“沉研闭戊”通过精心收集，向本站投稿了5篇高频电源变压器磁芯的设计原理，下面是小编帮大家整理后的高频电源变压器磁芯的设计原理，希望对大家带来帮助，欢迎大家分享。
篇1：高频电源变压器磁芯的设计原理
摘要：开关电源正向高频化发展，作为主变压器使用的软磁铁氧体磁芯，从材料性能、尺寸形状等均应作相应改进。本文讨论了磁芯设计中应考虑的通过功率、性能因子、热阻系数等参数，并提出了降低材料高频损耗的微观设计方法。 1．引言
电子信息产业的迅速发展，对高频开关式电源不断提出新的要求。据报导，全球开关电源市场规模已超过100亿美元。通信、计算机和消费电子是开关电源的三大主力市场。庞大的开关电源市场主要由AC/DC和DC/DC开关电源两部分组成。据预测，AC/DC开关电源全球销售收入将从的91亿美元增加到的122亿美元，年平均增长率为5.9%。低功率的AC/DC（0～300W）将面向增长平衡的消费电子和计算机市场；大功率的AC/DC电源（750～1500W）将面向增长强劲的电信市场。DC/DC电源约占整个开关电源市场的30%，但计算机与通信技术的快速融合，带动了DC/DC模块式电源的迅速增长，预计今后几年，DC/DC电源模块增长速度将超过AC/DC电源，如有人估计，中国今后五年，DC/DC电源模块市场年增长将达15%，增长主要是在电信部门。开关式电源技术发展趋势是高密度、高效率、低噪声，以及表面贴装化。无论是AC/DC或 DC/DC电源，除了功率晶体管外，由软磁铁氧体磁芯制成的主变压器、扼流圈及其它电感器（如抗噪声滤波器）是极重要的元件，其磁性能和尺寸直接关系到电源的转换效率和功率密度等。在变压器设计中，主要包括绕组设计和磁芯设计。本文拟重点讨论涉及主要变压器磁芯设计中应考虑的通过功率、性能因子、热阻等参数，并对降低磁芯总损耗提出了材料微观设计应考虑的方法。 2．电源变压器磁芯性能要求及材料分类
为了满足开关电源提高效率和减小尺寸重量的要求，需要一种高磁通密度和高频低损耗的变压器磁芯。虽然有高性能的非晶态软磁合金竞争，但从性能价格比考虑，软磁铁氧体材料仍是最佳的选择；特别在100kHz到1MHz的高频领域，新的低损耗的高频功率铁氧体材料，更有其独特的优势。为了最大程度地利用磁芯，对于较大功率运行条件下的软磁铁氧体材料，在高温工作范围（如80～100℃），应是有以下最主要的磁特性：
（1）高的饱和磁通密度或高的原振幅磁导率。这样变压器磁芯在规定频率下允许有一个大的磁通偏移，其结果可减少匝数；这也有利于铁氧体的高频应用，因为截止频率正比于饱和磁化。 （2）在工作频率范围有低的磁芯总损耗。在给定温升条件下，低的磁芯损耗将允许有高的通过功率。
附带的要求则还有高的居里点，高的电阻率，良好的机械强度等。
新发布的“软磁铁氧体材料分类”行业标准（等同IEC1332-1995），将高磁通密度应用的功率铁氧体材料分为五类，见表1。每类铁氧体材料除了对振幅磁导率和功率损耗提出要求外，还提出了“性能因子”参数（该参数将在下面进一步叙述）。从PW1～PW5类别，其适用工作频率是逐步提高的，如PW1材料，适用频率为15～100kHz，主要应用于回扫变压器磁芯；PW2材料，适用频率为25～200kHz，主要应用于开关电源变压器磁芯；PW3材料，适用频率为100～300kHz；PW4材料，适用频率为300kHz～1MHz；PW5材料，适用频率为1～3MHz。现在国内已能生产相当于PW1～PW3材料，PW4材料只能小量试生产，PW5材料尚有待开发。 3．变压器可传输功率
众所周知，变压器的可传输出功率正比于工作频率f，最大可允许磁通Bmax，（或可允许磁
能偏移ΔB）和磁路截面积Ae，并表示为：
Pth=CfBmaxAeWd (1)
式中，C与开关电源电路工作型式有关的系数（如推挽式C=1；正向变换器C=0.71；反向变换器C=0.61）Wd绕组设计参数（包含电流密度S，占空因子fcu，绕组截面积AN等）。
表1 功率铁氧体材料分类
注：1）fmax是该类材料适用的'最高频率。 2）B是该类材料适用的磁通密度。
3）μa100℃的振幅磁导率，B和f见表1。 4）功率损耗在100℃测量，B和f见表1。 5）是25℃初始磁导率。
