“低造型”（亦稱“平面型”或“印制板型”）變壓器或電感器是開關(guān)電源模塊中的新型器件，具有很好的發(fā)展勢頭。本文獲得由本刊承辦的“華為電氣杯”全國電源技術(shù)論文大獎賽二等獎，作為本期主題內(nèi)容介紹給大家。

高頻低造型電源變壓器的設(shè)計與應(yīng)用

DesignandApplicationofHigh－frequencyandLow－profilePowerTransformer

摘要

探討了高頻低造型電源變壓器設(shè)計的有關(guān)問題，給出了平板式繞組的設(shè)計制作方法。該方法能自動串連繞組各層導(dǎo)體，從而解決了繞組各層導(dǎo)體之間的連線問題，避免了焊接，大大提高了器件的可靠性和繞組對磁心窗口的利用率。實驗結(jié)果表明，用這種方法制作的變壓器漏感小、效率高，特別適合用于分布式高功率密度的開關(guān)電源模塊當(dāng)中。文中還給出了高頻低造型電源變壓器的計算機(jī)輔助設(shè)計方法，這不僅使得設(shè)計過程更靈活、快捷，也使得設(shè)計結(jié)果更可靠。

關(guān)鍵詞

高頻低造型變壓器繞組制作計算機(jī)輔助設(shè)計

Abstract:Thispaperdiscussestheissuesrelatedtohigh－frequencyandlow－profilepowertransformers.Anewdesignandfabricationmethodforplanarwindingshasbeenpresented.Itautomaticallyseries－connectseachlayerofthewinding,thussolvingtheproblemofinterlayerconnections,andeliminatingexternalsoldering.Italsogreatlyimprovesthereliabilityofthecomponentandtheutilizationofthewindowarea.Experimentalresultshaveshownthatthenewmethodcanresultinlowleakageinductance,highefficiency,andisparticularlyusefulforthedesignofinductorsandtranstformersusedinlow－profileandhigh－power－densityconvertermodules.Finally,acomputer－aideddesignofhigh－frequencyandlow－profilepowertranstormershasbeengiven,whichallowsthetransformerdesigntobefaster,

moreflexibleandreliable.

Keywords:HighfrequencyLowprofileTransformerwindingFobricationComputer－aideddesign

1引言

　　隨著開關(guān)電源的普遍應(yīng)用，廣大用戶對電源模塊也提出了更高的要求，諸如效率高、性能可靠、體積小，而且對模塊的整體高度往往也有限制，因而高頻低造型磁性元件的研究日益受到重視。這種新型磁性元件的磁心呈扁平狀，高度很?。ǖ陀?cm），繞組也不再采用傳統(tǒng)的實心圓導(dǎo)線或絞合線來繞制，而是用柔性或剛性的印刷電路板來實現(xiàn)，導(dǎo)體呈平板狀。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)不但可省去繞組固定架，提高了窗口的利用率，而且有利于散熱、減小漏感和實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。另外，由于電流沿導(dǎo)體寬度方向分布，因而可減小趨膚效應(yīng)所引起的損耗。缺點(diǎn)是采用印刷電路板制作多層繞組時往往需另加焊孔以連接相鄰導(dǎo)體，當(dāng)匝數(shù)較多時設(shè)計制作便很復(fù)雜。美國A.J.Yerman等人發(fā)明了一種無須焊接的繞組制作方法，但這種方法需要兩層導(dǎo)體才能形成一匝，因而沒有有效地利用已經(jīng)有限的磁心窗口高度。

　　變壓器的設(shè)計還涉及到磁心和繞組的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)確定及繞組布置問題，傳統(tǒng)的變壓器設(shè)計一般都是先根據(jù)設(shè)計要求計算磁心窗口面積和磁心橫截面積的乘積，然后再選用合適的磁心，確定繞組匝數(shù)、激磁電感等，但這種方法只限于低頻應(yīng)用。當(dāng)開關(guān)頻率很高時（100kHz以上），變壓器的鐵損和銅損都會明顯增大，且與變壓器磁心和繞組的結(jié)構(gòu)及相對布置密切相關(guān)?，F(xiàn)今的用戶對電源模塊的體積特別是高度都有要求，使得設(shè)計者趨向于采用低造型電源變壓器。如果還是采用傳統(tǒng)的方法，那么設(shè)計出來的變壓器就會很難滿足要求，即使?jié)M足要求，也不一定是最佳設(shè)計。

