未来变压器发展的趋势-臭氧变压器

发布时间:2018/5/11 发布人:管理员
  臭氧变压器是近几年才在国内热火起来的一种新型变压器。它的特点是器件的整体高度低,呈扁平形状,具有很多特殊的电气优点,使用软磁铁氧体功率材料做磁芯,是一款支撑未来电源进而改变人类用电器具的关键核心器件。
传统的绕线式磁元件,由于线圈结构单一、散 热特性以及参数一致性差等问题,已无法满足开关电源高频化和低截面的发展趋势。具有低截面的平 面磁元件(planar magnetic components)很好克服了传统磁元件的不足,获得广泛应用。由于臭氧变压器功率密度高、窗口高度低,而且工作频率与电 流越来越高,对线圈结构和设计技术提出更高的要求,尤其是对于高频率和大电流的应用场合,为了兼顾高频涡流效应和载流面积所采用的并联线圈结构,一些传统的线圈结构和设计方法不再适用。 在臭氧变压器中,铜箔/PCB 印刷电路板(printed circuit board)线圈应用广泛。
说白了,氧专用变压器主要就是采用如今多层PCB板技术,将传统的绕线线圈,以铜箔的方式印刷在每一层PCB板上。每一层的PCB板就类似于我们传统变压器的一个绕组。
由于采用了印刷技术,而非我们传统的手工绕线方式,因此此类变压器的一致性好、散热性好、漏感不到传统变压器的十分之一,体积、结构小便于贴装等等技术优点。
臭氧变压器的优点有那些
( 1 )电流分配均等
典型的臭氧变压器副边绕组有若干个并联的线圈。每个副边绕组都和同一个原边绕组相藕合。所以,副边电流产生的安匝数与原边绕组产生的安匝数相等(忽略励磁电流)。这种特性对并联整流电路特别有用。绕组电流分配均等,在并联整流电路中就不影响其他元件。
( 2 )电流密度高
臭氧变压器有极好的温升特性设计。因为这些特性,所以它能在很小的封装体积内达到很高的电流密度,由于它的结构特点,完全满足高频电流的工作特性,所以适合在高频率的场合使用。
( 3 )高效率

低漏电感,使它能具有很快的开关时间,很低的交叉损耗,就能使它达到很高的效率。这种变压器副边绕组和原边绕组间因为接触非常紧密,就具有很高的耦合系数,所以它的效率高、损耗很小。

