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　　ღ★✿：本文基于开关电源中变压器的工作原理和平面变压器自身特点ღ★✿，对模块型开关电源中的平面变压器的设计ღ★✿、加工ღ★✿、工艺和应用进行了全面研究必发集团官网登录ღ★✿，ღ★✿。明确指出平面变压器在各种常见电路拓扑中的适用性问题ღ★✿，给出了平面变压器设计的参数计算过程ღ★✿，并进行了具体实例的参数计算ღ★✿。介绍了电路板绕组设计ღ★✿、平面变压器装配和电源整机工艺设计ღ★✿，给出了平面变压器和电源整机实际设计与应用案例ღ★✿，并对整机进行性能测试ღ★✿，验证了设计的可行性及合理性ღ★✿。

　　作者赵凤俭1 赵玉明2 张丽洁3 1.睿查森电子贸易(中国)有限公司(北京 100020) 2.天地科技股份有限公司(北京 100013) 3.北京华清能源科技有限公司(北京 100080)

　　赵凤俭(1979-)ღ★✿，男必发bifa官方网站ღ★✿，硕士ღ★✿，高级工程师ღ★✿，研究方向ღ★✿：电力电子设备及元器件应用的相关技术;赵玉明ღ★✿，男ღ★✿，硕士ღ★✿，副研究员ღ★✿，研究方向ღ★✿：特殊施工技术应用及监测监控技术开发;张丽洁ღ★✿，女ღ★✿，工程师ღ★✿，研究方向ღ★✿：新能源设备的电气设计ღ★✿。

　　摘要ღ★✿：本文基于开关电源中变压器的工作原理和平面变压器自身特点ღ★✿，对模块型开关电源中的平面变压器的设计ღ★✿、加工ღ★✿、工艺和应用进行了全面研究ღ★✿。明确指出平面变压器在各种常见电路拓扑中的适用性问题ღ★✿，给出了平面变压器设计的参数计算过程ღ★✿，并进行了具体实例的参数计算ღ★✿。介绍了电路板绕组设计ღ★✿、平面变压器装配和电源整机工艺设计ღ★✿，给出了平面变压器和电源整机实际设计与应用案例ღ★✿，并对整机进行性能测试ღ★✿，验证了设计的可行性及合理性ღ★✿。

　　模块型开关电源广泛应用于工业ღ★✿、航空航天ღ★✿、计算机硬件及电信等各个领域中ღ★✿，其核心部件之一为高频变压器ღ★✿。在实际的应用中ღ★✿，开关电源小型化ღ★✿、轻量化始终都是技术发展趋势ღ★✿，而高频变压器在开关电源小型化过程中起着关键作用[1~2]ღ★✿。随着磁性材料的改进和功率半导体器件工作频率的提高ღ★✿，使得高频变压器的重量和尺寸减小成为可能ღ★✿。

　　平面型变压器在提高模块型开关电源的特性方面有着很大的优势ღ★✿，因此ღ★✿，近年来得到了广泛的应用bifa必发集团ღ★✿。采用铁氧体磁芯和多层电路板绕组的平面型变压器PCB解决方案ღ★✿，具有高度低ღ★✿、体积小ღ★✿、效率高ღ★✿、电磁干扰小黑人vodafonewifi巨大ღ★✿、产品一致性好ღ★✿、适合自动化表面贴装等特点ღ★✿，尤其适用于空间或高度存在限制ღ★✿、对节能及散热要求苛刻的模块型电源产品ღ★✿，具有广阔的应用前景[3~4]ღ★✿。

　　正激及其衍生出的双管正激等电路拓扑的高频隔离变压器ღ★✿，在单路输出时ღ★✿，由于原副边都没有中间抽头ღ★✿，使得平面型变压器的电路板绕组设计和加工工艺简单ღ★✿，且磁芯不需要开气隙ღ★✿，特别适用于大批量自动化生产ღ★✿。而对于桥类电路拓扑ღ★✿，如需要变压器引出中间抽头ღ★✿，则其变压器在设计和加工工艺方面相对正激拓扑较为复杂ღ★✿。

　　以150W功率bifa必发集团ღ★✿、输入直流电压200~400Vღ★✿、输出直流电压24V模块型开关电源进行设计举例ღ★✿。采用AP法[5-6]ღ★✿，确定磁芯大小ღ★✿，考虑双管正激电路拓扑的自身特点和类似产品的设计调试经验ღ★✿，取开关频率fs=300kHzღ★✿，对应开关周期T=3.3μsღ★✿，并设置最大占空比δmax=0.41;采用宜宾金川RM2.3KD磁材[7]ღ★✿，取磁感应强度变化量ΔB=1800GSღ★✿。

　　经过计算得到的实际ΔB值小于1800GSღ★✿，最大占空比小于0.41ღ★✿，满足设计要求ღ★✿，且有一定余量ღ★✿。故可确定使用EI22磁芯[7]ღ★✿，按照原副边匝数比19ღ★✿：6完成此款模块型开关电源的变压器设计ღ★✿。

　　基于EI22磁芯的外形尺寸和原副边的匝数开展电路板绕组的设计ღ★✿。平面型EI磁芯的长ღ★✿、宽ღ★✿、高依次为21.8mmღ★✿、15.8mmღ★✿、9.2mmღ★✿，窗口高度为4.2mmღ★✿。考虑到8层电路板的标准厚度为1.6mmღ★✿，故采用两块8层电路板并联摆放的设计ღ★✿。每块8层电路板包含事先计算好的原副边匝数ღ★✿，当采用两块电路板并联时ღ★✿，等同为绕组并联ღ★✿，用以增加导体截面积ღ★✿，装配截面如图1所示ღ★✿。

