100W，输出电压为1.5V，效率高达99%。关键词：高功率密度变换器，高频电源变压器，铜箔绕组，铁氧体磁心中图分类号：TM4文献标识码：A文章编号：1606-7517

2、（2009）07-8-114O>፛ዔ下，上世纪80年代即出现了分布式电源系统，致使可以采用小型电源组件供给单个电路板安装。例如，提供桌面为了减小电力电子设备的尺寸与重量，现已将其工作个人计算机的开关电源具备了200W功率，输出电压为5V频率提高到了MHz级。众所周知，影响功率变换器整体3和12V，效率为80%，封装功率密度为1W/in。此后，随尺寸与重量的主要问题是其中磁性元件的尺寸重量。在研采用新的高效电源拓朴结构和谐振，准谐振开关法以减小制这个频率范围的高效磁性元件时，必须重点关注其趋肤开关损耗，且工作频

3、率提高到MHz级，不仅使电路中的磁效应和涡流损耗给绕组和磁心设计以及相应地给磁心材料性元件的尺寸大大减小，而且开发出了100W及以上输出和导体材料品种规格的选用所带来的种种限制。本文对工功率，输出电压低达1.5V，效率为99%的紧凑型电子变3作频率为2MHz，功率密度大于400W/cm，功率范围在压器。这种紧凑型变压器的设计，首先遇到的问题是要在50~100W，输出电压为1.5V，效率高于99%的电子变压器高功率密度和高效率两者间作折衷选择，其研制出的主要设计进行讨论。为了达到上述指标，首先必须增加绕组的技术

4、是使用铜箔交叠的平面绕组结构，以增加铜箔密度的铜箔密度，使其超过常规多股绞合线的密度，并解决以铜方法减小在高频（MHz级）范围内的趋肤效应和涡流损耗。箔曲绕技术制造多层绕组的工艺问题。这种绕组省去了绕有文献报道，据计算，采用的铜箔厚度小于4.3mil（密耳）组层间的外连线，这样就构成了紧密交叠的Z字形绕组结（此厚度尺寸为2MHz频率时，铜之趋肤深度的两倍）制成构，以此实现了高的铜箔绕组密度，低铜损和极低的漏感。平面环形单匝，若要得到75μΩ的次级单匝电阻值，对于51mil的内层单匝而言，如果其外层采取两层并联

5、，则外P>࢟ೆ࢟ᔇ࿸۸ࡼቃቯછᆰᄌ层单匝半径需要9.79吋，如果是四层并联，则为7吋。所以，电子元器件的小、薄、轻量化是随桌面个人计算机、为了保证获得足够小的安装面积，必须将许多单匝层并联手提电脑和移动通信等电子设备的小型化和多功能化发展起来，形成一种近似于立方体的几何结构。需求而被逐步推进的。由于在电子设备中，磁性元件占其磁性电子元件（主要指电子变压器和电感器）的小型体积重量的比例在25%以上，所以，长期以来，人们对于薄型化进程，在普通立体变压器电感器的基础上，至今已能够输送低电压大电流、低损耗且占用安装面

6、积小、散热经历了三个发展阶段和具有了以下几种类型：第一个发展性好等性能的小型化电子变压器就特别关注。在这些要求阶段是“平面型”（薄型）电子变压器，见图1，图2所示114·2009.07InternationalDocumentsandReportsਪଔᆪማۨࡸ·的类型。现已系列化大批量生产。第二个发展阶段是“片对成熟，但平面线绕线圈型、“PCB”型及其混合型磁性式化”变压器、电感器，见图3、图4所示类型。它们是元件，不适用于极低电阻的磁性元件。而且，PCB制造法随SMT工艺技术的发展而逐步完善的，目前也已形成

7、系的磁性元件用外部引脚实现层间互连，这就显著增大了互列与批量。第三个发展阶段是“薄膜型”变压器和电感器，连电阻，也就限制了更多层数线圈的使用。混合型元件制见图5所示类型，已有小批量生产。这四个阶段发展起来造中，容易受厚膜胶相对较大的电阻率以及印制导体厚度的各种类型的变压器电感器各有其应用领域，并没有随发的限制。而很多层数交叠折绕的平面铜箔绕组，可以获得展阶段而逐“代”完全被替代的情况。小、薄、轻型化变极低的电阻，它主要受限于小电流的单层设计及桶形绕组压器电感器与常规立体变压器电感器比较，具有相当明显的结构。的

8、优点，见表1所示。在本文讨论的变压器设计制造中，研究探讨了多种曲上述各种小型化磁性元件的制造工艺，可以说已经相挠绕组的方法，其中PCB铜箔印制绕组包括了制作层间互图1线绕线圈薄型变压器2009.07·115ਪଔᆪማۨࡸ·InternationalDocumentsandReports表1薄小型化变压器的比较优势连线，从而得到了Z字形折叠多层初级绕组；用类似的方项目主要指标法进行Z字形折叠，并在敷铜箔