平面变压器寄生参数分析

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。

2014.09127·磁性元件与电源2!፛ዔ平面磁性器件的研发，解决了传统型磁性器件在结构上对现代电子设备要求小型化、低高度，热传导性能好，损耗小等的不适应性。

现在，电子设备的发展进步，大量需要适用于高频变换器的，具有以上优点的小尺寸平面型磁性器件。

为了能够一次性地精确设计出高频磁性元件，必须对其漏感、绕组的分布电容、趋肤效应和邻近效应等寄生成分的准确数据进行计算。

经过多年实现，对于叠层变压器、矩阵变压器、圆形螺旋线圈薄膜变压器等磁性元件已经有了比较成熟的设计方法和经验数据。

本文介绍两种多层平面型带气隙变压器的设计。

在本设计中，首先，将电路模型以频率关系为特性，假设磁性材料是线性的，并且没有磁滞效应。

因此，不需要区分输入电压的性质。

其次，需要考虑线圈内的磁通分布，以便确定如何有效地利用磁芯的质量，以及如何使磁通在线圈内分布均匀。

掌握磁芯中涡流分布的知识，则有助于计算线圈的铜损和磁性材料中的涡流损耗。

其三，本设计磁性元件所使用的磁性材料是TDK 公司的MnZn 铁氧体材料，将它们用于高频多层平面磁性元件，以研究其电感和电压比与频率的特性关系，同时探讨两种不同绕组结构的磁通分布和涡流分布，并使用边界单元法编制的CAD，CAE 软件计算有关数据。

3!ࣶށຳෂܤኹ໭உ৩ૺ໚ଐႯෝቯ工作频率在1MHz 左右的高频直流变换器需要几微亨(μH)的电感值。

在高频时所使用的电感器结构，最常见的是存在开路、闭路或螺旋型结构的多层磁路。

在本案的设计与试验中，初级和次级线圈采用的匝数相同，Ⅰ型样品为3匝，Ⅱ型样品是1匝。

铁氧体磁芯的尺寸是17.6×17.6×20(mm 3)。

图1示出了螺旋型绕组结构，而磁芯结构为基本开路型。

多层平面结构高频变压器的特性分析Analysis of Planar Sandwich High Frequncy Transformer Performance华冬宝 供稿摘 要：文章介绍了两种不同绕组结构的平面多层并带气隙的高频变压器的特性分析，得出了线圈自感、电压比与频率之间的关系，磁通分布和涡流分布的数值计算方法及结果，指出电压比和匝数比是不相同的，原因是电压比与频率有关。

变压器寄生参数测量方法
变压器的寄生参数包括漏感和互感。

测量这些参数的方法可以通过使用标准的测试设备和技术来实现。

以下是测量变压器寄生参数的一般方法：
1. 漏感测量：
使用 LCR 仪器或者变压器测试仪来测量变压器的漏感。

这些仪器能够通过激励信号来测量变压器的漏感值。

在测量时，需要确保变压器的次级绕组是开路的，以便准确测量漏感。

2. 互感测量：
互感是指变压器主、副绕组之间的互感值。

互感可以通过变压器测试仪或者串联阻抗法进行测量。

在串联阻抗法中，通过在变压器的主副绕组上加入额外的串联电阻，测量主副绕组上的电压和电流，从而计算出互感值。

3. 使用标准测试设备：
在测量变压器的寄生参数时，需要使用精密的测试设备，如
示波器、信号发生器、多用途测试仪等。

这些设备能够提供准确的
测量结果，并且可以根据需要进行不同类型的测量。

4. 分析测量结果：
测量完成后，需要对得到的数据进行分析和处理。

可以使用
计算机软件进行数据处理，以便得出准确的变压器寄生参数数值。

总之，测量变压器的寄生参数需要使用专业的测试设备和方法，以确保测量结果的准确性和可靠性。

通过仔细的测量和分析，可以
得到变压器的准确的寄生参数数值，从而为变压器的设计和运行提
供重要的参考依据。

变压器参数解读变压器是一种静止的电气设备，属于一种旋转速度为零的电机。

电力变压器在系统中工作时，可将电能由它的一次侧经电磁能量的转换传输到二次侧，同时根据输配电的需要将电压升高或降低。

故它在电能的生产输送和分配使用的全过程中，作用十分重要。

整个电力系统中，变压器的容量通常约为发电机容量的3倍以上。

（一）变压器的型号变压器的型号分两部分，前部分由汉语拼音字母组成，代表变压器的类别、结构特征和用途，后一部分由数字组成，表示产品的容量（kVA）和高压侧绕组电压（kV）等级。

