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低损耗高效节能的平面变压器

来源: Standex-Meder
2018-05-08
类别:工业控制
eye 377
文章创建人 拍明

  军事和航空(Mil-Aero)电子设备通常要兼备微小型、轻型封装、高性能的特性,平面变压器在空间、重量上的优化设计使得它们在军事和航空领域的应用得到迅速增长。平面变压器除高集成度和轻重量外,还具有非常适用高频电路的理想功率密度,在给定的额定功率下,有着比传统绕线变压器更高的变压效率。因此,平面变压器是军事和航空至关重要的应用领域的理想选择。

  对于军事--航空的电源变压配件不宜采用更大的尺寸来获得更大的系统功率,“功率元件如何在规格上缩小尺寸,但仍能提供更高的功率”成为一个棘手的难题。世强代理的Standex-Meder公司研发的平面变压器产品采用大表面积的铁芯和扁平绕组解决方案来处理内部元件变压产生的热量,该设计成为小体积变压散热器的理想方案。平面部件体积更小运行应该更集热,由于它们的平坦和侧边开口的封装方式,内部组件可以通过吸走散热器的热量,引导周围的气流来帮助组件进行冷却,这样热量更容易向周围消散以达到快速冷却的效果,使组件正常运行并有效保证了变压器的使用寿命。同时,Standex-Meder制造商设计产品的散热效果符合商用和军用航空应用领域的严格标准。

Standex-Meder推出的满足航空和军事领域的平面变压器

  图1 Standex-Meder推出的满足航空和军事领域的平面变压器

  Standex-Meder公司在不增加重量的情况下提高平面集成技术,并使得变压效率得到显著提升,其转换效率可高达98%~99%左右。超紧凑型扁平结构设计,还具有低损耗高效节能的特点,非常适用于使用空间受到严格限制的场合。平面变压器具有较宽的工作频率范围,十分满足电流感测应用和功率转换的要求,成本价格相较同类产品降到最低,所以它们可以广泛应用在对成本比较注重的领域中,例如飞行中烹饪设备的电源航空配件。

  有效的电能管理系统在军用航空应用中越来越重要,Standex-Meder的平面变压器同时适用于的多电池充电和发电系统。当由变压器供电的设备规格变小时,需要更多的电力串联组合才能使设备正常工作,平面变压器电源系统可占用最小的空间提供稳定可靠的电压转换,且根据不同电流密度的需要选择组件,通过薄型表面贴装的方式以获得更高的功率,电能转换的损耗小,使得电能系统能够对设备进行合理的分配,节省军事或航空器珍贵有限的电能资源。

Standex-Meder推出的带散热的平面变压器外型结构.png

  图2 Standex-Meder推出的带散热的平面变压器外型结构

  Standex-Meder电子制造商可以有效降低生产成本和缩短交货时间,并努力为客户提供一些增值服务,帮助终端客户实现平面变压器的快速投入应用。Standex-Meder公司可为用户提供更大的结构组件,将平面变压器安装在框架上固定或将支架和其他部件添加到变压器的组件上,能够显著减少组装的时间,在降低人力成本的同时还节省了安装时间。小型低成本封装的高性能需求推动了Standex-Meder公司平面变压器设计的技术革新,为用户提供最佳性能的优质产品。

  Standex-Meder平面变压器的特点及优势:

  · 高到低的外型分布,高度集成;

  · 内部包括低漏电感,容积效率高(小尺寸);

  · 低圈数可改善铜丝的消耗;

  · 优化的核心横截面极大地降低了磁芯的损耗;

  · 采用较大的核心表面分布以促进热传导,良好的热管理系统;

  · 低损耗的电路集成分布,采用可靠的PCB结构;

  · 采用交流电阻使得铜损耗最小化,高电流密度;

  · 参数可重复性好,绕组结构固定、容易预先加工参数稳定;

  · 模块体积小,变压效率高,间接要求模块的热损耗小;

  · 工作温度范围宽广,适应在极端条件下正常工作;

  · 快速自定义转换,通常没有启动或加工成本;

  · 具有良好的可焊性(无铅或含铅锡材);

  · 可选安装方式和端子设计。

  Standex-Meder平面变压器的应用领域:

  · 军事和航空中开关电源的应用

  · 汽车、家电、测量仪器的电源系统

  · 工业电源、可再生能源系统、隔离变换器

  · 电子组装设备的电源

  · 高电流POL变换器

  · 电动和混合动力汽车

  · 医疗设备电源

  平面变压器是一种具有高频,低造型,高度很小而工作频率很高等特点的仪器。

  平面磁芯开发成功,可实现平面化的变压器设计。由于平面变压器要求磁芯、绕组是平面结构,所以应该采用多层PCB绕组。现在,已有许多公司开发出了平面变压器,Pulse公司开发出了平面磁性元件,以色列佩顿公司 Payton已开发了Planetics平面变压器,功率由5W到20KW、频率自20KHz到2MHz,效率通常可达98%,是电信、电焊机、计算机和外设、网络、医疗电子、工业控制、安全系统和电子设备的理想选择。

  平面变压器的特点是高频,低造型,高度很小而工作频率很高。

  变压器是电源中的一个关键元件。传统的变压器通常由铁氧体磁芯及铜线圈构成,体积庞大而且容易产生电磁干扰。平面变压器(Planar Transformer)可有效地解决体积及高频问题。

  平面变压器与传统的变压器相比最大的区别在于铁芯及线圈绕组。平面变压器采用小尺寸的E型、RM型或环型铁氧体磁芯,通常是由高频功率铁氧体材料制成,在高频下有较低的磁芯损耗;绕组采用多层印刷电路板迭绕而成,绕组或铜片迭在平面的高频铁芯上构成变压器的磁回路。这种设计有低的直流铜阻、低的漏感和分布电容,可满足谐振电路的设计要求。而且由于磁芯良好的磁屏蔽,可抑制射频干扰。

  平面变压器与常规变压器相比,磁芯尺寸大幅度缩小,特别是高度缩小最大。这一特色对电源设备中在空间受到严格限制的场合下具有相当大的吸引力,从而可成为许多电源设备中首选的磁性元件。平面变压器结构上的优势,也为它的电气特性带来了许多优点:功率密度高,效率高,漏感低,散热性好,成本低等。

  (1)除了合理布局和控制电路采用了表面贴工艺来节省空间外,还采取了更有效的措施来避免传统体积较大的高频功率变压器占用有限的空间。

  (2) 工作环境温度高。相对于其它整流模块 -25 ℃ ~ +50 ℃ 的工作环境,

  该模块能工作在 -25 ℃ ~ +70 ℃ 的环境中,以满足一些恶劣条件的需求。因此,正常工作时,模块内部温升会更加高,要求变压器能承受高温。

  (3) 该模块的EMI、杂音等指标要求高。要求有切实的措施来改进这些方面。

  (4) 模块体积小,效率高,间接要求模块的热损耗小。

  鉴于以上的几点要求,结合平面变压器的优点,在变压器设计方案中优先考虑采用平面变压器。在结构体积很小的情况下,平面变压器的电流密度高,漏抗小,非常适合低电压大电流的开关电源。应该注意的是,由于常规变压器都是将圆柱形导线缠绕在铁氧体磁芯上,高频电流集中在导线表面的附近(趋肤效应),会降低有效传导性能。而在平面型变压器里,其“绕组”是做在敷铜印制电路板上的扁平传导导线。扁平的几何形状降低了开关频率较高时趋肤效应的损耗。因此,能最有效地利用铜导体的表面导电性能,效率要比传统的高。

责任编辑:Davia

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