内容发布更新时间 : 2024/11/16 20:50:08星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

3．1 开关电源变压器的绕线技术

3．1．1 绕组符合安全规程

磁性元件的设计是一个优秀的开关电源设计的关键。合理的磁性元件电气和物理的设计对每一个开关电源工作的可靠性有极大的影响。已有多部介绍磁性元件原理和设计的著作，而本次是从开关电源设计实用手册的角度来介绍磁性元件的设计。由于开关电源是磁性元件一个特定的应用场合，所以磁性元件的设计过程可以大大地简化。这样一来不需要理解磁性元件设计的各个方面的细节，可以最快地完成设计。

开关电源变压器的物理绕线方法是很重要的，它会使电源性能差别很大。好的绕线方法可以使电源性能变得非常好，反之也可以使电源噪声很大，性能变差。开关电源变压器与50/60Hz的工频变压器相比，设计要求更为苛刻。 变压器的绕制，主要有三个方面的因素要考虑： 1．电源是否必须符合所有的安全规范。 2．绕组之间耦合要好。 3．所有绕组的漏感应尽可能小。

这些因素有些是相互影响的，所以需要采取折中办法。

如果开关电源的输入电压峰值高于40V，就要受到一个或多个国际安全规程组织所制订的规程约束。这些组织一般互相借鉴对方的安全规程，但设计者仍要再查看自己产品所销往的市场对这方面的要求。国际电工委员会（IEC）是这些标准的主要制订者，其标准为所有欧洲共同体的安全规程组织所采用。其余的安全规程组织，如美国UL、加拿大标准机构（CAS）、和日本的VCCI一起努力，在IEC标准的基础上采用统一的安全规程。这将使同一套标准在全世界范围都可使用。在每个国家，不同的市场也有不同的标准。市场的不同，也是IEC标准要努力协调的一部分。 在“离线式”或输入交流电压90～260V的开关电源中，通常使用的磁心是E-E型磁心和从E-E型磁心派生出来的一些磁心。这些磁心都有骨架，这使得它们制造比较容易。安全规程组织对变压器结构的要求是很明确的。爬电距离或输入绕组和输出绕组表面的距离不能小于4mm。为了满足这个要求，变压器制造者可以在骨架中绕

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线区的两端放置2mm厚的绝缘带，把绕线绕在边沿的带子之间。这些边沿的带子在绝缘的绕组之间总共增加了4mm的距离。常见的符合IEC标准的变压器如图3-1所示。

图3-1 符合IEC的交错离线式变压器

导线从骨架中引出的时候也要绕上绝缘带，这也是由于标准规定导线通过这4mm空间时的要求。输入和输出端之间也要有4mm的距离，也就是它们之间的爬电距离要比这个大。这可以通过骨架上输出端模压成“固定槽或类似的结构来实现。 输入的两个极性[直流的正负端，相线与零线]之间的爬电距离最少要有3.2mm。 表面的电导率随着它工作时所处的环境和平均湿度的长期影响而变化。上面提到的爬电距离要随着应用场合的不同而改变。设计者一定要参考适用的技术规范。 额外增加的绝缘带、绝缘套管和引出端距离使最后的变压器成品体积更大，成本也增加。这是由于这些都是手工操作，需要花费很多时间。 3．1．2 低漏感的绕制方法

减小绕组漏感有多种方案和绕制技巧可选择。漏感是指没有耦合到磁心或其他绕组的可测量的电感量。它的影响就像一个独立的电感串接在绕组的引线上一样。它是导致功率开关管漏极或集电极和输出二极管阳极上的尖峰的原因。这是由于它的磁通无法被二次绕组所匝链。

对于已选定的磁心和计算好的绕组，可以根据式（3-1）估算漏感。

2b? Lleak?K1Lmtnx??Tins?w? （3-1）

100W1?3? 17

式中 K—取3

Lmt—整根绕线线绕在骨架上平均每匝的长度，单位为in；

nx—绕组所包含的匝数； W1—绕组的宽度，单位为in；

Tins—绕线的绝缘厚度，单位为in；

bw—制作好的变压器所有绕组的厚度，单位为in。

公式给出了影响绕组漏感的主要因素。变压器设计者能够控制的主要因素是选择磁心中柱长的磁心。绕组越宽，漏感越小。一次二次耦合的好坏对一次漏感也有很大的影响。这点可以从把一次绕组分成两半，二次绕组夹在中间或交错在中间的绕法中看出来。