汉语拼音字母含义如下：第1部分表示相数：D—单相（或强迫导向），S—三相。

第2部分表示冷却方式：J—油浸自冷，F—油浸风冷，FP—强迫油循环风冷，SP—强迫油循环水冷。

第3部分表示电压级数：S—三级电压，无S表示两级电压。

其他：O—全绝缘，L—铝线圈或防雷，O—自耦（在首位时表示降压自耦，在末位时表示升压自耦），Z—有载调压，TH—湿热带（防护类型代号），TA—干热带（防护类型代号）。

（二）额定容量（SN）额定容量是制造厂所规定的在额定工作状态（即在额定电压、额定频率、额定使用条件下的工作状态）下变压器输出的视在功率的保证值，以SN表示。

额定容量通常是指高压绕组的容量，当变压器容量因冷却方式而变更时，则额定容量是指它的最大容量。

（三）额定电流（I1、I2）变压器一、二次额定电流是指在额定电压和额定环境温度下使变压器各部分不超温的一、二次绕组长期允许通过的线电流，单位以A 表示。

（四）额定电压（U N）变压器的额定电压就是各绕组的额定电压，是指额定施加的或空载时产生的电压。

一次额定电压U1N是指接到变压器一次绕组端点的额定电压值；二次额定电压U2N是指当一次绕组所接的电压为额定值、分接开关放在额定分触头位置上，变压器空载时二次绕组的电压（单位为V或kV）。

三相变压器的额定电压指的均是线电压。

一般情况下在高压绕组上抽出适当的分接头，因为高压绕组或其单独调压绕组常常套在最外面，引出分接头方便；其次是高压侧电流小，引出分接引线和分接开关的载流部分截面小，分接开关接触部分容易解决。

平面变压器技术综述摘要：在H01F这一小类中，平面变压器这一技术近年来在我国的发展比较突出，我将选取此技术，从其基本结构、分类、优缺点、发展历史及现状、国内外申请情况、主要专利技术分析等方面介绍平面变压器技术，并对其发展方向进行预估。

关键词：平面变压器；专利申请1 平面变压器概述传统变压器通常是将铜线圈绕制在磁芯上装配而成，其体积一般较大，并且绕组匝数多，相关寄生参数较难控制，在生产过程中也较难保证产品的一致化程度。

而平面变压器的出现则极大改善了这一问题，其与传统变压器的最大区别就于它的结构，典型结构如图1-1所示。

平面变压器是一种扁平结构的变压器，磁芯多采用 E 型、RM 型平板磁芯，高度得到极大降低的同时增大了散热面积。

考虑到变压器较高的应用频率，磁芯材料方面选择具有高磁导率、高饱和磁感应强度以及低损耗特性的 MnZn 铁氧体材料；绕组方面通常采用铜箔或印制电路板（PCB）堆叠构成[1]。

图1-1 典型的平面变压器结构1.1 平面变压器的优缺点平面变压器的独特特性使其在医疗、通信以及航空等领域成为了电源设备的理想选择，基于平面变压器所具有的独特结构，与传统的变压器相比，其具有如下优点：散热性能好，低漏感，生产一致性好，较高的工作频率，体积小，可靠性高，绝缘性能好，高效率，电流承载能力高。

然而平面变压器的特性并不全是优势。

原、副边绕组之间的间距较小，储存磁能少，所以漏感也较小，但原、副边的分布电容却变大。

PCB绕组的可重现化特性是以增大磁芯绕线窗中绝缘材料的比例为代价，降低了铜填充系数，窗口利用率低，仅为0.25 ~ 0.3，而传统变压器的窗口利用率为0.4。

2 专利申请趋势分析2.1 全球专利分析2.1.1 全球申请量年度趋势图2-1 平面变压器全球历年申请量图2-1示出了平面变压器全球范围内历年的申请量分布，结合平面变压器的发展历史分析平面变压器技术专利，由图可以看出，平面变压器技术的专利申请最早开始于1966年，由德国的德律风根公司提出，此后直到1974年才提出第二件关于平面变压器的专利申请，自此以后，关于平面变压器的申请基本上总体呈现申请量逐年递增的趋势。

平面型高频电源变压器的设计平面型多层绕组高频电源变压器的设计Design of a Hign-Frequency Planar Power Transformer in Multilayer Technology摘要: 提出了一种用多层印刷电路板(ML-PCB)技术制作的高频电源变压器，用于开关电源，工作频率达数MHz。

