變壓器繞制工藝

1、電源效率討論系列三：變壓器繞制工藝許多的工程師對變壓器的繞制工藝把握不準(zhǔn)，導(dǎo)致做出來的產(chǎn)品，反復(fù)的調(diào)試才能符合初始的設(shè)計(jì)參數(shù)要求變壓器的工藝設(shè)計(jì)涉及到的東西太多了，下面我們就來慢慢的討論下各種繞制工藝對電源各項(xiàng)參數(shù)的影響。要想把變壓器設(shè)計(jì)好，首先就需要選擇好變壓器變壓器的選擇受到很多的因素制約，以前我在很多帖子中多次說過，這里再次重復(fù)下首先，需要計(jì)算好變壓器的Ap值，計(jì)算方法壇子里有很多相關(guān)的帖子，大家可以搜下，我在這里就不在 贅述了。得到Ap值之后，我們就要根據(jù)電源的結(jié)構(gòu)尺寸來初步選擇變壓器，包括變壓器的高度，寬度以及長度。當(dāng)電源的整體高度有限制時(shí)，就需要考慮扁平型的變壓器，臥式變壓器是首選

2、。常見的有EE系列，EC系列，ER系列的臥式變壓器，EF系列與EFD系列變壓器；如果是超薄的適配器與LED H光燈內(nèi)置電源，可以考慮平面變壓器。而如果PCB的空間有限，應(yīng)該選擇PQ, RM,或者罐形磁芯，因?yàn)檫@些磁芯的截面積大，占用空間小，可以輸出更大的功率 好的，其實(shí)有前輩已經(jīng)總結(jié)過了那我就重復(fù)下吧Ap= Aw*Ae=（Pt*10M）/（2AB*fs*J*Ku）Ap:變壓器功率容量Aw :磁芯窗口面積Ae :磁芯橫截面接Pt :變壓器的傳遞功率（Pt = Po/n+Po）AB :磁通密度變化量（一般取0.2-0.3）fs :磁芯工作頻率j ：電流密度（自冷取46,風(fēng)冷取6-10）Ku :窗口

3、的銅填充系數(shù)（一般取0.Z0.5）其次，在選擇變壓器的時(shí)候我們要根據(jù)電路的參數(shù)與側(cè)重點(diǎn)不同,而選擇不同的變壓器比如，在反激電源中，我們希望漏感越小越好，因?yàn)槁└写笮绊懝β势骷碾妷号c電流應(yīng)力，同時(shí)對EMC也有不可忽視的影響，那么我們就找對漏感控制有利的變壓器，如PQ型，RM型，以及ERL型的變壓器，再加上合理的繞法，可以將漏感控制在3%以下。又如LLC電源，我們希望用變壓器的漏感來作為諧振電感，所以我們需要刻意加大漏感，選用分槽的骨架來繞制比較理想。再次,在選擇變壓器的時(shí)候，要考慮到成本與通用性。成本不僅僅是每個企業(yè)老板關(guān)心的問題，同樣是我們廣大研發(fā)工程師最糾 結(jié)的問題，除非是少數(shù)軍品級別

4、 或高檔不計(jì)成本的電源，我們在設(shè)計(jì)的時(shí)候要在性能參數(shù)與成本之間找到一個平衡點(diǎn)，不要刻 意去追求某個參數(shù)而忽略帶來的成本影響，有時(shí)哪怕每個變壓器增加幾分錢的成本，如果批量起來，都是不可忽略的一筆開 支。除非由于商業(yè)因素的考慮，希望自己的產(chǎn)品不被其它的廠商所抄襲，一般不考慮私?；蚱T的變壓器磁芯與骨架，因?yàn)榱慨a(chǎn)的 時(shí)候，供貨的渠道與周期都會受到很大的制約，而通用的磁芯，無論在價(jià)格上還是在供貨渠道與周期都有很大的可選擇性。溫馨提示：1、你去翻翻書（論壇里有專門討論漏感的帖子），看看漏感的定義2、你在想想普通骨架繞制的線圈跟分槽繞制的線圈在磁耦合上有那些區(qū)別3、然后你可以繼續(xù)思考漏感的形成原因繼續(xù)帖子

5、選擇變壓器的時(shí)候，還要考慮到為了符合安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，EMC性能首先，要考慮變壓器骨架的繞線寬度，變壓器為了符合安規(guī)中的爬電就離要求，一般都要在繞組邊上加3 mm的擋墻，那么 這就縮小了變壓器骨架的可用繞線寬度；而如果不加擋墻的話，就需要使用三重絕緣線，而三重絕緣線的外徑一般比內(nèi)部的 銅線直徑大0.2mm ,那么，同樣的窗口面積，繞線的匝數(shù)相當(dāng)于減少了。其次，要考慮變壓器骨架的槽深，有時(shí)為了 EMC,需要在變壓器內(nèi)部加入屏蔽層, 無疑會增加繞組的層數(shù)，也就是說可用于繞制變壓器其他繞組的槽深就減少了。有些用細(xì)線繞，有的用銅箔繞，這些繞組選擇變壓器還要考慮到繞組裝配工藝的影響很多的工程師在設(shè)計(jì)變壓器的時(shí)候

