DC-DC模块电源穿孔平板磁器件的设计与应用
DC-DC输出可调开关电源设计说明书
DC-DC输出可调开关电源摘要本系统为DC-DC升降压变换器，由CPU最小系统模块、供电模块、升压模块、降压模块、液晶显示模块和辅助电路六部分组成。
选用SMT32F103作为主控制器，采用降压芯片LM2596-ADJ作为实现降压，将AD采集的输出电压和电流与预设值比较，然后通过DA调节输出电压电流，对于降压模式的下恒流或恒压工作状态也可通过按键进行切换，同时调节按键可实现输出电压或电流大小的变换；升压模块采用了LM2577-ADJ，手动滑动变阻器的阻值可调节输出电压；加入液晶显示系统工作模式和输出电压、电流；对于升降压的切换也可通过按键切换；供电电源提供了3.3V和12V，分别为CPU、液晶和运放偏置供电；辅助电路方便开发者的调试。
最终系统能够在手动切换工作模式的情况下输出预设的电压和电流，并显示出来。
关键词：DC-DC 升降压可调abstractThe system for the DC-DC buck converter, the minimum system CPU module, power supply module, boost module, step-down module, LCD display module and the auxiliary circuit six parts. SMT32F103 chosen as the main controller, buck chip LM2596-ADJ as enabling buck, the AD acquisition of output voltage and current compared with the preset value, then adjust the output voltage and current through the DA, the constant current mode buck or constant work status can also be switched through the button while adjusting key enables the size of the output voltage or current transformation; step-up module uses the LM2577-ADJ, manual sliding rheostat resistance adjustable output voltage; added liquid crystal display system working mode and the output voltage and current; the buck switch can also be switched by key; providing a 3.3V power supply and 12V, respectively, CPU, LCD bias supply and the op amp; facilitate the development of the secondary circuit debugging. Final system can output a preset voltage and current in the case of manual operating mode switch, and displayed.Key words：DC-DC Boosted、Reduce voltage Adjustable目录第一章绪论 (1)1.1 开关电源概述 (1)1.2 开关电源与线性电源比较 (1)1.3 开关电源发展趋势与应用 (1)第二章系统功能介绍 (2)第三章系统方案选取与框图 (3)3.1 系统整体框图 (3)3.2 系统方案选取 (3)第四章硬件电路设计 (6)4.1 主控制器 (6)4.2 供电模块 (7)4.3 降压模块电路设计 (8)4.4 升压模块电路设计 (10)4.5 液晶显示电路 (13)五硬件开发环境 (14)5.1 Altium Designer 09 (14)5.2 电源设计软件SwitchPro (14)5.3 电路板雕刻机LPKF ProtoMat E33 (15)675.4 电镀机LPKF MiniLPS (17)5.5 SMD精密无铅回焊炉ZB-2518H (17)第六章软件设计框图 (20)第七章系统调试 (21)参考文献 (22)总结致谢 (23)附录 (24)第一章绪论1.1 开关电源概述我们身边使用的任何一款电子设备都离不开它可靠的电源，计算机电源全面实现开关电源化于80年代，并率先完成计算机的电源更新换代，进入90年代，开关电源开始进入各种电子、电气设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已大面积使用了开关电源，更加促进了开关电源技术的迅猛发展。
dc-dc电源 技术指标
dc-dc电源技术指标DC-DC电源是一种将直流电源转换为另一种电压的电源设备。
它在电子产品中广泛应用，可以提供稳定的电压给各种电子设备，并具有高效、低噪声、可调节等特点。
在设计和选择DC-DC电源时，需要考虑一系列技术指标。
1. 输入电压范围(Input Voltage Range)：DC-DC电源需要适应不同的输入电源，所以输入电压范围是一个重要的技术指标。
常见的输入电压范围包括12V、24V、48V等，但也有一些特殊应用需要更宽的电压范围。
2. 输出电压范围(Output Voltage Range)：DC-DC电源转换输入电源为所需的输出电压。
根据应用的需要，输出电压范围通常是可调节的。
输出电压范围的选择需要考虑被供电设备的电压需求和电源供电范围。
3. 输出电流(Output Current)：输出电流是指DC-DC电源能够提供给负载的电流。
输出电流需根据被供电设备的功率需求来选择，以保证电源能够提供足够的电流。
4. 效率(Efficiency)：效率是衡量DC-DC电源能量转换效率的指标，通常以百分比表示。
高效率可以减少电源的能量损耗，提高电源的使用寿命。
5. 输出纹波和噪声(Output Ripple and Noise)：输出纹波和噪声是指输出电压中的波动和不稳定性。
较低的输出纹波和噪声有助于提供稳定的电源给被供电设备，减少对设备运行的干扰。
6. 调节方式(Regulation)：调节方式指的是DC-DC电源根据输入电压和输出电压之间的差异自动调节的方式。
常见的调节方式包括线性调节、开关调节和脉宽调制（PWM）调节。
7. 过流保护(Overcurrent Protection)：过流保护功能可以在负载电流超过设定值时切断输出电流。
这可以有效保护被供电设备和电源本身。
8. 过压保护(Overvoltage Protection)：过压保护功能可以在输出电压超过设定值时切断供电。
这可以防止对被供电设备的损害。
DC-DC电源模块选型
DC/DC模块电源以其体积小巧、性能卓异、使用方便的显着特点，在通信、网络、工控、铁路、军事等领域日益得到广泛的应用。
怎样正确合理地选用DC/DC模块电源呢，笔者将从DC/DC模块电源开发设计的角度，谈一谈这方面的问题，以供广大系统设计人员参考。
DCDC的意思是直流变（到）直流（不同直流电源值的转换），只要符合这个定义都可以叫DCDC转换器。
具体是指通过自激振荡电路把输入的直流电转变为交流电，再通过变压器改变电压之后再转换为直流电输出，或者通过倍压整流电路将交流电转换为高压直流电输出。