臭氧变压器厂家

( 4 )功率密度很高
因为臭氧变压器元件的尺寸很小,它具有极好的温度耗散特性,所以能和有关点半导体器件和电感紧密地封装在一起,实现的电流密度可做到 30A / 模块。
( 5 )低成本
整个变压器是由少量有关的廉价元件组成,加上组装又很方便,PCB板的前期开发成功以后是采用印制加工方法,所以整体变压器的成本是很低。
( 6 )连接部件成本低廉
由于它的漏电感很小,开关损耗很低,加在和它相连接部件上的应力减少。因此和它连接的部件能使用成本较低的功率元件。
( 7 )热耗散特性好
臭氧变压器是具有很高的表体面积比、很短的热通道的元器件。这种结构有利于散热。原边和副边绕组之间的匝间损耗很小,磁芯的功率损耗较小,所以它能做到高磁通密度。它可在 -400C~ 1300C 之间工作。
( 8 )泄漏电感低
氧变压器价格绕组和绕组之间的良好耦合,就能使绕组匝间的漏电感保持在最小值。输出端到辅助部件的连线很短而且是紧配合,所以绕组上的漏电感最小。漏电感小意味着变压器的EMI指标更好,对开关功率器件的损害最小。
( 9 )高频特性极佳
在这之前,当变压器运行在高频时会使开关损耗增大和使变压器过热。臭氧变压器的出现,使这些问题得以解决。臭氧变压器能做到提供一种既经济又好的变压器模块。它可工作在 100KHz ~ 2000KHz 之间。
( 10 )结构简单适宜表贴
臭氧变压器是由少量部件和最少的绕组构成的,这种模块在自动化装配中特别适用,而且它的外形天生就注定它适合表面贴装及大规模的流水线生产。
( 11 )外形低宜于整机小型化
在臭氧变压器中所用的磁芯较小,它是以一种扁平的形态排列在变压器的表面上。每一磁芯单元外形在 8mm ~ 32mm 范围内,这就使得它具有了很多独有的优点。
( 12 )绝缘强度高
臭氧变压器很容易使用绝缘簿膜或是绝缘材料对变压器的介电绝缘按要求的进行层数、厚度进行绝缘从而达到所需的技术要求。
PCB变压器可指位于印刷电路板上的变压器,或含有多氯联苯的变压器。本文所述PCB变压器指位于印刷电路板上的变压器,而非含有多氯联苯的变压器。
用于印刷电路板的变压器须为紧凑型,也因如此该变压器不具备复杂的冷却机制,该冷却机制有时须纳入其他变压器设计内。这些变压器通常具有针对最高温度与最低温度的额定值;在此额定值下可进行操作。只要保持在该温度范围内,则该变压器可提供可靠服务,因其为变压器,几十年可不断提供服务。
若要了解印刷电路板变压器的工作原理,需先了解什么是印刷电路板及其工作原理。
什么是印刷电路板?
印刷电路板是一种以极其紧凑、简便的方式连接各类电子元件的方法。印刷电路板使用的是由层压在绝缘表面上的铜片制成的路径,而不使用标准布线。该路径被酸蚀刻到电路板上。
配备有线设备的印刷电路板称为印刷线路板。可以发现,印刷电路板及印刷线路板均用于各种不同的电子应用中。大多数人熟悉的印刷电路板设计位于计算机内部,提供装置所需的所有各类组件,以极其紧凑装置的形式运转,生产经济、性能卓越,且使用寿命长。
什么是PCB变压器?
PCB变压器是专门设计用于印刷电路板的变压器。其通常为明装装置,位于电路板表面,提供可能需要的任何变压或电流变换。
这些装置具有各种不同的性能和尺寸,确保其种类可供任何可以想象到的产品进行选择。同时也有廉价的部件,使印刷电路板以更加经济可行的方式生产电子元件。
还有一种无芯的PCB变压器。这使得变压器的尺寸大大降低,尽管这些装置基本还处于实验阶段。但该装置的应用范围仍是巨大的。
臭氧变压器结构设计
1 绕组结构
臭氧变压器的绕组是利用印制板上的螺旋形印制线来实现的。印制板中间被挖空用于安装磁芯。各印 制板之间由绝缘胶布或空白印制板绝缘。磁芯直接将印制板夹在中间,然后通过胶带或夹子固定。臭氧变 压器的高度得到了有效的降低,同时进一步节省了体积。印制线成扁平状,其厚度一般为35μm/70μm 。 在 频率小于14MHZ时,铜的集肤深度都小于印制线厚度的一半。通常开关电源频率远小于这个值,所以臭氧 变压器的集肤效应可以忽略。
在多层印制电路板之间要有供绕组互联的“通孔”,绕组间的匝数通过“通孔”以串联或并联的方式 彼此构成电连接。图2表示各层通过通孔用串联方式互联的布局图。
每层印制板都布有一排通孔且位置对齐,但是每层绕组只用其中的两个通孔,通过图2方式实现绕组 串联。在低压大电流的场合,也可以通过通孔实现绕组并联,以提高变压器的电流处理能力。如图3所示。
2 变压器磁芯
选择合适的磁芯是保证变压器性能的关键问题。臭氧变压器一般采用高频功率铁氧体软磁材料制成的 E型、EC、ETD和EER型磁芯、RM型等磁芯。
E型磁芯制造工艺简单,售价较便宜,是现在臭氧变压器很流行的磁芯形状。E型磁芯有大的绕组空间, 能够提供足够的空间供大截面积的引线引出,可允许大电流通过。同时E型磁芯可以进行不同方向的安装, 又由于其散热非常好,可以叠加应用更大的功率,一般大功率变压器都使用这种磁芯。但是它的缺点是不 能提供自我屏蔽,同时磁芯中间柱是长方体,不能有效利用PCB上的空间,使单匝绕组的长度增加,PCB 绕组的横截面积变大,变压器的所占体积也相对较大。
RM这种类型磁芯有以下几个优点,一是由于磁芯中间柱和边缘四周都呈圆形,可降低铜线的匝长, 从而降低铜损。另一个优点是能够充分利用PCB上的空间,可以减小PCB绕组的横截面积,将其设计成正 方形形式,这样磁芯漏感较小。并且RM磁芯的屏蔽效果也比E型磁芯要好。
EC、ETD和EER型磁芯介于E型和罐型之间。这类磁芯和E型磁芯一样,它们能提供足够的空间供大截面的引线引出,适合现在开关电源低压大电流的趋势;这类磁芯的散热也非常好;由于中间柱为圆柱形, 与E型相比具有RM型的一些优点。但是这类磁芯和E型磁芯一样屏蔽效果不好。