6、，沒有考慮到裝配工藝, 做樣；然后，變壓器廠工程師打電話說繞不下，磁芯太緊, 延緩項(xiàng)目的進(jìn)度。往往會出現(xiàn)這樣的情況: 不好裝配，不利于量產(chǎn);變壓器計(jì)算好之后，把參數(shù)發(fā)給變壓器廠 最后不得不修改變壓器參數(shù)；這樣無疑會所以在設(shè)計(jì)之初，我們就要考慮到變壓器磁芯窗口的誤差, 壓器的裝配；我們在計(jì)算時(shí)應(yīng)該對這些因素給予充分考慮,以及繞線工藝、絕緣TAPE的厚度等因素，這些因素都會影響變 留有一定的余量。上面談了變壓器的磁芯骨架選擇考慮的問題，下面來談?wù)勛儔浩鞯睦@制方法與注意事項(xiàng) 普通分層繞法: 一般的單輸出電源，變壓器分為3個繞組，初級繞組Np,次級繞組Ns,輔助電源繞組Nb；當(dāng)實(shí)用普通分層繞法時(shí)，繞制

7、 的順序是：Np-Ns-Nb ,當(dāng)然也有的是采用NbNsNp的繞法，但不常用，原因大家可以先思考下，過幾天我再分析。此種繞法工藝簡單，易于控制磁芯的各種參數(shù)，一致性較好，繞線成本低，適用于大批量的生產(chǎn)，但漏感稍大，故適用于對漏 感不敏感的小功率場合，一般功率小于10W的電源中普遍實(shí)用這種繞法三明治繞法三明治繞法久負(fù)盛名，幾乎每個做電源的人都知道這種繞法，但真正對三明治繞法做過深入研究的人，應(yīng)該不多 相信很多人都吃過三明治，就是兩層面包中間夾一層奶油。顧名思義，三明治繞法就是兩層夾一層的繞法。由于被夾在中 間的繞組不同，三明治又分為兩種繞法：初級夾次級，次級夾初級。先來看第一種，初級夾次級的繞法

8、（也叫初級平均繞法）如上圖，順序?yàn)镹p/2,Ns,Np/2,Nb ,此種繞法有量大優(yōu)點(diǎn)由于增加了初次級的有效耦合面積，可以極大的減少變壓器的漏 感，而減少漏感帶來的好處是顯而易見的：漏感引起的電壓尖峰會降低，這就使MOSFET的電壓應(yīng)力降低，同時(shí)，由 MOSFET與散熱片引起的共模干擾電流也可以降低，從而改善EMI ；由于在初級中間加入了一個次級繞組，所以減少了變壓器初級的層間分布電容，而層間電容的減少，就會使電路中的寄生振蕩 減少，同樣可以降低MOSFET與次級整流管的電壓電流應(yīng)力，改善EMI。第二種，次級夾初級的繞法（也叫次級平均繞法）如上圖，順序?yàn)镹s/2,Np,Ns/2,Nb。當(dāng)輸出是

9、低壓大電流時(shí)，一般采用此種繞法，其優(yōu)點(diǎn)有二：1、可以有效降低銅損引起的溫升：由于輸岀是低壓大電流，故銅損對導(dǎo)線的長度較為敏感，繞在內(nèi)側(cè)的Ns/2可以有效較少繞線長度，從而降低此Ns/2繞組的銅損及發(fā)熱。外層的Ns/2雖說繞線相對較長，但是基本上是在變 壓器的外層，散熱良好故溫度也不會太高。2、可以減少初級耦合至變壓器磁芯高頻干擾。由于初級遠(yuǎn)離磁芯，次級電壓低，故引起的高頻干擾小。以上是我對三明治繞法的幾點(diǎn)粗淺看法，可能有錯誤，歡迎大家指教。三明治繞法引申的還有很多的內(nèi)容可講，今天先講這么多，明天繼續(xù)。這個是220V輸入時(shí)滿載，MOSFET的Vds的波形假如我選用的MOSFET耐壓值為700V,

