一、傳統(tǒng)變壓器篇
單路輸出 Flyback 及常見(jiàn)的變壓器繞組結(jié)構(gòu)
紅色：初級(jí)繞組
紫色：輔助繞組
黃色：次級(jí)繞組
特點(diǎn)：輔助繞組位夾在初級(jí)、次級(jí)中間
缺點(diǎn)：
1、臨近效應(yīng)很強(qiáng)，繞組交流損耗大；
2、 初、次級(jí)間的漏感較大，吸收回路損耗較大，效率較低。
優(yōu)點(diǎn)：
1、工藝結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，易于制造；
2、初級(jí)外層接電位靜止的V+端，易于實(shí)現(xiàn)無(wú)Y。
改進(jìn)的 Flyback 變壓器繞組結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)易型）
紅色：初級(jí)繞組
紫色：輔助繞組
黃色：次級(jí)繞組
特點(diǎn)：輔助繞組位于線包最里層，初級(jí)在中間、次級(jí)在最外邊
缺點(diǎn)：臨近效應(yīng)很強(qiáng)，繞組交流損耗大
優(yōu)點(diǎn)：
1、工藝結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，易于制造；
2、初級(jí)外層接電位靜止的V+端，易于實(shí)現(xiàn)無(wú)Y3，初次級(jí)間漏感較小，吸收回路損耗較小，效率較高。
改進(jìn)的 Flyback 變壓器繞組結(jié)構(gòu)(三明治型)
紅色：初級(jí)繞組
紫色：輔助繞組
黃色：次級(jí)繞組
特點(diǎn)：輔助繞組位于線包最里層，然后分別是初級(jí)的一半，次級(jí)全部，初級(jí)的另一半。
缺點(diǎn)：
1、次級(jí)臨近效應(yīng)很強(qiáng)，繞組交流損耗大；
2、初級(jí)的一半繞組沒(méi)有任何的靜電位層供屏蔽用，無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)Y。
優(yōu)點(diǎn)：
1、工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于制造；
2、初次級(jí)間漏感較小，吸收回路損耗較小，效率較高；
3、初級(jí)臨近效應(yīng)較小，繞組交流損耗小。
Flyback 多路輸出
L3 與L4 之間的漏感，引起交叉調(diào)整。
實(shí)用的多路輸出型
高壓輸出繞組疊在低壓繞組之上，雙線并繞降低交叉調(diào)整
功率傳輸變壓器（含正激、推挽、半橋、全橋）
合理的繞組結(jié)構(gòu)，層厚小于2Δ
紅色：初級(jí)繞組
紫色：輔助繞組
黃色：次級(jí)繞組
實(shí)際變壓器的模型
虛線內(nèi)為理想變壓器
脈沖變壓器信號(hào)傳輸失真由于原邊及幅邊漏感，電阻分量的存在，脈沖在經(jīng)過(guò)變壓器后，產(chǎn)生延遲、斜率變緩、振鈴、頂降。
脈沖電流的分解
脈沖電流由基波電流及各高次諧波電流組成
占空比越小，基波分量越小，高次諧波分量越大，因此線徑的選擇（穿透深度*2）不能只考慮基波電流的頻率。
輸出功率與頻率的關(guān)系（EE25 單端變換器為例）
理論上，對(duì)于指定的磁芯，在相同的磁密下，輸出功率與頻率呈正比，但實(shí)際上并非如此。
原因有：
1、頻率升高，穿透深度下降，需要用較小的線徑，窗口利用率下降，且繞組層厚與穿透深度的比值增大，交流電阻大增，有效輸出功率下降；2、頻率增加，絕緣材料的耐壓下降，為保證同樣的絕緣強(qiáng)度，需要加大絕緣層厚度，進(jìn)一步降低窗口利用率；
3、頻率到達(dá)某一程度后，磁芯損耗大增，需要適當(dāng)降底磁通密度（具體請(qǐng)參考磁損表）。
LLC 變壓器
LLC 電路結(jié)構(gòu)
LLC 集成磁件
漏感由原邊與副邊之間的檔墻寬度、磁芯的磁導(dǎo)率、以及中柱長(zhǎng)度與窗口高度的比值決定。
紅色：初級(jí)繞組
黃色：次級(jí)繞組
小漏感的 LLC 集成磁件
個(gè)別應(yīng)用中，需要用到較小的漏感，擋墻的寬度較小，安全間距可利用下面的結(jié)構(gòu)來(lái)滿足。
紅色：初級(jí)繞組
黃色：次級(jí)繞組
其它減小漏感的方法：
1、磁芯的磁導(dǎo)率，換用高導(dǎo)的磁芯，漏感會(huì)減��；
2、減小中柱長(zhǎng)度與窗口高度（指上圖中窗口的水平方向）的比值，漏感會(huì)減�。�
3、采用逆磁性材料代替順磁性材料制作檔。
增大漏感的方法：
1、換用低導(dǎo)的磁芯；
2、增大中柱長(zhǎng)度與窗口高度的比值；
3、用弱鐵磁性的材料制作檔墻，如混有磁粉的注塑墊片，可以大幅度降低檔墻的占窗面積，增加變壓器出力，具體實(shí)施需要考慮經(jīng)濟(jì)性。
