传统开关电源变压器与平面开关电源变压器有什么区别?

对更高效率和更小封装的需求一直是推动开关模式功率转换拓扑(包括降压、升压、反激、正向转换器等)进步的驱动力。对更小器件的要求以及对更高功率密度的要求正在通过创新的组件封装实现。

传统的MOSFET功率转换拓扑通过开发能够在更高频率下以更低的开关损耗工作的器件来满足这些需求。在过去的几年中，能够在更高频率下工作的宽带隙(WBG)器件的出现，加速了向着更高效率和更小封装的方向发展。平面磁性器件正在取代传统的变压器和电感器，用于一些高频功率转换应用。

本文简要回答了这一领域的两个问题:传统磁性与平面磁性之间的区别是什么?如何为您的应用程序选择正确的应用程序?

传统变压器与平面变压器

一种传统的开关电源变压器(图1)由绕在筒管和铁氧体铁芯上的一次绕组和二次绕组组成。用绝缘导线和胶带将绕组隔开。筒管和铁芯的配置由电路拓扑决定。

1.这是一个用于100千赫开关模式电源的筒管和铁芯变压器的例子。

一种平面磁性变压器(图2)用薄铜片“缠绕”在印刷电路板上，取代绕线和绕线盘。PCB夹在铁氧体芯之间，用铆钉固定。

2.这是一个平面磁性变压器，优化开关电源工作在高达700千赫。

更高的频率=更小的磁性元件?

开关频率增加的一阶效应是磁性元件的电感减小。随着频率不断上升到几十万赫兹，甚至达到兆赫范围，其他因素也会出现，影响低电感的尺寸缩小优势。

最重要的是皮肤效应。集肤效应是指交流电流在导体内部分布的趋势，即在导体表面附近的电流密度最大，在导体内部的深度越大，电流密度越小。由于电阻率是导体截面积的函数，表皮效应的结果是在更高的频率下电阻更高。

在使用传统的绕线式变压器时，可以通过增加绕线直径来解决这一问题。另一种方法是捆绑多根更小规格的电线。两者都增加了更多的导电容量，但它们也增加了线圈的体积。这反过来又会导致堆芯尺寸增大，从而导致更高的堆芯损耗。平面变压器的绕组由薄铜箔图案组成，不易受集肤效应的影响。

平面变压器的优点

平面变压器的转弯是印刷电路板上的扁平箔图案，这限制了可能的转弯数量。同时，更大的磁性截面积允许更少的匝数。并且，磁芯材料的平面形式提供了更大的耗散表面积。

印刷电路性质的绕组导致高度一致的间距之间的匝和层。因此，绕组间电容是一致的，绕组交错允许减少交流导通损耗。而且，与任何其他印刷电路布局一样，漏电和间隙间距是用来满足介质击穿要求的。考虑到所有这些因素，平面变压器提供了优良的效率和高度的再现性。

传统变压器的优点

如果不是为了满足对更高频率的需求，平面变压器能否被认为是传统绕线式磁电机的替代品还有些值得怀疑。尽管它们有明显的优点，即使在那些高频应用中，传统的绕线式变压器仍然有许多重要的优点。平面磁铁比传统的变压器占用更多的电路板。因此，除非功耗和/或净空是设计的主要考虑因素，否则设计师通常会选择标准变压器。

最后，传统变压器的周转时间将比平面设备短。样品可以在几天内缠绕，可以快速调整，以优化性能。平面器件需要印刷电路布局和磁芯材料的加工。在非常高容量、高功率的应用中，平面器件将提供更高性能和经济的解决方案。但传统的磁学将是几乎所有其他应用的答案。

与合格供应商合作

最终，最好的想法是与一个了解利益和权衡的合格供应商合作这两个变压器的类型。这样，设计师就可以确定一个真正的最佳解决方案。

Dennis Earley是公司的副总裁兼总经理总理磁学．