这里，我们重点讨论（fBmaxAe）参数（暂不讨论绕组设计参数Wd）。增大磁芯尺寸（增大Ae）可提高变压器通过功率，但当前开关电源的目标是在给定通过功率下要减小尺寸和重量。假定固定温升，对一个给定尺寸的磁芯，通过功率近似正比于频率。图1示出变压器可传输功率Pth与频率f的关系。提高开关频率除了要应用快速晶体管以外，还受其它电路影响所限制，如电压和电流的快速改变，在开关电路中产生扩大的谐波谱线，造成无线电频率干扰，电源的辐射。对变压器磁芯来说，提高工作频率则要求改进高频磁芯损耗。图1中N67材料（西门子公司）比N27材料有更低的磁芯损耗，允许更大的磁通密度偏移ΔB，因而变压器可传输更大的功率。磁芯总损耗PL与工作频率f及工作磁通B的关系由下式表示： PL = KfmBnVe(W) （2）
这里，n是steinmetz指数，对功率铁氧体来说，典型值是2.5。指数m=1～1.3，当磁损耗单
纯地由磁滞损耗引起时，m=1; 当f=10～100kHz时，m=1.3, 当f>100kHz时，m将随频率增高而增长，见图2，这个额外损耗是由于涡流损耗或剩余损耗引起的。很明显，对于高频运行的铁氧体材料，要努力减小m值。 4．工作磁通密度
变压器工作磁通密度（可允许磁通密度偏移）受两方面限制：首先要受磁芯损耗引起的可允许温升ΔθFe的限制；另一方面，也受铁氧体材料饱和磁通密度值的限制。
对单端正向型变换器，工作磁通密度ΔB=Bm-Br；对推挽式变换器，工作磁通密度ΔB=2Bm。 根据公式（2），当工作磁通密度提高时，磁芯损耗将以2.5次方比例上升，从而造成变压器温升，因此设计的工作磁通密度首先受磁芯温升值限制，其关系式为：
ΔB=CB
（3）
这里，常数CB与指数n是与磁芯材料有关的系数；Ve为有效体积；Rth为热阻。
当计算出的磁通密度值较高时，ΔB还受磁芯材料可允许磁通密度偏移 ΔBadm（此值与材料高温下Bs值相对应）所限制。
在这里，必须注意对不等截面磁芯（如E型磁芯），在最小横截面Amin处有较高的磁通密度。为避免磁芯饱和，还必须按下式计算：
ΔB=ΔBadm・ (4)
由等式（3）（4）所得到的最小磁感应偏移值，即为可允许的变压器工作磁通密度值。 5．材料性能因子
铁氧体磁芯制成的变压器，其通过功率直接正比于工作频率f和最大可允许磁通密度Bmax的乘积（见公式1）。很明显，对传输相同功率来说，高的（fBmax）乘积允许小的磁芯体积；反之，相同磁芯尺寸的变压器，采用高（fBmax）乘积的铁氧体材料，可传输更大的功率。我们将此乘积称为“性能因子”，这是与铁氧体材料有关的参数，良好的高频功率铁氧体显示出高的（fBmax）值。图3示出德国西门子公司几种铁氧体材料性能因子（PF）与频率关系，功率损耗密度定为
3
300mW/cm（100℃），可用来度量可能的通过功率。可以看到，经改进过的H49i材料在900kHz时达到最大的（fBmax）乘积为37000H2T，比原来生产的H49材料有更高的值，而N59材料则可使用到f=1MHz以上频率。
改进“性能因子”可从降低材料高频损耗着手，已发现性能因子最大值的频率与材料晶粒尺寸d、交流电阻率ρ有关，考虑到涡流损耗与d2/ρ之间的关系，两者结果是相一致的，见图4。 6．热阻
为了得到最佳的功率传输，变压器温升通常分割为二个相等的部分：磁芯损耗引起的温升ΔθFe和铜损引起的温升ΔθCu。关于磁芯总损耗与温升的关系如图5所示。对相同尺寸的磁芯（RM14磁芯），采用不同的铁氧体材料（热阻系数不同），其温升值是不同的，其中N67材料有
比其它材料更低的热阻。于是，磁芯温升与磁芯总损耗的关系可用下式表示： ΔθFe=Rth・RFe （5）
式中，Rth即为热阻，定义为每瓦特总消散时规定热点处的温升（k/W）。铁氧体材料的热传导系数，磁芯尺寸及开关对热阻有影响，并可用下述经验公式来表示：
Rth=) (6)
式中，S：磁芯表面积；d:磁芯尺寸；α：表面热传导系数；λ：磁芯内部热传导系数。 由上式可见，对电源变压器用的铁氧体材料，必须具有低的功率损耗和高的热传导系数。实际测量表明，图5所示的N67材料显示高的热导性。从微观结构考虑，高的烧结密度，均匀的晶粒结构，以及晶界里有足够的Ca浓度，将是有高的热导性。从磁芯尺寸形状考虑，较大磁芯尺寸给出低的热阻，其中ETD磁芯具有优良的热阻特性，见图6；另外无中心孔的RM磁芯（RM14A）显示出比有中心孔磁芯（RM14B）更低的热阻。
对高频电源变压器磁芯，磁芯设计时应尽量增加暴露表面，如扩大背部和外翼，或制成宽而薄的形状（如低矮形RM磁芯，PQ型磁芯等），，均可降低热阻提高通过功率。 7．磁芯总损耗
软磁铁氧体磁芯总损耗通常细分为三种类型：磁滞损耗Ph、涡流损耗Pe和剩余损耗Pr。每种损耗贡献的频率范围是不同的，磁滞损耗正比于直流磁滞回线的面积，并与频率成线性关系，即 Ph=f∮BdH （7）
