一、平面變壓器簡介
平面磁芯開發成功，可實現平面化的變壓器設計。由于平面變壓器要求磁芯、繞組是平面結構，所以應該采用多層PCB繞組。現在，已有許多公司開發出了平面變壓器，Pulse公司開發出了平面磁性元件，以色列佩頓公司Payton已開發了Planetics平面變壓器，功率由5W到20KW、頻率自20KHz到2MHz，效率通常可達98%，是電信、電焊機、計算機和外設、網絡、醫療電子、工業控制、安全系統和電子設備的理想選擇。
平面變壓器與傳統的變壓器相比最大的區別在于鐵芯及線圈繞組。平面變壓器采用小尺寸的E型、RM型或環型鐵氧體磁芯，通常是由高頻功率鐵氧體材料制成，在高頻下有較低的磁芯損耗；繞組采用多層印刷電路板迭繞而成，繞組或銅片迭在平面的高頻鐵芯上構成變壓器的磁回路。這種設計有低的直流銅阻、低的漏感和分布電容，可滿足諧振電路的設計要求。而且由于磁芯良好的磁屏蔽，可抑制射頻干擾。
二、平面變壓器主要特點
（1）高電流密度。平面變壓器的導線實際上是一些平面的導體，因而電流密度大。
（2）高效率。效率可達98%～99%。
（3）低漏感。約為初級電感的0.2%。
（4）熱傳導好。熱通道距離短，溫升低。
（5）低EMI輻射。良好的磁芯屏蔽可使輻射降到很低。
（6）體積小。采用了小型磁芯可相應減小體積。
（7）參數可重復性好。因為繞組結構固定、容易預先加工，所以參數穩定。
（8）工作頻率范圍寬。頻率可從50 kHz～2 MHz。
（9）工作溫度范圍寬。工作溫度為-40 ℃～130 ℃。
（10）絕緣性好。平面變壓器由導電電路與絕緣片互相重疊構成，從而保證繞組之間、初—次級及次—次級間可達4kV絕緣隔離。
三、平面變壓器的性能
這種結構的變壓器體積小，高度有8mm和12ｍｍ兩種。繞線匝數大大少于傳統的變壓器，結構更緊湊，磁耦合大大優于傳統的變壓器，漏抗小于0.2％，所以它可以在更高的頻率下工作，有利于電源轉換效率的提高。緊密的磁芯的幾何形狀限制了熱點的產生，降低了熱耗，因此允許更高的能量密度。同時本身的散熱條件大大優于傳統的變壓器。所以平面變壓器的體積、重量大大降低，而效率更高。更重要的是，它為開關電源中開關變壓器提供了一個通用的選擇，省去了復雜的計算、選料和變壓器繞制過程。它在簡化和優化設計的，還同時縮小了體積，降低了成本。所以平面變壓器非常適合應用在低壓（1～60V 、大電流（30A／每磁芯）的開關電源或逆變電源的設計中，對變壓器的拓撲結構沒有限制。
四、平面變壓器的結構原理
平面變壓器通常有2個或2個以上大小一樣的柱狀磁芯（圖ａ）。現以2個磁芯的平面變壓器為例介紹其結構。每個磁芯柱在對角線上的兩角都用銅皮連接，銅皮在通過磁芯柱時緊貼磁芯內壁（圖ｂ）。兩個磁芯并排放置，相鄰的兩角用銅皮焊接起來，在一個磁芯的一個外側面上的兩個角上的銅皮用一片銅皮焊接在一起，這里就是平面變壓器次級線圈的中心，如果在這里引出抽頭，就是次級線圈的中心抽頭；在另一個磁芯的一個外側面上的兩個角上的銅皮就是平面變壓器次級線圈的兩端（圖ｃ）。
這樣就基本構成一個平面變壓器的主體部分。它的次級線圈只有1匝，而且可以帶有中心抽頭。一個完整的平面變壓器還有一個預置的儲能電感（1.4mH＠500kHz，DC20A），它的一端常接在中心抽頭上，上、下各有一片固定銅板，它們將磁芯和濾波電感夾在中間，同時作為整流電源的兩極（圖ｄ）和散熱板（使用中還要根據功率的大小加裝散熱板）。
五、平面變壓器的分類
