解析变压器绕制工艺

日期:2020-01-31编辑作者:公司产品

  bian ya qi利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心(磁芯)。在电器设备和无线电路中,常用作升降电压、匹配阻抗,安全隔离等。的最基本型式,包括两组绕有导线之线圈,并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时,于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压,而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。一般指连接交流电源的线圈称之为「一次线圈」(Primary coil);而跨于此线圈的电压称之为「一次电压」。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压,是由一次线圈与二次线圈间的「匝数比」所决定的。因此,变压器区分为升压与降压变压器两种。

  要想把变压器设计好,首先就需要选择好变压器,变压器的选择受到很多的因素制约,首先,需要计算好变压器的Ap值,得到Ap值之后,我们就要根据电源的结构尺寸来初步选择变压器,包括变压器的高度,宽度以及长度。当电源的整体高度有限制时,就需要考虑扁平型的变压器,卧式变压器是首选。常见的有EE系列,EC系列,ER系列的卧式变压器,EF系列与EFD系列变压器;如果是超薄的适配器与LED日光灯内置电源,可以考虑平面变压器。而如果PCB的空间有限,应该选择PQ,RM,或者罐形磁芯,因为这些磁芯的截面积大,占用空间小,可以输出更大的功率。

  其次,在选择变压器的时候我们要根据电路的参数与侧重点不同,而选择不同的变压器。

  比如,在反激电源中,我们希望漏感越小越好,因为漏感大小会影响功率器件的电压与电流应力,同时对EMC也有不可忽视的影响,那么我们就找对漏感控制有利的变压器,再加上合理的绕法,可以将漏感控制在3%以下。

  再次,在选择变压器的时候,便宜变压器要考虑到成本与通用性。成本不仅仅是每个企业老板关心的问题,同样是我们广大研发工程师最纠结的问题,除非是少数军品级别或高档不计成本的电源,我们在设计的时候要在性能参数与成本之间找到一个平衡点,不要刻意去追求某个参数而忽略带来的成本影响,有时哪怕每个变压器增加几分钱的成本,如果批量起来,都是不可忽略的一笔开支。

  除非由于商业因素的考虑,希望自己的产品不被其它的厂商所抄袭,一般不考虑私模或偏门的变压器磁芯与骨架,因为量产的时候,供货的渠道与周期都会受到很大的制约,而通用的磁芯,无论在价格上还是在供货渠道与周期都有很大的可选择性。看以下图片:

  选择变压器的时候,还要考虑到为了符合安规标准,EMC性能。首先,要考虑变压器骨架的绕线宽度,变压器为了符合安规中的爬电就离要求,一般都要在绕组边上加3mm的挡墙,那么这就缩小了变压器骨架的可用绕线宽度;而如果不加挡墙的话,就需要使用三重绝缘线,而三重绝缘线的外径一般比内部的铜线mm,那么,同样的窗口面积,绕线的匝数相当于减少了。

  其次,要考虑变压器骨架的槽深,有时为了EMC,需要在变压器内部加入屏蔽层,有些用细线绕,有的用铜箔绕,这些绕组无疑会增加绕组的层数,也就是说可用于绕制变压器其他绕组的槽深就减少了。

  大部分的变压器均有固定的铁芯,其上绕有一次与二次的线圈。基于铁材的高导磁性,大部分磁通量局限在铁芯里,因此,两组线圈藉此可以获得相当高程度之磁耦合。在一些变压器中,线圈与铁芯二者间紧密地结合,其一次与二次电压的比值几乎与二者之线圈匝数比相同。因此,变压器之匝数比,一般可作为变压器升压或降压的参考指标。由于此项升压与降压的功能,使得变压器已成为现代化电力系统之一重要附属物,提升输电电压使得长途输送电力更为经济,至于降压变压器,它使得电力运用方面更加多元化,可以这样说,没有变压器,现代工业实无法达到目前发展的现况。

  很多的工程师在设计变压器的时候,没有考虑到装配工艺,往往会出现这样的情况:变压器计算好之后,把参数发给变压器厂做样;然后,变压器厂工程师打电话说绕不下,磁芯太紧,不好装配,不利于量产;最后不得不修改变压器参数;这样无疑会延缓项目的进度。所以在设计之初,便宜变压器我们就要考虑到变压器磁芯窗口的误差,以及绕线工艺、绝缘TAPE的厚度等因素。

  一般的单输出电源,变压器分为3个绕组,初级绕组Np,次级绕组Ns,辅助电源绕组Nb;当实用普通分层绕法时,绕制的顺序是:Np--Ns--Nb,当然也有的是采用Nb--Ns--Np的绕法,但不常用。

  此种绕法工艺简单,易于控制磁芯的各种参数,一致性较好,绕线成本低,适用于大批量的生产,但漏感稍大,故适用于对漏感不敏感的小功率场合,一般功率小于10W的电源中普遍实用这种绕法

  三明治绕法久负盛名,几乎每个做电源的人都知道这种绕法,但真正对三明治绕法做过深入研究的人,应该不多。相信很多人都吃过三明治,就是两层面包中间夹一层奶油。顾名思义,三明治绕法就是两层夹一层的绕法。由于被夹在中间的绕组不同,三明治又分为两种绕法:初级夹次级,次级夹初级。

  如上图,顺序为Np/2,Ns,Np/2,Nb,此种绕法有量大优点,由于增加了初次级的有效耦合面积,可以极大的减少变压器的漏感,而减少漏感带来的好处是显而易见的:漏感引起的电压尖峰会降低,这就使MOSFET的电压应力降低,同时,由MOSFET与散热片引起的共模干扰电流也可以降低,从而改善EMI。

  如上图,顺序为Ns/2,Np,Ns/2,Nb。当输出是低压大电流时,一般采用此种绕法,其优点有二:

  1、可以有效降低铜损引起的温升:由于输出是低压大电流,故铜损对导线的长度较为敏感,绕在内侧的Ns/2可以有效较少绕线长度,从而降低此Ns/2绕组的铜损及发热。

  2、可以减少初级耦合至变压器磁芯高频干扰。由于初级远离磁芯,次级电压低,故引起的高频干扰小。

  我们大家来进一步深入讨论下这个三明治绕发对EMI的影响。首先,我们来看初级夹次级的绕法,我们知道,变压器的初级由于电压较高,所以绕组较多,一般要超过2层,有时甚至达到4-5层,这就给变压器带来一个分布参数---层间电容。

  从这个角度来说,三明治绕法是可以在一定程度上改善EMI。从另外一个角度来说,三明治绕法确实是增加了初次级的耦合面积,减少了漏感,同时又使初次级的耦合电容增加了;当开关管反复开关时,电容也会反复充放电,也就是说会引起振荡,此振荡正比于开关频率,会对EMI产生不利的影响。

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关键词: 便宜变压器

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