平面变压器的设计（翻译）（3）

平面变压器的设计（翻译）（2）_ming_mike的博客-CSDN博客

本文翻译自Ferroxcube的应用指南‘Design of Plannar Power Transformer’，原文链接如下。

https://www.ferroxcube.com/en-global/download/download/134/

希望这个翻译能帮到想入门平面变压器设计的同道中人。

3. 计算电流引起的 PCB 温升

最后一步是检查走线中的电流引起的温升，这就需要通过输入和输出数据计算出 RMS 电流，计算方式取决于使用的拓扑。设计案例中展示了传统的正激和反激变换器中变压器的计算。图 2 展示了RMS 电流和不同的铜箔截面积对应的温升的关系。对于单导体应用或是距离不太近的电感，我们可以直接使用这个图表来确定线宽、线厚、截面积以及允许的最大电流。

注：对于多个并联的相似的电感，如果相邻放置，温升可以用等效的截面积和等效的电流来估算。等效截面积就是多个并联导体的截面积之和，等效电流就是流过电感的电流之和。

这个设计方法的缺点在于计算出的温升只考虑DC 电流，然而实际的AC 电流会有集肤效应和邻近效应。

集肤效应是导体流过的电流产生了局限在导体内部的磁场的结果。快速变化的电流产生了变化的磁通导致了涡流。涡流与导体中流过的电流方向相反，电流在导体的中心被抵消掉从而移向导体的表面，从导体表面到中心电流密度指数型的减小。

集肤深度δ是从导体表面朝向导体中心且电流密度减小到 1/e 的距离。集肤深度取决于材料电导率和磁导率，反比于频率的平方根。对于60℃条件下的铜，集肤深度大约是δ(um)=2230/(f[kHz])1/2。

当导体宽度 wt 小于 2δ，集肤效应是有限的，这意味着对于在频率为 500kHz 时线宽要小于200um。如果在当前的圈数下有富余的绕线线宽，从磁场的角度最好的方案是把他们分开设计成并联的走线。

在实际中导体中的涡流并不仅仅是因为导体自身变化的电流产生的变化的磁场（集肤效应），还因为邻近的其他的导体产生的磁场。这个效应叫做邻近效应。当原边和副边采用了三明治绕法，这个效应会被大大降低，原因是原边和副边的电流是反向的所以他们的磁场会被抵消掉。然而来自同一层的邻近导体的邻近效应仍然存在。

经验方法

根据多款多层 PCB 注入 AC 电流的温升测试结果，频率每增加 100kHz（结果最高到 1MHz 保证精确）温升会比通过 DC 电流估算的温升高 2℃。

（未完）

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