變壓器設計與DC/DC轉換器技術同步發展
發布時間:2008-11-03 來源:epc.com.cn
中心議題:
- 介紹獨立式和嵌入式平板變壓器
- 討論抽頭繞線變壓器的技術
解決方案:
- 平板繞組和鐵氧體的高表麵容量使產品具有良好散熱功能
- 嵌入式設計具有高功率密度並擁有良好的熱性能和節約空間的特性,成本較高
- 采用抽頭繞線變壓器技術,提供更高的功率
介紹
---最近幾年,在電子行業的許多領域中,從事DC/DC轉換器設計和製造的公司都在承受很大的商業和競爭壓力。市場需求已經轉向小體積、高密度和更高效率的產品。
---無論從成本、體積還是性能來講,變壓器都是DC/DC轉換器設計中的一個關鍵器件。因此大家都在努力去優化該器件使其與超前的半導體和無源元件發展相匹配。
---雖然傳統的繞線型變壓器仍在許多較大波形因數電源中使用,但近年來幾種新技術的湧現為DC/DC轉化器設計帶來顯著效益,其中一例是平板變壓器。
獨立式和嵌入式平板變壓器
---獨du立li式shi平ping板ban變bian壓ya器qi是shi利li用yong平ping麵mian銅tong製zhi引yin線xian框kuang架jia或huo印yin製zhi板ban的de銅tong線xian為wei繞rao組zu而er構gou成cheng。這zhe意yi味wei著zhe他ta們men比bi傳chuan統tong的de支zhi架jia上shang繞rao銅tong線xian的de變bian壓ya器qi占zhan有you的de空kong間jian要yao小xiao的de多duo。精jing密mi的de銅tong製zhi引yin線xian框kuang架jia或huo印yin製zhi繞rao組zu使shi設she計ji規gui格ge比bi線xian繞rao變bian壓ya器qi更geng符fu合he要yao求qiu,組zu件jian間jian的de重zhong複fu性xing水shui平ping也ye得de到dao提ti高gao。
---shiketongzhiyinxiankuangjiahuoyinzhixingraozubeiduidiezaipingbanzhong,yugaopintieyangticixingouchengbianyaqidecilu。gaishejishiqichengweiyigefeichangdipoumiandebianyaqizujian。zaipingbanshejizhongshixiandadehengjiemianjitongdaotishigaogonglvmiduhegaodianliudeshejibiandegengjiarongyi。pingbanraozuhetieyangtidegaobiaomianrongliangshichanpinjuyoulianghaosanregongneng。
---特別是在高工作頻率下,高效是平麵變壓器的一個更進一步關鍵效益。在線繞型變壓器中,效率被“趨膚效應”逆反影響,即當高頻電流通過圓柱型導體時迫使電子由中部流向邊緣集中在銅線表麵,從而減少了導體導通電流的橫截麵積。
---從cong一yi個ge完wan成cheng和he裝zhuang配pei的de觀guan點dian來lai看kan,平ping麵mian變bian壓ya器qi也ye有you優you於yu線xian繞rao變bian壓ya器qi之zhi處chu。繞rao線xian變bian壓ya器qi通tong常chang要yao求qiu手shou工gong操cao作zuo來lai剝bo去qu繞rao線xian端duan的de塗tu料liao,然ran後hou蘸zhan錫xi或huo手shou工gong焊han錫xi。在zai平ping麵mian變bian壓ya器qi上shang的de壓ya製zhi或huo蝕shi刻ke銅tong片pian的de引yin出chu端duan常chang常chang能neng形xing成cheng表biao麵mian貼tie裝zhuang終zhong端duan以yi增zeng大da裝zhuang配pei速su度du和he重zhong複fu性xing,從cong麵mian減jian少shao成cheng本ben。與yu嵌qian入ru平ping麵mian變bian壓ya器qi結jie合he在zai一yi起qi,此ci優you點dian就jiu更geng為wei突tu出chu,此ci處chu鐵tie氧yang體ti從congDC/DC轉換器PCB上穿過,而且繞組呈螺旋狀層層繞在印刷電路板上。
---雖然它們比嵌入式設計占用更多的空間,但近年來,獨立式平麵變壓器的歡迎度正在不斷提高。因為全嵌入式變壓器利用DC/DC轉換器的電路板作為自己的繞線,所以每一組輸入/shuchudianyadouxuyaoshejibutongdedianluban。erqie,duiyuqianrushipingmiansheji,shikexianquanxuyaoshiyongduocengdianluban,suoyizongtichengbenjiaogao。yixiehunheshejiliyongzhubanzuoweichujiraoxian,ranhouyongfenlidexiaoPCB作為次級來產生不同的輸出電壓,這種設計也很普遍。
---雖然嵌入式設計具有高功率密度並擁有良好的熱性能和節約空間的特性,但是對於許多應用,這些優點被成本、缺乏靈活性和可互換性所限製。隻有生產量大時,才能在一定程度上抵銷嵌入式設計的較高成本。
抽頭繞線設計
