[发明专利]一种新颖的大功率平面变压器绕线方法

说明书

本发明公开了一种新颖的大功率平面变压器绕线方法，包括层叠设置的初级PCB板和若干次级绕组片，且初级PCB板、各次级绕组片的中心位置分别开设有用于套设铁芯的通孔，初级PCB板采用多PCB层叠加结构，在各PCB层上分别印制有绕于相应通孔的初级绕组；初级绕组或次级绕组分别通过位于PCB底板上，以构成初级线圈或次级线圈；各次级绕组片采用铜箔绕制、且形成圆环形结构，圆环形结构的一端靠近PCB底板，圆环形结构的另一端为第一抽头和第二抽头，且圆环形结构与初级绕组之间形成供铁芯穿过的圆形孔洞，且初级PCB板、各次级绕组片主体形状为圆环形。应用本发明，漏感易控制，同时大大提升了通常平面变压器的散热性能，以及变压器功率变换的规格范围。

技术领域

本发明属于变压器相关技术领域，具体涉及一种新颖的大功率平面变压器绕线方法。

背景技术

近年来，随着电力电子技术的发展和成熟，人们逐渐认识到磁性元件不仅是电源中的功 能元件，同时其体积、重量、损耗在整机中也占相当比例。据统计，磁性元件的重量一般是 变换器总重量的30％～40％，体积占总体积的20％～30％，对于模块化设计的高频电源，磁性元件 的体积、重量所占的比例还会更高。另外，磁性元件还是影响电源输出动态性能和输出纹波 的一个重要因素。因此，要提高开关电源的功率密度、效率和输出品质，关键是提高其中磁 元件的功率密度，降低磁性元件的体积和重量。平面变压器因为其特殊的平面结构和绕组的 紧密耦合，使得高频寄生参数得到了很大的降低，极大改进了开关电源的工作表现。因此， 近年来其在开关电源领域得到了广泛的应用。本文综述了近年来发展的平面变压器技术，与 传统变压器进行比较，分析了平面变压器在当今开关电源发展应用的优势和前景

变压器是电源中的一个关键元件。传统的绕线变压器通常由铁氧体磁芯及铜线圈构成， 体积庞大而且容易产生电磁干扰。而平面变压器与传统的绕线变压器最大的区别在于铁芯及 线圈绕组。平面变压器采用小尺寸的E型、RM型或环型铁氧体磁芯，通常是由高频功率铁氧 体材料制成，在高频下有较低的磁芯损耗；绕组采用多层印刷电路板迭绕而成，然后迭放在平 面的高频磁芯上构成变压器的磁回路。图1中表示出了一种典型的多层板平面变压器结构。 这种设计有低的直流铜阻、低的漏感和分布电容，可满足谐振电路的设计要求。而且由于磁 芯良好的磁屏蔽，可抑制射频干扰。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。从而有效地解决体积 及高频问题，为电源变换器的轻型化、小型化提供了可能。

从变压器在开关电源中所处的位置上看，平面变压器可以分为独立式和嵌入式平面变压 器。独立式平面变压器是利用平面铜制引线框架或印制板的铜线为绕阻而构成。精密的铜制 引线框架或印制绕组使设计规格比线绕变压器更精确地符合要求，器件间的重复性水平也得 到提高。蚀刻铜制引线框架或印制型绕阻被堆叠在平面中，与高频铁氧体磁芯构成变压器的 磁路。该设计使其成为一个非常低剖面的变压器组件。在平面设计中实现大的横截面积铜导 体使高功率密度和高电流的设计变得更加容易。平面绕组和铁氧体的高表面容量比使平面变 压器具有良好散热功能。

特别是在高工作频率下，高转换效率是平面变压器的关键的优势。在绕线变压器中，效 率被“趋肤效应”逆反影响，即当高频电流通过圆柱形导体时迫使电子由中部流向边缘集中 在铜线表面，从而减少了电流通过的导体横截面积。