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电源适配器变压器的设计

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电源适配器变压器的设计

变压器(Transformer)是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、次级线圈和铁芯(磁芯)。其性能指标的好与坏将直接影响整个电路的性能。因此,在设计电源适配器变压器时应该细心设计为好。
变压器的结构对电源适配器性能的影响可以从以下几个方面看出。
按铁芯或线圈结构分类:芯式变压器(插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯)、壳式变压器(插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯)、环型变压器、金属箔变压器。
1.绝缘边距与漆包线的种类对电源适配器变压器性能的影响

电源适配器变压器的主要作用是隔离,电器隔离性能应符合电气安全规则的要求。为了满足电器安全规则的要求,通常要在电源适配器变压器一次侧和二次侧之间留有不低于3mm的绝缘边距(爬电距离),如图7.1所示的边沿空隙方法。边沿空隙方法(MarginWound)——在骨架边沿留有不绕线的余留,以提供所需的绝缘边距要求,这种方法一直得到比较普遍的应用,其主要原因是绕电源适配器变压器的漆包线的绝缘强度不能满足电气安全规则的要求,特别是漆包线漆皮的针孔。这种方法的最大缺点是电源适配器变压器绕线空间的浪费和电源适配器变压器漏感的增加,尤其是小电源适配器变压器尤为严重,如EE16磁芯绕线框架仅有约8mm的绕线宽度,如果扣除3mm的边沿空隙,则有效的绕线宽度仅剩下5mm,电源适配器变压器绕线窗口的利用率大大下降,同时电源适配器变压器的漏感也随之增加。

不仅如此,在电源适配器变压器一次侧和二次侧之间通常还要能承受50Hz、1500V的有效值电压,这往往需要3~5层的电源适配器变压器绝缘胶带,势必要求一次侧和二次侧之间的耦合变差,在电气性能上的表现为电源适配器变压器的漏感增加。对于50Hz的电源适配器变压器,漏感增加一点似乎不会出现多大问题,但是高频开关电源电源适配器变压器的漏感增加一点所付出的代价将是开关管的损耗明显增加,甚至是电源适配器变压器的漏感所产生的电压尖峰将开关管击穿!要么就是缓冲电路的损耗增加。

怎样才能取消电源适配器变压器中边沿空隙和一次侧、二次侧之间的绝缘?问题的关键就是改进漆包线的质量。单层绝缘漆包线的最主要缺陷是针孔(当然也不可否认绝缘电压可能还不够)。那么,在制造漆包线时,可以在漆包线上多涂几次绝缘漆,这样不仅提高了绝缘电压,最主要的是彻底消除了漆包线漆皮上的针孔,这就是三重绝缘的漆包线。
三重绝缘漆包线绕制法(TripleInsulated)——二次侧绕组的导线采用三重绝缘漆包线以便任意两层结合都满足电气强度要求。
图所示给出三重绝缘法结构,从图中可以看出,一次侧充满整个骨架宽度,和辅助绕组之间仅有一层胶带,在辅助绕组上缠一层胶带以防止损坏次级绕组导线的三重绝缘层。二次侧的绕组缠在其上,最后缠一层胶带进行保护。注意绕线和焊接时绝缘不被损坏。

图三重绝缘漆包线绕制电源适配器变压器的结构
实际上,用三重绝缘漆包线绕制电源适配器变压器时,一次侧和二次侧之间可以不附加任何绝缘物(如绝缘胶带)同样可以保证绝缘强度,这样,电源适配器变压器的绕线窗口将得到有效的利用。同时,电源适配器变压器的漏感也可以减小到最小。

2.电源适配器变压器的绕线方法对电源适配器变压器性能的影响
变压器绕线方法有很多,按绕组个数分类。变压器按绕组的个数可分为双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器和多绕组变压器。近年来三绕组变压器在电力系统中应用越来越多,大多用于需要三种不同电压等级的场合。
(1)C型绕线方法:
这是最常用的绕线方法。图7.3所示出有2层初级绕组的C型绕线。C型绕线容易实现且成本低。但是,导致一次侧绕组间电容增加。从图7.3中可以看出,初级从骨架的一边绕到另一边再绕回到起始边,这是一个简单的绕线方法。

(2)Z型绕线方法:
图所示出有2层一次侧绕组的Z型绕线方法。从图7.4中可以看出这种方法比C型绕线复杂,但是减少了绕组的寄生电容。

图电源适配器变压器一次侧的Z型绕法
(3)一次侧、二次侧内外绕制方法:图7.3和图7.4所示均为电源适配器变压器的一次侧绕在内侧,二次侧绕在外侧的绕制方法,这种绕制方法的优点是简单,而且通常电源适配器变压器一次侧绕组的线径细、二次侧线径粗,细线绕在里边绕制起来比较容易。但是,这种绕法的最大缺点是电源适配器变压器的漏感大,电源适配器变压器漏感在开关过程中需要将漏感中的储能完全释放,通常会产生比较高的尖峰电压,对开关管的冲击比较大。这个冲击在反激式开关电源中尤为明显。这个电源适配器变压器漏感的储能必然消耗在缓冲电路或钳位电路,漏感越大,需要的缓冲电路越大,所产生的损耗越大,降低了开关电源的效率。因此,应该选择电源适配器变压器漏感比较小的绕制方法。
最常见的是一次侧分成两段,分别绕在二次侧的内侧和外侧,如图所示。另一方面,把一次侧的绕组分开绕制的方法也可以减少漏电感。分开的一次侧的绕组是最里边第一层绕组,第二层一次侧绕在外边。这需要骨架有空余引脚让一次侧绕组的中心点连接其上,这对改善耦合有意义。

(4)密绕

密绕就是线与线之间紧密的靠在一起,在绕制中线不可分层和交叉等现象,例如:密绕一层时不允许有第二层出现,不允许有线与线之间有缝隙和交叉等现象。

1、排线均匀紧密;

2、排线无打结,无交叉,无重叠,上一层无陷入下一层现象。

均绕

(5)均绕就是线与线之间距离大致相等,绕满整个绕线区域,起收线要靠近端控胶带,但不允许上端控胶带。

1、绕线绕满整个绕线区域;

2、线与线之间距离大致相等;

3、起收线都靠端控胶带绕线,且没有上端控。

(6)三明治又分为两种绕法:初级夹次级,次级夹初级。

1.初级夹次级的绕法(也叫初级平均绕法) ,此种绕法有量大优点 ,这样有利于初次级的耦合,减少漏感;还有利于绕线的平整度;最后一个好处是,供电绕组电压变化受次级的负载影响较小,更稳定。缺点是由于初次级有两个接触面,绕组耦合电容比较大,所以EMI又比较难过。
2.次级夹初级的绕法(也叫次级平均绕法),当输出是低压大电流时,一般采用此种绕法,优点是可以有效降低铜损引起的温升和减少初级耦合至变压器磁芯高频干扰。

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| 发布时间:2019.06.28    来源:电源适配器厂家
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