论平面变压器的结构

模块电源中平面变压器的设计与应用平面变压器是一种特殊的变压器，它采用平面线圈结构，相对于传统的线圈结构，具有体积小、重量轻、功率密度高、成本低等优点。

这使得平面变压器在电子设备中得到了广泛的应用。

本文将从设计和应用两个方面，介绍平面变压器的相关知识。

一、平面变压器的设计1.线圈结构设计平面变压器的线圈主要由两个平行排列的薄片形成，每个薄片上绕有若干层线圈。

为了提高变压器的效率，一般采用高导磁率材料，如硅钢片，以减小磁通的损耗。

此外，薄片的宽度应根据设计的功率和频率来确定，需要满足一定的磁通密度和电流密度。

2.选材设计平面变压器的选材设计主要涉及材料的导磁性能和绝缘性能。

对于导磁材料，一般采用具有高导磁率和低回磁特性的材料。

对于绝缘材料，一般需要具有较高的击穿电压和耐热性。

此外，还需要考虑材料的成本、可加工性以及环境友好性等因素。

3.磁芯设计平面变压器的磁芯一般采用环形状，以方便线圈绕制。

磁芯的选用应考虑其导磁性能和磁阻特性，以减小磁通的损耗。

同时，磁芯的尺寸和形状也需要根据设计的功率和频率来确定，以满足一定的电感值和磁通密度要求。

4.散热设计由于平面变压器的功率密度较高，因此散热设计非常重要。

一般可以通过增加散热片的面积、使用导热材料等方式来提高散热效果。

另外，也可以通过合理的线圈布局来提供空气流动，从而提高散热效果。

二、平面变压器的应用1.电源模块平面变压器广泛应用于各种电源模块中，如手机充电器、笔记本电源适配器等。

由于平面变压器的体积小、重量轻，非常适合于电源模块的紧凑设计。

此外，平面变压器还具有高效率、低磁声等特点，可以提高电源模块的整体性能。

2.通信设备平面变压器也被广泛应用于通信设备中，如路由器、交换机等。

通信设备对电源的稳定性和转换效率要求较高，平面变压器可以满足这些要求。

同时，平面变压器还具有高密度布局和低漏磁等特点，可以减小设备体积，提高系统的集成度。

3.汽车电子随着电动汽车的普及，平面变压器也开始在汽车电子中得到应用。

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。

平面变压器与应用综述Survey and application of the planar transformer1.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。

印制板平面变压器及其设计方法印制板平面变压器是一种广泛应用于电路板中的小型变压器，其结构紧凑、体积小，具有良好的电磁兼容性和耐热性能，能够满足电子产品对于节省空间和提高性能的要求。

本文将就印制板平面变压器及其设计方法进行探讨。

一、印制板平面变压器的结构与原理印制板平面变压器的结构主要由两部分组成：铁芯和线圈。

铁芯由磁性材料制成，线圈则由导体材料绕制而成。

当外部交流电源施加在线圈上时，线圈中产生电磁场，通过铁芯传导到另一端的线圈中，从而实现电能的传输和变换。

印制板平面变压器的特点是线圈和铁芯均采用印制板技术制作而成，具有结构紧凑、体积小、重量轻、功率密度高等优点。

同时，其电磁兼容性能好、耐热性能强，能够满足电子产品对于节省空间和提高性能的要求。

二、印制板平面变压器的设计方法印制板平面变压器的设计方法主要包括铁芯的选择、线圈的绕制和参数的计算。

1.铁芯的选择铁芯是印制板平面变压器的核心部件，其选择应考虑到磁导率、饱和磁感应强度、磁滞损耗、温度系数等因素。

一般采用磁性材料如硅钢片、铁氧体等制作。

2.线圈的绕制线圈的绕制是印制板平面变压器的关键步骤，其绕制方式直接影响到变压器的性能和效率。

一般采用绕线机进行绕制，绕制时应注意线圈匝数、线径、层数等参数的控制，以确保变压器的匹配度和电气性能。

3.参数的计算印制板平面变压器的参数计算包括电压比、匝数比、功率、直流电阻等参数的计算。

根据实际需求和规格要求，通过公式计算得到合适的参数值，并进行合理的调整和优化。

三、印制板平面变压器的应用领域印制板平面变压器广泛应用于电子产品中，如高频电源、通讯设备、计算机、音频设备、电视机等。

其体积小、功率密度高、电磁兼容性好等优点使其在电子产品中得到了广泛的应用。

四、印制板平面变压器的发展趋势随着电子产品的不断发展，对于印制板平面变压器的要求也越来越高。

未来，印制板平面变压器将更加注重体积的缩小、功率密度的提高、温度的控制、材料的改良等方面的发展，以满足电子产品对于高性能和节省空间的要求。

平面变压器设计公式平面变压器是一种常见的电力变压器，在电力系统中用于改变电压的大小。

它由一个铁心和多个绕组组成，其中铁心由层叠的正方形硅钢片组成，绕组则由绝缘铜线缠绕而成。

平面变压器的设计需要考虑多个因素，包括电流、电压、功率损耗等。

下面我们将详细介绍平面变压器的设计公式。

1.基本参数：平面变压器的基本参数包括额定电压、额定电流、频率等。

额定电压是指设计中所考虑的主要电压级别，根据电力系统的要求选择。

额定电流是指在额定电压下变压器能够承载的最大电流值。

频率是电力系统的运行频率，一般为50Hz或60Hz。

2.电流计算：根据变压器的额定功率和额定电压，可以计算出额定电流。

变压器的功率可以用下式表示：P=√3*U1*I1=√3*U2*I2其中，P为功率，U1和U2为变压器的两个电压端口的额定电压，I1和I2为变压器的两个电流端口的额定电流。

3.磁通密度计算：变压器的铁芯中的磁通密度B应该能够满足设计要求，一般情况下，磁通密度的选择范围为1.4-1.8T。

磁通密度可以通过下式计算得到：B=√2*V/(4.44*f*N*Ae)其中，V为变压器的额定电压，f为变压器的频率，N为变压器的绕组数，Ae为铁心有效面积。

4.铁心设计：铁心由正方形硅钢片组成，其截面积可以通过下式计算得到：Ae=√(Ki*P)/(B*f)其中，Ki为系数，一般为1.1-1.3，P为变压器的额定功率，B为磁通密度，f为频率。

5.绕组设计：绕组由绝缘铜线缠绕而成，其长度可以通过下式计算得到：L=((R1+Rc)*N+Ru)*π*d其中，R1和R2分别为绕组的外径和内径，Rc为铁心的外径，Ru为该绕组与铁心的最小厚度，N为绕组数，d为绕组的直径。

6.损耗计算：变压器的损耗主要包括铁心损耗和铜损耗。

铁心损耗可以通过下式计算得到：Pc=Ke*f*B^2*V*√2*10^(-6)其中，Ke为损耗系数，取值范围为0.2-0.3、铜损耗可以通过下式计算得到：Pcu = √3 * (I1^2 * R1 + I2^2 * R2) * 10^(-3)其中，R1和R2分别为绕组的电阻。

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。

平面变压器的特性及标准化设计0 引言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。

1.1 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。

1．2在不同拓扑中平面变压器的作用在不同的拓扑中，磁性元件的作用也是不同的。

在正激变换器中的变压器，磁性能量在主开关管开通的时候由初级绕组传递到次级绕组中。

然而，在反激变换器中的“变压器”并不完全是一个变压器，而是两个连接的电感器。