以下是空心PCB变压器的参考设计要点及详细说明，适用于高频隔离、信号传输或小功率转换场景：

一、基本结构设计

1. 线圈布局

   • 双面PCB螺旋线圈：
     • 初级/次级线圈采用同心螺旋或8字形交叉布局（常用）
     • 层间交叉示例：
     • 顶层：初级线圈（顺时针螺旋）
     • 底层：次级线圈（逆时针螺旋）
     • 关键：通过过孔实现层间磁通耦合（如图示）
       

2. 核心参数计算

   • 电感量（L）：
     $$L = \frac{N^2 \mu_0 A}{d}$$
     • (N): 匝数，(\mu_0): 真空磁导率（(4\pi×10^{-7}) H/m），(A): 单匝面积（m²），(d): 线圈间距（m）
   • 耦合系数（k）：
     • 优化目标：k > 0.8（通过重叠面积和层间距控制）
   • 自谐振频率（SRF）：
     $$SRF = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC_{par}}}$$
     • 需确保 工作频率 < 0.3×SRF（(C_{par})为寄生电容）

二、关键设计参数

三、寄生参数控制技巧

1. 降低寄生电容：
   • 开槽隔离：线圈间挖除铜皮增加空气间隙
   • 分段绕线：将长线圈拆分为并联小单元
2. 减少漏感：
   • 初级/次级线圈投影面积重叠率 > 90%
   • 采用交错绕线（Interleaved Winding）

四、参考设计示例

应用场景：5V/1W DC-DC隔离转换器（1MHz）

层叠结构（4层板）：
Layer1: 初级线圈 (6匝, 线宽0.3mm, 内径5mm)
Layer2: GND屏蔽层 (开窗避免涡流)
Layer3: 次级线圈 (6匝, 镜像对称布局)
Layer4: 输出走线

关键参数：
- 电感量: 2.5μH (单线圈)
- 耦合系数: 0.85
- 隔离电压: 2.5kV (初级/次级间距1.5mm + 板边开槽)

五、制造注意事项

1. 板材选择：
   • 高频应用：Rogers 4350B（εr=3.66, 低损耗）
   • 成本敏感：FR4+TG170（高玻璃化温度）
2. 铜厚：
   • 常规：1oz (35μm)
   • 大电流：2oz+ 镀铜（注意线宽载流能力）
3. 安全隔离：
   • 双重绝缘：线圈间加开槽隔离槽（宽度≥1mm）
   • 爬电距离：沿面距离 = 电压(kV)×8mm（加强绝缘）

六、实测优化步骤

1. 用网络分析仪测量 S21参数（插损评估耦合效率）
2. 方波测试：观察波形振铃（调整匝数抑制漏感）
3. 温升测试：满负载运行1小时，ΔT应 < 40℃

设计工具推荐：

• 电磁仿真：ANSYS Maxwell / COMSOL Multiphysics
• 快速计算：Saturn PCB Toolkit (阻抗/电感估算)

替代方案考虑

若频率 < 500kHz或功率 > 5W，建议改用：

• 磁芯变压器：EE/EI型铁氧体（功率密度↑）
• 集成模块：TI SN6501驱动型隔离变压器

根据具体需求平衡尺寸、效率和成本，空心PCB变压器最适合 超薄设计、抗饱和、高频隔离 场景（如GaN驱动隔离）。