另外一个比较麻烦的变压器寄生参数是线圈的匝间电容，这可以分布在整个绕组各个线圈之间的小电容来表示。一次输入电压较高的变压器，绕线间的分布电容是一个问题。特别是离线式或高输入电压的开关电源中，这个问题就更突出了。这个寄生电容是由于同一绕组邻近线圈的电位不同而引起的。式（3-2）表示的就是一个绕组中两匝之间存储的能量，并且这个公式说明了这些电容产生的原因。在开工转换时，这个能量就以尖峰的形式释放。

E(stored)0.0194V2? （3-2）

2sln()d式中 S—绕组之间的距离，单位为m； d—导线直径，单位为m。

如果线圈一层接着一层来回绕，分布电容存储的能量就很大。最后，线圈间的电压差也很大，甚至有可能接近绝缘击穿电压。这会得到很糟的结果。图3-2所示的就是三种不同的绕制方法。

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图3-2 减少匝间电容的绕线方法

a)直接绕法 b)累进式绕法 c)分开骨架的方法

（差） （很好） （好）

这些减小分布电容的绕制方法可以极大地减小导线间的绝缘压力，减小了相邻线圈间由于绝缘被击穿而产生电弧的可能性。

3．1．3 变压器紧密耦合的绕制方法

一次与二次，二次与二次绕组的紧密耦合，是变压器设计者最理想的目标。 1.绞合绕法

这种方法是通过一对绞合的导线来增加绕组间的耦合。就是把两根或更多的导线绞合在一起，然后把它们同时绕到骨架上。绞得太紧，容易损坏绝缘层。这种方法保证所有的线绕在相邻近的位置，所有可以提供最好的耦合效果。即使绕组的匝数不一样，绕组只有部分是绞合在一起的，这种方法也有助于提高绕组间的耦合因数。 2多线绕组法.

这种绕线技术就是把两根或多根导线放在一起同时绕，不过并没有把这些导线绞合在一起。大部分时候是把它们紧挨在一起的。

当然，如果一次电压峰值高于40V时，不能用多线绕组或绞合绕组的绕制方法来同时绕一次和二次绕组。输入电压低于AC206V时，安全规程机构要求一次、二次绕组之间放三层1mil的聚酯薄膜。这会破坏这两个绕组间的耦合。为了提高一次、二次绕组之间的耦合，可以把这两个绕组交错在一起（见图3-1）。这种绕法比起只是简单地把二次绕组绕在一次绕组上的绕法，所花的劳动量更大。因此，在一次、二次绕组匝数比超过15-20:1时候，推荐使用这种交错绕法。这就包括输入电压为AC240V或比这高而输出电压不高于DC+5V的电源。从图3-3就可以看出，交叉绕法在输入电压AC480V的离线反激式电路中的效果。

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图3-3 在离线反激式变换器中交叉绕制方法对波形的影响

从这两张波形图中，容易看出它们之间的尖峰能量的区别。通常这些能量消耗在一次侧的钳位或吸收电路中。

采用上述变压器绕线技术，尽管会增加变压器的成本，但是效果比较好，可以提高整个电源的性能。对于整个电源的长期运行来说，可以节省资金。

3．2 确定磁心的尺寸

确定磁心的尺寸对于某个应用场合来说，选择磁心尺寸要考虑五个主要因数： 因素： 影响的参数： 输出功率 Ac（磁心横截面积） 磁通是双象限，还是单象限的 Ac（磁心横截面积） 输入电压 Aw（磁心窗口面积） 绕组数目 Aw（磁心窗口面积） 绕线方式 Aw（磁心窗口面积）

每个制造厂商都用自己不同的方法来确定磁心尺寸。有些是用图表的方法，有些只是简单地说明在特定的应用场合下各种磁心可以传递能量，还有些是用含义模糊的是式子来说明，这些式子采用不同的工程单位，会使人困惑。下面介绍估计初始磁心尺寸的两种方法。 磁心尺寸选择方法1

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