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電源適配器變壓器的設(shè)計(jì)

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電源適配器變壓器的設(shè)計(jì)

變壓器(Transformer)是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置,主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯(磁芯)。其性能指標(biāo)的好與壞將直接影響整個(gè)電路的性能。因此,在設(shè)計(jì)電源適配器變壓器時(shí)應(yīng)該細(xì)心設(shè)計(jì)為好。
變壓器的結(jié)構(gòu)對(duì)電源適配器性能的影響可以從以下幾個(gè)方面看出。
按鐵芯或線圈結(jié)構(gòu)分類:芯式變壓器(插片鐵芯、C型鐵芯、鐵氧體鐵芯)、殼式變壓器(插片鐵芯、C型鐵芯、鐵氧體鐵芯)、環(huán)型變壓器、金屬箔變壓器。
1.絕緣邊距與漆包線的種類對(duì)電源適配器變壓器性能的影響

電源適配器變壓器的主要作用是隔離,電器隔離性能應(yīng)符合電氣安全規(guī)則的要求。為了滿足電器安全規(guī)則的要求,通常要在電源適配器變壓器一次側(cè)和二次側(cè)之間留有不低于3mm的絕緣邊距(爬電距離),如圖7.1所示的邊沿空隙方法。邊沿空隙方法(MarginWound)——在骨架邊沿留有不繞線的余留,以提供所需的絕緣邊距要求,這種方法一直得到比較普遍的應(yīng)用,其主要原因是繞電源適配器變壓器的漆包線的絕緣強(qiáng)度不能滿足電氣安全規(guī)則的要求,特別是漆包線漆皮的針孔。這種方法的最大缺點(diǎn)是電源適配器變壓器繞線空間的浪費(fèi)和電源適配器變壓器漏感的增加,尤其是小電源適配器變壓器尤為嚴(yán)重,如EE16磁芯繞線框架僅有約8mm的繞線寬度,如果扣除3mm的邊沿空隙,則有效的繞線寬度僅剩下5mm,電源適配器變壓器繞線窗口的利用率大大下降,同時(shí)電源適配器變壓器的漏感也隨之增加。

不僅如此,在電源適配器變壓器一次側(cè)和二次側(cè)之間通常還要能承受50Hz、1500V的有效值電壓,這往往需要3~5層的電源適配器變壓器絕緣膠帶,勢(shì)必要求一次側(cè)和二次側(cè)之間的耦合變差,在電氣性能上的表現(xiàn)為電源適配器變壓器的漏感增加。對(duì)于50Hz的電源適配器變壓器,漏感增加一點(diǎn)似乎不會(huì)出現(xiàn)多大問題,但是高頻開關(guān)電源電源適配器變壓器的漏感增加一點(diǎn)所付出的代價(jià)將是開關(guān)管的損耗明顯增加,甚至是電源適配器變壓器的漏感所產(chǎn)生的電壓尖峰將開關(guān)管擊穿!要么就是緩沖電路的損耗增加。

怎樣才能取消電源適配器變壓器中邊沿空隙和一次側(cè)、二次側(cè)之間的絕緣?問題的關(guān)鍵就是改進(jìn)漆包線的質(zhì)量。單層絕緣漆包線的最主要缺陷是針孔(當(dāng)然也不可否認(rèn)絕緣電壓可能還不夠)。那么,在制造漆包線時(shí),可以在漆包線上多涂幾次絕緣漆,這樣不僅提高了絕緣電壓,最主要的是徹底消除了漆包線漆皮上的針孔,這就是三重絕緣的漆包線。
三重絕緣漆包線繞制法(TripleInsulated)——二次側(cè)繞組的導(dǎo)線采用三重絕緣漆包線以便任意兩層結(jié)合都滿足電氣強(qiáng)度要求。
圖所示給出三重絕緣法結(jié)構(gòu),從圖中可以看出,一次側(cè)充滿整個(gè)骨架寬度,和輔助繞組之間僅有一層膠帶,在輔助繞組上纏一層膠帶以防止損壞次級(jí)繞組導(dǎo)線的三重絕緣層。二次側(cè)的繞組纏在其上,最后纏一層膠帶進(jìn)行保護(hù)。注意繞線和焊接時(shí)絕緣不被損壞。

圖三重絕緣漆包線繞制電源適配器變壓器的結(jié)構(gòu)
實(shí)際上,用三重絕緣漆包線繞制電源適配器變壓器時(shí),一次側(cè)和二次側(cè)之間可以不附加任何絕緣物(如絕緣膠帶)同樣可以保證絕緣強(qiáng)度,這樣,電源適配器變壓器的繞線窗口將得到有效的利用。同時(shí),電源適配器變壓器的漏感也可以減小到最小。

