多層平面高頻變壓器的頻率特性

為了適應現代電子設備小型、輕薄、便攜等使用的要求，以及現代電子設備組裝工藝如SMT的要求，一些傳統型磁性元器件正在被多種輕小型平面磁性元器件替代。使用與實驗表明，平面型結構的磁性元器件有諸多優點，諸如體積小、熱傳導性能優良，在高功率密度下工時具有較小的功率損耗，適合使用SMT工藝等。

為了一次性設計出性能優良的高頻磁性元器件，需要對其漏感、繞組的分布電容、趨膚效應和鄰近效應等寄生參數進行計算。目前，對其中的疊層變壓器、矩陣變壓器、圓形螺旋線圈薄膜變壓器等磁性元件已經具有了比較成熟的計算方法。本文討論兩種平面多層帶氣隙變壓器的設計，首先，電路模型設計以頻率特性關系為前提，假設磁性材的頻率特性是線性的，沒有磁滯效應，因此，不需要區分輸入電壓的性質。其次，線圈內的磁通分布是要考慮的，以便于確定如何才能有效地利用磁心所需材料的用量，以及如何使磁通分布均勻。渦流分布方面的知識有助于計算線圈的銅損和磁心材料內的渦流損耗。

本文所討論的器件在設計制造中采用的是TDK公司的MnZn鐵氧體材料。將它們用于高頻平面磁性元件中，以研究它們的電感值和電壓比與頻率之間的特性關系;同時，文章研究了兩種不同繞組結構的磁通分布和渦流分布狀態，并采用邊界單元法編制了CAD、CAE軟件和用其計算了有關數值。

2 平面多層高頻變壓器結構和計算模型

工作頻率接近于1MHz的高頻直流變換器需要幾微亨的電感值。應用于高頻率的電感器結構，常見的是具有開路、閉路或螺旋結構的多層磁路。本文實驗用樣品的初級和次級線圈的匝數相同，Ⅰ型樣品為3匝，Ⅱ型樣品為1匝。磁心材料為鐵氧體，磁心尺寸為17.6×17.6×20(mm3)。圖1所示螺旋型繞組結構，其磁心結構是基本開路型。為了計算方便，假設它們是一種二維軸對稱的結構，如圖2所示。在設計計算中，需考慮鐵氧體材料、絕緣材料和線圈材料的性能與參數，如磁導率、介電常數、電導率等等參數，然后采用邊界單元法(BEM)借助于PC機的CAD/CAE軟件即可計算出要求的數值。