高效率平面变压器技术交流 - 图文 下载本文

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1. 总 论

1.1 项目提出的背景

平面变压器是在20世纪80年代开始研制,并在90年代中期开始投入使用的一种新铁氧体电感元件。由于平面变压器适合于平面贴装,是电子产品实现轻薄小型化的主要产品。同时,与常规的变压器相比,平面变压器不但有结构上的优势,而且还具有功率密度高、效率高、漏电低、散热性好以及成本低等优点(其具体情况如表1—1)。所以,随着电子技术的不断发展,平面变压器的应用已经

表1—1:平面变压器的优越性能表

优越性

高度低、体积小、重量轻

高功率密度 功率适应范围大 高电压量 高电流量 高效率 低漏感 低EMI辐射 工作频率范围宽 工作温度范围宽 热传导效果好 组装性能好

具体性能

一般高度均小于20mm,每100W约重15g.

比同类型的传统变压器高3倍

5W~25KW

次级升压可以达到20KV以上 每层绕组可以达到200A 效率可达95%~99% 初级电感的0.2%以下 有效的磁芯屏蔽 20KHz~2MHz -400C~1300C 散热面积大 便于安装在印制板上

从单一的通讯领域迅速扩展到笔记本电脑、汽车电子、医疗电子、安全系统、工业控制、数码像机、数字化电视、变频器、逆变器、各种AC/DC、DC/DC变换器以及军用雷达等多种领域。

在电子设备的电源方面,常规变压器常常会占据很大的体积,采用铁氧体磁芯的变压器体积会大大减小。但是最近推向市场的模块电源,对变压器的要求更加严格,如小尺寸、低高度、高的输出电流、低的输出电压、小的电磁辐射以及良好的结构稳定性等等,所有这些性能在采用平面变压器后都可以得到实现。这种变压器采用低尺寸的RM型铁氧体磁芯,选用高频功率铁氧体材料制成,在500~700KHz高频下有比较低的磁芯损耗。在绕组结构方面,由于高频积集肤效应影响和通过大电流(如12A~30A)的要求,普通的绕线技术已经不能适应。新设计的采用平面多层印刷电路板叠合而成的绕阻,由于其具有低的电流铜阻、低的漏感和分布电容,则可以满足高频谐振电路的要求,而且由于RM型磁芯的

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良好磁屏蔽,可以获得抑制射频干扰的良好效果。采用上述平面变压器研制成功的5~60W功率范围的DC/DC变换器,已经大量的被应用在电信系统的插卡式板上电源。

在汽车工业方面,氙弧灯镇流器采用的是DC/DC变换器,是平面变压器一个重要的应用领域。这一变换器要求将汽车的电池电压由12V升高到100V,由于汽车特殊的电气和机械环境,对变压器的设计和制造工艺要求提出了更为严格的要求。如高的环境温度、大的加速力以及高的瞬时电流容量(有时高达100A)和高的工作频率等,而由于E型铁氧体磁芯具有较大的绕组空间,可以允许大的电流通过,所以采用这种磁芯研制成功的平面变压器则可以满足车辆的要求,这一绕组结构也同样采用多层印刷电路板技术,目前这种平面变压器已经在中高挡轿车中开始使用。

宽带传输方面,以因特网为中心的宽带通讯市场目前正在快速增长,传输系统已经由数字技术代替传统的模拟技术,这种综合的业务数字网络(ISDN)给用户提供了一个高度宽带的语言、文字、数据以及图像通讯的共用平台。当电话用户与中心交换局之间采用数字化传输技术时,铁氧体电感元件是必不可少的,如接口变压器、隔离变压器以及线路扼流圈等。接口变压器实际上是一个传输矩形脉冲的宽带变压器,要求有大的初级电感和和低的漏感,绕组要有高度的对称性,同时绕组之间要有较强的耦合和小的分布电容等,有的接口变压器要承受直流叠加,则可以采用低损耗的滤波器用的铁氧体材料,或者是高饱和磁通密度的功率铁氧体材料。由于电信网络要求较高的安全性,因而要防止电压浪涌和闪电冲击,变压器的抗电强度应能承受3~4KV的高压。而所有这些特性都是平面变压器所具备的。根据这一特点此类平面变压器通常使用RM、EP、罐形以及环型铁氧体磁芯,采用高磁导率铁氧体材料制成。

同时在新一代家用开发方面,随着数字化、网络化的发展,数字电视将开辟在有线电视上进行交互作用的功能,为此就需要大量的宽带电感元件,如阻抗变换器、耦合器和分离器等。通过卫星电视也可以实现类似的功能,但是频率要求覆盖4MHz~2400MHz的宽频带,而采用铁氧体双磁芯研制成功的平面变压器则可以满足上述要求。总之,随着电子技术的不断发展,小型化、平面化的电感铁氧体元件,将会大量的涌入市场。

