平面变压器的设计

1.什么是平面变压器

1.1 原理

平面变压器的类型有多种，这里主要是介绍PCB式的平面变压器，指的是PCB上放置线圈，再将磁芯嵌入到pcb中，这里省去了骨架。
PCB平面变压器有两种，单独的平面变压器和集成到PCB板的变压器。
单独的平面变压器。

集成平面变压器

1.2 优缺点

优点如下：

• 体积小，功率密度大
• 磁路短，热传导距离短，磁表面积大，散热好
• PCB做的绕组，所以集肤效应小，允许载流密度高，能达到20A/mm左右。
• 漏感小

缺点如下：

• 窗口小，利用率仅为0.25-0.3
• 变压器匝数少，磁通大，容易饱和，不适合于反激
• 由于层与层之间距离小，所以分布电容较大
• 不适用于大电流的场合，否则窗口面积小
• 磁通分布不平衡，导致有的地方温度高，所以容易损坏变压器

2. 设计原则

2.1 计算过程

以正激变压器为例说明。
（1）计算变压器匝比。
计算方法同绕线式变压器，根据拓扑和原副边电压，目标占空比，得出变压器匝比。
（2）确定最大温升下的磁芯损耗
根据经验，选择铁芯形状，核算磁芯损耗。

（3）计算最大的磁通
根据磁损（根据单位体积的温升计算）算最大磁通，ct0，ct1，ct2是磁芯的参数，可以找磁芯厂家的资料。


（4）确定匝数。
跟绕线式的一样，利用输入电压，占空比，频率等计算。
（5）计算绕组敷铜宽度
平面变压器的PCB层数，可以根据绕组分布来，若绕组分布如下面所示，则可采用6层PCB，层与层之间填充绝缘。绝缘厚度0.2mm，铺铜厚度70um或者35um。

根据下面的式子计算每一层的走线宽度，其中bw为窗口宽度，可以根据磁芯获得；s是每匝绕组的间隙，可设为0.2mm，N是每层绕组的匝数。

其他说明：
其实平面变压器的设计与普通变压器的设计过程是一样的，只不过导线选择时，换为PCB里的走线。磁芯大小的选择，匝比，匝数的选择都一样，在计算PCB走线宽度时，用（2）中的公式。

3. 注意事项

1、pcb板材的铜箔厚度；
一般为1oz或者2oz。
2、 层间的绝缘间隙高度；
要么原副边加阻焊层50um，要么400um的绝缘距离，原边与原边、副边与副边200um。
3.绕组的结构
有串联和并联两种，如下图所示。

4.变压器的磁芯
平面变压器一般采用高频功率铁氧体软磁材料制成的 E型、EC、ETD和EER型磁芯、RM型等磁芯。

参考文献
《design of planar power transformers》
《开关电源变压器的优化与设计》