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模块式开关电源用平板变压器

2009 十二月

未来是平面的世界

目前,电视机越来越平坦化,而德国电子集团Loewe正处于此趋势的最前沿。Loewe已成功将其新型参考系列液晶电视的常规厚度减少一半,从100/120毫米减少至仅60毫米。这一效果不仅要借助最新LED背光技术显示器和平板扩音器的使用,还要求电源插入高度的进一步优化。

 

过去,电视厚度由显像管决定,如今该关键因素则变为开关式电源和其包含的元件,特别是变压器。由于为照明行业而设计的一个概念的不断完善,EPCOS已成功将100-W变压器的插入高度从50毫米减少至15毫米。变压器同时亦特别根据最新的高效电源进行了优化。

 

电源最新概念

 

传统逆向转换器或正激变换器仍频繁用于100W到500W之间的电源。考虑到其相对较高的开关损耗,此等电路结构很少能够实现85%以上的效能。在400W电源装置中,这意味着约60W的功率损耗必须通过散热器和电路板而消散。结果导致上述传统电源装置不仅造价昂贵,且会占据大量空间。


因此,Loewe在其超平高级电视的电源装置中采用了最新的LLC电路结构。LLC指定三个执行谐振电路功能的主要组件:变压器磁化电感(Lm)、杂散电感(Ls)和谐振电容器(C)。为最小化MOSFET功率半导体的开关损耗,LLC开关式电源中的电压于零电压时开关。在其模块电源的所有功率类别中,Loewe均在LLC变换器前采用了一个PFC电路。这不仅改善了电流角度,还为变换器提供了有效的稳定输入电压。


鉴于该电路具有低开关损耗,即可免装散热器,其热量可直接从电路板上消散。这种工艺既可简化电源的生产,亦可减少成本。

 

 图 1: 扁平变压器
开关式电源新型变压器的初记和次级绕组置于其自身腔体内,且相互堆叠,可节省空间。

 

紧密协同Loewe进行产品开发


自收到Loewe第一次询价后刚好四个星期,EPCOS就已供应了其超平变压器的第一批样本。根据这些样本,并密切协同EPCOS产品开发和销售部,Loewe开发出了应用于不同变换比的两个100-W变压器,以及PFC变压器的产品规格。这些规格均完全符合其新一代高级电视的要求。

 

绕组以超平结构相互堆叠(见图1),确保每个EPCOS的新型双腔变压器(插入高度仅15毫米)能够转换超过100W的功率。特制EPCOS E26磁芯确保在50~200 kHz开关频率时,具有良好的耦合和较低的漏电场。

 

变压器的线圈架符合最高绝缘级别的要求,并因此被列于CTI Group 1或列为PLC 0。尽管变压器尺寸紧凑,线圈架初级绕组、次级绕组以及电压强度的分离同样可确保3000 V AC的高介电强度。由于其组件同样满足欧洲和德国对电源变压器的所有要求,因此他们拥有VDE测试标记。下表为变压器主要技术规格一览表。

 

表: 新型变压器技术数据一览表

 

变压器 T4506变压器T4505PFC变压器 T4580
尺寸(长*宽*高)15.5 x 27.5 x 47.5 mm³14.5 x 27.0 x 42.5 mm³
电感(初级侧)37.0 ~ 43.0 µH50.8 ~ 59.2 µH900 µH ± 15%
绕组电阻(初级侧)最大0.30 Ω最大0.30 Ω最大0.60 Ω
直流电阻(次级侧)最大50 mΩ最大50 mΩ--
转换率9:4:412:4:464.5:3.5
击穿场强(绕组w.r.t.线芯)1500 V AC1500 V AC1500 V AC
击穿场强(初级/次级)3000 V AC3000 V AC--

 

“采用最新电源电路结构,新型变压器的效能可达95%以上”EPCOS 电磁产品开发部Bernhard Roellgen解释。低功率损耗不仅可改善电视机的能量平衡。在500W以上功率类别的情况下,电源装置中的功率半导体可免装散热片,从而可减少生产成本,并实现超平设计。变压器的开放式真空浸渍设计起到了主要的作用。这些变压器通过其焊接针脚直接安装于线路板。

 

Loewe的电源开发活动、慕尼黑的变压器开发,以及中国的生产制造,这些项目的协调工作是一个艰巨的任务。为确保新型变压器能够在EPCOS中国珠海红旗工厂投入批量生产,EPCOS与Loewe共同开发了项目专用工具,并在Loewe的电路开发过程中以及在EPCOS的产品开发阶段中得到进一步适应。“在Loewe开关式电源与EPCOS扁平变压器的同步开发过程中,我们能够大大缩短实现系列元件的过程,从而节省开发成本,有利于消费者。”慕尼黑变压器销售经理Uwe Ernst说。

 

照明技术作为创新驱动

 

EPCOS最初开发平面堆叠绕组的基本概念是用于节能灯的电子镇流器。为此,变压器的磁化性能通过精密计算机仿真进行优化,以最小化电磁回路,从而以紧凑平面尺寸获得较高效能。鉴于涉及到大批量应用,照明行业通常被认为是该领域中创新的驱动力。采用照明技术的元件也必须能在高操作温度下稳定的运作并且很快能供货——即使是在大批量的情况下。

 

模块电源的最佳拍档


不过由于用作高级电视的电源装置,平面绕组概念必须进行适当修改和优化,以适应模块电源概念。此外,也要确保电源具有可靠的电路隔离。Loewe的发展目标之一是使用具有相同元件的模块电路设计来实现200W到500W范围内的各种电源级别。凭借该新型元件,如今已不再需要每个功率级别均配一部变压器:如果需要更大功率,可将数个新型变压器简单连接即可实现。


除新型变压器外,EPCOS还为Loewe新型超平高级电视电源供应所有复杂电感和大量薄膜电容器。


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