10、但上機(jī)帶載測試時(shí)MOSFET VDS極電壓（也就是示波器中AY的電壓）會超過700o那如果此時(shí)不采取相關(guān)的措施（如：在D,S極加電容，或加RCD吸收，或加有源鉗位）的話可能會損壞MOSFET。我的意思是如何通過正激變壓器復(fù)位繞組將此電壓吸收掉而保證不損壞MOSFETo電源基礎(chǔ)不是很好，表達(dá)有一些模糊，望老師見諒！復(fù)位繞組的功能只是在MOS管關(guān)閉時(shí)，將初級的勵磁能量釋放掉，并沒有你說的那種能吸收尖峰的作用在初級繞組與復(fù)位繞組的同名端加個電容，可以鉗位最高電壓我上面的這個電路就是加了一個電容，所以VDS的電壓不高屏蔽繞組一般都是用銅箔或細(xì)線繞制，銅箔一般繞0.9T或1.1T,細(xì)線匝數(shù)沒有要求，繞滿

11、為止，至于同名端，一般都是從地線起繞，然后另一端懸空下面，我們大家來進(jìn)一步深入討論下這個三明治繞發(fā)對EMI的影響首先，我們來看初級夾次級的繞法我們知道，變壓器的初級由于電壓較高，所以繞組較多，一般要超過2層，有時(shí)甚至達(dá)到45層，這就給變壓器帶來一個分布參數(shù)-層間電容，形成原理相信大家都清楚，我就不多解釋了。當(dāng)MOSFET關(guān)斷的時(shí)候，變壓器的漏感與MOSFET的結(jié)電容以及變壓器的層間電容會產(chǎn)生振動，幅度達(dá)到幾十甚至超 過一百V,這對MOSFET與EMI來說都是不允許的，所以，我們增加RCD吸收來抑制這個振蕩，達(dá)到保護(hù)MOSFET與 改善EMI的目的。上圖即為反激電源MOSFET的Vds波形從這個

12、角度來說，三明治繞法是可以在一定程度上改善EMI。從另外一個角度來說，三明治繞法確實(shí)是增加了初次級的耦合面積，減少了漏感，同時(shí)又使初次級的耦合電容增加了；當(dāng)開 關(guān)管反復(fù)開關(guān)時(shí)，電容也會反復(fù)充放電，也就是說會引起振蕩，此振蕩正比于開關(guān)頻率，會對EMI產(chǎn)生不利的影響。從上面的分析看，三明治繞法是否能起到改善EMI的效果，只能具體問題來分析所以，我昨天的分析應(yīng)該說是不夠嚴(yán)謹(jǐn)，特向廣大網(wǎng)友致歉在這種三明治繞法中，Nb的位置有沒有建議。因?yàn)槲移綍r(shí)看到的大多是（從里層到外層）繞線一：Np/2-Ns-Nb-Np/2繞線二：Np/2-Nb-Ns-Np/2這兩種繞法沒有太大的差別，如果非得在這兩種繞法中選擇的話

13、，我會選擇第一種繞法因?yàn)榈谝环N繞法的Ns更容易繞得平整我的習(xí)慣把Nb繞在最外層Np/2-Ns-Np/2-Nb這樣有利于初次級的耦合，減少漏感；還有利于繞線的平整度；最后一個好處是，供電繞組電壓變化受次 級的負(fù)載影響較小，更穩(wěn)定如果是你說的那樣，應(yīng)該是考慮到繞組的層數(shù)與漏感的問題打個比方：計(jì)算出初級的匝數(shù)為90T,選定繞組的線徑之后，發(fā)現(xiàn)每層只能繞30T,這個時(shí)候難道還有人去選擇將初級繞組 分成45T+45T嗎？最優(yōu)的選擇應(yīng)該是60T+30T ,這樣的線包才能繞得比較平整，漏感也相對較小。沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是考慮到約里層繞線約容易繞平整，所以一般會把2層繞里面當(dāng)三明治繞法遇到單數(shù)層也是一樣，比如

14、 說Np為35T時(shí)，一般會考慮內(nèi)層繞18T,外層繞17T就是指耐高溫的漆包線吧，漆包線的規(guī)格型號如下:聚酯漆包線（QZ/PEW） 聚氨酯漆包線（QA/UEW）55 C改性聚酯漆包線（QZG）180 C聚酯亞胺漆包線（QZY/EIW）聚酯漆包銅包鋁線QZ （CCA）聚氨酯漆包銅包鋁線QA （CCA）溫度等級：B 級（130C）、F 級（1550 x H 級（180C）、C 級（180C 以上）從外觀上看，一般耐溫越高，其漆包膜的顏色就越深這個是普通的130度漆包線這個是耐高溫180度的漆包線至于你說的在中柱點(diǎn)膠，用的是什么膠，點(diǎn)了多少，我沒看到實(shí)物不好判斷如果中柱磨氣隙了的話，我推測應(yīng)該是為了讓磁芯能夠更能緊密，牢固的粘在一起，這樣電感量更穩(wěn)定，同時(shí)可以防震起到的效果。那我就說說三重絕緣線吧：三重絕緣線：Triple Insulated Wire （工程上用TIW表示