---C&D Technologies已經開發出一種被稱為“交錯”或“抽頭繞線變壓器”的技術,並應用在其WPA60雙輸出四分之一磚DC/DC轉換器上。相對於標準的平麵變壓器,這種變壓器提供了更高的功率。
---此設計采用初級和次級繞線交錯方式,以減少不合需要的漏電感。一個直接的“三明治”式初級 - 次級 - 初級或次級 - 初級 - 次級能夠減少漏電感。高漏電感將導致不完整的耦合、損耗和瞬態電壓等缺陷 。
---盡jin管guan抽chou頭tou初chu級ji或huo抽chou頭tou次ci級ji變bian壓ya器qi具ju有you顯xian著zhu的de優you點dian,但dan仍reng有you一yi些xie重zhong點dian需xu要yao考kao慮lv。例li如ru,因yin為wei有you較jiao多duo的de端duan子zi,初chu級ji和he次ci級ji電dian路lu的de隔ge離li變bian的de更geng加jia困kun難nan。而er且qie,設she計ji要yao求qiu初chu級ji和he次ci級ji之zhi間jianEMI 屏蔽,將來會要求額外數量的屏蔽物。
更多的變壓器設計
---現(xian)有(you)的(de)變(bian)壓(ya)器(qi)設(she)計(ji)都(dou)是(shi)基(ji)於(yu)磁(ci)性(xing)技(ji)術(shu)。未(wei)來(lai),聲(sheng)耦(ou)合(he)技(ji)術(shu)的(de)大(da)規(gui)模(mo)采(cai)用(yong)將(jiang)提(ti)供(gong)變(bian)壓(ya)器(qi)設(she)計(ji)更(geng)小(xiao)化(hua)的(de)潛(qian)能(neng)。目(mu)前(qian),一(yi)些(xie)低(di)功(gong)率(lv)高(gao)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)DC/DC轉換器設計已經在一定程度上實現了。
---聲(sheng)耦(ou)變(bian)壓(ya)器(qi)利(li)用(yong)壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)的(de)特(te)性(xing),通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)振(zhen)動(dong)結(jie)構(gou)來(lai)耦(ou)合(he)電(dian)能(neng)。通(tong)過(guo)轉(zhuan)換(huan)器(qi)激(ji)發(fa)這(zhe)種(zhong)材(cai)料(liao)的(de)共(gong)振(zhen)模(mo)式(shi),然(ran)後(hou)被(bei)第(di)二(er)個(ge)次(ci)級(ji)轉(zhuan)換(huan)器(qi)截(jie)取(qu)並(bing)轉(zhuan)換(huan)為(wei)次(ci)級(ji)電(dian)壓(ya)。
---在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)設(she)計(ji)的(de)其(qi)他(ta)發(fa)展(zhan)中(zhong),使(shi)用(yong)極(ji)高(gao)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)能(neng)產(chan)生(sheng)有(you)效(xiao)的(de)空(kong)氣(qi)耦(ou)合(he),因(yin)此(ci)不(bu)需(xu)要(yao)鐵(tie)氧(yang)體(ti)。將(jiang)變(bian)壓(ya)器(qi)和(he)其(qi)他(ta)磁(ci)性(xing)器(qi)件(jian)如(ru)輸(shu)出(chu)扼(e)流(liu)圈(quan)結(jie)合(he)到(dao)電(dian)路(lu)中(zhong)是(shi)另(ling)一(yi)大(da)進(jin)步(bu),這(zhe)將(jiang)幫(bang)助(zhu)減(jian)少(shao)DC/DC設計的總波形係數。
---最後,新磁芯材料的發展允許更高的操作頻率而且降低損耗,這將有助於為一個指定的電源提供更小的變壓器。
總結
---很明顯,線繞變壓器已經越來越不適用於DC/DC轉換器和其他應用中。其大體積、低效率和不能滿足組件重複性的困難意味著它們正在被新技術所取代。
---嵌入式和獨立式平麵變壓器有他們各自的優點和缺點,設計中選擇哪一個取決於應用需要。抽頭次級(或主級)bianyaqishiyigechuangxin,taketigongyixieyouyuchuantongshejideyoudian。zaiyiciqiangtiao,jutideyingyongcaishijuedingcaiyongnazhongshejideguanjianyinsu。weilai,congcixingbianyaqizhuanyidaoshengxuebianyaqidefazhanjiangchanshengchuyixielingrenzhenfendexinchanpin,erqieDC/DC轉換器設計者的選擇會越來越多
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