1导言
变压器一直是电源设备和设备，缩小体积、进步功率密度、完成模块化的一只绊脚石。尽管高频改换技能引进电源后，能够甩掉体积巨大的工频变压器，但还需运用铁氧体磁芯的高频变压器。铁氧体磁芯高频变压器的体积虽比工频变压器小，但脱离模块化的要求还相差很远。它不光体积还嫌大，并且它的发热量，漏电感都不小。因而近几年来，许多专家、学者、工程师一直在研讨处理这个问题的办法。高频平板变压器的研制开发成功，就使变压器技能发生一个腾跃。它不光能使变压器的体积缩小许多，并且还能使变压器内部的温升很低、漏电感很小，功率可做到 99.6%，本钱比一般同功率的变压器低一半。它可用于单规矩、反激，半桥，全桥和推挽改换器中作AC/DC和DC/DC改换器用。它对低电压、大电流的改换器特别适用。所以用它来做今世核算机电源特别适宜。
2运行在高频情况下惯例改换变压器存在的问题
(1)漏电感(简称漏感)
抱负的变压器(彻底耦合的变压器)原边绕组发生的磁通应悉数穿过副边绕组，没有任何损失和走漏。但实际上惯例的改换变压器不可能完成没有任何损失和走漏。原边绕组发生的磁通不可能悉数穿过副边绕组。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”中的能量不好主功率变压器电路相耦合。这种电感咱们称之为“漏感”。抱负改换器对绝缘的要求和为了要得到很低的电磁搅扰(EMI)而需求很紧的电磁耦合以减小漏感的要求，是彼此对立的。
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构成显着的噪音。在示波器上能看到此噪音的高频尖峰脉冲波形。高频尖峰脉冲波形的幅值Uspike和漏感Lleak与电流相对时刻改变率的乘积成正比。即：|Uspike|=Lleakdi/dt(1)
当作业频率升高，电流相对时刻的改变率也就添加。漏感的影响将更严峻。漏感的影响和改换器的开关速度成正比。漏感发生过高的尖峰脉冲会损坏改换。
(a)惯例改换变压器(b)平板变压器
器中的功率器材并构成显着的电磁搅扰(EMI)。为了下降漏感发生的尖峰脉冲幅值Uspike，而在改换器电路中有必要参加缓冲网络。但缓冲网络的参加，会增大改换器电路的损耗。使改换器电路随作业频率进步，损耗添加，功率下降。
(2)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有电位差。两个导体之间有电位差，就存在电容。这个电容就称为“绕组间电容”。当作业在高频时，这个电容会以惊人的速率进行充电和放电。电容充电和放电进程中会发生损耗。在给定的时刻内，它充电和放电的次数愈多，损耗就愈大。
(3)趋肤效应
(4)附近效应
(5)部分过热门
惯例的改换变压器作业在高频时，其磁芯中部会有部分过热门。因而，为了减小热效应，惯例改换变压器的作业频率进步时，就有必要相应地减小其磁通密度，增大其体积。这就使得无法用它去做高功率密度的电源。
关于低输出电压抱负型改换器来说，它的降压比是很高的。用惯例改换变压器时，一般1匝输出绕组，大约需求32匝原边绕组。这样，原边绕组就需多层安置，因而漏感和绕组间电容大、趋肤效应和附近效应严峻等不利因素在改换变压器中都存在。
3惯例改换变压器和平板变压器比较
惯例改换变压器一般是由单磁芯多原边绕组组成，而平板变压器是由单匝(或几匝)原边绕组和多磁芯组成。这些磁芯都装有单匝的副边绕组并封装成模块，如图1所示。
(1)惯例改换变压器因为它的原边绕组匝数多，所以漏感比较大，而平板变压器单匝(或几匝)原边绕组和单匝的副边绕组耦合很紧，所以漏感很小。30A平板变压器的漏感仅2.0nH。所以把它用在快速开关电路中时，不光损耗很小，并且还能减轻电路中其它部件接受的应力。
(2)平板变压器的频率特性比惯例改换变压器好。平板变压器可作业在(100～500)kHz频率之间。(3)平板变压器能直接紧贴底板固定，所以它的散热条件很好。这种专用变压器是一种体积很小而又具有很大外表积的元件。所以它不存在部分过热门的问题。
(4)因为平板变压器能改进热耗散问题。所以它能完成高磁通密度，并能选用紧封装来完成高功率密度。而惯例改换变压器是无法和它相比较的。150W的平板变压器模块，它的体积为5.38(长)×1.60(宽)×1.17(高)立方厘米。