大功率的 LLC 變壓器
LLC 磁集成變壓器的問(wèn)題：由于初次級(jí)繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)是獨(dú)立分布的，各自的臨近效應(yīng)很強(qiáng)，不利于大功率應(yīng)用場(chǎng)合，而且氣隙處的EMI 很不好處理，因此需要將漏感獨(dú)立出去。
中功率的 LLC 集中參數(shù)變壓器，按正弦變壓器設(shè)計(jì)，可采用簡(jiǎn)單繞制工藝。
紅色：初級(jí)繞組
黃色：次級(jí)繞組
大功率的 LLC 集中參數(shù)變壓器，按正弦變壓器設(shè)計(jì)，需要采用夾層工藝，中各初次級(jí)繞組磁場(chǎng)的磁場(chǎng)，降低臨近效應(yīng)，保證最小的交流電阻。
紅色：初級(jí)繞組
黃色：次級(jí)繞組
二、高功率密度變壓器
為了直觀，我們將一個(gè)EE85磁芯，在2000GS磁密，25KHz 頻率下，不同電流密度時(shí)的效率、輸出功率，銅損鐵損比繪在同一表格內(nèi)（注意：因?yàn)閷挾炔粔�，電流密度�?0 以上比例不同。）
可以發(fā)現(xiàn)，電流密度在3-6A/mm2范圍內(nèi)，變壓器效率達(dá)到98.5%以上，而要滿足98%的效率，電流密度的范圍達(dá)到2-10A/mm2。
由于鐵損基本固定，而銅損與輸出功率的平方成正比，因此高功率密度變壓器的實(shí)現(xiàn)，主要是解決繞組的散熱問(wèn)題，但應(yīng)用中的方向卻是相反的，我們所見(jiàn)到的高功率密度變壓器，都是將繞組的熱量“悶”在磁件的內(nèi)部，繞組的熱阻比較大，不利于提高功率密度，如PQ，PM，以及平面變壓器。
高功率密度變壓器的解決措施
思路：強(qiáng)制對(duì)繞組進(jìn)行冷卻
1、液冷法，低壓繞組利用中空的管狀銅材料制作，用微形液壓泵為低壓繞組提供冷卻循環(huán)液，可用變壓器油。高壓繞組的熱能，通過(guò)傳導(dǎo)散發(fā)到低壓繞組，由冷卻液一起帶走。
2、環(huán)形銅帶繞組，低壓繞組制成平面的環(huán)狀，一個(gè)環(huán)為一匝，環(huán)的厚度為2~3倍穿透深度，初級(jí)繞組線徑為1~1.5倍穿透深度，這樣的組合交流電阻很小。圖例中的 6個(gè)環(huán)，通過(guò)不同的鉚接，可組合為6匝，3匝，2匝及1匝四種連接方式。環(huán)的倒角部份，通過(guò)云母片與散熱器（可加風(fēng)扇）連接散熱，解決繞組的發(fā)熱問(wèn)題。
3、環(huán)形變壓器
環(huán)形變壓器具有夸張的繞組散熱面積，是一種很好的散熱結(jié)構(gòu)。但由于磁芯的最佳工作溫度約90度，要求繞組表面溫度要適當(dāng)小于90度，否則磁芯溫度會(huì)過(guò)高。加上環(huán)形高導(dǎo)磁件容易飽合，可用的磁密較小，因此功率密度的提高受到限制。
4、增加變壓器的整體表面積如平面變壓器，通過(guò)將變壓器壓扁，提高表面積與體積的比值，降低熱阻，獲得較高的功率密度。
5、王氏多磁路變壓器
將多個(gè)小型磁件組合，通過(guò)接近 2 倍的繞組數(shù)量，大幅度提高變壓器繞組自身的散熱能力，達(dá)到高功率密度。
為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，僅以兩付磁芯拼合為例，實(shí)際應(yīng)用中為更多的磁芯拼合為多磁路變壓器。
1，繞組數(shù)量增加為由N增加為2N-1（N 為組合磁芯的數(shù)量），繞組總（散熱）表面積增大；
2，每個(gè)繞組的厚度減半，在同等溫升及冷卻條件下，允許1.414 倍的電流密度；
3，可以方便實(shí)現(xiàn)1/2，1/3，1/4，1/5甚至更小的分?jǐn)?shù)匝，利于讓磁芯工作在最佳的磁通密度下（通常情況下，我們常常會(huì)受此困擾，如有時(shí)用1600GS需要2.3匝，一般只好取2匝，然后磁密提高到1840GS，或是降低一些占空比，很是麻煩）；
4，因?yàn)榫_的分?jǐn)?shù)匝，利于多組輸出的精確電壓分布（利用同步整流及電子變壓器定變比變換技術(shù)）。
優(yōu)化的多磁路變壓器及磁芯
文章來(lái)源：21ic電子網(wǎng)
聲明：本文為作者獨(dú)立觀點(diǎn)，不代表本官網(wǎng)立場(chǎng)，所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問(wèn)題，請(qǐng)第一時(shí)間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容！