讨论了实验室原型的结构、电性能、寄生效应和散热性。

主要阐述其漏感，而其他方面的分析则比较简单。

试验结果表明，该变压器具有高的效率、低的漏感、好的散热性和线间绝缘性。

而且，其布局可使设计者在漏感和绕组间电容之间采取折衷。

由于其精确明晰的几何形状，绕组间寄生电容和漏感是可重复的，而且比较容易计算。

一、引言在新一代功率变换器中，小型化已成为一个重要的设计准则[1，2，5，6，11]。

现代的半导体器件可快速开关，而且可用来使开关频率提高到MHz 频段。

因此，电容性和磁性元件的重量和尺寸可得以减小。

然而，这种小型化也引起一些特殊的问题:1 寄生分量给高频截止频率造成了一些限制;1 传统变压器的寄生特性不可重复;1 小型功率器件的有效冷却常成问题。

由于高的开关频率，寄生分量在电路特性中起重要作用。

为了得到好的高频特性，漏感和绕组间寄生电容必须小，这是因为它们都限制器件的高频截止频率[4]。

储存在寄生漏感中的能量可以在易损坏的开关器件的开关过程中产生高电压峰。

这些电压峰会在元件上产生动态功耗和过大的应力。

初级和次级之间良好的（电）感性耦合可达到小的漏感。

事实上，在绕组之间是留有小间隙的。

然而，这却导致了大的绕组间电容，对低漏感和低绕组间电容的要求是互相矛盾的。

因此，变压器的“LC乘积”被用作一个表示这种困境的因数（“figure of trouble”）。

在传统的绕线式变压器中，这些寄生效应和相关的高频特性似乎是不可控制的[7]。

制作过程中的可变因素使绕组几何尺寸产生相当大的公差。

高可重复性与严格规定的绕组几何尺寸紧密相关。

精讲变压器的“寄生参数”——漏感与分布电容
本文主要为大家讲解一下变压器中的两个寄生参数，漏感与分布电容。

从定义到产生的原因，以及危害等多方面进行讲解。

大家好好学习吧！下面
先来介绍一下漏感的相关知识。

 漏感的定义
 漏感是电机初次级在耦合的过程中漏掉的那一部份磁通
 变压器的漏感应该是线圈所产生的磁力线不能都通过次级线圈,因此产生漏
磁的电感称为漏感。

 漏感产生的原因
 漏感的产生是由于某些初级（次级）磁通没有通过磁芯耦合到次级（初级），而是通过空气闭合返回到初级（次级）。

 导线的电导率大约为空气电导率的109倍，而变压器用的铁氧体磁芯材料
的磁导率大约只有空气磁导率的104倍。

因此磁通在通过铁氧体磁芯构成的
磁路时，就会有一部分漏入空气，在空气中形成闭合磁路，从而产生漏磁。

而且随着工作频率的提高，所使用的铁氧体磁芯材料的磁导率会降低。

因此
在高频下，这种现象更为明显。

 漏感的危害 
 漏感是开关变压器的一项重要指标，对开关电源性能指标的影响很大，漏
感的存在，当开关器件截止瞬间会产生反电动势，容易把开关器件过压击穿；漏感还可以与电路中的分布电容以及变压器线圈的分布电容组成振荡回路，
使电路产生振荡并向外辐射电磁能量，造成电磁干扰。

 影响漏感的因素 
 对于固定的已经制作好的变压器，漏感与以下几个因素有关：。

电感器和变压器是磁场最集中的元件，流过变压器次级线圈的电流是感应电流，这个感应电流是因为变压器初级线圈中有电流流过时，产生磁感应而产生的。

在电感器和变压器周边的电路，都可看成是一个“变压器”的感应线圈，当电感器和变压器漏感产生的磁力线穿过某个电路时，此电路作为“变压器”的“次级线圈”就会产生感应电流。

两个相邻回路的电路，也同样可以把其中的一个回路看成是“变压器”的“初级线圈”，而另一个回路可以看成是“变压器”的“次级线圈”，因此两个相邻回路同样产生电磁感应，即互相产生干扰。

电感、变压器等磁性元件引起的电磁干扰：在开关电源中存在输入滤波电感、功率变压器、隔离变压器、输出滤波电感等磁性元件，隔离变压器初次级之间存在寄生电容，高频干扰信号通过寄生电容耦合到次边；功率变压器由于绕制工艺等原因，原次边耦合不理想而存在漏感，漏电感将产生电磁辐射干扰，另外功率变压器线圈绕组流过高频脉冲电流，在周围形成高频电磁场；电感线圈中流过脉动电流会产生电磁场辐射，而且在负载突切时，会形成电压尖峰，同时当它工作在饱和状态时，将会产生电流突变，这些都会引起电磁干扰；高频变压器的电磁兼容设计在高频变压器T1的设计时，尽量选用电磁屏蔽性较好的磁芯材料。

如图所示，C7、C8为匝间耦合电路，C11为绕组间耦合电容，在变压器绕制时，尽量减小分布电容C11，以减小变压器原边的高频干扰耦合到次边绕组。

另外为进一步减小电磁干扰，可在原、次边绕组间增加一个屏蔽层，屏蔽层良好接地，这样变压器原、次边绕组对屏蔽层间就形成耦合电容C9、C10，高频干扰电流就通过C9、C10流到大地。

