0 引言
    磁性元件的設計是開關電源的重要部分，因為平面變壓器在提高開關電源的特性方面有著很大的優(yōu)勢,，因此近年來得到了廣泛的應用,。對于一個理想的變壓器來說，初級線圈所產生的磁通都穿過次級線圈,，即沒有漏磁通,。而對普通變壓器來說，初級線圈所產生的磁通并非都穿過次級線圈,，于是就產生了漏感,，電磁耦合的緊密要求也無法滿足,。而平面變壓器只有一匝網狀次級繞組，這一匝繞組也不同于傳統(tǒng)的漆包線,，而是一片銅皮,，貼繞在多個同樣大小的沖壓鐵氧體磁芯表面上。所以,，平面變壓器的輸出電壓取決于磁芯的個數,，而且平面變壓器的輸出電流可以通過并聯進行擴充，以滿足設計的要求,。因此,，平面變壓器的特點就顯而易見了：平面繞組的緊密耦合使得漏感大大地減小,；平面變壓器特殊的結構使得它的高度非常的低,，這使變換器做在一個板上的設想得到實現。但是,，平面結構存在很高的容性效應等問題,，大大限制了它的大規(guī)模使用，不過,，這些缺點在某些應用中,，也有可能轉換為一種優(yōu)點。另外,，平面的磁芯結構增大了散熱面積,，有利于變壓器散熱。

1 平面變壓器的特性研究
    如前所述,，平面變壓器的優(yōu)點主要集中在較低的漏感值和交流阻抗,。繞組問的間隙越大意味著漏感越大，也就產生更高的能量損失,。平面變壓器利用銅箔與電路板間的緊密結合,，使得在相鄰的匝數層間的間隙非常的小，因此能量損耗也就很小了,。

    在平面型變壓器里,，其“繞組”是做在印制電路板上的扁平傳導導線或是直接用銅泊。扁平的幾何形狀降低了開關頻率較高時趨膚效應的損耗,，也就是渦流損耗,。因此，能最有效地利用銅導體的表面導電性能,，效率要比傳統(tǒng)變壓器高得多,。圖1給出了一個平面變壓器的剖面圖，并且利用兩層繞組間距離的不同,，而獲得在不同間隙下的漏感和交流阻抗值,。

    圖2與圖3給出了在不同的間隙下漏感和交流阻抗的變化,，可以明顯地看出間隙越大，漏感越大,，交流阻抗越小,。在間隙增加1mm的狀況下漏感值增加了5倍之多。因此,，在滿足電氣絕緣的情況下,，應該選用最薄的絕緣體來獲得最小的漏感值。

    然而,，容性效應在平面變壓器中是非常重要的,，在印制電路板上緊密繞制的導線使得容性效應非常的明顯。而且絕緣材料的選取對容性值也有著非常大的影響,，絕緣材料的介電常數越高,，變壓器的容性值越高。而容性效應會引起EMI,，因為從初級到次級的繞組中只有容性回路的繞組傳播這種干擾。為了驗證,，筆者做了一個試驗,，在銅導線的間隙增加O．2mm的情況下，而電容值就減少了20％,。因此,，如果需要一個比較低的電容值，則必須在漏感和電容值之間做出一個折中的選擇,。

2 插入技術
    插入技術是指在布置變壓器原,、副邊繞組時，使原邊繞組與副邊繞組交替放置,，增加原,、副邊繞組的耦合以減小漏感，同時使得電流平均分布,，減小變壓器損耗,。
 
    現在插入技術的研究被分為兩個方面，即應用于變壓器的插入(正激電路)和應用于連接電感器的插入(反激電路),。因此,，插入技術現在已經被放在不同的拓撲中作為不同的磁性部件來研究。

2.1 應用于平面變壓器的插入技術
    應用于變壓器中的插入技術的主要優(yōu)點如下：
    1)使變壓器中磁性能量儲存的空間減少,，導致漏感的減少,；
    2)使電流傳輸過程中在導體上理想分布，導致交流阻抗的減少,；
    3)繞組間更好的耦合作用,，導致更低的漏感,。

    為了說明插入技術的特征，圖4給出了應用3種不同插入技術的結構,，P代表初級繞組,，s代表次級繞組。試驗顯示SPSP結構是最好的,，因為初級和次級的繞組都是間隔插人的,。圖5顯示了在500 kHz時，3種結構的交流阻抗和漏感值,，通過比較可以很容易地發(fā)現應用了插入技術的變壓器,，交流阻抗和漏感值都有了很大的減少。

