微型高頻脈沖薄膜變壓器的設計與制作

胡陽 黃蓉

摘 要：高頻特有的脈沖變壓器，可以變更裝置內的電流及電壓、搭配各類阻抗、隔離各類電位、變更極性脈沖。從現有狀態看，電氣配件凸顯了更高的集成特性，配件自重及固有的體積被逐漸縮減。為此，文章探析了微型架構下的這類變壓器特性，依照模型推演得來精準的參數設計。測試曲線表明，薄膜變壓器凸顯了最優的高頻特性，適應常規運用。

關鍵詞：微型；高頻脈沖薄膜變壓器；設計；制作

脈沖變壓器，即高頻特性的常用變壓器。傳統設計之中，受到磁芯限制，這類變壓器擬定的頻率還是偏低的。伴隨技術進展，電源被變更為新穎的小型電源，呈現高頻趨勢。這種狀態下，采納高頻特性的、微型薄膜這樣的新變壓器，可縮減總的體積，提升輸出功率特有的比值。測定了多樣磁芯制備成的器材樣本，描畫電感曲線、精準阻抗曲線，測得變壓器平日內的運轉性能，提供制作思路。

1 設計案例及過程

1.1 設計的案例

某高頻微型的、薄膜制備成的變壓器，含有24V這一輸入電壓、5V這樣的輸出電壓，多條路徑都供應著直流輸出。這類輸出電路，都超越了1A。核心變壓配件是UC類別的3842芯片，它被歸類為脈寬調制的新式芯片；最高范疇的平常頻率超越了190kHz。這類薄膜芯片整合了錳鐵及鋅獨有的電磁特性，包含高頻屬性[1]。

1.2 設計制作過程

制備必備掩膜、清除基片塵雜、著手制備變壓器、測定現有樣本。篩選了2微米特有的磁芯薄膜，變壓器搭配著的薄膜設定了0.5微米。通過測量，得到各層級的配件電感、電阻及Q值、系統中的阻抗。采納掩膜流程來制備這樣的變壓裝置。初始測得了3比2這樣的次級比[2]。

頻率升高時，薄膜固有的磁導率會被顯著縮減。伴隨頻率升高，初始的電感會慢慢被縮減。2微米這樣的測試配件，薄膜厚度偏大，為此電感也大。磁性配件關聯的特性參數，含有Q這一品質因子，它表達著存留的總能量、總損耗二者的比值。若要增大Q值，就應增添原有的電感，或者縮減電阻。變壓配件顯示出來的Q值，會隨同初始的頻率而不斷遞增[3]。薄膜變壓器可被布設在高頻范疇內。頻率上升時，磁芯含有的總損耗快速變得更大，這就吻合了根本機理。這種狀態下，有效磁芯占到了更多面積。

2 設定必備參數

2.1 電感及電阻

薄膜變壓器有著高頻的特性，測得了它的等效電路。具體測定時，采納u來表明初始時段的電壓、初級及關聯的次級繞組被設定為R及R1；擬定了L這一并聯電感、R0這樣的等效電阻；A代表著體系內的有效截面。依照電路變換，算出并聯路徑內的電阻、對應的電感：u A R1/L。

2.2 體系內的總損耗

薄膜特性的變壓器，含有磁芯損耗、繞組關聯的損耗。這類總的損耗，關系著直流損耗、系統鄰近效應、系統架構內的渦流耗費。總損耗關系著磁感應特有的總強度、直流路徑的強電流、精準電流幅度、其他等效電阻。繞線直徑及選購的原材電阻，也應被考量。

3 應注重的事項

3.1 篩選磁芯原材

辨識特性指標可得：慣用的硅鋼原材很難吻合現有的水準。這類硅鋼制備成的薄帶，沒能滿足設定好的頻率數值。篩選磁芯原材，含有鐵氧特性的材質、非晶態特性的合金、其他微晶合金。在這其中，非晶態原材耗費的金額偏多，超出鐵氧數倍；與此同時，飽和原材特有的磁感應特性也并不優良，后續加工復雜。綜合考量以后，篩選了穩定特性優良的鋅錳鐵原材。這類材質凸顯了最優的穩定特性，耗費造價很低，便利后續加工。

從進展狀態看，磁性配件特有的微型化、超薄化趨向，正在受到注重。各國投入金額，都在探析最為適宜的薄膜原材。采納薄膜來制備變壓器，可以節省勞動，提升原有的功率密度。例如：在同種襯底之中，整合了二極管，證明磁性配件、半導體配件可被集成，證明了可行性[4]。

3.2 確認絕緣及繞組

制備變壓器時，應當緊密銜接起初級線圈、體系中的次級線圈。唯有這樣，才會縮減漏感。這是由于，體系漏感偏大時，會帶來凸顯的脈沖尖峰，開關管常常被擊穿。為此設計時，要著力縮減線圈彼此原有的間隔。例如：對于變壓架構內的線圈采納漆包線來環繞，采用雙線來同時環繞。這種途徑下，雙重線圈特有的間隔會縮減至最小，達到最小漏感。但這樣做時，應慎重去繞制；雙重線圈特有的耐壓數值應被提升。

為了規避繞制步驟中的疑難，可以分層去繞制。具體而言，初級繞組可采納奇數層，次級對應著偶數層。這類流程維持了層級彼此的最佳耦合，提升絕緣程度。本次測驗之中，為降低特有的參數干擾，采納了初始的雙線并繞、后續分段繞制，線圈串聯銜接。篩選原材時，盡量選購有著最優抗電特性的、介質耗費最小的這類纖維，這類復合物固有的特性最為優良。

4 結束語

微型特性的變壓器，采納高頻脈沖，探析了它特有的制備流程。薄膜變壓器凸顯了更適宜的Q值，適宜高頻區段。這種設計制作，為后續探析及調研供應了參照。微磁特性的各類配件、半導體特有的配件，都可采納這一新穎技術。對于藍牙技術，薄膜變壓器獨有的這類優勢也被顯示。

參考文獻

[1]譚均錄，張懷武，蔣向東.微型高頻脈沖薄膜變壓器優化設計及制作[J].磁性材料及器件，2013（1）：17-19.

[2]胡君臣.高頻變壓器的設計與制作[J].電氣開關，2015（1）：8-10+13.

[3]盛楠.90kV高頻變壓器的設計與制作[J].電子制作，2013（18）：8.

[4]梁棟，張懷武.一種薄膜PCB平面變壓器的研究[J].電子元件與材料，2010（9）：58-61.

作者簡介：胡陽（1970，5-），男，浙江省寧波市，中國電子科技集團第九研究所，助理工程師，研究方向為電子變壓器的大功率、小型化。