这里，∮BdH等于最大磁通B下测得的直流磁滞回线的等值能。对于工作在频率100khz以下的功率铁氧体磁芯，降低磁滞损耗是最重要的。为获得低损耗，要选择铁氧体成分具有最小矫顽力Hc和最小各向异性常数K，理想情况是各向异性补偿点（即K≈0）位于变压器工作温度（约80～100℃）。另外，此成分应有低的磁致伸缩常数λ，工艺上要避免内外应力和夹杂物。采用大而均匀晶粒是有利的，因为Hc∞D-1(D是晶粒尺寸)。
关于涡流损耗Pe可用下式表示： Pe=Cef2B2/ρ （8）
这里，Ce是尺寸常数，ρ是在测量频率f时的电阻率。
随着开关电源小型化和工作频率的提高，由于Pe∞f2，因而降低涡流损耗对高频电源变压器更为重要。随着频率提高，涡流损耗在总损耗中所占比例逐步增大，当工作频率达200～500kHz时，涡流损耗常常已占支配地位。从图7所示R2KB1材料磁芯总损耗（包括磁滞和涡流损耗）与频率关系实测曲线，可得到证明。减小涡流损耗主要是提高多晶铁氧体的电阻率。从材料微观结构考虑，应用均匀的小晶粒，以及同电阻的晶界和晶粒；因为小晶粒具有最大晶界表面而增大电阻率，而附加CaO+SiO2，或者Nb2O5、ZrO2和Ta2O5匀对增高电阻率有益。
最近发现，当电源变压器磁芯工作达MHz频段时，剩余损耗已占支配地位，采用细晶粒铁氧体已成功地缩小了此损耗的贡献。对MnZn铁氧体来说，在MHz频率出现铁磁谐振，形成了铁氧体的损耗。最近有人提出，当铁氧体的磁导率μi随晶粒尺寸减小而降低时，Snoek定律仍是有效的，也就是说，细晶粒材料显示出高的谐振频率，因此可用于更高频率。另外，对晶粒尺寸减小到纳米级的铁氧体材料研究表明，在此频段还应考虑晶粒内畴壁损耗。
图1 ETD磁性可传输功率Pth与频率关
系
(Siemens)-N67......N27
图2 磁损与频率关系
图3 材料性能因子与频率关系
(Siemens)
(100°C,功耗300mW/cm3
)
图4 性能因子最大值频率与d2/ρ
之间关系
热平衡时总损耗PL(W)
图5 不同铁氧体材料的RM14磁芯温
图6 不同磁芯形状、尺寸、重量
升与功率损耗关系(Siemens) (环境
与变压器热阻关系
温度23°C)
篇2：高频平板变压器的原理与设计
新加坡南洋理工大学叶虹
西安交通大学叶治政
(南洋道639798)(西安710049)
摘要：运行在高频的常规变换变压器存在着漏电感大，匝间电容量大，趋肤效应、邻近效应严重，磁芯有局部过热点等问题。一种新型变压器，高频平板变压器已开发出来，它能减小漏电感和匝间电容，能消除常规变压器存在的磁芯局部过热点，能使趋肤效应、邻近效应等问题得以改善，它具有很高的功率密度、很高的效率、很低的电磁干扰和简易价廉等优点。 关键词：平板变压器原边电感漏感趋肤效应邻近效应
Principle and Design of High Frequency Flat Transformer
Abstract:While operating in high frequency, conventional transformers have many problems such as large leakage inductance and great inter? winding capacitance, skin and proximity effects and the single hot spot at the center of the core. A new type transformer, high frequency flat transformer, has been developed. This kind of transformers can eliminate the single hot spot effectively and greatly reduce the leakage inductance and inter? winding capacitance. The problems of skin effect and proximity effect have also been improved. It possesses many advantages including the high power transfer efficiency, high power density, cheap topology in simple structure and low electromagnetic interference.