2.電源適配器變壓器的繞線方法對(duì)電源適配器變壓器性能的影響
變壓器繞線方法有很多,按繞組個(gè)數(shù)分類。變壓器按繞組的個(gè)數(shù)可分為雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器和多繞組變壓器。近年來三繞組變壓器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用越來越多,大多用于需要三種不同電壓等級(jí)的場(chǎng)合。
(1)C型繞線方法:
這是最常用的繞線方法。圖7.3所示出有2層初級(jí)繞組的C型繞線。C型繞線容易實(shí)現(xiàn)且成本低。但是,導(dǎo)致一次側(cè)繞組間電容增加。從圖7.3中可以看出,初級(jí)從骨架的一邊繞到另一邊再繞回到起始邊,這是一個(gè)簡(jiǎn)單的繞線方法。

(2)Z型繞線方法:
圖所示出有2層一次側(cè)繞組的Z型繞線方法。從圖7.4中可以看出這種方法比C型繞線復(fù)雜,但是減少了繞組的寄生電容。

圖電源適配器變壓器一次側(cè)的Z型繞法
(3)一次側(cè)、二次側(cè)內(nèi)外繞制方法:圖7.3和圖7.4所示均為電源適配器變壓器的一次側(cè)繞在內(nèi)側(cè),二次側(cè)繞在外側(cè)的繞制方法,這種繞制方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單,而且通常電源適配器變壓器一次側(cè)繞組的線徑細(xì)、二次側(cè)線徑粗,細(xì)線繞在里邊繞制起來比較容易。但是,這種繞法的最大缺點(diǎn)是電源適配器變壓器的漏感大,電源適配器變壓器漏感在開關(guān)過程中需要將漏感中的儲(chǔ)能完全釋放,通常會(huì)產(chǎn)生比較高的尖峰電壓,對(duì)開關(guān)管的沖擊比較大。這個(gè)沖擊在反激式開關(guān)電源中尤為明顯。這個(gè)電源適配器變壓器漏感的儲(chǔ)能必然消耗在緩沖電路或鉗位電路,漏感越大,需要的緩沖電路越大,所產(chǎn)生的損耗越大,降低了開關(guān)電源的效率。因此,應(yīng)該選擇電源適配器變壓器漏感比較小的繞制方法。
最常見的是一次側(cè)分成兩段,分別繞在二次側(cè)的內(nèi)側(cè)和外側(cè),如圖所示。另一方面,把一次側(cè)的繞組分開繞制的方法也可以減少漏電感。分開的一次側(cè)的繞組是最里邊第一層繞組,第二層一次側(cè)繞在外邊。這需要骨架有空余引腳讓一次側(cè)繞組的中心點(diǎn)連接其上,這對(duì)改善耦合有意義。

(4)密繞

密繞就是線與線之間緊密的靠在一起,在繞制中線不可分層和交叉等現(xiàn)象,例如:密繞一層時(shí)不允許有第二層出現(xiàn),不允許有線與線之間有縫隙和交叉等現(xiàn)象。

1、排線均勻緊密;

2、排線無打結(jié),無交叉,無重疊,上一層無陷入下一層現(xiàn)象。

均繞

(5)均繞就是線與線之間距離大致相等,繞滿整個(gè)繞線區(qū)域,起收線要靠近端控膠帶,但不允許上端控膠帶。

1、繞線繞滿整個(gè)繞線區(qū)域;

2、線與線之間距離大致相等;

3、起收線都靠端控膠帶繞線,且沒有上端控。

(6)三明治又分為兩種繞法:初級(jí)夾次級(jí),次級(jí)夾初級(jí)。

1.初級(jí)夾次級(jí)的繞法(也叫初級(jí)平均繞法) ,此種繞法有量大優(yōu)點(diǎn) ,這樣有利于初次級(jí)的耦合,減少漏感;還有利于繞線的平整度;最后一個(gè)好處是,供電繞組電壓變化受次級(jí)的負(fù)載影響較小,更穩(wěn)定。缺點(diǎn)是由于初次級(jí)有兩個(gè)接觸面,繞組耦合電容比較大,所以EMI又比較難過。
2.次級(jí)夾初級(jí)的繞法(也叫次級(jí)平均繞法),當(dāng)輸出是低壓大電流時(shí),一般采用此種繞法,優(yōu)點(diǎn)是可以有效降低銅損引起的溫升和減少初級(jí)耦合至變壓器磁芯高頻干擾。

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| 發(fā)布時(shí)間:2019.06.28    來源:電源適配器廠家
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