[发明专利]一种低漏感的平面变压器绕组绕制方法及平面变压器

说明书

本发明涉及一种低漏感的平面变压器绕组绕制方法及平面变压器，其中绕制方法包括：根据原边绕组和副边绕组的匝数关系，计算分组参数，并基于分组参数进行分组，通过分组交错绕制得到低漏感的平面变压器。本发明通过合理排布原边绕组和副边绕组的位置，能够使任意匝数比的平面变压器获得最小漏感，降低了变压器损耗，提升系统效率。

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，特别是涉及一种低漏感的平面变压器绕组绕制方法及平面变压器。

背景技术

在开关电源中，变压器的漏感会增大电源的损耗，降低系统的效率，同时漏感中存储的能量会在开关管状态切换时造成电压尖峰，有可能造成开关管两侧电压过大，使得开关管被击穿。因此，在设计变压器时，需要降低变压器的漏感以减小漏感造成的负面影响。

变压器的原边漏感L_leakage由变压器中的能量E决定，两者关系为其中，I_p为原边绕组中电流。能量E与变压器中磁场的磁感应强度B和磁场强度H的关系为进而可以得到漏感L_leakage与磁感应强度B、磁场强度H的关系为若能改变变压器中磁场强度和磁感应强度的分布从而降低∫B·H·dV的值，则可以减小变压器的漏感。

由于产生漏感的漏磁通在离开绕组后迅速消散，而且磁芯的磁阻远小于绕组及窗口的磁阻，因此在安培环路定律中积分的闭合环路可忽略磁芯内路径的贡献，简化为NI＝H·b，其中b为绕组宽度。若进一步忽略电流趋肤效应的影响，假定绕组中电流密度是均匀分布的，则可以求得原边绕组中磁场强度其中H(0)为该层原边绕组顶部的磁场强度，n_p为每层原边绕组的匝数，h_p为每层原边绕组的厚度；副边绕组中磁场强度其中H(0)为该层原边绕组顶部的磁场强度，n_s为每层副边绕组的匝数，h_s为每层原边绕组的厚度；由于隔离层中没有电流流过，因此理想情况下隔离层内磁场强度处处相等。

当前最常用的减小变压器漏感的绕制方式是完全交错(Fully Interleaved)绕制方式。以原边绕组16匝，副边绕组12匝，每层绕组一匝线圈的情况为例，完全交错绕制的变压器的绕组排布和磁动势(Magneto Motive Force,MMF)分布情况如图1所示。这种绕制方式下，原边绕组和副边绕组交替放置，减少了磁通的泄漏，因此漏感较小。其漏感可以通过下式计算得到：

通常认为完全交错的绕制方式可以获得最小的漏感，因为这种绕制方式下原边绕组和副边绕组耦合最紧密，泄漏的磁通很少。但实际上完全交错绕制方式只在原副边匝数之差小于或等于1时才有最小的漏感。若原副边绕组匝数之差大于1，则会有多余的无法配对的原边或副边绕组，从漏磁通的角度看，未配对的多余绕组处有较多泄漏的磁通；从能量的角度看，未配对的多余绕组处磁场强度的平方值(H²)较大，增大了变压器内能量，导致漏感较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低漏感的平面变压器绕组绕制方法及平面变压器，能够使任意匝数比的平面变压器获得最小的漏感。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种低漏感的平面变压器绕组绕制方法，包括以下步骤：

(1)比较原边绕组的匝数和副边绕组的匝数，如果原边绕组的匝数小于副边绕组的匝数，则将原边绕组的匝数与副边绕组的匝数进行交换，以保证原边绕组的匝数不小于副边绕组的匝数；如果原边绕组的匝数大于副边绕组的匝数则进入下一步；

(2)判断所述副边绕组的匝数是否为0，若是，则将所述原边绕组自上到下依次排列，若不是，则进入下一步；

(3)计算所述原边绕组的匝数与所述副边绕组的匝数的差值，若差值小于或等于1，将所述原边绕组和副边绕组完全交错；否则，计算分组参数；

(4)根据所述分组参数将绕组分为第一子组和第二子组，在每个子组内原副边绕组完全交错绕制；