Keywords: Flat Transformer， Primary inductance， Leakage inductance， Skin effect， Proximity effect
图法分类号：TM433文献标识码：A文章编号：0219?2713(2000)08?416?05 1引言
变压器一直是电源设备和装置，缩小体积、提高功率密度、实现模块化的一只拦路虎。虽然高频变换技术引入电源后，可以甩掉体积庞大的工频变压器，但还需使用铁氧体磁芯的高频变压器。铁氧体磁芯高频变压器的体积虽比工频变压器小，但离开模块化的要求还相差很远。它不但体积还嫌大，而且它的发热量，漏电感都不小。因此近几年来，许多专家、学者、工程师一直在研究解决这个问题的办法。高频平板变压器的研制开发成功，就使变压器技术发生一个飞跃。它不但能使变压器的体积缩小很多，而且还能使变压器内部的温升很低、漏电感很小，效率可做到99.6％，成本比一般同功率的变压器低一半。它可用于单端正、反激，半桥，全桥和推挽变换器中作AC/DC和DC/DC变换器用。它对低电压、大电流的变换器特别适用。所以用它来做当代计算机电源特别合适。
2运行在高频情况下常规变换变压器存在的问题
（1）漏电感（简称漏感）
理想的变压器（完全耦合的变压器）原边绕组产生的磁通应全部穿过副边绕组，没有任何损失和泄漏。但实际上常规的变换变压器不可能实现没有任何损失和泄漏。原边绕组产生的磁通不可能全部穿过副边绕组。非耦合部分磁通就在绕组或导体中有它自己的电感，存贮在这个“电感”中的能量不和主功率变压器电路相耦合。这种电感我们称之为“漏感”。理想变换器对绝缘的要求和为了要得到很低的电磁干扰（EMI）而需要很紧的电磁耦合以减小漏感的要求，是相互矛盾的。
当变压器不通电（转向脱离电源或开关处于关断期间）时，漏感存贮的能量要释放出来形成明显的噪音。在示波器上能看到此噪音的高频尖峰脉冲波形。高频尖峰脉冲波形的幅值Uspike和漏感Lleak与电流相对时间变化率的乘积成正比。即：
|Uspike|=Lleakdi/dt(1)
当工作频率升高，电流相对时间的变化率也就增加。漏感的影响将更严重。漏感的影响和变换器的.开关速度成正比。漏感产生过高的尖峰脉冲会损坏变换
图1常规变换变压器和平板变压器示意图
(a)常规变换变压器(b)平板变压器
器中的功率器件并形成明显的电磁干扰（EMI）。为了降低漏感产生的尖峰脉冲幅值Uspike，而在变换器电路中必须加入缓冲网络。但缓冲网络的加入，会增大变换器电路的损耗。使变换器电路随工作频率提高，损耗增加，效率降低。
（2）绕组间电容
当变压器的绕组是多层绕组时，则顶层绕组和底层绕组之间就有电位差。两个导体之间有电位差，就存在电容。这个电容就称为“绕组间电容”。当工作在高频时，这个电容会以惊人的速率进行充电和放电。电容充电和放电过程中会产生损耗。在给定的时间内，它充电和放电的次数愈多，损耗就愈大。
(3)趋肤效应（见前面黄健聪文章）
(4)邻近效应（见前面黄健聪文章）
（5）局部过热点
常规的变换变压器工作在高频时，其磁芯中部会有局部过热点。因此，为了减小热效应，常规变换变压器的工作频率提高时，就必须相应地减小其磁通密度，增大其体积。这就使得无法用它去做高功率密度的电源。
对于低输出电压理想型变换器来说，它的降压比是很高的。用常规变换变压器时，通常1匝输出绕组，大约需要32匝原边绕组。这样，原边绕组就需多层布置，因而漏感和绕组间电容大、趋肤效应和邻近效应严重等不利因素在变换变压器中都存在。
3常规变换变压器和平板变压器比较
常规变换变压器通常是由单磁芯多原边绕组组成，而平板变压器是由单匝（或几匝）原边绕组和多磁芯组成。这些磁芯都装有单匝的副边绕组并封装成模块，如图1所示。
（1）常规变换变压器由于它的原边绕组匝数多，所以漏感比较大，而平板变压器单匝（或几匝）原边绕组和单匝的副边绕组耦合很紧，所以漏感很小。30A平板变压器的漏感仅2.0nH。所以把它用在快速开关电路中时，不但损耗很小，而且还能减轻电路中其它部件承受的应力。