由于变压器是一个发热元件，较差的散热条件必然导致变压器温度升高，从而形成热辐射，热辐射是以电磁波形式对外传播，因此变压器必须有很好的散热条件。

通常将高频变压器封装在一个铝壳盒内，铝盒还可安装在铝散热器上，并灌注电子硅胶，这样变压器即可形成较好的电磁屏蔽，还可保证有较好的散热效果，减小电磁辐射。

高频寄生参数在设计高频磁性元件的绕制工艺时需考虑到漏感及分布电容的影响，这两个参数是分布在磁性元器件的整个绕组中，但为了简单起见，它们被表示成集总的常数，如下图1所示。

漏感对一次用Lp表示，对二次用Ls表示，等效集总参数电容对一次和二次绕组分别用Cp和Cs 表示，直流电阻Rp和Rs分别是一次和二次绕组的等效电阻，Cw是绕组与绕组间的等效电容，Re是与铁芯损耗等效的并联电阻。

图1.考虑寄生参数的变压器等效电路在低压高功率场合，因分布电容中储存的电场能量(CU2/2)与漏感中储存的磁场能量(LI2/2)相比较小，因而分布电容的影响可以忽略。

但在高压小功率场合，分布电容储能与漏感储能相当，甚至比漏感储能大，此时分布电容的影响不可忽略。

在开关转换时，绕组电压发生变化，在变压器内部和主电路回路中引起高频振荡，增加变压器的损耗，并产生高频电磁辐射，同时也会增加功率器件的动态功耗，引起较高的应力如下图所示，成为损坏功率器件的隐患。

若输入电压较高，分布电容储能较大，会使得开关管在转换时出现较大的电流尖峰，在采用峰值电流控制的情况下，将影响电流采样的正确性，在轻载时会对电源的稳压精度、稳定性及损耗有较大影响。

图2.开关元器件电流和电压波形1. 漏感漏感表示变压器绕组之间不完全耦合所表现出来的寄生效应。

耦合系数小于1 表示变压器绕组的空隙中存在漏磁场，漏感大小可以通过计算储存在绕组间的漏磁场能量来确定。

可以认为这些漏能量等效于储存在一个集中表示的漏感中，这个漏感就可由下式计算得到：式中：μo 为真空磁导率；H 为漏磁场强度分布；d V为漏磁场分布的体积元；L leak 为变压器线圈漏感；I in 为输入电流。

对变压器中的绕组分布作平面假设，可以得到变压器的磁场图。

图3 给出了2 个实例，在导体部分磁场强度增加或减少，在层与层间的空间内磁场强度保持不变。

图3.不同绕组布局时的磁场强度因磁场能量正比于H的平方，采用交错绕法时Hm会比较小，由此对漏感的影响也比较小。

变压器主要技术参数详解（齐全）你想知道的，这里都有。

1.额定容量：指额定工作条件下变压器的额定输出能力（等于U×I，单位为kVA）；2.额定电压：空载、额定分接下，端电压的值（即一次、二次侧电压值）；3.空载损耗：空载条件下，变压器的损耗（也叫铁耗）；4.空载电流：空载条件下，一次侧线圈流过的电流值；5.短路损耗：一次侧通额定电流，二次短路时所产生的损耗（主要是线圈电阻产生的）；6.分接（抽头）的概念：为适合电网运行需要，一般的变压器高压侧都有抽头，这些抽头的电压值都是用额定电压的百分比表示的，即所谓的分接电压。

例如，高压10kV的变压器具有±5%的抽头，就是说该变压器可以运行在三个电压等级：10.5kV（+5%）、10kV （额定）、9.5kV（-5%）。

一般来说，有载调压变压器的抽头数（分接点）较多，如7分接点（±3×2.5%）和9分接点（±4×2%）等。

由于不能够完全保证分接开关的同步切换，所以有载调压变压器一般不能够并联运行。

7.有功负荷：电力系统中产生机器能或热能的负荷。

但是负载中纯阻性的负荷只消耗有功功率，如电热、电炉、照明等电力负荷完全是有功负荷。

而异步电动机、同步电动机的负载中既消耗有功功率，同时又消耗无功功率，其中作功产生机器能的部分属有功负荷。

有功负荷要由发电机有功功率来供应。

8.无功负荷：在电力负载中不作功的部分。

只在感性负载中才消耗无功功率。

如：变压器、电动机、空调、冰箱等。

所以在发电机输出有功功率的同时，还需要提供无功功率。

无功功率不能满足电网时，系统的电压将会下降，为了满足用户的需求，所以在变电所里要安装无功补偿器，来保持无功功率的平衡，这样才能维持电压水平。

9.事故备用：电力系统中备用容量的组成部分之一。

由于发电设备可能发生临时性或永久性的故障而影响供电，所以系统必须设置一定数量的事故备用电源，来确保电力设施的安全。