變壓器設計基本知識

2022-09-20 18:15:02 字數 1588 閱讀 7040

一、 開關電源變壓器是開關型功率變換器中的核心部件,其作用有三:磁能轉換、電壓變換和絕緣隔離。在開關電晶體的開關作用下,將直流電轉變成方波施加於開關電源變壓器上,經開關電源變壓器的電磁轉換,將輸入功率傳遞到負載,輸出所需要的電壓。

由於開關變壓器的工作頻率很高,因此它的體積和重量比工頻變壓器大為縮小,同時變壓器的分布引數亦不能忽略。開關變壓器的效能好壞,不僅影響變壓器本身的發熱和效率等,而且還會影響到開關電源的技術效能和可靠性。所以在設計製作時,對磁心材料的選擇,磁心與線圈的結構,繞制工藝等都要有周密考慮。

開關電源變壓器工作於高頻狀態,分布引數的影響不能忽略,這些分布引數有漏感、分布電容和電流在導體中流動的趨膚效應。一般根據開關電源電路設計的要求提出漏感和分布電容限定值,在變壓器的線圈結構設計中實現,而趨膚效應影響則作為選擇導線規格大小的條件之一。

設計變壓器時,應當預先知道電路拓撲、工作頻率、輸入和輸出電壓、輸出功率或輸出電流以及環境條件。同時還應當知道所設計的變壓器允許多大損耗。總是以滿足最壞情況設計變壓器,保證設計的變壓器在規定的任何情況下都能滿意工作。

這些引數由設計人員根據使用者的需求和電路的特點確定,包括:輸入電壓vin、輸出電壓vout、每路輸出的功率pout、效率η、開關頻率fs(或週期t)、線路主開關管的耐壓vmos。同時,在變壓器的設計製作中還有一些工藝問題需要注意。

二、設計開關電源變壓器主要考慮以下方面問題:

(1)選擇高頻變壓器磁芯、膠芯的時候,需評估該件的80%承受功率是否可以滿足所需要求。

(2)原材料評估,磁芯、膠芯、銅線、膠帶、套管等材料需選擇通用容易採購,材料的特性、絕緣性能、耐溫、安規標準、rohs等選擇需合理標準化。

(3)磁芯,高頻變壓器中使用的是軟磁材料。磁性材料的效能是決定開關變壓器效能的重要因素,選擇適合的磁性材料是開關變壓器設計製作的關鍵。開關變壓器通常工作在

幾十khz以上的頻率,它要求磁性材料在工作頻率下功耗盡可能小,此外,還要求磁性材料和飽和磁感應強度高,溫度穩定性好

(4)評估高頻變壓器採用的設計結構是否合理,滿足效能要求的情況盡量使用構造簡單而且容易繞制的結構來設計。

(5)高頻變壓器銅線的線徑選擇,盡選用最小線徑0.12mm以上的銅線,線徑太小會在繞制拉動及整腳、浸錫時容易斷,造成不良,最大盡選用0.55mm以下的銅線,因開關電源的工作於高頻狀態,銅線導體規格與開關電源的工作頻率及流動的趨膚效應有關,線徑太大將會沒法完全利用,所造成材料浪費,如果輸出功率電流比較大時,將可選擇多根銅線並繞的辦法,但每股線徑不大於2倍穿透深度,漆包線的線徑和股數可適當調整,使線包每一層正好繞滿。

(6)變壓器結構,繞組排版布局合理標準化,在功率以及空間允許情況下盡量選用可製造性高、可靠性高、原材料成本低、人工成本低的構造來進行設計。

(7)安規,根據各種安規的重要指標要求進行評估,安規距離、高壓要求,材料的絕緣等級標準;

如:1、磁芯作初級,次級用三層絕緣線,保持距離大於5.2mm,選擇膠芯時需要考慮,盡量考慮不要使用飛線,減小人工成本。

2、磁芯作次級,磁芯要包膠布,要預留距離。

3、磁芯作中間值, 初級到磁芯, 次級到磁芯,保持距離大於3mm。

(8)溫公升,calss b的標準:環境溫度在40℃時,線圈和磁芯的溫公升不超過120℃,在設計變壓器時應按溫公升的上限值的80-90%左右去考慮,因各個磁芯生產廠家生產的磁芯效能工藝差異。

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