（2）平板变压器的频率特性比常规变换变压器好。平板变压器可工作在（100～500）kHz频率之间。（3）平板变压器能直接紧贴底板固定，所以它的散热条件很好。这种专用变压器是一种体积很小而又具有很大表面积的元件。所以它不存在局部过热点的问题。
（4）因为平板变压器能改善热耗散问题。所以它能实现高磁通密度，并能采用紧封装来实现高功率密度。而常规变换变压器是无法和它相比拟的。150W的平板变压器模块，它的体积为
5.38(长)×1.60（宽）×1.17（高）立方厘米。
（5）平板变压器技术能大幅度减小变压器的生产成本和销售价格。能使生产成本和销售价格降低50％。因为它能减轻电路中其它部件承受的应力，所以变换器电路中其它部件可采用低功率器件。由于平板变压器的散热条件很好，所以它可用很小的散热器。再加上变压器模块批量化生产后，其价格将会降低更多。
（6）平板变压器的可靠性比常规变压器高。在平板变压器中，即使有一磁芯损坏，平板变压器中其余磁芯和并连的导线仍能正常工作，而常规变换变压器只要有一处损坏，整个变压器就无法正常工作。
目前平板变压器模块产品的功率有150W，300W，450W，750W，900W和1500W。
4平板变压器内部结构及其电感的测量和计算方法
以上叙及用作变换变压器的平板变压器由若干个铁氧磁芯做成。2个磁芯做变压器，1个磁芯做电感。3个磁芯构成1个变压器/电感模块。许多模块可以连接在一起组成平板方阵变压器。采用这种结构的平板变压器能解决变换变压器工作在高频时，其磁芯中部的局部过热点问题。 1只变压器模块包含2只铁氧体磁芯。变压器模块由1付正方形铁氧磁芯组装而成，2只铁氧磁芯用环氧树脂粘接在一起，如图2（b）所示。1付绕组镶入每个磁芯内部，粘接在磁芯内表面和输出端的拐角处，如图2（a）所示。当绕组通过磁芯后，接着旋转180°往回绕。所以每一绕组的“始端”和“末端”都在磁芯的对向角落上。1只相似尺寸的电感加在模块内部变压器部分的中心抽头上。其突出的焊片接滤波电容器。有关这种变压器和磁芯的细节见参考文献。
变压器副边绕组的端子直接和共阴极肖特基整流器TO－228连接。这样可以节省用户在变压器副
图2平板变压器的外形图
(a)带有简单螺旋绕组的磁芯(b)双磁芯粘接在一起的模块
图3模块内部电路的原理图
图4两磁芯模块FTI/CTI－Xx2A－1B/2B/3B（匝比4:1）
边绕组上进行抽头等组装工作量。加上肖特基整流器导通时的正向压降很低，所以整个电路的效率可做得很高。穿过变压器的原边绕组是后来加上的。变压器的等效变换率由模块数Ne和原边绕组匝数Np乘积和1的比率来决定，即变换率是：（Ne×Np）：1。高的变换率可以通过增加原边绕组匝数或增加模块数来获得。
平板变压器可以使电源模块化，它在分布式电源中应用，其特点是其它变压器无法和它比拟的。在市场上，它是大家公认的最小外形和允许用于最高电流密度的一种变压器。
模块内部电路的原理图如图3所示。在图中电感是接在变压器次级绕组的中心抽头和输出端之间，这样安排是为了节省组装的工作量。
每一模块漏感的最大值仅有4nH。漏感测量是用5块，其整流器的输出端被铜条短接，原边绕组为3匝的模块进行测量。这时测得的漏感是0.18μH。因为变压器原边电感等于1只模块的漏感和模块数及原边匝数平方的乘积。它的数学表达式为：
Lp=Lmod×Ne×Np2（3）
式中Lp――变压器原边电感；
Lmod――1匝穿过1个模块的漏感；
Ne――模块数；
Np――原边匝数。
公式（3）给出的原边电感是当副边开路时测得的电感；而给出的漏感是当副边短路时测得的电感。
5块具有3匝原边绕组的半桥平板变压器，它的变换比是9：1，代入上面数据可得：0.18μH=Lmod×5×9，因此1个模块（2只方块磁芯）的漏感是：
Lmod=0.18μH/(5×9)=180nH/45=4nH
对于具有2匝原边绕组的5个模块，其漏感可用公式（3）进行计算：
Lleak=Lmod×Ne×Np2(输出端应短路)
=4×5×22=80（nH）
因为它原边的匝数很少，所以它的邻近效应是最小的。
磁路设计人员所关心的变压器磁芯（双磁芯组合）尺寸如下：
磁芯面积：0.68cm2；