1、PCB型變壓器，印刷電路PCB型變壓器可以省去繞組骨架，能增大散熱面積，能夠減小在高頻工作時由集膚效應和鄰近效應所引起的渦流損耗，也能夠增大電流密度，其電流密度高可以達20A/mm，功率大，工藝簡單。但用PCB，窗口利用率低，僅為0.25~0.3，傳統變壓器的窗口利用率為0.4，其體積也較大。PCB型變壓器其功率可高達20kW，頻率可達兆赫數量級。采用pulse的平面技術，多層PCB夾在磁芯之間，薄型高效鐵氧體平面變壓器，其底部面積小，高度只有7.4mm，工作頻率為150~750kHz，工作溫度為-400~1300。
2、薄膜型變壓器，薄膜型變壓器是一種用磁性薄膜研制的疊層微型變壓器，采用薄膜后高度低于1mm，工作頻率超過1MHz，其體積小，易于集成，但只適用于小功率情況。它們絕大多數采用金屬磁性材料，如坡莫合金、鐵硅鋁和非晶合金。主要是因為它們有高BS和高磁導率。Tsuijimotl等人用帶式（銅厚35μm，長34mm，寬3mm）加以絕緣膜（厚100μm），非晶CoNbZr膜（1.8μm）構成一種能在高頻下輸出電壓可控的薄膜變壓器--針孔型變壓器，還制成了厚度為210μm的片式變壓器。它是采用兩層10μm厚的CoZr非晶薄膜做成的，用于5V、0.3A、1MHz的開關電源，77.5%鐵氧體材料（以MnZn系為主）也可以制成薄膜型變壓器，但用常規的方法很難制出合適的微型磁膜，故需開發新的成膜技術。目前國外主要采用PVD、CVD等沉積技術化學蝕刻，激光燒蝕法、光照射低溫鍍膜法等成膜技術。YamaguchiK等設計制作的微型變壓器，其面積只有2.4mm×3.1mm，在10MHz時效率可達67%。
3、厚膜變壓器，厚膜變壓器是為了克服薄膜變壓器中導體電阻大的缺陷而提出的。以氧化鋁作基體，采用厚膜工藝，在其上、下表面各印制了初級和次級繞組，用鐵氧體制作的平面變壓器在2MHz，輸出功率為75W時，效率達85%。厚膜工藝制造出的平面變壓器效率一般較低，因此尋求更進一步的工藝技術以完善平面變壓器制造的厚膜工藝是實現平面變壓器高頻集成化的關鍵。
六、平面變壓器的優點
平面變壓器與常規變壓器相比，磁芯尺寸大幅度縮小，特別是高度縮小最大。這一特色對電源設備中在空間受到嚴格限制的場合下具有相當大的吸引力，從而可成為許多電源設備中首選的磁性元件。平面變壓器結構上的優勢，也為它的電氣特性帶來了許多優點：功率密度高，效率高，漏感低，散熱性好，成本低等。
七、平面變壓器在電源中的運用
（1）除了合理布局和控制電路采用了表面貼工藝來節省空間外，還采取了更有效的措施來避免傳統體積較大的高頻功率變壓器占用有限的空間。
（2）工作環境溫度高。相對于其它整流模塊-25 ℃～+50 ℃的工作環境，
該模塊能工作在-25 ℃～+70 ℃的環境中，以滿足一些惡劣條件的需求。因此，正常工作時，模塊內部溫升會更加高，要求變壓器能承受高溫。
（3）該模塊的EMI、雜音等指標要求高。要求有切實的措施來改進這些方面。
（4）模塊體積小，效率高，間接要求模塊的熱損耗小。
鑒于以上的幾點要求，結合平面變壓器的優點，在變壓器設計方案中優先考慮采用平面變壓器。在結構體積很小的情況下，平面變壓器的電流密度高，漏抗小，非常適合低電壓大電流的開關電源。應該注意的是，由于常規變壓器都是將圓柱形導線纏繞在鐵氧體磁芯上，高頻電流集中在導線表面的附近（趨膚效應），會降低有效傳導性能。而在平面型變壓器里，其“繞組”是做在敷銅印制電路板上的扁平傳導導線。扁平的幾何形狀降低了開關頻率較高時趨膚效應的損耗。因此，能最有效地利用銅導體的表面導電性能，效率要比傳統的高。
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