??? 本文將給出一種新穎的折疊式繞組設(shè)計和制作方法，先將銅片加工成所要求的形狀，然后再折疊成繞組，每層銅導(dǎo)體所形成的匝數(shù)提高到5/6匝。另外還給出了用這種方法制作繞組的低造型變壓器和電感器在開關(guān)電源中的具體應(yīng)用及測試結(jié)果。最后根據(jù)高頻變壓器的銅損和鐵損與幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、頻率之間的關(guān)系，利用計算機(jī)輔助設(shè)計，針對用戶的使用要求，尋找體積最小即功率密度最大的電源變壓器優(yōu)化設(shè)計方案。這種方法不但快捷，而且使得設(shè)計者能方便地調(diào)整設(shè)計參數(shù)，直到得到滿意的設(shè)計結(jié)果。

2高頻低造型電源變壓器的研制與應(yīng)用

2.1多層印刷電路板型及“z”字形折疊式繞組

　　D．V．D．Linde等人于1991年報導(dǎo)了用印刷電路板工藝制作多層繞組及應(yīng)用，圖1所示的是其采用的繞組導(dǎo)體串連方法，圖中的端1和端2是繞組的引出端。圖中所示的是一“匝數(shù)為6”（當(dāng)然可以更大）的繞組，它實際上是由三個雙面PCB組成，每個雙面PCB的上下層導(dǎo)體則由“局部焊孔”相連。每層導(dǎo)體都有向外伸出的“連接銅片”，相鄰的雙面PCB正是靠這些“連接銅片”上的焊孔相連。如果要求的繞組匝數(shù)較多，連接點(diǎn)和連接線就會很多，例如當(dāng)繞組匝數(shù)僅為10時就得有20個連接點(diǎn)和11條連接線。當(dāng)繞組匝數(shù)較多時也未必能實現(xiàn)繞組的制作，因為“連接銅片”的多少受磁心尺寸的限制。連接點(diǎn)增多不僅給制作帶來難度，同時也影響可靠性。為了解決連線以及焊接問題，A.J.Yerman等人發(fā)明了“z”字折疊式繞組，先用柔性PCB腐蝕制成一定形狀的銅片，見圖2，然后再折疊成繞組。圖中的繞組是以“z”字折疊4個半匝的柔性PCB而成，總匝數(shù)為2。它實際上是由位于頂層以實線表示的導(dǎo)體7和底層以虛線表示的導(dǎo)體8折疊而成，而繞組的一匝實質(zhì)上是由頂層的半匝和底層的半匝形成。端5和端6是引線端，虛線1、2和3為折疊線，9為絕緣材料，4為留給磁心心柱的通孔。這種方法的好處是避免了焊接，提高了整個元件的可靠性，但由于需要兩層銅箔才形成整一匝，當(dāng)匝數(shù)要求較多，而磁心高度又有要求時，繞組的高度便滿足不了要求。

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圖1多層PCB型繞組的連接 ?????????????????????????????? 圖2“Z”字型折疊4個半匝的
??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 柔性PCB而成的匝數(shù)為2的繞組

2.2一種折疊式繞組的新設(shè)計

??? 圖3所示的即是一種新的折疊式繞組設(shè)計圖樣，虛線為折疊線。可以看出，由于相鄰環(huán)形導(dǎo)體中心連線之間有一定的夾角α，每一環(huán)形導(dǎo)體所形成的匝數(shù)實際上只有（1－α/360），最大數(shù)值為5/6（α=60o）。與前面所介紹的折疊式繞組設(shè)計相比，這種新方案使得設(shè)計者在磁心窗口高度受到限制時有可能得到較多的線圈匝數(shù)，或并聯(lián)繞組以減小損耗和提高電流容量。為了與“z”字形繞組折疊方法相區(qū)別，稱新的設(shè)計方法為“5/6匝”繞組折疊法。新設(shè)計除了可省去焊接程序，減少連接電阻，還提高了磁心窗口高度的利用率，缺點(diǎn)是相鄰折疊線不平行，交錯布置初級和次級繞組以減小漏感和高頻損耗不是很方便。

??? 當(dāng)然，對于E型磁心，也可以用類似的方法來設(shè)計其繞組。圖4即為適合E型磁心的方形繞組展開圖。端1和端2為電流流入和流出端。該圖樣經(jīng)折疊后形成匝數(shù)為5的繞組。

