平面变压器有利于DC/DC转换器设计

长期以来，变压器一直是DC/DC转换器设计人员的痛点和难点。因为它们体积大、价格贵且难以制造。通过阅读本篇文章，你可以了解平面变压器是如何提高质量并降低低功率DC/DC转换器设计成本。

平面变压器与环形变压器有什么区别？

  变压器是任何DC/DC转换器设计的主要核心，是决定整体性能的关键组件。  

传统的变压器和电感是绕线组件。大部分的量产低功率DC/DC转换器使用手工绕制的环形变压器；对于需要多达6个独立绕组且铁芯直径小至6 mm、孔径为3 mm的变压器来说，开发自动制造工艺极其困难。RECOM等制造商开发了自动绕线机来制造这类的微型环形变压器，但这种解决方案非常难。

  平面磁体自80年代就已存在，但早期的制造过程十分昂贵，因此平面变压器在专业应用之外的市场渗透率有限。然而随着制造技术的进步，平面变压器的成本已经降低，因此可以开发新的应用市场。

平面变压器的设计及结构

  平面变压器或电感使用多层印刷电路板(PCB)的铜层形成绕组；铁氧体磁芯环绕着绕组，如图1所示。为了形成所需的匝数，利用隐藏过孔将PCB层连接起来。并联连接多个过孔可以承载足够的电流来制成微型电源变压器。

 

图 2: 由两个堆叠层和一个隐藏过孔所构成的 6 匝绕组

  图2显示了如何通过堆叠层连接隐藏过孔来形成6匝绕组。观察这种布置是如何将绕组的两端放置在铁氧体磁芯的外面。初级和次级绕组通常交错放置以减少漏感。印刷电路板可提供机械稳定且一致的绕组结构，适合自动化生产。此外，多层PCB结构的进化让绕组之间的环氧树脂绝缘可以承受初级和次级电路之间的高隔离电压。

  平面设计确实给设计和制造团队带来了一些挑战。由于在多层PCB上布置多条走线是有难度的，因此平面变压器最适合不需要使用复杂变压器的DC/DC转换器拓扑，而半桥拓扑是常见的选择。

  即便如此，层数仍有实务上和成本上的限制，因此平面磁体使用高频PWM调制器和驱动电路来减少所需的匝数和层数。这些较高频率造成的趋肤效应是它们造成的主要问题。随着频率的增加，电荷载流子越来越移动到导体表面，减小有效横截面并增加I2R损耗。将导体设计成扁平的(矩形)可以预防这种趋肤效应。

  多层结构具有高耦合电容而对高频PWM控制造成影响。必须仔细管理平面变压器和传统电路之间的耦合以避免端接损耗。磁芯气隙和分层绕组靠近会导致显著的涡流损耗，而且由于匝数比不同，因此必须为每个输入/输出组合设计和测试单独的PCB。

  一旦这些问题得到解决，平面技术就可以构建极扁平变压器以传输大功率，进而让DC/DC转换器变得更薄：图 1 的15W转换器的封装高度仅9.9 mm（0.4 英寸）！

  平面设计的其他优点是更好的绕组散热、高密度设计、低漏感和高功率密度。

平面变压器朝向更低功率迈进

  前面描述的好处使平面变压器成为大功率DC/DC转换器技术中不可或缺的一部分，而RECOM现在正在将平面技术整合到功率更低、尺寸更小的转换器中。

 该产品使用带有通孔、埋孔和盲孔的多层PCB，在非常紧凑的SIP封装中打造出行业领先的12W 部件，与SIP8竞争产品相比功率密度提高了150%。

  这个稳压设计在变压器的初级侧和次级侧都集成了集成电路。初级侧IC是一个宽输入、推挽式变压器驱动器。输出（次级侧）的同步降压级用来精确调节负载。

  甚至1W和2W的DC/DC转换器也在筹划中，从两个产品系列开始。RKK系列 DC/DC转换器具有4kVDC/1s的极高隔离适用于工业市场。标配包含宽工作温度范围-40°C 至+105°C，无需降额。转换器通过了IEC/EN/UL62368-1认证，适用于IGBT驱动器应用。

  RYK系列DC/DC转换器是一款低成本、通用的隔离式转换器，内置线性稳压器，可提供不受负载影响的稳定输出。

  改用平面变压器可实现更加自动化的制造过程并减少人工组装工序，从而提升设计质量。无需更改变压器绕组以适应不同的电压，因此开发定制设计也变得更容易。结果就是定制设计的周转时间更短，因为需要的测试更少。

  平面变压器的时代已到来，RECOM将平面变压器运用在DC/DC转换器产品线来做最有效的利用。 





审核编辑：刘清