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什么是平面变压器 平面变压器在氮化镓快充中的应用
时间:2020-12-14 16:05:06

一、什么是平面变压器

平面变压器是业内一直在尝试使用的一种新型高频铁氧体电感元件。由于平面变压器造型方正,适合于平面贴装,方便设计,并可使各类型电子产品实现轻薄小型化。

与常规的变压器相比,平面变压器除了结构体积上的优势之外,还具有电流密度高、效率高、漏感低、发热量小、散热性好等优点。

基于这些性能优势,平面变压器已经在消费电子、汽车电子、医疗设备、工业控制等多种领域引起重视及并实现小规模应用。

在消费类电源领域,采用传统绕线变压的设计的快充电源,变压器几乎需要占据将近三分之一的内部空间,不便于产品的小型化设计。而如果使用平面变压器设计的同功率快充产品,不仅布局更加简单,而且体积也可以得到优化。

二、平面变压器在氮化镓快充中的应用

随着大功率快充对能量密度比的极致要求,加上氮化镓第三代半导体在快充上的应用,功率器件的开关频率大幅提升,超过100KHz的频率成为新起点。开关频率的提升,也对变压器的选型带来新的挑战。

根据对氮化镓快充的拆解可见,平面变压器不但得以大规模商用,并且呈现出了两种应用类型,分别是单纯PCB+磁芯组合,以及PCB+磁芯+同步整流电路的组合。两者在具体使用中各有千秋,也呈现出不同的应用代表。

先来看看单纯PCB+磁芯组合平面变压器。这类变压器具有通用性强,方便大规模生产的特点,在大功率快充中能经常看到。

再来看看PCB+磁芯+同步整流电路的平面变压器。这类变压器近期也开始在大功率充电器中应用,跟以往的平面变压器不一样的地方,在于变压器上的PCB也承载了电路的分工,可见上面有众多阻容和功率器件。

三、高密度快充带动平面变压器的市场需求

平面磁学是一种多物理量的矢量表现形式,也是学术界一直创新研究的领域。使用平面变压器是目前高频高功率密度功率转换产品中最经济的解决方案之一。

尤其是在近两年的消费类电源领域,随着USB PD快充市场的爆发以及氮化镓技术的成熟,高效率、高功率、小体积的电源产品成为了市场发展新风向。

平面变压器也逐渐成为备受广大工程师青睐的器件,并获得众多行业标杆企业认可,开始在PD快充、氮化镓快充产品中大显身手。

拆解数据显示,目前华为、小米、三星、OPPO、vivo、联想等众多一线手机品牌、PC品牌均已经在多款快充电源中导入平面变压器,并配合开发了多款主流机型的inbox标配充电器,以实现更高的功率密度,让配件更轻便、易携带。

平面变压器是三星充电器中的常客,从15W的三星AFC快充开始,就已经大量导入平面变压器,也开创了平面变压器在快充上大规模商用的先河,可见三星对平面变压器情有独钟。

华为也推出了多款内置平面变压器的超级快充充电器,从最新的66W超级快充拆解可见,内置的平面变压器只占据了整个PCB板模块的四分之一不到,非常节省空间,最终让充电器实现了更加紧凑的设计。

得益于内部平面变压器的采用,OPPO 50W饼干氮化镓快充实现了超薄的机身设计,整机厚度仅10mm,这也是传统的绕线变压器根本无法做到的。除了超薄的机身,平面变压器还帮助这款充电器实现了高达1.48W/cm?的功率密度,并成为高功率密度的标杆。

在行业发展趋势以及众多标杆品牌的推动下,平面变压器开始被越来越多的第三方快充配件企业应用在高密度快充电源产品中,市场需求量也日益增加。

四、平面变压器研发取得重大突破

相比传统的绕线变压器而言,平面变压器的设计需要很强的理论水平及经验。不仅研发设计难度高,而且制造成本偏高,这也成为了阻碍平面变压器产业规模化发展重要因素。

一方面是日益增加的市场需求,另一方面是居高不下应用门槛,平面变压器的大范围商用亟待通过技术革命实现成本的平民化。

深圳市柔性磁电技术有限公司在平面变压器有着多年研究技术积累,并将多年的经验转化成EDA设计及仿真软件,让平面变压器设计工程师可以通过仿真软件来模拟实际的电路,使平面变压器设计更合理、更简单、更可靠,形成了一套高效、简捷的EDA仿真技术,提高设计效率,以便快速响应客户需求。

柔性磁电公司自主研发的无人化平面变压器生产线将物联网、电气自动化、机械自动化等多项技术融合在一起,形成跨平台的自动化生产系统,大大提高了平面变压器的生产效率和产品性能的一致性。

不仅产品质量高度可控、可见、可追溯,而且相比普通的同类型平面变压器,基于柔性磁电生产线的产品成本大约可以降低20%左右。平民化的成本优势,大幅降低了平面变压器应用的门槛,有助于加速平面变压器的普及。

五、柔性磁电生产线适用于各种平面变压器开发

据了解,柔性磁电公司的生产线可用于开发不同类型的平面变压器产品,涵盖不同的应用领域。以下是柔性磁电针对快充电源领域推出的几款平面变压器案例:

此款输出功率为25W的平面变压器采用R19磁芯,适用于反激拓扑架构快充电源的开发,开关频率800kHz,初级电感量300μH,隔离电压3KVAC。

此款平面变压器输出功率为65W,采用RXCD17.5磁芯,适用于反激拓扑架构,开关频率400kHz,初级电感量300μH,隔离电压3KVAC。

具备75W输出功率的平面变压器采用EDBI25.4磁芯,适用于有源钳位拓扑架构, 开关频率400kHz,初级电感量105μH,隔离电压3KVAC。

此款平面变压器支持最大138W输出功率,搭配PQ3230磁芯,适用于反激拓扑架构,开关频率400kHz,初级电感量300μH,隔离电压3KVAC。

总结

平面变压器是大功率、高功率密度快充充电器的趋势,使用平面变压器相比传统变压器,最明显的优势可减小体积、增强散热、降低变压器温升。不过生产成本是目前限制平面变压器普及的主要因素。

深圳市柔性磁电技术有限公司经过多年的努力,在平面变压器领域取得了重大的进展,使平面变压器成本逐步趋于平民化,极具竞争优势及产业化潜力。优秀的设计团队加上自动化无人生产线,可提高出货速度,保证质量,助力平面变压器在大功率快充充电器领域普及。

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