圖3折疊式繞組新設(shè)計

圖4適合E型磁心的方形繞組展片圖

2.3低造型變壓器的研制與測試結(jié)果

　　為了驗證新的繞組設(shè)計方法的可行性和可靠性，作者設(shè)計制作了低造型變壓器和濾波電感器，并將其用于一有源箝位同步整流正激式DC/DC變換器當(dāng)中，見圖7。其額定功率為50W，輸入、輸出電壓各為48V和5V，開關(guān)頻率為200kHz。圖中的C2為箝位電容，其作用是在主開關(guān)關(guān)斷期間，將主開關(guān)兩端的電壓Uds箝在一定的數(shù)值水平上，保持不變，從而避免了開關(guān)管V2上過大的電壓應(yīng)力。另外，采用有源箝位技術(shù)，不僅可實現(xiàn)變壓器磁心的自動復(fù)位，無須另加復(fù)位措施，還可使得激磁電流正負(fù)方向流動，使磁心在磁化曲線第一和第三象限上運(yùn)行，從而提高了磁心的利用率。

　　變壓器所用的磁心結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖5所示，其材料為MnZn鐵氧體，磁導(dǎo)率為1000。初級和次級繞組導(dǎo)體的厚度分別為0.1mm、0.15mm（頻率為200kHz時銅導(dǎo)體的趨膚深度約為0.2mm），層數(shù)分別為12和4，實際匝數(shù)比為10：4。先用CAD軟件設(shè)計畫好繞組的展開圖樣，然后用數(shù)控切割機(jī)加工銅片得到所要求的繞組圖樣。當(dāng)然，在批量生產(chǎn)時，應(yīng)考慮用沖床等設(shè)備來加工銅片繞組。圖3和圖6分別為初級繞組和次級繞組的展開圖樣。沿著折疊線依次折疊便成繞組。如果忽略引線和折疊的影響，繞組的直流電阻即為各層圓環(huán)導(dǎo)體的直流電阻之和。繞組的直流電阻可按下式計算：

Rdc=2πρNl/twln(r0/r1)(1)

式中:Rdc——繞組的直流電阻；

Nl——銅導(dǎo)體層數(shù)；

ρ——銅導(dǎo)體的電阻率;

　　tw——銅導(dǎo)體厚度；

　　r0——繞組的外半徑；

??????? r1——繞組的內(nèi)半徑。

圖5Q型磁心結(jié)構(gòu)尺寸

圖6電源變壓器副邊繞組展開圖

　　相鄰導(dǎo)體用介電常數(shù)小、耐壓性能好的絕緣膠帶實現(xiàn)電氣隔離。次級繞組被夾于初級繞組中間，因而漏感很小，為0.464μH，僅占激磁電感的1.5％。交流電阻（見表1）可根據(jù)Dowell模型來計算：　　(2)

式中：Rac——繞組的交流電阻；

　　M=△(sinh2△＋sin2△)/(cosh2△－cos2△)

　　D=2△(sinh△－sin△)/(cosh△＋cos△)　　△=tw/δ;δ（趨膚深度）=

　　f——開關(guān)頻率；

　　μo——真空磁導(dǎo)率，μo=4π×10－7。

　　濾波電感器也采用相同的磁心，只是留了約1mm的氣隙以防止磁心飽和及減小由于直流偏置所引起的損耗。電感器的繞組由兩個具有相同匝數(shù)的繞組并聯(lián)而成，以減少銅損。所制作的變壓器和電感器整個磁心高度僅為8mm。

　　變壓器的輸入和輸出功率測量方法是這樣的：先將實測到的繞組兩端的電壓和流過的電流瞬時值相乘，然后再算得乘積在一個或多個周期內(nèi)的平均值，即為變壓器的輸入或輸出功率。這個過程通過TektronixA6302數(shù)字示波器來完成。為了避免高頻對測量的影響，繞組兩端分別接示波器的兩個輸入通道，之間的電壓差即為繞組兩端的電壓。示波器的第三個通道則輸入通過電流探頭（TektronixA6302）測得的電流波形。

　　表1低造型電源變壓器和電感器的參數(shù)

　　圖8所示的為該變壓器效率與輸入功率之間的關(guān)系?？梢钥闯?，該變壓器具有很高的轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)變換器的輸出功率為50W時，即使是在自然通風(fēng)冷卻情況下，該變壓器也沒有明顯溫升（<50℃），這主要取決于它小的功耗和良好的散熱性能。整個變換器效率與輸出功率的關(guān)系見圖9。由于采用了同步整流技術(shù)，該變換器具有較高的變換頻率，在輸出功率