目前,国外许多厂商正在生产并进一步研制开发新型的平面变压器,如以色列的Payton公司、美国的West Coast公司、Transpower Tech公司、Pulse Tech公司、日本的Yokogawa公司、韩国的ISU公司、马来亚的Galaxy Powerg公司、英国的Planar Magnetis公司、以及西门子和菲力浦公司等都在生产不同型号和不同规格的平面变压器。其中以色列的Payton公司是世界上目前最大的平面变压器生产商,约占据了全球市场份额的30%。如此同时,国内许多厂家也开始涉足

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这一领域,如广东东莞的大众电子公司、深圳的海光公司(High Light)等也已经开始生产10W~750W系列产品。

现在,平面变压器的生产品种已经涉及到常规变压器(用插针)的各个方面,如功率变压器、宽带变压器和阻抗匹配变压器等。目前,平面变压器有三种不同的制造方式:1)绕线式平面变压器,这种方式与常规的变压器绕线方式一样,适合于高频、高压变压器的制作;2)铜箔式平面变压器,这种方式是利用铜箔作绕组,折叠成多层线圈,适合于制造低压、大电流的变压器;3)多层印刷板式平面变压器,这种变压器是采用印刷电路板制造工艺,在多层板上形成螺旋式线圈,适合于制造性能比较稳定的中小功率的变压器。三种平面变压器以第三种的制造成本和技术含量最高,但是也最能发挥平面变压器的优势。由于前两种产品具有成本低、易生产等优点,所以在中国平面变压器的制造商都倾向于这两种产品的生产,而国外的众多制造商都偏向于后一种产品的生产,以便获取更大的利润空间,但是由于其销售价格偏高(Payton 产品在中国市场的平均价格为15~20美元),所以在国内市场的中低档产品中一般很少选用,同时,由于产品的系列化程度较低,在可能替代的传统变压器中,目前的替代率只有10%左右,所以在国际市场上留下了较大的市场空间。

鉴于上述情况提出了建立平面变压器生产厂的设想

1.2 项目的指导思想

1.2.1 实现规模经营,取得最佳效益

作为开关电源中的电子元件,平面变压器是一种目前正在被大力发展和推广应用的换代产品,其主要的应用对象是模块电源。根据目前国内外开关电源尤其是模块电源的发展趋势,以及同类产品的销售价格,只有实现规模生产降低生产成本,才能占领更多的市场份额,使企业取得最佳的经济效益。

1.2.2 采用先进的工艺及设备,确保实现规模经营和最佳经济效益

为确保实现规模经营并且以较低的生产成本生产出高质量的产品,使产品的各项性能指标均处于国际上同类产品的领先地位,必须采用先进的生产工艺和设备。

1.2.3 选择技术含量高附加值高的产品,确保企业取得最佳经济效益

根据平面变压器目前的生产状况,由于国内生产厂家的技术和工艺水平有限,能与国外同等厂商竞争的不多,同时,国外厂商的生产成本以及销售成本偏高,几乎没有专一的生产厂家(只是公司的一种产品),产量偏低(Paytong公司目前的产量大约为12000只/ 天),所以,投资者应选择目前生产工艺相对复杂,

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技术含量较高的多层印刷电路板式(PCB),作为企业的主导产品和市场切入点,以期占有较大的市场份额,从而使企业取得最佳的经济效益。

1.2.4 遵守国家的法律法规以及相关政策,遵守市场规则

1.3 编制依据

1.3.1 甲方提供的可行性报告业务约定书

1.3.2 模块电源近几年来的国际市场销售情况

平面变压器主要是用于模块电源,模块电源的市场变化将直接影响到平面变压器的产量以及价格。依据全球五大洲模块电源近几年的市场变化情况,以及平面变压器在模块电源中所占的权重,以全球市场的60%来确定产品的生产规模。

1.3.3 多层印刷电路板式平面变压器的结构和制造工艺

1.3.4 有关专家和生产厂家技术人员的咨询

1.3.5 国内外同类产品的生产及销售情况

1.3.6 相关的技术资料和国际互联网中的相关信息

1.3.7 国家的法律法规以及相关财政和税务政策

1.4 生产大纲及建设范围 1.4.1 生产大纲

1.4.1.1 生产大纲的编制原则

企业生产是企业管理的核心所在,其编制原则是,将企业的整个生产过程紧密的结合在一起,为创造企业的最佳经济效益。

1.4.1.2 生产计划

由于平面变压器不是一种终极产品,所以,产品的生产在很大程度上是依据开关电源生产厂商的需求。由于需求的不同,为缩小生产周期,要求生产计划必须要有针对性和预见性,并以此来平衡安排各种产品的生产种类以及原材料的供应。

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