1 电源模块选择需要考虑的几个方面额定功率封装形式温度范围与降额使用隔离电压功耗和效率2 额定功率一般建议实际使用功率是模块电源额定功率的30～80%为宜（具体比例大小还与其他因素有关，后面将会提到。
），这个功率范围内模块电源各方面性能发挥都比较充分而且稳定可靠。
所有模块电源均有一定的过载能力，但是仍不建议长时间工作在过载条件下，毕竟这是一种短时应急之计。
3 封装形式DC/DC变换器的外形尺寸和输出形式差异很大。
小功率产品采用密封外壳，外形十分纤小；大功率产品常采用quarter-brick 或half-brick的形式，电路或暴露，或以外壳包裹。
在选择时，需要注意以下两个方面：第一，引脚是否在同一平面上；第二，是否便于焊接。
SMT 形式的变换器必须要符合IEC191-6:1990标准的要求，该标准对SMT器件引脚的共面问题做出了严格限定。
如果变换器不能满足这个要求，就需要为其设计专门的焊接装配工艺，这会增加装配时间，提高生产成本。
模块电源的封装形式多种多样，符合国际标准的也有，非标准的也有，就同一公司产品而言，相同功率产品有不同封装，相同封装有不同功率，那么怎么选择封装形式呢？主要有三个方面：① 一定功率条件下体积要尽量小，这样才能给系统其他部分更多空间更多功能；② 尽量选择符合国际标准封装的产品，因为兼容性较好，不局限于一两个供货厂家；③ 应具有可扩展性，便于系统扩容和升级。
DC-DC工作原理介绍
1
脉冲宽度调制（PWM）
使用PWM技术控制开关管的开关时间，从而改变输出电压的平均值。
2
电感和电容滤波器
使用电感和电容元件对电流和电压进行滤波，以去除噪音和波动。
3
电路拓扑
使用不同的电路拓扑，如升压、降压、半桥和全桥，实现不同的电源变换功能。
DC-DC电源的优势
1 高效能
DC-DC电源能够以高效率进行能量转换，减少能量的损失和浪费。
2 稳定性
DC-DC电源能够提供稳定的输出电压和电流，保障电子设备的正常工作。
3 小型化
DC-DC电源的体积小巧，适合应用于紧凑的电子设备中。
DC-DC电源的应用
移动设备
DC-DC电源广泛应用于手机、平板电脑和可穿戴 设备等移动设备中，为其提供稳定的电源。
通信设备
DC-DC电源被使用于网络设备、路由器和交换机 等通信设备中，为其提供可靠的电源。
• 部分DC-DC电源会产生电磁干扰，可能对其他电子设备造成干扰。 • 不同类型的DC-DC电源有不同的转换效率和功耗特性。 • 部分DC-DC电源需要外部元件（如电感和电容）辅助工作，增加了系统的复杂性。
3
升降型
能够根据输入电压的不同，自动实现升压或降压的功能，广泛应用于电源管理系 统。
常见DC-DC电源的选择和设计
• 根据设备的动态电流需求，选择合适的输出电流和功率。 • 考虑输入电压和输出电压之间的差异，选择合适的变换拓扑。 • 使用模拟或数字控制技术，以提高功率转换的效率和稳定性。
DC-DC电源的缺点和局限性
DC-DC技术的工作原理
DC-DC电源是一种将直流电能转换为不同电压、电流，并提供给其他电子设备 使用的电子元件。它通过不同的电路拓扑实现电能的变换和调整。
PCB设计中在DC-DC电源模块下铺铜是否有用
PCB设计中在DC-DC电源模块下铺铜的作用对DC-DC 电源的电感底部是否应该铺铜这个问题，工程师们常常意见分歧。
一种观点认为，在电感下方铺铜会在接地面上产生涡流；涡流会影响功率电感的电感量并增加系统损耗，而接地面噪声会影响其他高速信号。
另一种观点则认为，完整的铜平面可以降低EMI 并改善散热。
本文将首先介绍电感的分类，然后进行一个电感下方铺铜的实验。
最后，我们将解释铺设铜层的益处，然后再对DC-DC 电源下方铺铜是否有益这个问题做出结论。
电感的分类：在解决铺铜争论之前，我们首先需要了解电感通常是如何分类的。