為50W時的效率接近90％。

概括起來，“5/6匝”低造型變壓器繞組折疊制作法具有下列優(yōu)點(diǎn)：

（1）避免了相鄰導(dǎo)體之間的焊接；

圖7有源箝位同步整流正激式DC/DC變換器

圖8變壓器效率和輸入功率關(guān)系

圖9變換器效率與輸出功率關(guān)系

（2）可以在最大程度上利用磁心窗口高度，提高窗口填充系數(shù)；

（3）使得加工過程中的銅材料損耗為最少；

（4）制作方法簡單、快捷，而且干凈、不污染環(huán)境；

（5）使設(shè)計者可以根據(jù)具體應(yīng)用，選用不同厚度的銅片材料；

（6）特別適合應(yīng)用于高頻高功率密度的開關(guān)電源模塊中。

3高頻低造型電源變壓器的優(yōu)化設(shè)計

3.1高頻變壓器損耗模型

（1）磁心損耗模型

　　變壓器的鐵損主要由磁滯和渦流效應(yīng)導(dǎo)致，磁滯損耗一般認(rèn)為是由磁材料的磁疇運(yùn)動及磨擦而導(dǎo)致的。磁滯損耗與頻率成正比，而渦流損耗與頻率的平方成正比。此處將采用最為常用的磁損耗功率密度（單位體積）計算公式：

Pc=kBmfn(3)

式中k為損耗系數(shù)，B為磁通密度峰－峰值，f為磁場交變頻率，k、m、n與磁材料的特性有關(guān)，可從磁材料供應(yīng)商給出的損耗曲線得出。在高頻時由于渦流效應(yīng)的影響，因而磁心中磁力線呈不均勻分布，但當(dāng)采用具有高電阻率的鐵氧體軟磁材料作為磁心材料時，渦流很小，對磁力線分布的影響可忽略，因而可認(rèn)為磁心橫截面上的磁力線分布是均勻的。對于圖10所示的E－E型磁心，其損耗為：

　　Pc=kfnΦm(2W2L)1－m(2Hw＋W)(4)

（2）繞組損耗模型

　　P.L.Dowell雖然在對電磁場作了一維的近似下建立了簡捷的變壓器銅損和漏感的計算模型，但該模型使用起來很方便?？蓪⒅糜陬A(yù)測高頻變壓器的銅損和漏感，實現(xiàn)高頻變壓器的優(yōu)化設(shè)計。

在高頻應(yīng)用時，為了減少銅損和提高電流容量，繞組導(dǎo)體通常采用扁平狀銅片，而且每層只有一圈導(dǎo)體，如圖10和圖12所示，這樣可使電流沿導(dǎo)體的寬度方向分布，減少由于趨膚效應(yīng)所導(dǎo)致的損耗，另外也有利于減少變壓器的整體高度。如果忽略各層導(dǎo)體連接點(diǎn)的影響，對于匝數(shù)為N的繞組，其直流電阻為：

Rdc=2Nρ(L＋Wc＋2Ww)/(Ww－2dw)tw(5)

式中tw、dw分別是導(dǎo)體厚度和繞組與磁心之間的間隙，由于高頻效應(yīng)，繞組的電阻會有明顯增大，繞組的交流電阻可表示為：

　　Rac=FrRdc(6)

式中Fr為交流與直流電阻之比，它與磁心及繞組的幾何尺寸和布置有關(guān)?；赑.L.Dowell模型可知，在初次級繞組分開布置時Fr值為：

Fr=M＋[D(N2－1)]/3(7)

式中：N——從零漏磁場處開始算起的繞組層數(shù)；

　　M=△(sinh2△＋sin2△)/(cosh2△－cos2△)

D=2△(sinh△－sin△)/(cosh△＋cos△)

△=tw/δ,δ是頻率為f時的趨膚深度。

初次級繞組交錯布置時Fr的計算較為復(fù)雜，現(xiàn)舉一例加以說明。當(dāng)其中一繞組被另一繞組夾于中間，而且其圈數(shù)為偶數(shù)，零漏磁場線正好將該繞組分成兩半（即兩邊的導(dǎo)體層數(shù)皆為整數(shù)）時，F(xiàn)r可根據(jù)式（7）來計算，但其中的N應(yīng)為實際繞組圈數(shù)的一半；當(dāng)其繞組導(dǎo)體層數(shù)為奇數(shù)時，見圖11，相應(yīng)的交直流電阻比例系數(shù)Fr

