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用于高密度功率变换的MHz级变压器
[发布时间]:2010年7月19日 [来源]:电子变压器资讯网 [点击率]:36348
【导读】: 现在,小型功率电子设备的工作频率已提高到兆赫级。这使得影响功率变换器整件尺寸的磁性元器件的尺寸大大减小。不过,设计制造这一频率范围的高效率变压器,必须特别注意到趋肤效应损耗和涡流损耗给其绕组、铁心...

图1画出的是制造多匝初级绕组的常见方法。将适当形状的铜箔条以Z形折叠成为扁平的线圈组即得到了变压器所需要的多匝绕组。根据铜箔条的形状和折叠位置,可以实现每一铜箔叠层为1/2匝,3/4匝或5/6匝。在合理使用绝缘漆或者能够有效地利用铜箔一侧线或两侧的附着介电层材料时,可以使用裸铜箔制造绕组。由于铜箔的形状比较复杂,故可以使用光刻制板工艺来制作铜箔印制电路图形。

Z形铜箔折叠法的主要优点在于省去了层间的外部互连线,在绕组层数很多的时候,层间互联是一个棘手问题。由图可见,初级线圈的结构中具备完整的层间连接线。

设计制作Z形绕组时,需要对铜箔和介质的厚度加以选择,以满足使用中的一些特殊要求。通常情况下铜箔厚度选择在趋肤深度的两倍,例如在室温下2MHz时的趋肤深度为1.81mil,故选取3.6mil厚度的铜箔。由于铜箔在厚度为2μm到7mil之间可用作折叠片,因而绕组可以针对高达4GHz的频率范围加以优化。因为有机薄膜介质的介质强度很高,故一般只考虑确定厚度而不考虑介电强度以及机械强度和绕组间的寄生电容。

对于折叠式次级绕组,为使铜箔的功耗最小,通常要求并联许多一匝的绕组,或者在某些情况下对某些电路的拓扑结构并联许多中心抽头的2匝绕组。铜箔经Z形折叠后选取其合适的焊接位置,将并联连接各叠层的铜条焊接上去。最佳的设计通常要求初级绕组和次级绕组所用的铜箔数量相等。因此设计时把初级层数与次级层数做成相同,这就可以在装配时使初级绕组与初级绕组完全交叠。例如:设初级绕组为Np匝。每匝的电阻是RpT,故初级绕组的电阻为Np·RpT匝。在并联相同匝数的情况下,次级电阻应为RsT/Np,从而可得到绕组电阻比Rp/Rs=N2p。由于初级与次级的电流比为Ip/Is=1/Np,于是功耗比为:

这种可实现初级绕组匝数与次级绕组匝数完全交叠的设计,其效果是获得了涡流损耗低和漏感极小两方面的好处。

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