2．2 多繞組變壓器中平面結構的優(yōu)勢
    平面變壓器另一個重要的優(yōu)點是高度很低,，這使得在磁芯上可以設置比較多的匝數,。一個高功率密度的變換器需要一個體積比較小的磁性元件，平面變壓器很好地滿足了這一要求,。例如,，在多繞組的變壓器中需要非常多的匝數，如果是普通的變壓器將會造成體積和高度過大,，影響電源的整體設計,，而平面變壓器則不存在這一問題。

    另外,，對于多繞組的變壓器來說,，繞組間保持很好的耦合非常重要。如果耦合不理想則漏感值增大,，將會使得次級電壓的誤差增大,。而平面變壓器因為具有很好的耦合，使得它成為最佳的選擇,。

2．3 在不同拓撲中平面變壓器的作用
    在不同的拓撲中,，磁性元件的作用也是不同的。在正激變換器中的變壓器,，磁性能量在主開關管開通的時候由初級繞組傳遞到次級繞組中,。然而，在反激變換器中的“變壓器”并不完全是一個變壓器,，而是兩個連接的電感器,。在反激拓撲中的“變壓器”在主開關管開通的時候初級繞組儲存能量，而在關閉的時候將能量傳送到次級繞組,。因此,，這種插入技術的優(yōu)點同上面相比是不同的。應用于這種變壓器的插入技術的特點如下：

    1)在磁芯中儲存的能量沒有減少，因為電流在某時刻只能在一個繞組中流動,，并且沒有電流補償,；
    2)電流的分布并不理想，原因同上,，因此交流阻抗也沒有減?。?br />     3)插入使得繞組間產生較好的耦合,，因此有比較小的漏感值,。

3 平面變壓器的標準化設計
    平面變壓器的優(yōu)點如上所述，同樣它也有缺點,，其最主要的缺點就是設計的過程非常復雜,，而且設計成本也非常高。

    下面介紹一種標準的設計平面變壓器的程序步驟[3];它通過提供一個標準的匝數模型的設計,，使之能夠被使用于不同的平面變壓器中,，從而使得設計過程大大簡化，費用大大降低,。

    在雙面PCB板的每一層都是由一到多匝的繞組組成的,，而且所有的層都保持著一樣的物理特性：即相同的形狀和相同的外部連接點。在有些多匝的層次中,，這個外部連接點是不同匝數間的電氣連接點,。如果有些層只有一匝，它也可以被印制在PCB的雙面來降低交流阻抗,。使用銅箔直接印制在PCB板上來替代傳統(tǒng)的導線，即使在許多需要很多匝數的開關電源中,，變壓器依舊能保持一個很小的體積,，這便大大減小了整機的體積。具體的設計步奏和注意事項請參閱文獻[3],。圖6顯示了一個頂層的標準匝數設計的例子,，它使用的是罐形(RM)磁芯。

    銅箔高度按照對應于最大開關頻率時的趨膚深度選取,，這樣可以使銅箔的所有部分都成為電流通路,，大大減少集膚效應的影響。因此,，應該使每一種開關頻率對應于不同的銅箔高度,。

4 實驗論證
    為了比較平面變壓器和傳統(tǒng)變壓器，分別做了兩種變壓器的模型,，一種使用平面結構并使用了插入技術,，另一種使用銅線分別在初級和次級繞制而成。兩種變壓器都被運用于一個互補控制的半橋變換器中。兩個變壓器的參數如下：

    初級 12匝：
    次級兩個l匝的繞組(1：1中心抽頭),。
    傳統(tǒng)變壓器使用漆包線作為繞組,，雖然在這些線圈中電流密度不盡相同，選擇電流密度小于7.5A／mm,。
    平面變壓器初級繞組做成4層,，有4個并列的次級。這個變壓器的最終結構如圖7所示,。

    兩種變壓器都使用了同樣的磁芯RM10,，比較了兩種變壓器的漏感，交流阻抗和占用的面積,，結果列于表1,。

    由表1可知，平面變壓器的漏感僅為傳統(tǒng)變壓器的1／5,，交流阻抗也僅為l／3,，由此可見這將大大提高變換器的工作特性。而且,，由于結構的更加緊湊,，使得可以使用更小的RM8磁芯。

5 結語
    平面變壓器在減小漏感,、交流阻抗等方面有著非常大的優(yōu)點,，并且因為體積的小巧使之成為一種非常好的磁性元件。給出了一種標準的設計平面變壓器的方法,，使得設計平面變壓器變得更加容易,，成本也將大大降低?？梢灶A見,，平面變壓器將有著相當好的應用前景。