半导体变压器绕组形状对电磁参数的影响分析

【摘要】：变压器是电子电路中用于信号和能量传递与转换的基本元件,它依据电磁感应原理,改变交流电的电压等级。近年来随着电子技术及其半导体工艺的成熟与发展,电子设备与器件的集成化、小型化成为未来的发展趋势。那么用于电子电路中的变压器也必然朝着集成化、小型化的方向发展。但是应用于电子电路中的传统变压器是3D结构,相对于集成电路它是一种分离元件,电子变压器的这种结构特点阻碍了电子电路集成化、小型化的发展趋势。因而近年电子领域出现了很多结构上与传统变压器有很大不同的平面变压器,这种平面变压器体积减小、取消磁芯后工作于高频段有良好的特性,很多应用在开关电源电路之中,如DC-DC,AC/DC变换器中。 本文介绍了一种新型变压器—无芯平面半导体变压器,由于主要用于集成电路之中、故也称之为IC变压器,虽然结构上与传统变压器有着很大的不同之处,但同样是依据电磁感应定律。与近年来典型的平面无芯PCB变压器相比。这种变压器结合了新型半导体技术,在半导体的基片上利用高掺杂浓度的半导体轨迹代替金属线圈、这样使得整个变压器体积更小、功率密度变大、效率更高。但是制作工艺较为复杂。 本文介绍了这种变压器的结构,特点,以及介绍了常用分析平面无芯变压器的两种方法即解析法与有限元法。用电磁场分析软件对半导体变压器进行仿真研究,得出其磁场分布图,重点利用有限元法分析半导体变压器不同的绕组形状对其电磁参数的影响,这样得出的结论为半导体变压器设计提供指导。最后介绍了半导体变压器的设计及其优化方法。 目前,半导体平面变压器的研究还仍处于理论研究阶段,随着对其研究不断深入,其体积小、功率密度大、效率高的优点逐渐会被人们认识到,该变压器将广泛地应用于国防、通讯、航空航天、医疗设备、汽车电子、计算机、数码产品等多个领域。