磁路长度：2.8cm；
磁芯体积：2.0cm3。
模块（双磁芯组合）中变压器单元电感的技术条件是：每一模块每一正方形匝的电感最小值为10.0μH；漏感最大值为4nH。滤波电感单元和变压器单元大小相似，也是3匝。允许通过电流的大小通常由外接整流器电流的额定值来决定。在30A时，滤波电感技术条件规定其电感最小值是2μH。
5平板变压器原边绕组的图样和模块选择步骤
平板变压器原边绕组的图样如图4（匝比4：1），图5（匝比8：1）所示。
FTI模块选择步骤：
（1）决定功率等级，输出电压和电流。例如：功率=750W，输出电压=5V，输出电流=150A；
（2）决定要求的匝比，例如：8：1；
（3）选择模块类型，即由输出电压决定选FTI－12X2A－XX或FTI－12X4A－XX。当输出电压在0～15V之间，用FTI－12X2A系列（2xfmr磁芯）；当输出电压在16V～30V之间，用FTI－12X4A系列（4xfmr磁芯）。对于更高电压，可按此比例增加磁芯数，如输出电压高到45V，就需用6磁芯模块，而对于60V输出电压，就需用8磁芯模块。
（4）按照功率等级和匝比来选定所需的模块数。
例如：功率=600W，匝比n=8：1，输出电压UO=5V，输出电流IO=150A，需选FTI－12X2A－1B或FTI－12X2A－5B的5个模块。
（5）按照下面的公式计算原边绕组匝数
M×N=n（4）
式中M――模块数；
N――穿过模块的原边绕组匝数。
在本例中，M=5和匝比n=10，因此N=10/5=2匝。
（6）由原边绕组电流来计算和选定导线尺寸。对平板变压器来说，1A电流只需大约0.025mm2的导线就可以了（对常规变压器来说，1安电流需0.25mm2的导线）。当然，导线尺寸选大一点，可减小铜耗，使变压器效率高一点。在本例中，功率为750W，输出电压为5V，半桥电路结构，匝比n=10：1，加到变压器上的交流输入电压近似为150V。通过原边绕组的电流是750/150=5A，用1.25mm2导线就可以了。
（7）选择合适的绝缘导线。电气绝缘推荐采用聚四氟乙烯外皮的导线或三重绝缘导线。FTI系列模块的原边和副边绕组之间垫有聚四氟乙烯衬垫。采用聚四氟乙烯外皮的导线和在原边和副边绕组之间垫上聚四氟乙烯衬垫就能使其击穿电压超出40000V。
6平板变压器的编号含义
平板变压器的两种编号及其所表示的内容如图6（a）(FTI)及(b)(CTI)所示。说明如下：
（1）在CTI系列中，如需要中心抽头，可选匝比一项中有“C”字的。例如3C=3＋3表示匝比为3：1的中心抽头。
（2）在CTI系列中，变压器的原副边绕组和电感都按标准做在模块中。而FTI系列，其变压器的原边绕组没有安装。使用时，用户可按所需的匝比自行绕制。因为原边绕组是标准的而且匝数又非常地少，所以绕制原边绕组的方法是非常简单的。原边绕组要穿过所有模块，并用足够的匝数去获得所需的匝比。
7结语
通过上述计算和分析可得出高频平板变压器的特点有：
（1）电流分配
典型的平板变压器副边绕组有若干个并联的线圈。每一个副边绕组都和同一个原边绕组相耦合。所以，副边绕组电流产生的安匝数和原边绕组产生的安匝数相等（忽略励磁电流）。这种特性对并联整流电路特别有用。绕组电流分配均等，在并联整流电路中就不需要均流电阻或加其它元件。
（2）很高的电流密度
平板变压器有极好的温升特性设计。因为这些特性，所以它能在很小的封装内达到很高的电流密度。
（3）高效率
调节漏电感，使它能具有很快的开关时间，很低的交叉损耗，就能使它达到很高的效率。这种变压器副边绕组和原边绕组之间的匝间传导损耗是很小的。
（4）高功率密度
因为平板变压器元件的尺寸很小，它具有极好的温度耗散特性，所以能和有关的半导体器件和电感紧密地封装在一起，实现高功率密度。它的电流密度可做到30A/模块。
图5四磁芯模块FTI/CTI－Xx4A－1B/2B/3B(匝比8：1)
图6平板变压器的两种编号及其所示的内容
（5）低成本
整个变压器是由少量有关的廉价元件组成，加上组装又很方便，所以变压器的成本是很低的。
（6）节省和它连接的部件成本
