??1引言 ??變壓器一直是電源設備和裝置，縮小體積、提高功率密度、實現模塊化的一只攔路虎。雖然高頻變換技術引入電源后，可以甩掉體積龐大的工頻變壓器，但還需使用鐵氧體磁芯的高頻變壓器。鐵氧體磁芯高頻變壓器的體積雖比工頻變壓器小，但離開模塊化的要求還相差很遠。它不但體積還嫌大，而且它的發熱量，漏電感都不小。因此近幾年來，許多專家、學者、工程師一直在研究解決這個問題的辦法。高頻平板變壓器的研制開發成功，就使變壓器技術發生一個飛躍。它不但能使變壓器的體積縮小很多，而且還能使變壓器內部的溫升很低、漏電感很小，效率可做到 99.6％，成本比一般同功率的變壓器低一半。它可用于單端正、反激，半橋，全橋和推挽變換器中作AC/DC和DC/DC變換器用。它對低電壓、大電流的變換器特別適用。所以用它來做當代計算機電源特別合適。 ??2運行在高頻情況下常規變換變壓器存在的問題 ??（1）漏電感（簡稱漏感） ??理想的變壓器（完全耦合的變壓器）原邊繞組產生的磁通應全部穿過副邊繞組，沒有任何損失和泄漏。但實際上常規的變換變壓器不可能實現沒有任何損失和泄漏。原邊繞組產生的磁通不可能全部穿過副邊繞組。非耦合部分磁通就在繞組或導體中有它自己的電感，存貯在這個“電感”中的能量不和主功率變壓器電路相耦合。這種電感我們稱之為“漏感”。理想變換器對絕緣的要求和為了要得到很低的電磁干擾（）而需要很緊的電磁耦合以減小漏感的要求，是相互矛盾的。 ??當變壓器不通電（轉向脫離電源或開關處于關斷期間）時，漏感存貯的能量要釋放出來形成明顯的噪音。在示波器上能看到此噪音的高頻尖峰脈沖波形。高頻尖峰脈沖波形的幅值Uspike和漏感Lleak與電流相對時間變化率的乘積成正比。即： ??|Uspike|=Lleakdi/dt（1） ??當工作頻率升高，電流相對時間的變化率也就增加。漏感的影響將更嚴重。漏感的影響和變換器的開關速度成正比。漏感產生過高的尖峰脈沖會損壞變換 ?? ??圖1常規變換變壓器和平板變壓器示意圖 ??（a）常規變換變壓器（b）平板變壓器 ??器中的并形成明顯的電磁干擾（EMI）。為了降低漏感產生的尖峰脈沖幅值Uspike，而在變換器電路中必須加入緩沖網絡。但緩沖網絡的加入，會增大變換器電路的損耗。使變換器電路隨工作頻率提高，損耗增加，效率降低。 ??（2）繞組間電容 ??當變壓器的繞組是多層繞組時，則頂層繞組和底層繞組之間就有電位差。兩個導體之間有電位差，就存在電容。這個電容就稱為“繞組間電容”。當工作在高頻時，這個電容會以驚人的速率進行充電和放電。電容充電和放電過程中會產生損耗。在給定的時間內，它充電和放電的次數愈多，損耗就愈大。 ??（3）趨膚效應 ??（4）鄰近效應 ??（5）局部過熱點 ??常規的變換變壓器工作在高頻時，其磁芯中部會有局部過熱點。因此，為了減小熱效應，常規變換變壓器的工作頻率提高時，就必須相應地減小其磁通密度，增大其體積。這就使得無法用它去做高功率密度的電源。 ??對于低輸出電壓理想型變換器來說，它的降壓比是很高的。用常規變換變壓器時，通常1匝輸出繞組，大約需要32匝原邊繞組。這樣，原邊繞組就需多層布置，因而漏感和繞組間電容大、趨膚效應和鄰近效應嚴重等不利因素在變換變壓器中都存在。 ??3常規變換變壓器和平板變壓器比較 ??常規變換變壓器通常是由單磁芯多原邊繞組組成，而平板變壓器是由單匝（或幾匝）原邊繞組和多磁芯組成。這些磁芯都裝有單匝的副邊繞組并封裝成模塊，如圖1所示。 ??（1）常規變換變壓器由于它的原邊繞組匝數多，所以漏感比較大，而平板變壓器單匝（或幾匝）原邊繞組和單匝的副邊繞組耦合很緊，所以漏感很小。