(5)平板变压器技能能大幅度减小变压器的生产本钱和销售价格。能使生产本钱和销售价格下降50%。因为它能减轻电路中其它部件接受的应力，所以改换器电路中其它部件可选用低功率器材。因为平板变压器的散热条件很好，所以它可用很小的散热器。再加上变压器模块批量化生产后，其价格将会下降更多。
(6)平板变压器的可靠性比惯例变压器高。在平板变压器中，即便有一磁芯损坏，平板变压器中其他磁芯和并连的导线仍能正常作业，而惯例改换变压器只需有一处损坏，整个变压器就无法正常作业。
4平板变压器内部结构及其电感的丈量和核算办法
以上叙及用作改换变压器的平板变压器由若干个铁氧磁芯做成。2个磁芯做变压器，1个磁芯做电感。3个磁芯构成1个变压器/电感模块。许多模块能够衔接在一同组成平板方阵变压器。选用这种结构的平板变压器能处理改换变压器作业在高频时，其磁芯中部的部分过热门问题。
1只变压器模块包括2只铁氧体磁芯。变压器模块由1付正方形铁氧磁芯拼装而成，2只铁氧磁芯用环氧树脂粘接在一同，如图2(b)所示。1付绕组镶入每个磁芯内部，粘接在磁芯内外表和输出端的旮旯处，如图2(a)所示。当绕组经过磁芯后，接着旋转180°往缭绕。所以每一绕组的“始端”和“结尾”都在磁芯的对向旮旯上。1只类似尺度的电感加在模块内部变压器部分的中心抽头上。其杰出的焊片接滤波%&&&&&%器。有关这种变压器和磁芯的细节见参考文献。
(a)带有简略螺旋绕组的磁芯(b)双磁芯粘接在一同的模块
边绕组上进行抽头号拼装作业量。加上肖特基整流器导通时的正向压降很低，所以整个电路的功率可做得很高。穿过变压器的原边绕组是后来加上的。变压器的等效改换率由模块数Ne和原边绕组匝数Np乘积和1的比率来决议，即改换率是：(Ne×Np)：1。高的改换率能够经过添加原边绕组匝数或添加模块数来取得。
平板变压器能够使电源模块化，它在分布式电源中运用，其特色是其它变压器无法和它比较的。在市场上，它是我们公认的最小外形和答应用于最高电流密度的一种变压器。
模块内部电路的原理图如图3所示。在图中电感是接在变压器次级绕组的中心抽头和输出端之间，这样组织是为了节约拼装的作业量。
每一模块漏感的最大值仅有4nH。漏感丈量是用5块，其整流器的输出端被铜条短接，原边绕组为3匝的模块进行丈量。这时测得的漏感是0.18μH。因为变压器原边电感等于1只模块的漏感和模块数及原边匝数平方的乘积。它的数学表达式为：
Lp=Lmod×Ne×Np2(3)
式中Lp——变压器原边电感;
Lmod——1匝穿过1个模块的漏感;
Ne——模块数;
Np——原边匝数。
公式(3)给出的原边电感是当副边开路时测得的电感;而给出的漏感是当副边短路时测得的电感。
5块具有3匝原边绕组的半桥平板变压器，它的改换比是9：1，代入上面数据可得：0.18μH=Lmod×5×9，因而1个模块(2只方块磁芯)的漏感是：
Lmod=0.18μH/(5×9)=180nH/45=4nH
关于具有2匝原边绕组的5个模块，其漏感可用公式(3)进行核算：
Lleak=Lmod×Ne×Np2(输出端应短路)
=4×5×22=80(nH)
因为它原边的匝数很少，所以它的附近效应是最小的。
磁路规划人员所关怀的变压器磁芯(双磁芯组合)尺度如下：
磁芯面积：0.68cm2;
磁路长度：2.8cm;
磁芯体积：2.0cm3。
模块(双磁芯组合)中变压器单元电感的技能条件是：每一模块每一正方形匝的电感最小值为10.0μH;漏感最大值为4nH。滤波电感单元和变压器单元巨细类似，也是3匝。答应经过电流的巨细一般由外接整流器电流的额定值来决议。在30A时，滤波电感技能条件规则其电感最小值是2μH。
5平板变压器原边绕组的图样和模块挑选过程
FTI模块挑选过程：
(1)决议功率等级，输出电压和电流。例如：功率=750W，输出电压=5V，输出电流=150A;
(2)决议要求的匝比，例如：8：1;
