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1、平面磁件如何提高 电力电子器件性能作者：Claudia Malannino,Gaetano Rascon,Filippo Bonaccorso意法半导体2在竞争激烈的当今市场中，可再生能源、储能、电源适配器、电源充电器和数据处理应用需要具有更高功率密度的低成本、高效率解决方案来提高性能，以满足不断增长的电信、汽车、医疗保健和航空航天行业的需求。氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）晶体管等化合物半导体器件限制了高频条件下的开关损耗，加速了电路越来越小的趋势。事实上，高频操作导致电子电路的收缩，这要归功于减小的磁性器件尺寸和增加的功率密度。这一点对于电子功率转换器非常重要，电子功率转换器包括磁性器件

2、，例如：用于功率传输的变压器和用于能量存储的电感器。本文解释了平面磁件如何在效率、成本、空间要求以及散热方面显著改善电力电子器件的性能。平面磁件的历史3平面磁件在效率、成本、空间要求以及散热方面显著改善了电力电子器件的性能。图1.标准变压器横截面结构图2.平面变压器横截面结构关于平面磁件的最早研究可以追溯到20世纪60年代。然而，此类研究主要出现在20世纪90年代对设计、建模和优化技术的研究中。最近，由于印刷电路板技术的普及，平面磁技术在世界范围内引起了广泛的兴趣。平面元件是由平面铜绕组构成的变压器或电感器。平面元件通常是缠绕在刚性或柔性PCB上的扁平铜片，但也可以是混合元件。它们被插入由“软

3、”铁氧体制成的小型磁芯中。其铜走线具有矩形横截面，不同于具有圆形横截面的传统线绕元件。这项技术不仅让解决方案更为紧凑，而且提高了整体系统性能和效率，因此半导体公司和功率转换研究小组对平面磁件产生了越来越大的兴趣。例如，对漏电感进行控制和微调可以提高系统效率。漏电感可以根据大多数系统的要求降低，或者使用适当的技术增加，如谐振电路的情况。这项技术适用于多个领域，从高功率应用磁学到低功率电源电路，均可使用。然而，将平面磁件应用于任何项目之前，必须考虑到该技术的优点和缺点。以下内容将带您深入了解高效的设计工作流程如何帮助您充分利用平面磁件，同时提供有用的设计建议和应用示例。4平面磁件技术1的主要优势是

4、：尺寸小：平面磁件的高度仅有传统磁件的一半甚至更小；优化的热特性：平面磁芯具有更好的热特性，可导热并将器件保持在低于绕线磁芯的温度。平面磁芯具有更好热特性的原因在于它们具有比传统磁芯更高的表面积与体积比，从而与周围环境产生有效的热交换。为了进行可靠的比较，我们选择了两种变压器设计，一种是常规变压器，另一种是平面变压器。两种变压器设计用于反激式转换器，其技术规格见下表。VIN12VVOUT24V电源50W开关频率100 kHz表1.反激规格图3.反激式转换器拓扑CDVOUTVIN磁芯类型E38/8/25磁芯材料3C92体积8477 mm3窗口填充系数34.37磁芯类型R12/I磁芯材料3C92体

5、积8264 mm3窗口填充系数41.69表2.平面变压器设计规范表3.同心变压器设计规范我们比较了初级 和 、体积近似、材料相同条件下具有相同电感值的两个变压器。这些设计具有以下特点。优点和缺点5在平面变压器中耗散348mW的功耗，在同心变压器中耗散434mW的功耗。两者具有相同的限制条件：环境温度20C，自然热对流及辐射。两者达到的热值不同。图4.平面与同心温度曲线对比图5.平面与同心温度曲线对比（带铝板）通过添加铝耗散平面，我们获得以下结果。与传统的散热平面相比，当应用于平面几何形状时，散热平面进一步改善了散热性能。其他优点包括：自动化、易制造和成本低：传统的装配工艺使制造平面磁件具有无可

6、比拟的重复性和准确性。事实上，传统电感器和变压器的缠绕很难实现自动化。相反，平面磁件制造中使用的生产和装配过程与创新的技术工具相结合，简化了自动化。尤其是PCB技术适合全球制造；PCB模块化：无需额外连接件即可组装。不同的内核形状和PCB结构会产生不同的外形尺寸；可预测的寄生效应：平面绕组布局易于控制并实现交错解决方案，这意味着更低的泄漏效应和更低的绕组电容。在线绕元件中，实现这一目标要复杂得多，而且并非始终可行。6平面技术的主要缺点是:占用空间大：其占用空间比传统器件的占用空间大，但高度较低；铜填充系数低：如果PCB用于平面绕组，铜填充系数通常较低。这是由于PCB技术存在一些结构限制；即，最