由于它的漏电感很小，开关损耗很低，加在和它相连接部件上的应力减少。因此和它连接的部件能使用成本较低的低功率定额的部件。
（7）极好的热耗散特性
平板变压器是具有高表面积体积比、很短的热通道的小元件。有利于散热。原边和副边绕组之间的匝间损耗很小。这种磁芯特有的几何外形能有效地减小磁芯损耗。所以它能做到高磁通密度。它可在－40℃?130℃之间工作。
（8）低的泄漏电感
绕组和绕组之间的良好耦合，就能使绕组匝间的漏电感保持在最小值。输出端到辅助部件的连线很短而且是紧装配，所以绕组相互之间连线上的漏电感也是最小的。
（9）极好的高频特性
在这之前，当变压器运行在高频时会使开关损耗增大和使变压器过热。平板变压器的出现，使这些问题得以解决。平板变压器能设计为高频变压器，提供一种既经济又好的变压器模块。它可工作在100kHz～500kHz之间。
（10）结构简单
平板变压器是由少量部件和最少的绕组构成的，这种模块在自动化装配中特别适用。
（11）外形低
在平板变压器中所用的磁芯是很小的，并能排列在平板的表面上。每一磁芯单元外形在8mm～25mm范围内。
（12）绝缘强度高
平板变压器很容易按要求的绝缘层数、厚度进行绝缘。能按客户对漏电距离的要求进行介电绝缘。原边和副边绕组之间的耐压大于40000V。
篇3：移动通信终端电源管理设计原理
锂离子电源管理的设计主要是针对锂离子电池的特性来进行的。锂离子电池的安全性能及供电性能主要体现在其充放电参数的控制上。图1为锂电池电源管理原理图。该图由控制芯片和外围电路组成。接下来，我们就图1从锂电池放电、充电两个方面来探讨如何实现锂电池的管理。
1.1 放电工作原理
电池过放可能会给电池带来灾难性的后果，特别是大电流过放或反复过放，对电池的影响更大。一般而言，过放电会使电池内压升高，正负极活性物质的可逆性受到破坏，即使充电也只能部分恢复，容量会有明显衰减。锂离子电源管理电路的功能之一就是为了保护锂电池不至于过放。
图1
锂电池的正常工作电压为2.575～4.2V。当电池电压在此范围内，管理电路将MOSFET管S4打开，在电池(CELL)电压与BATT＋之间建立低阻通道，有利于电流从电池流向手机负载。在此情况下，过放就体现为输出电流过大。在整个输出过程中，电源管理电路不断地检测从电池输出到负载的电流。当电池输出电流超过通常的保护值3.5A的时候，手机短路保护电路开始工作，关闭S4，切断电池与BATT＋的连接。
当电池持续放电到电池电压低于文献[1]规定的放电终止电压2.375V以下时，则属于电压过放。此时，图1中的手机低电压及短路保护电路开始工作，同电流过放一样，关闭S4，切断电池与BATT＋的连接达到保护锂电池的目的。
1.2 充电工作原理
充电管理电路在对锂电池进行充电时，更是一个复杂的过程，既要保证锂电池能够充满，又要保证锂电池的性能，最重要的是要保证锂电池不能过充。如果锂电池在充电过程中充电电流过大，或充电时间过长，产生的氧气来不及被消耗，就可能造成内压升高，电池变形，漏液等不良现象。同时，其电性能也会显著降低。
整个充电电路应该具有以下几种充电模式：
――低电压预充电模式；
――全速充电模式；
――涓流充电模式；
――顶端截止、脉冲充电模式；
――充电截止模式。
1.2.1 低电压预充电模式
当电池电压低于3.0V时，电源管理电路进入低电压预充电模式。当电池极度过放时，为了防止过量的充电电流对电池性能造成损伤，充电电路应该采取渐进的充电方式。
对于一块极度过放的，电压已低于0.7V的锂电池，电源管理电路将提供预充电涓流给电池。此时S1关闭，充电器通过R1提供电流给管脚Vdect，充电器提供电流的大小完全由R1决定，整个充电器几乎工作在无负载情况下。这种充电模式甚至可以对电压已经为0V的电池进行充电；当电池电压高于0.7V低于1.98V时，外部S1及S2工作，电源管理电路可以以更高的.电流对电池进行充电。但是，此时三极管S1的功耗检测电路还没有工作，必须限制其功耗低于800mW，以免烧毁S1；当电池电压高于1.98V低于3.0V时，整个电源管理电路都正常工作，此时S1的控制电路使S1以较高的电流，但远低于全速充电电流对电池进行充电，该电流一般超过100mA。