简而言之，电感可分为三类：非屏蔽电感：非屏蔽电感的磁路由核心由空气组成，这意味着它的磁力线完全暴露在空气中，没有任何磁屏蔽。
半屏蔽电感：半屏蔽电感是在非屏蔽电感的基础之上，将磁屏蔽材料结合在电感外围。
由于导磁材料的磁阻小，磁力线基本上被锁定在材料中。
只有一小部分磁场会从气隙中溢出。
因此，这种电感的外部漏磁极小。
一体成型电感：一体成型电感将绕组和磁性材料一次浇筑而成，只在内部留下一个很小的气隙以防止电感饱和。
因此，这类电感在很大程度上没有磁力线溢出。
图 1 总结了这三种类型的电感。
图1: 电感的分类采用MPQ4420 进行铺铜实验现在，我们用MPQ4420 评估板来进行一个实验。
为了模拟在电感下方铺设铜层，我们在电感附近放置一块接地铜片，然后测量电感电流纹波，用以评估在电感下方铺铜的影响。
实验结果表明，当铜片靠近非屏蔽电感放置时，峰值电感电流增加了约8%（见图2）。
当使用其他类型电感时，电感电流的峰峰值几乎保持不变。
图2：使用MPQ4420 评估板进行验证实验这个实验证明，在电感底部铺铜，仅对非屏蔽电感的感量有少量影响，对屏蔽电感感量则几乎没有影响。
在电感下方铺铜的益处：当在电感底部铺铜时，电感或者其他高频回路产生的磁场会在铺铜处产生涡流，涡流的作用会使得原磁力线被削弱，这就像电磁屏蔽罩一般，可以“阻断”磁场向下传播，减小高频磁场对空间内其他元器件的影响，从而有利于EMI的测试。
dcdc隔离电源模块原理
dcdc隔离电源模块原理DC-DC隔离电源模块，通常用于将一个DC电源转换为另一个DC电压，而且这两个电压之间隔离，输出电压与输入电压之间没有电气联系，通常也称为DC-DC隔离转换器。
该模块具有高效率、安全可靠、体积小、重量轻等优点，广泛应用于电子设备、电脑等各种高科技产品。
DC-DC隔离电源模块主要原理如下：1.输入滤波：DC-DC隔离电源模块的首要任务是过滤输入变形、电磁干扰和高频噪音，确保输入免受外界各种因素的干扰，并减少输出纹波。
2.整流滤波：将交流电变成直流电，需要进行一次整流滤波，该过程使用二极管桥整流滤波进行。
3.步骤转换：将直流电转换为谐振电压和电流，主要是通过电感和电容组成谐振回路，使能量在电感和电容之间转换。
4.输出整形：通过使用三端稳压器对谐振电压进行整形，使输出电压恒定、可控制等。
5.隔离：DC-DC隔离电源模块利用变压器隔离反激电路和输出电路，以防止反激电路反过来影响输出电路，从而使输出电流与前一级传输的信号相互独立。
6.反馈调节：将输出电路的反馈信号与比较器进行比较，将差值通过控制芯片输出变换成电压信号，控制谐振回路的状态，从而稳定输出电压。
总的来说，DC-DC隔离电源模块中的整个电路分为两个部分，即输入部分和输出部分。
电路的输入端通常由滤波器、整流器和升压模块等组成，其中滤波器的作用在于减少输入信号中的高频噪声及干扰电压，以保证整个系统的稳定性及增加系统的寿命。
输出模块主要由隔离变压器、输出滤波器、Stabilivolt电压稳定器等组成。
其中，隔离变压器的作用在于保证输出信号与输入信号之间不会产生相互影响，从而保证输出电压的稳定性和安全性，提高了整个系统的可靠性和稳定性。
输出滤波器的作用在于减少输出信号中的纹波，从而保证输出电压的稳定和可靠性。
在整个电路这么多利用原理的过程中，控制电路是必不可少的。
控制电路可以根据输入频率、输出电压和电源容量等参数进行自动控制，从而保证输出电压的稳定性和可靠性。
双向DCDC变换器的设计与研究
双向DCDC变换器的设计与研究一、本文概述随着电力电子技术的飞速发展，双向DC-DC变换器作为一种高效、灵活的电能转换装置，在电动汽车、可再生能源系统、微电网等领域得到了广泛应用。
本文旨在全面介绍双向DC-DC变换器的设计原理、关键技术以及最新研究进展，以期为相关领域的科研人员和工程师提供有益的参考和启示。