(3)挑选模块类型，即由输出电压决议选FTI-12X2A-XX或 FTI-12X4A-XX。当输出电压在0～15V之间，用FTI-12X2A系列(2xfmr磁芯);当输出电压在16V～30V之间，用 FTI-12X4A系列(4xfmr磁芯)。关于更高电压，可按此份额添加磁芯数，如输出电压高到45V，就需用6磁芯模块，而关于60V输出电压，就需用8磁芯模块。
(4)依照功率等级和匝比来选定所需的模块数。
(5)依照下面的公式核算原边绕组匝数
M×N=n(4)
式中M——模块数;
N——穿过模块的原边绕组匝数。
在本例中，M=5和匝比n=10，因而N=10/5=2匝。
(6)由原边绕组电流来核算和选定导线尺度。对平板变压器来说，1A电流只需大约0.025mm2的导线就能够了(对惯例变压器来说，1安电流需0.25mm2的导线)。当然，导线尺度选大一点，可减小铜耗，使变压器功率高一点。在本例中，功率为750W，输出电压为5V，半桥电路结构，匝比n=10：1，加到变压器上的沟通输入电压近似为150V。经过原边绕组的电流是 750/150=5A，用1.25mm2导线就能够了。
(7)挑选适宜的绝缘导线。电气绝缘引荐选用聚四氟乙烯外皮的导线或三重绝缘导线。FTI系列模块的原边和副边绕组之间垫有聚四氟乙烯衬垫。选用聚四氟乙烯外皮的导线和在原边和副边绕组之间垫上聚四氟乙烯衬垫就能使其击穿电压超出40000V。
6平板变压器的编号意义
平板变压器的两种编号及其所表明的内容如图6(a)(FTI)及(b)(CTI)所示。阐明如下：
(1)在CTI系列中，如需求中心抽头，可选匝比一项中有“C”字的。例如3C=3+3表明匝比为3：1的中心抽头。
(2)在CTI系列中，变压器的原副边绕组和电感都按规范做在模块中。而 FTI系列，其变压器的原边绕组没有装置。运用时，用户可按所需的匝比自行绕制。因为原边绕组是规范的并且匝数又十分地少，所以绕制原边绕组的办法是十分简略的。原边绕组要穿过所有模块，并用满足的匝数去取得所需的匝比。
7结语
经过上述核算和剖析可得出高频平板变压器的特色有：
1)电流分配
典型的平板变压器副边绕组有若干个并联的线圈。每一个副边绕组都和同一个原边绕组相耦合。所以，副边绕组电流发生的安匝数和原边绕组发生的安匝数持平(疏忽励磁电流)。这种特性对并联整流电路特别有用。绕组电流分配平等，在并联整流电路中就不需求均流电阻或加其它元件。
(2)很高的电流密度
平板变压器有极好的温升特性规划。因为这些特性，所以它能在很小的封装内到达很高的电流密度。
(3)高功率
调理漏电感，使它能具有很快的开关时刻，很低的穿插损耗，就能使它到达很高的功率。这种变压器副边绕组和原边绕组之间的匝间传导损耗是很小的。
(4)高功率密度
因为平板变压器元件的尺度很小，它具有极好的温度耗散特性，所以能和有关的半导体器材和电感严密地封装在一同，完成高功率密度。它的电流密度可做到30A/模块。
(5)低本钱
整个变压器是由少数有关的廉价元件组成，加上拼装又很便利，所以变压器的本钱是很低的。
(6)节约和它衔接的部件本钱
因为它的漏电感很小，开关损耗很低，加在和它相衔接部件上的应力削减。因而和它衔接的部件能运用本钱较低的低功率定额的部件。
(7)极好的热耗散特性
平板变压器是具有高外表积体积比、很短的热通道的小元件。有利于散热。原边和副边绕组之间的匝间损耗很小。这种磁芯特有的几许外形能有效地减小磁芯损耗。所以它能做到高磁通密度。它可在-40℃130℃之间作业。
(8)低的走漏电感
绕组和绕组之间的杰出耦合，就能使绕组匝间的漏电感保持在最小值。输出端到辅佐部件的连线很短并且是紧安装，所以绕组彼此之间连线上的漏电感也是最小的。
(9)极好的高频特性
在这之前，当变压器运行在高频时会使开关损耗增大和使变压器过热。平板变压器的呈现，使这些问题得以处理。平板变压器能规划为高频变压器，供给一种既经济又好的变压器模块。它可作业在100kHz～500kHz之间。
(10)结构简略
平板变压器是由少数部件和最少的绕组构成的，这种模块在自动化安装中特别适用。
(11)外形低
在平板变压器中所用的磁芯是很小的，并能摆放在平板的外表上。每一磁芯单元外形在8mm～25mm范围内。
(12)绝缘强度高
平板变压器很简单按要求的绝缘层数、厚度进行绝缘。能按客户对漏电间隔的要求进行介电绝缘。原边和副边绕组之间的耐压大于40000V。
