平面变压器的设计（翻译）（1）

本文翻译自Ferroxcube的应用指南‘Design of Plannar Power Transformer’，原文链接如下。

https://www.ferroxcube.com/en-global/download/download/134/

希望这个翻译能帮到想入门平面变压器设计的同道中人。

引言

平面变压器作为一个独立的器件，包含叠设计或者一个小的多层PCB，可应用在多层板的电源中。

平面变压器的重要特点有：

高度小

热特性极好

漏惑小

参数可复制性极好

根据测量，使用多层 PCB 为绕组的平面E型磁芯变压器的热阻比相同有效磁芯体积的传统绕线变压器显著的低（最多50%），这是因为它有更好的表面积-体积比。更好的散热能力使得平面变压器可以容纳更大的功率密度，同时使温升保持在可接受范围内。

本文展示了一个快速易操作的平面功率变压器的设计方法，并讨论了用此方法设计的变压器实例。试验条件证实了测量结果与预测的温升有很好的一致性。

设计步骤

1. 计算最大磁通密度

变压器中的铁损和铜损会导致温升，温升必须被限制在最大可允许温升内以避免损坏变压器或其他电路。在热平衡下，变压器总损耗 Ptrafo 与温升ΔT有关，可以用欧姆定律类比

式中Rth 代表变压器的热阻。Ptrafo 可以被理解为变压器的散热能力。

前人的工作证明了我们有可能直接建立变压器热阻与铁氧体磁芯有效体积的直接关系的经验公式。这个经验公式对于使用RM型和ETD型磁芯的绕线变压器有效，在平面E型变压器中也发现了类似的等式关系。

这个等式可以用来估算变压器的温升与磁芯的磁通密度的关系，由于平面变压器磁芯的绕线空间有限，我们建议将磁芯使用到最大允许的磁通密度。

我们假设变压器一半的损耗是磁芯损耗，我们可以将最大磁芯损耗密度Pcore作为变压器允许温升ΔT的函数。

磁芯中的损耗是频率（f，单位Hz）、最大磁通量密度（B，单位T）和温度（T，单位℃）的函数。磁芯损耗密度可以由下式估算。

在这个公式中Cm,x,y,ct0,ct1,ct2是通过损耗数据的曲线拟合求得的参数。这些参数跟随磁芯材料而变化。他们被构造成CT在100℃时为1。

在表1中列出了ferroxcube几款功率铁氧体材料的拟合参数数值。最大允许的Pcore可以通过式2算出，这个数字然后代入公式3，最大的允许磁通量密度Bpeak现在就可以算出。

表1

注：最大允许B值可以通过另一种方法求出。把公式3和拟合参数一起输入到电脑程序中，使得计算任意波形的损耗成为可能。这个方式的优点在于仿真实际的B值波形来计算损耗，这就可以在特定的应用中选择最优的铁氧体材料。

未完，见下篇，平面变压器的设计（翻译）（2）

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