本文将首先概述双向DC-DC变换器的基本原理和分类，包括其拓扑结构、控制方式和工作原理等。
在此基础上，重点探讨双向DC-DC 变换器的关键设计技术，如高效率转换技术、宽输入电压范围技术、快速动态响应技术等。
同时，分析双向DC-DC变换器在实际应用中面临的挑战和解决方案，如电磁干扰、热设计、可靠性等问题。
本文还将综述近年来双向DC-DC变换器的研究热点和发展趋势，包括新型拓扑结构、智能化控制策略、高效散热技术等方面的研究进展。
通过对这些研究内容的深入分析和总结，旨在为未来双向DC-DC 变换器的设计优化和应用拓展提供有益的思路和方向。
本文还将对双向DC-DC变换器的未来发展趋势进行展望，以期推动该领域的技术进步和应用发展。
二、双向DCDC变换器的基本原理与分类双向DCDC变换器是一种能量转换装置，能够在两个不同电压等级之间实现电能的双向流动。
其基本原理和分类对于深入理解和应用该变换器具有重要意义。
双向DCDC变换器的基本工作原理基于电能的转换和传递。
它通过控制开关管的通断，将输入端的直流电能转换为高频交流电能，再通过滤波电路将其转换为输出端的直流电能。
在这个过程中，变换器不仅实现了电能的电压变换，还实现了电能的双向流动。
当变换器工作于正向模式时，它从低压侧吸收电能，经过变换后向高压侧输出电能；当变换器工作于反向模式时，它从高压侧吸收电能，经过变换后向低压侧输出电能。
这种双向流动的特性使得双向DCDC变换器在能量管理、储能系统、电动汽车等领域具有广泛的应用前景。
根据不同的分类标准，双向DCDC变换器可以分为多种类型。
单板电源设计（LDO、DCDC）
单板电源设计（LDO、DCDC）电源设计架构在电路设计中，⼀块单板往往涉及多种电源，常见的如5V/3.3V/2.5V/1.8V/1.5V/1.2V/1V0.9V/0.75V等，如此多种类的电源不可能都直接通过背板从电源板获得。
⼀般，单板仅有⼀种或者两种输⼊电源，如48V或12V，再由它们产⽣单板上器件所需要的电源。
单板如何由输⼊电源⽣成所需电源，常见有两种架构：集中式电源架构和分布式电源架构。
集中式电源架构集中式电源架构是指系统由⼀个独⽴电源供电，并由这个独⽴电源直接变换得到单板所需的各种电源，如下图：集中式电源架构的缺陷在于，对于单板上的各种电源，都需要采⽤隔离式DC/DC电源模块，⽽隔离式电源模块的成本远⾼于⾮隔离式电源模块。
分布式电源架构分布式电源架构采⽤两级电源转换，第⼀级提供单板输⼊电源到单板中间电源的转换，这⼀级采⽤隔离式电源模块，第⼆级则实现由中间电源到板内各个电源的转换，这⼀级采⽤⾮隔离式电源，如下图：中间电源电压值可选择12V/9V等。
第⼀级电源的⽬的是获得中间电源，同时为单板提供电源隔离保护，因此允许输出较⼤的纹波和噪声，⽽第⼆级电源重点是限制输出纹波和噪声，同时提⾼转换效率。
常见的电源电路类型整流整流是指将交流电转换为直流电的过程，⽐如常见的AC/DC电源器件。
斩波斩波是指将某⼀电平的直流电转变为另⼀电平的直流电的过程，⽐如DC/DC电源电路。
变频变频是指某⼀频率下的交流电转换为另⼀频率交流电的过程，变频设计⼀般应⽤于⼯业⽤电中，其作⽤是节能，调速。
逆变逆变是指将直流电转换为交流电的过程，⼀般⽤于可移动便携供电。
LDO电源介绍及其应⽤要点1. LDO 结构如下图所⽰。
LDO（Low Dropout Regulator,低压差线性稳压器）的核⼼部件是由⼀个⼯作在线性区的调整管（晶体管或MOSFET）以及⼀个放⼤器构成。
由R1和R2构成的分压⽹络对输出电压Vout采样，采样值送往放⼤器，与内部参考电压Vref⽐较，差值经放⼤器放⼤后，驱动VT管，实现对Vout的调整。
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DC／DC模块电源穿孔平板磁器件的设计与应用