1.2.2 全速充电模式
当电池电压高于3.0V时，预充电模式结束，进入全速充电模
式。此时，电源管理电路将S1及S2打开，并使S1工作在饱和模式，充电器提供全速充电电流给电池充电。但是，电源管理电路将限制最大充电电流小于1.5A。
这种充电模式对充电器也有一定的要求，要求其实现限流输出。这样做的目的是便于移动通信终端厂商，在产品设计时可以根据产品的定义，选择不同的充电电流，实现对具体锂电池快速有效的充电。在典型应用中，一般要求充电器提供的输出电流限制在1A以内，具体的电流可以根据所用锂电池厂商推荐使用的充电电流，以便电池能够具有一个较高的循环寿命。
1.2.3 涓流充电模式
该充电模式其实也是一种恒压充电模式，当电池表面达到控制电路设定的终止充电电压Vterm时，即进入该种充电模式。由于在全速充电模式下，电流比较大，电池表面电压与实际电池芯的电压有比较大的落差，涓流充电模式就是用来减小甚至消除该落差。此时，电源管理电路通过控制S1的开闭情况，将提供给电池的最大电流限制在100多mA。由于电池被充得越来越足，因此，涓流就越来越小，直到截止。
1.2.4 顶端截止脉冲充电模式
当电源管理电路处于涓流充电模式时，它会周期性地跳转到全速充电模式，形成脉冲电流对电池进行充电。大电流脉冲宽度一般<100μs，这样有利于电池更快被充满。
1.2.5 充电截止模式
电源管理电路会有一个控制引脚，由手机的CPU决定什么时候停止充电。进入这种模式，一般会有这样几种情况：手机检测到充电电路包括锂电池温度过高；不是原装的锂电池；已经进入涓流充电，不需要充电时间过长；充电器设计不合理等等。
2 结语
由于电源管理电路在移动通信终端产品中的地位非常重要，它不仅涉及到手机的安全性能而且关系到使用者的人身安全。本文提出的解决方案可以通过专用芯片加匹配的外围电路就能实现，而这种专用芯片很多厂商如NationalSemiconductor，Motorola等都有很成熟的产品。
篇4：移动通信终端电源管理设计原理
摘要：移动通信终端产品在我们的日常生活中已经非常普及，因此，其设计的安全性问题显得尤为重要。就移动终端产品安全隐患最大的地方――电源管理设计，提出了一些设计理念以提高产品的安全性。
关键词：移动通信终端；电源管理；可充电锂离子电池
引言
移动通信终端产品如GSM手机、CDMA手机及PHS小灵通电话已经深入普及到我们的日常生活中，促进了中国电信事业的发展，也为我们的生活带来了方便与快捷。但同时，由于一些移动终端厂商的'设计缺陷，多次出现了手机爆炸伤人事件，而造成爆炸的主要原因在于电源管理部分设计有缺陷或设计存在不完善的地方。
与其他现有电池相比，可充电锂离子电池具有多项优势，这使它们成为更适合于便携式应用的电源。它们可以提供更高的能量密度（最高达200W・h/kg或300～400W・h/L，分别是Ni/Cd或者Ni/MeH电池的2.5倍和1.5倍）和更高的电池电压(碳阳极电池为4.1V，石墨阳极电池为4.2V)。它们具有无记忆效应，自放电率小，可快速充放电及更高的充放电次数等优点。
锂离子电池的更高化学能量密度和更高电池电压使得我们可以为移动终端产品应用制造出更小和更轻的电池，而更轻和更小的电源对目前中国移动通信终端产品追求最小尺寸来说是至关重要的。要想充分利用电池容量或延长电池寿命，必须极其严格地控制充电参数。
鉴于锂离子可充电电池的上述优点，本文将详细介绍如何设计高效、安全的锂离子可充电电池管理电路。
篇5：移动通信终端电源管理设计原理
锂离子电源管理的设计主要是针对锂离子电池的特性来进行的。锂离子电池的安全性能及供电性能主要体现在其充放电参数的控制上。图1为锂电池电源管理原理图。该图由控制芯片和外围电路组成。接下来，我们就图1从锂电池放电、充电两个方面来探讨如何实现锂电池的管理。
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★ 高层设计原理论文
★ 变压器安装协议书
高频电源变压器磁芯的设计原理（共5篇）