　　在實際應(yīng)用時，磁心的形狀也不一定局限于E型，如果選用其他形狀，銅損和鐵損可按相應(yīng)的計算公式來計算。

　　當(dāng)變壓器用于開關(guān)電源當(dāng)中時，流過繞組的電流波形并不是正弦波，含有高次諧波，因而僅僅考慮基波的影響是不夠的。合適的做法應(yīng)是先求得電流波形的諧波分量，然后分別求得對于各電流諧波分量的繞組損耗。為了計算對于電流諧波分量的繞組損耗，就須算出各諧波頻率下的交直流電阻比例系數(shù)Fr，這可以用式（7）或（8）求得。

3.2算法設(shè)計

??? 基于前面所介紹的變壓器損耗模型，便可編寫尋找最小有效體積磁心的程序，其流程如圖14所示。當(dāng)輸入變換器拓樸、變壓器效率、磁心高度、材料及輸入輸出電壓、功率等參數(shù)后，此程序便會自動改變變壓器的幾何結(jié)構(gòu)尺寸，然后計算相應(yīng)的損耗及效率，尋找滿足給定最大磁通密度、最小激磁電感和磁心高度等要求的體積為最小的磁心，并給出相應(yīng)的磁心幾何結(jié)構(gòu)尺寸及銅損、鐵損等。圖中ηo、Bsat、Ve、Ae、Le和Hco分別表示變壓器目標(biāo)效率、磁材料的飽和磁通密度、磁心的有效體積、有效截面積、磁路長度及磁心允許高度。具體設(shè)計步驟如下：

（1）選擇開關(guān)電源拓樸，如正激式或反激式。

（2）根據(jù)輸入輸出電壓以及開關(guān)控制方波脈沖占空比確定初次級繞組匝數(shù)比，對于正激式開關(guān)電源：

nps=Np/Ns=DUi/Uo(11)

式中：nps為初次級繞組匝數(shù)比，Np為初級繞組匝

數(shù)，Ns為次級繞組匝數(shù)，D為開關(guān)控制方波脈沖占空比，Ui為初級輸入電壓，Uo為電源輸出電壓。

（3）將初級繞組匝數(shù)Np設(shè)為一定值，同時便可得到次級繞組匝數(shù)Ns。

（4）選定初次級繞組的布置方式：分開獨(dú)立布置或初次級繞組交錯布置。繞組布置方式確定以后，便可計算初次級繞組在不同諧波頻率下的交直流電阻比例系數(shù)Fr。

（5）分別計算初次級繞組的電流ip（t）、is（s）及各諧波的幅值大小，以便于計算繞組的損耗，包括高頻損耗。

（6）在設(shè)定范圍內(nèi)，依次改變磁心和繞組的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，如磁心高度hc、寬度W、窗口深度L、窗口寬度Ww和導(dǎo)體厚度tw等，而后分別計算一定幾何結(jié)構(gòu)下的磁心損耗Pc和繞組損耗Pw。

（7）計算變壓器的效率η和磁通密度Bmax

變壓器的效率為：

η=P0/(P0＋Pc＋Pw)(12)

對于正激式有源箝位開關(guān)電源：

Bmax=UiDT/4NpAe(13)

式中T為控制方波脈沖周期。

（8）尋找體積最小并且滿足效率要求（>目標(biāo)效率ηo）、磁通密度要求（<0.5Bsat）的磁心及繞組幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)。如不滿足效率等要求，重復(fù)（3）至（8）過程。如滿足效率等要求，便結(jié)束尋找過程，輸出變壓器的結(jié)構(gòu)參數(shù)等。

　　根據(jù)以上條件及要求，即可寫出求解最小磁心體積的數(shù)學(xué)模型：

　　minVe=2AeLe

　　subHc≤Hco，Bmax≤0.5Bsat，η≥ηo

表2列出了利用該設(shè)計程序得到的用于有源箝位正激變換器中的變壓器設(shè)計結(jié)果。該變換器的輸入電壓分別為48V和5V，額定功率為200W，工作頻率為200kHz，變壓器繞組的匝數(shù)比Np∶Ns=6∶2，采用每層只有一圈導(dǎo)體，磁心材料為MnZn鐵氧體。為減少高頻損耗和漏感，初次級繞組采用交錯布置方式，兩次級繞組先并聯(lián)后再將初級夾于中間。當(dāng)然為了充分保證變壓器工作的可靠性，在優(yōu)化程序的約束條件當(dāng)中還應(yīng)加上變壓器的允許溫升極限、導(dǎo)體的最大允許電流密度等。變壓器溫升的計算牽涉到變壓器熱力學(xué)模型建立問題，而傳統(tǒng)的變壓器熱力學(xué)經(jīng)驗?zāi)Ｐ筒灰欢ㄟm合于高頻低造型變壓器。這將在后續(xù)的工作中作深入研究。