30A平板變壓器的漏感僅2.0nH。所以把它用在快速開關電路中時，不但損耗很小，而且還能減輕電路中其它部件承受的應力。 ??（2）平板變壓器的頻率特性比常規變換變壓器好。平板變壓器可工作在（100～500）kHz頻率之間。（3）平板變壓器能直接緊貼底板固定，所以它的散熱條件很好。這種專用變壓器是一種體積很小而又具有很大表面積的元件。所以它不存在局部過熱點的問題。 ??（4）因為平板變壓器能改善熱耗散問題。所以它能實現高磁通密度，并能采用緊封裝來實現高功率密度。而常規變換變壓器是無法和它相比擬的。150W的平板變壓器模塊，它的體積為5.38（長）×1.60（寬）×1.17（高）立方厘米。 ??（5）平板變壓器技術能大幅度減小變壓器的生產成本和銷售價格。能使生產成本和銷售價格降低50％。因為它能減輕電路中其它部件承受的應力，所以變換器電路中其它部件可采用低功率器件。由于平板變壓器的散熱條件很好，所以它可用很小的散熱器。再加上變壓器模塊批量化生產后，其價格將會降低更多。 ??（6）平板變壓器的可靠性比常規變壓器高。在平板變壓器中，即使有一磁芯損壞，平板變壓器中其余磁芯和并連的導線仍能正常工作，而常規變換變壓器只要有一處損壞，整個變壓器就無法正常工作。 ??目前平板變壓器模塊產品的功率有150W，300W，450W，750W，900W和1500W。 ??4平板變壓器內部結構及其電感的測量和計算方法 ??以上敘及用作變換變壓器的平板變壓器由若干個鐵氧磁芯做成。2個磁芯做變壓器，1個磁芯做電感。3個磁芯構成1個變壓器/電感模塊。許多模塊可以連接在一起組成平板方陣變壓器。采用這種結構的平板變壓器能解決變換變壓器工作在高頻時，其磁芯中部的局部過熱點問題。 ??1只變壓器模塊包含2只鐵氧體磁芯。變壓器模塊由1付正方形鐵氧磁芯組裝而成，2只鐵氧磁芯用環氧樹脂粘接在一起，如圖2（b）所示。1付繞組鑲入每個磁芯內部，粘接在磁芯內表面和輸出端的拐角處，如圖2（a）所示。當繞組通過磁芯后，接著旋轉180°往回繞。所以每一繞組的“始端”和“末端”都在磁芯的對向角落上。1只相似尺寸的電感加在模塊內部變壓器部分的中心抽頭上。其突出的焊片接濾波電容器。有關這種變壓器和磁芯的細節見參考文獻。 ??變壓器副邊繞組的端子直接和共陰極肖特基整流器TO－228連接。這樣可以節省用戶在變壓器副 ?? ??圖2平板變壓器的外形圖 ??（a）帶有簡單螺旋繞組的磁芯（b）雙磁芯粘接在一起的模塊 ?? ??圖3模塊內部電路的原理圖 ?? ??圖4兩磁芯模塊FTI/CTI－Xx2A－1B/2B/3B（匝比4:1） ??邊繞組上進行抽頭等組裝工作量。加上肖特基整流器導通時的正向壓降很低，所以整個電路的效率可做得很高。穿過變壓器的原邊繞組是后來加上的。變壓器的等效變換率由模塊數Ne和原邊繞組匝數Np乘積和1的比率來決定，即變換率是：（Ne×Np）：1。高的變換率可以通過增加原邊繞組匝數或增加模塊數來獲得。 ??平板變壓器可以使電源模塊化，它在分布式電源中應用，其特點是其它變壓器無法和它比擬的。在市場上，它是大家公認的最小外形和允許用于最高電流密度的一種變壓器。 ??模塊內部電路的原理圖如圖3所示。在圖中電感是接在變壓器次級繞組的中心抽頭和輸出端之間，這樣安排是為了節省組裝的工作量。 ??每一模塊漏感的最大值僅有4nH。漏感測量是用5塊，其整流器的輸出端被銅條短接，原邊繞組為3匝的模塊進行測量。這時測得的漏感是0.18μH。因為變壓器原邊電感等于1只模塊的漏感和模塊數及原邊匝數平方的乘積。它的數學表達式為： ??Lp=Lmod×Ne×Np2（3）