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电子变压器:与上下游企业共同进步

电子变压器:与上下游企业共同进步

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  • 发布时间:2022-03-14
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【概要描述】电子变压器:与上下游企业共同进步

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电子变压器:与上下游企业共同进步

中国电子学会元件分会电子变压器技术部秘书长 姜德清(摘自大比特博客)

近30年来,各种门类的电子产品几乎都在向着高频化、高效率、低损耗和高性价比方向发展,使得传统的EI、C型磁心电子变压器的生存空间变窄变小。因此,在我国大陆的电子变压器产量中传统型仍占很大比例的情况下,必须以改革和创新的精神,加大其更新换代的脚步,否则,内地的电子变压器行业还会较长时间地处于“打工”地位。

正经历三个层次更新换代

在某种意义上讲,我国的电子变压器产业正经历着三个层次的更新换代:第一层次是立体变压器(即传统型普通变压器)向平面型变压器的革新,平面变压器的体积重量比传统型减小了80%,已形成5W-20kW/20kHz~2MHz的产品系列,其效率的典型值可达98%。第二层次更新是片式变压器的批量生产。片式变压器的高度进一步降低,基本实现了扁平化。它们适合于电流在100A以上的低压大电流电源的要求。其结构一般采用一个初级绕组多个磁心代替传统的一个磁心多个绕组。多个磁心的初级绕组串联达到降压与隔离的要求,其内部温升低于平面变压器,只有10℃左右;可以安装在额定温升高一些的PCB等基板上。第三层次更新则是薄膜变压器的研制设计成功。由于采用薄膜结构,更好地实现了低高度,一般小于1mm,工作频率超过1MHz,达10 MHz~100MHz。薄膜变压器可以采用集成电路工艺制造,故成本并不比片式变压器高,薄膜变压器是广泛使用的直流开关电源变压器的发展方向。

大家已注意到,目前,从传统型普通立体变压器发展到平面变压器、片式变压器和薄膜变压器只是一个发展进步过程,它们各自有着自己的应用范围和市场定位,并非一种类型完全替代了另一类。如目前的普通型电子变压器的使用量和产量仍然很大;平面变压器已形成系列和批量,正在推广使用;片式电子变压器还处于少量品种的小批量试生产之中;薄膜变压器则还处于开发研究阶段。

与上下游产品共同进步

首先,软磁材料向高端产品升级换代且逐步规模化发展

高端元器件的开发生产需要高端原材料的支持。影响电子变压器性能指标的主要原材料是磁性材料。所以,电子变压器电感器行业十分关注软磁材料尤其是其高端材料的发展。近几年来,我国软磁材料产业有了长足进步,已有一些大中型软磁企业进入了世界先进行列,软磁材料总产量和中低档软磁产品在国际市场上已占绝对优势,高档次软磁产品也已开始形成国际竞争力,可以说,整个软磁行业已开始由大向强转变。

上游原材料产品的发展进步,为电子变压器行业及产品的升级提供了良好的基础条件。

其次,国内整机行业及产品正在转型升级,必将拉动电子变压器行业与产品的市场与技术发展。

电子变压器的技术与产品随整机产品的发展,其应用领域不断扩大,这就为自身的发展提供了市场与技术空间,例如各种电子计算机及其外围设备、有线无线与移动通信设备、汽车电子设备、医用电子设备与仪器等都有宽广的市场和技术发展空间,而新兴的一些行业与技术如高清晰度电视、液晶类产品、数码产品等等的高速发展态势已经形成。这些产业领域,都离不开各类电源,因此,电子变压器技术和市场与它们具有同样的发展潜力是毫无疑问的。

产品升级换代提出新要求

从使用角度而言,电子产品的设计越来越个性化与多元化,门类、品种、型号多。电子变压器的设计制造必须适应这种潮流与原则。目前,电子变压器的设计制造必须注意到如下一些要求:

第一,结构设计,总的趋向是小薄轻,适合于SMT安装要求。对电子变压器设计者来说,小薄轻是在三大被动元件中最为困难的。为了达到小型化指标要求,首选措施是提高电源的工作频率,目前的工作频率为20kHz~100MHz以上。选择高的工作频率,随之而来的是高频损耗和电磁噪声的增大,这就需要采用新的高端磁性材料和抗电磁干扰器件来克服,这将使电子变压器及电源设计复杂化。

第二,电子变压器设计要把工作效率、生产效率放在重要位置。提高电子变压器的工作效率与生产效率是环保与节能的具体落实。在电子变压器设计中,要求的工作效率为:100W以下的小功率直流开关电源的效率>85%;中大功率直流开关电源的工作效率应大于90%。电子变压器和电感器的损耗占电源功率的15%左右,所以要求电子变压器的工作效率>95%~98%。电子变压器的空载损耗和空载电流是电子设备待机损耗的主要因素,因此,要求电子变压器的空载损耗最好小于2%。提高电子变压器工作效率的设计还必须解决其发热少散热快等问题。

第三,与其他任何产品一样,成本是电子变压器设计必须面对的问题。电子变压器除了应在低损耗、小尺寸、高效率、稳定可靠等方面适应现代电子设备要求外,低价位是市场竞争的必要条件。降低变压器成本,设计是基础。设计时原材料的采用、结构形式对成本起主导作用,工艺设备和工艺过程设计,在线测试设备与路线设计等等都应以最低成本为前提。

第四,最大限度地采用标准件。目前,传统变压器设计的标准化率较高,而在平面、片式和薄膜电子变压器的设计中,则较多地偏向于整机产品的技术与安装要求,对标准化率没有严格要求。提高设计的标准化率,当前要抓好两方面的工作,一是加快行业标准的制定,二是设计师要善于利用现有标准件和设计手段。

第五,在有些材料(如铜材)涨价并维持在高价位的情况下,寻找一些较低价位的材料来替代,如以铜包铝导线替代铜导线。

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