表2高頻低造型變壓器設(shè)計結(jié)果

3.3影響磁心體積因素的進(jìn)一步探討

為了能得到較為滿意的高頻低造型變壓器設(shè)計，就必須對影響變壓器性能的因素及其影響程度有深刻的了解。鑒于此，作者利用上述設(shè)計程序，進(jìn)一步研究了磁心體積、磁心高度、頻率、效率等之間的關(guān)系。所采用的變換器拓?fù)浜?.3節(jié)中介紹的相同，變壓器繞組匝數(shù)比為6∶2。當(dāng)初級繞組被夾于兩并聯(lián)的次級繞組之間時，變壓器磁心最小體積與頻率的關(guān)系如圖15所示。磁心體積起初隨著頻率的提高而明顯減小，達(dá)到最小值后，反而隨著頻率的提高而增大。輸出功率越大，增大的速度越快。磁心體積隨著頻率的提高而增大有兩方面的原因，一是由于頻率提高時，趨膚效應(yīng)愈加厲害，因而為了達(dá)到相同的效率，就要求導(dǎo)體的寬度增寬以減小高頻損耗，這就使得磁心的橫向尺寸增大，體積也隨著增大；另一方面，磁心損耗跟頻率和磁心尺寸有關(guān)，頻率愈高，尺寸愈小，損耗就愈大，故頻率提高時為了保持損耗不變，就必須增大磁心的尺寸，體積自然也就增大。

圖15變壓器磁心最小體積與頻率的關(guān)系

??? 圖16為變壓器最小體積與效率曲線。顯然，效率高的變壓器體積也大，但兩者并不是呈線性關(guān)系。由圖可知，變壓器的效率并不是越大越好，因為當(dāng)效率很高時，體積很快地增大，最合適的效率應(yīng)取在曲線的膝點(diǎn)處。對于輸出功率為100W的變壓器，效率取98.5％較為合適。當(dāng)導(dǎo)體層數(shù)多時，導(dǎo)體的厚度并不是取一個趨膚深度或較之大的值才能提高效率和減小磁心體積。事實上，取一個趨膚深度作為導(dǎo)體的厚度時，不但磁心的體積較導(dǎo)體厚度取優(yōu)化值時（導(dǎo)體優(yōu)化厚度由優(yōu)化程序?qū)ふ覜Q定）的大，而且磁心高度也較大，見圖17各圖18。因為導(dǎo)體層數(shù)較多時，繞組的損耗會由于漏磁作用而更厲害，只有減小導(dǎo)體厚度并增大其橫向尺寸才能保證銅損不致于過高，因而磁心的體積也隨著增大。

4結(jié)論

　　本文介紹了低造型高頻磁性元件繞組設(shè)計制作方法，并給出了一種新的繞組設(shè)計制作方案。具體設(shè)計和測試結(jié)果表明，將采用這種新型繞組的磁性元件用于開關(guān)電源，不但功耗和溫升?。?50℃），而且使得整個電源模塊的體積和高度都減小。新的繞組設(shè)計制作方法還可以大大節(jié)省銅材料，因而很有實用性。本文還給出了用于高頻開關(guān)電源中的變壓器的優(yōu)化設(shè)計。與傳統(tǒng)設(shè)計方法不同的是，該設(shè)計算法考慮了高頻對銅耗和鐵損的影響，并且根據(jù)需要，可方便地調(diào)整變壓器的設(shè)計參數(shù)，如高度、底面積等，最終給出有效體積為最小磁心的結(jié)構(gòu)及繞組導(dǎo)體厚度等參數(shù)，可用于具體設(shè)計當(dāng)中。另外，還利用該設(shè)計程序，進(jìn)一步研究了磁心體積、磁心高度、頻率及效率等之間的關(guān)系。

圖16變壓器最小磁心體積與效率的關(guān)系

圖17導(dǎo)體厚度固定為一個趨膚深度和取代優(yōu)化值時的變

壓器最小磁心體積與頻率曲線比較

圖18導(dǎo)體厚度固定為一個趨膚深度和取代優(yōu)化值時的

變壓器磁心高度與頻率曲線比較

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