摘要：当前开关电源不断向“小、轻、薄”方向发展，减小储能元件厚度成为提高开关
电源功率密度的一个有效方法。此处以小功率有源箝位DC／DC模块电源应用为例，分析
和研究了穿孔平板磁技术，设计了一种新结构磁器件以提高模块电源的功率密度，并针对有
源箝位模块电源进行了穿孔平板磁器件的设计与应用。首先介绍了穿孔平板变压器、穿孔平
板电感的基本结构，基于磁路理论分析了磁芯单元磁通分布、磁感应强度等性能，进而针对
模块设计了磁器件的具体参数，并用有限元软件进行仿真验证，实际运行也证实了设计的有
效性。
关键词：模块电源；穿孔平板电感；有源箝位电路
1 引言
随着DC／DC模块电源功率的不断提高，对电源中磁性器件的体积、效率提出了更高要
求。目前，矮外形磁芯、平面绕组结构的平面磁器件是1／8～1／2砖DC／DC模块的常
见组成结构。多磁芯结构的扁平矩阵变压器因可自动次级均流、结构设计灵活、散热容易，
也在模块电源得到了应用。然而，上述两种结构的磁芯占据了PCB表面积的很大部分，使
功率器件和控制器件的布置困难。同时．磁芯的厚度也决定了模块的高度，使模块在高度上
的空间利用不足。
为给模块的功率器件和控制器件提供更大的布置面积，降低模块厚度，提高功率密度，
这里尝试使用穿孔平板磁器件，并将磁器件与PCB平行安装来达到上述目的。针对一个有
源箝位DC／DC电源模块的应用，首先分析穿孔平板变压器、穿孔平板电感的结构和磁路
特点。进而设计了磁器件的具体参数，经有限元仿真验证后制作出磁器件，并经实测证实了
其效果。
2 有源箝位模块电源及其结构
所设计的DC／DC模块电源为输入低端有源箝位、输出同步整流的隔离正激电路，其主
电路如图1所示。
该电源主要性能指标为额定输入电压48 V，额定输出电压3．3 V／15 A，开关频率
500 kHz。该电源的主开关和箝位开关均能实现零电压开通，大大降低主开关管电压应力，
并可在占空比大于50％的情况下工作。电源的控制电路分别从初、次级采集电流和电压信
号，并送入PWM控制器调节占空比，再经初级驱动电路控制功率开关，稳定输出电压。图
中的变压器、电感采用穿孔平板磁器件结构，省略号表示多个变压器单元、电感单元相串联
或并联。
为提高该模块电源的功率密度，改善功率器件布置面积紧张问题，采用了将模块电源的
PCB与穿孔平板磁器件平行安装的方式，如图2所示。可见，穿孔平板磁芯置于PCB的上
方，未占用其表面，从而使PCB可放置更多的功率开关、控制器件，以实现更复杂的功能
或更大的功率等级。
3 模块电源平板磁器件的分析和设计
该模块电源的变压器、电感器采用穿孔平板磁器件结构，其本质上也是矩阵式变压器的
一种变形，下面对其设计进行具体介绍。
3．1 穿孔式平板变压器的设计与分析
穿孔式平板变压器由钻有通孔的平板磁芯和扁平铜线绕组组成。其中，穿孔式平板磁芯
的结构与通常的磁芯区别较大。在平板磁芯上，以通孔为中心，各通孔与周围的磁材料构成
一个磁芯单元。变压器的初、次级绕组从通孔中穿过，即相互交链，构成一个变压转换单元。
在设计中，考虑到通孔的面积有限，次级绕组输出电流较大，在变压转换单元采用1：1匝
数比的初、次级绕组设计。此外，磁芯单元采用相邻磁芯单元激磁电流方向相反的I型设计，
使不同磁芯单元间的磁路耦合小到可以忽略，从而简化分析和设计。
在设计穿孔平板磁芯时，需确定穿孔的数目、穿孔孔径、平板面积和厚度等参数，而这
些参数需要以磁芯不饱和、绕组可穿过、体积适当等作为基本约束条件。下面介绍设计中参
数的确定过程。对于磁芯单元，与普通变压器一个明显不同是其内部磁感应强度分布不均匀。
磁芯单元的激磁电感为：
式中：μ为磁芯的导磁率，单位为H／m；h为平板磁芯的厚度，单位为m；Rmax为
磁芯单元的半径，单位为m；Rmin为磁芯通孔的半径，单位为m。