　　加工时断开拼版桥连部分ღ★✿，即可获得一个变压器的完整电路板绕组ღ★✿。整个设计中全部过孔设计采用贯穿孔ღ★✿，不设埋孔和盲孔ღ★✿。用于不同层绕组相互连接的贯穿孔副边绕组采用双孔设计ღ★✿，保证连接的可靠性ღ★✿，也加强了层间的同流能力bifa必发集团ღ★✿。具体损耗计算可参见文献[8-9] ღ★✿。

　　变压器装配位置标注图如图2所示bifa必发集团ღ★✿。其中原边绕组NP1匝数为19ღ★✿，绕组引出端为C和Dღ★✿，C为绕组起始端ღ★✿，D为结尾端;副边绕组NS1匝数为6ღ★✿，绕组引出端为G和Hღ★✿，G为绕组起始端ღ★✿，H为结尾端ღ★✿。

　　4)将拼好的成对电路板插入变压器合板工装ღ★✿，在Aღ★✿、B两处的板缝点适量的黏合胶ღ★✿，将两块电路板粘在一起ღ★✿，尽量减小两板之间的空隙;

　　5)将固定后的电路板装入EI22磁芯bifa必发集团ღ★✿，板号标识与I磁芯在同一侧ღ★✿，使用磁材粘合剂将E磁芯和I磁芯粘在一起ღ★✿，夹上夹子;

　　电源整体采用上下两块电路板的方式ღ★✿，分为铝基板和印制板两部分ღ★✿，两块电路板需要分别进行生产焊接ღ★✿，再拼装为整机ღ★✿，最后进行上下电路板的信号连接ღ★✿。

　　上层印制板为双面覆铜板ღ★✿，控制电路ღ★✿、反馈电路ღ★✿、保护电路等功耗小的元器件在印制板上ღ★✿。下层为铝基板ღ★✿，变压器ღ★✿、电感黑人vodafonewifi巨大ღ★✿、开关管等大功率器件布放在铝基板上ღ★✿。印制板和铝基板之间的信号通路用针连接ღ★✿，铝基板四角铆装螺母用于安装散热器黑人vodafonewifi巨大必发bifa官网ღ★✿。

　　变压器进行安装定位之后必发ღ★✿，ღ★✿，利用E磁芯下表面的导热双面胶与铝基板粘合固定在一起ღ★✿，再在如图2所示的Cღ★✿、D过孔焊盘插入直径为1.0mm的连接针ღ★✿，Gღ★✿、H过孔焊盘插入直径为2.0mm的连接针ღ★✿，并在焊盘上放置适量锡膏ღ★✿，同其它元器件一起过回流焊黑人vodafonewifi巨大ღ★✿。

　　安装变压器时ღ★✿，要贴平ღ★✿、压紧bifa必发集团ღ★✿，以减小热阻ღ★✿，保证能良好散热ღ★✿。铝基板进行回流焊时ღ★✿，应注意炉温和带速的控制ღ★✿，确保器件可靠焊接的同时ღ★✿，尽量避免焊接后在铝基板上锡珠和松香的过多出现ღ★✿。

　　根据上述的设计方法和步骤ღ★✿，将采用EI22磁芯的平面变压器用于双管正激电路拓扑的模块型开关电源中黑人vodafonewifi巨大ღ★✿，实现单机150W功率ღ★✿、输入直流电压200~400Vღ★✿、输出直流电压24V的产品设计ღ★✿。该产品的整体外形尺寸的长黑人vodafonewifi巨大ღ★✿、宽ღ★✿、高依次为86mmღ★✿、72mmღ★✿、12.7mmღ★✿。

　　在输入直流电压为400Vღ★✿，额定输出工况时ღ★✿，持续工作两个小时后ღ★✿，整机中各个器件的温升到达稳定状态ღ★✿，产品的热成像如图4所示ღ★✿，测试环境温度在23.5℃情况下ღ★✿，整机中变压器温度最高为72.6℃;在输入直流电压为200Vღ★✿，额定输出工况时ღ★✿，持续工作两个小时后bifa必发集团ღ★✿，整机中各个器件的温升到达稳定状态ღ★✿，产品热成像图如图5所示ღ★✿，测试环境温度在22.9℃情况下黑人vodafonewifi巨大ღ★✿，整机中变压器温度最高为83.6℃ღ★✿。

　　本文详细阐述了模块型开关电源中的平面变压器的设计ღ★✿、加工ღ★✿、应用的全过程ღ★✿。基于平面变压器本身的加工工艺复杂度角度ღ★✿，明确指出了平面变压器在各种常见电路拓扑中的适用性问题ღ★✿，并在双管正激电路拓扑机车上开展了平面变压器设计的参数计算ღ★✿，并给出具体实例参数计算过程ღ★✿。通过介绍平面变压器的电路板绕组设计方法和具体设计过程ღ★✿，展示了多层电路绕阻的铺设细节和拼版设计技巧ღ★✿。阐述了平面变压器加工和电源整机工艺设计ღ★✿，给出了变压器和电源整机的实际设计与应用案例ღ★✿，并对整机进行性能测试ღ★✿，验证了设计的可行性及合理性ღ★✿，为平面变压器的大批量自动化生产提供技术和应用参考ღ★✿。

　　[3]田佳甲,刘永好,张金玲,等.基于绝缘芯平面变压器的新型高压直流电源的调试及输出特性[J]核技术,2015,38(7):44-48.

　　[6]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社,2003:109-118

　　[9]廖家文,张军明,张燚.钱照明LLC谐振变流器中平面变压器铜损优化设计[J].电工技术学报,2012,27(2):109-113