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用于高密度功率变换的MHz级变压器
[发布时间]:2010年7月19日 [来源]:电子变压器资讯网 [点击率]:13144
【导读】: 现在,小型功率电子设备的工作频率已提高到兆赫级。这使得影响功率变换器整件尺寸的磁性元器件的尺寸大大减小。不过,设计制造这一频率范围的高效率变压器,必须特别注意到趋肤效应损耗和涡流损耗给其绕组、铁心...

      现在,小型功率电子设备的工作频率已提高到兆赫级。这使得影响功率变换器整件尺寸的磁性元器件的尺寸大大减小。不过,设计制造这一频率范围的高效率变压器,必须特别注意到趋肤效应损耗和涡流损耗给其绕组、铁心及其材料设计,选择所带来的限制。本文研究工作频率为2MHz,功率密度超过400W/吋2,功率范围为50~100w,输出电压为1.5V,效率大于99%的变压器设计制造。要达到高效就要求新的高效电源拓扑结构,采用谐振和准谐振开关法以减小开关损耗,提高工作频率至MHz级以减小电路中磁性元件的尺寸。同时,在结构上以铜箔绕组来替代常规的多股绞合线,以提高电流密度。采用铜箔以紧密交叠的Z形折叠绕组结构,免去了绕组层间的外连线,这就实现了高的铜密度,低的铜损耗及极低的漏感。有文献列举了设计中遇到高功率密度与高效率时的折衷处理实例,指出交叠平面绕组结构在这个频率范围的趋肤效应的涡流损耗可限制的范围,从而增加了使用铜箔绕组所带来的好处。例如,采用铜箔厚度小于4.3mil(密耳)(此值为2MHz时铜的趋肤深度的两倍)的平面环形绕组,可以取得的70μΩ单匝次级绕组电阻。目前已有多种制造平面绕组的方法,例如多层印制电路板、绕曲电路、混合电路等等。但这些制作方法不适合于电阻极小的绕组,只有并联大量高度交叠的平面铜箔层才可达到极低电阻的要求。因为电路板构成的平面绕组是用外部引脚实现层间互连,这就限制了可使用的层数,并且其互联电阻显著增大了;“混合法”则容易受厚膜胶相对高的电阻率以及印制导体厚度限制的影响;“挠曲电路法”则主要受限于低电流单层设计或桶形绕组结构。所以,这些影响都不能达到极低绕组电阻的要求。

为解决上述制造中的一些缺点,本文论述的是一种替代方法即Z形折叠法,这是铜箔印制电路图包含了层间互联线的制作法。它从敷铜叠片着手制作出铜箔层印制电路图,对于初级而言,将该电路进行Z折叠之后即取得了多层结构;折叠中还作出了二匝中心抽头的次级绕组;然后在各个输出端上焊接一铜箔条,以实现所有各层的并联连接。同时,在Z形折叠过程中,采用适当的重叠次序以实现初级次级绕组的紧密交叠。

2 制作工艺

2.1 铜箔绕组制造

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