由式(1)可知，磁芯单元内磁感应强度的最大值出现在通孔的内壁处，最小值出现在磁
芯单元的外边界处。在设计时，首先要保证通孔内壁的磁芯不饱和。由于初级绕组串联，变
压器的整体激磁电感为各串联单元之和，即：
式中：Lm为初级激磁电感。
可见，穿孔平板变压器中的磁芯单元串联数n类似于普通变压器的绕组匝数N，通过选
择初、次级磁芯单元的串联数目，就可实现所需的初、次级匝比。对有源箝位DC／DC电
源而言，当一个主开关导通时，穿孔平板变压器内初级最大磁链ψ=UinDT，其中，Uin为
直流输入电压，D为占空比，T为开关周期。每个磁芯单元的磁链为其1／n，那么磁芯单
元的最大激磁电流为：
式中：f为开关管的工作频率。
由安培环路定律可知，穿孔平板磁芯磁感应强度最大值出现在主开关管即将关断时的通
孔内壁处，其值为：
可见，在设计穿孔平板变压器时，需要对n，Rmin，h等进行选择，以达到不饱和要求。
n越大，越不易饱和，而Rmin过大或过小时，磁芯则容易饱和。故设计一个外部尺寸基本
确定的穿孔平板变压器时，需要平衡n和Rmin。
在模块电源设计中，选用25 mm×16 mm×4 mm的锰锌铁氧体平板磁芯。考虑
到电源6：1的初、次级匝比和磁孔加工难度，取n=24。根据式(4)可得Bpeak与Rmin
的关系曲线，如图3所示。
由图可见，当Rmin在0．5～1 mm时，Bpeak较小。为便于绕组制作，设计取Rmin=1
mm。变压器初级绕组按水平方向布放，次级绕组按垂直方向布放，以减小绕组间的相互干
扰。
3．2 穿孔平板电感的设计与分析
设计的穿孔平板电感器的基本结构和材料与上文穿孔平板变压器相似。其磁芯单元的主
要结构如图4所示，可见电感磁芯单元的通孔上开有气隙l0。由于μ远大于空气导磁率，
电感绕组的磁通主要落在气隙上，因此气隙内的磁感应强度几乎相同，电感磁芯单元磁体内
各处磁感应强度也基本一致。
由图4可知，单个磁芯单元的电感值为：
整个电感有NL个串联磁心单元，则总电感为：
所以在设计穿孔平板电感时，可根据所需电感量，由式(6)得到各参数的积，再依次考
虑Rmin，l0，NL和磁芯的尺寸即可。对于该DC／DC模块电源输出滤波电感为0．63μH，
磁芯为25 mmx16 mmx4 mm的锰锌铁氧体磁芯，6个Rmin=1 mm的穿孔，绕组采
用立兹线。
4 仿真和实验验证
利用有限元仿真软件Ansoft Maxwell可建立上述穿孔平板变压器、电感器的模型，通
过仿真分析和验证磁芯内磁场的分布情况。图5分别显示了上述穿孔平板变压器和电感工
作时的磁场情况。其中，为显示出穿孔内的磁通，图5a仅示出了其中12个穿孔。可见，
仿真结果与前述分析一致。
为了测试穿孔平板变压器和穿孔平板电感的设计，制作出变压器和电感样机，并在有源
箝位DC／DC模块电源上进行实验。
图6a示出模块电源在输入电压48 V、输出满载电流15 A时的穿孔变压器初、次级绕
组的电压波形。可见，初、次级电压波形相近，其电压幅值比符合设计的6：1关系，并且
次级电压波形相位延时也小，实验表明变压器设计可满足开关变换要求。图6b示出此时电
源输出电压的纹波状况。可见，纹波峰峰值仅为70 mV，起到了良好的滤波器效果。当然，
由于制作工艺等条件的限制，次级电压波形中有高频振荡非理想情况出现，但未对变压器整
体造成影响。
5 结论
穿孔平板磁芯结合了平面磁芯和矩阵变压器的部分特点，适应于高功率密度DC／DC模
块电源。针对一台DC／DC有源箝位模块电源降低体积的要求，分析了穿孔平板变压器、
穿孔平板电感的磁场分布特点，推导了磁器件电感量、最大磁感应强度与设计参数间的具体
关系式，进而设计出穿孔平板变压器、穿孔平板电感实际样机。上述磁器件的有限元软件仿
真结果验证了分析的合理性，实际模块电源的运行也表明了设计的有效性。