高频平板变压器的设计原理及存在问题分析

平板变压器的可靠性比常规变压器高。在平板变压器中，即使有一磁芯损坏，平板变压器中其余磁芯和并连的导线仍能正常工作，而常规变换变压器只要有一处损坏，整个变压器就无法正常工作。

　　4平板变压器内部结构及其电感的测量和计算方法

　　以上叙及用作变换变压器的平板变压器由若干个铁氧磁芯做成。2个磁芯做变压器，1个磁芯做电感。3个磁芯构成1个变压器/电感模块。许多模块可以连接在一起组成平板方阵变压器。采用这种结构的平板变压器能解决变换变压器工作在高频时，其磁芯中部的局部过热点问题。

　　1只变压器模块包含2只铁氧体磁芯。变压器模块由1付正方形铁氧磁芯组装而成，2只铁氧磁芯用环氧树脂粘接在一起，如图2(b)所示。1付绕组镶入每个磁芯内部，粘接在磁芯内表面和输出端的拐角处，如图2(a)所示。当绕组通过磁芯后，接着旋转180°往回绕。所以每一绕组的“始端”和“末端”都在磁芯的对向角落上。1只相似尺寸的电感加在模块内部变压器部分的中心抽头上。其突出的焊片接滤波电容器。有关这种变压器和磁芯的细节见参考文献。

　　(a)带有简单螺旋绕组的磁芯(b)双磁芯粘接在一起的模块

　　边绕组上进行抽头等组装工作量。加上肖特基整流器导通时的正向压降很低，所以整个电路的效率可做得很高。穿过变压器的原边绕组是后来加上的。变压器的等效变换率由模块数Ne和原边绕组匝数Np乘积和1的比率来决定，即变换率是：(Ne×Np)：1。高的变换率可以通过增加原边绕组匝数或增加模块数来获得。

　　平板变压器可以使电源模块化，它在分布式电源中应用，其特点是其它变压器无法和它比拟的。在市场上，它是大家公认的最小外形和允许用于最高电流密度的一种变压器。

　　模块内部电路的原理图如图3所示。在图中电感是接在变压器次级绕组的中心抽头和输出端之间，这样安排是为了节省组装的工作量。

　　每一模块漏感的最大值仅有4nH。漏感测量是用5块，其整流器的输出端被铜条短接，原边绕组为3匝的模块进行测量。这时测得的漏感是0.18μH。因为变压器原边电感等于1只模块的漏感和模块数及原边匝数平方的乘积。它的数学表达式为：

　　Lp=Lmod×Ne×Np2(3)

　　式中Lp——变压器原边电感;

　　Lmod——1匝穿过1个模块的漏感;

　　Ne——模块数;

　　Np——原边匝数。

　　公式(3)给出的原边电感是当副边开路时测得的电感;而给出的漏感是当副边短路时测得的电感。

　　5块具有3匝原边绕组的半桥平板变压器，它的变换比是9：1，代入上面数据可得：0.18μH=Lmod×5×9，因此1个模块(2只方块磁芯)的漏感是：

　　Lmod=0.18μH/(5×9)=180nH/45=4nH

　　对于具有2匝原边绕组的5个模块，其漏感可用公式(3)进行计算：

　　Lleak=Lmod×Ne×Np2(输出端应短路)

　　=4×5×22=80(nH)

　　因为它原边的匝数很少，所以它的邻近效应是最小的。

　　磁路设计人员所关心的变压器磁芯(双磁芯组合)尺寸如下：

　　磁芯面积：0.68cm2;

　　磁路长度：2.8cm;

　　磁芯体积：2.0cm3。

　　模块(双磁芯组合)中变压器单元电感的技术条件是：每一模块每一正方形匝的电感最小值为10.0μH;漏感最大值为4nH。滤波电感单元和变压器单元大小相似，也是3匝。允许通过电流的大小通常由外接整流器电流的额定值来决定。在30A时，滤波电感技术条件规定其电感最小值是2μH。

　　5平板变压器原边绕组的图样和模块选择步骤

　　FTI模块选择步骤：

　　(1)决定功率等级，输出电压和电流。例如：功率=750W，输出电压=5V，输出电流=150A;

　　(2)决定要求的匝比，例如：8：1;

　　(3)选择模块类型，即由输出电压决定选FTI-12X2A-XX或 FTI-12X4A-XX。当输出电压在0～15V之间，用FTI-12X2A系列(2xfmr磁芯);当输出电压在16V～30V之间，用 FTI-12X4A系列(4xfmr磁芯)。对于更高电压，可按此比例增加磁芯数，如输出电压高到45V，就需用6磁芯模块，而对于60V输出电压，就需用8磁芯模块。

　　(4)按照功率等级和匝比来选定所需的模块数。

　　(5)按照下面的公式计算原边绕组匝数

　　M×N=n(4)

　　式中M——模块数;

　　N——穿过模块的原边绕组匝数。

　　在本例中，M=5和匝比n=10，因此N=10/5=2匝。

　　(6)由原边绕组电流来计算和选定导线尺寸。对平板变压器来说，1A电流只需大约0.025mm2的导线就可以了(对常规变压器来说，1安电流需0.25mm2的导线)。当然，导线尺寸选大一点，可减小铜耗，使变压器效率高一点。在本例中，功率为750W，输出电压为5V，半桥电路结构，匝比n=10：1，加到变压器上的交流输入电压近似为150V。通过原边绕组的电流是 750/150=5A，用1.25mm2导线就可以了。

(7)选择合适的绝缘导线。电气绝缘推荐采用聚四氟乙烯外皮的导线或三重绝缘导线。FTI系列模块的原边和副边绕组之间垫有聚四氟乙烯衬