電源適配器變壓器的設計

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電源適配器變壓器的設計

變壓器（Transformer）是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構件是初級線圈、次級線圈和鐵芯（磁芯）。其性能指標的好與壞將直接影響整個電路的性能。因此，在設計電源適配器變壓器時應該細心設計為好。
變壓器的結構對電源適配器性能的影響可以從以下幾個方面看出。
按鐵芯或線圈結構分類：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）、環型變壓器、金屬箔變壓器。
1．絕緣邊距與漆包線的種類對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，電器隔離性能應符合電氣安全規則的要求。為了滿足電器安全規則的要求，通常要在電源適配器變壓器一次側和二次側之間留有不低于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用，其主要原因是繞電源適配器變壓器的漆包線的絕緣強度不能滿足電氣安全規則的要求，特別是漆包線漆皮的針孔。這種方法的較大缺點是電源適配器變壓器繞線空間的浪費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和二次側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，勢必要求一次側和二次側之間的耦合變差，在電氣性能上的表現為電源適配器變壓器的漏感增加。對于50Hz的電源適配器變壓器，漏感增加一點似乎不會出現多大問題，但是高頻開關電源電源適配器變壓器的漏感增加一點所付出的代價將是開關管的損耗明顯增加，甚至是電源適配器變壓器的漏感所產生的電壓尖峰將開關管擊穿！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、二次側之間的絕緣？問題的關鍵就是改進漆包線的質量。單層絕緣漆包線的較主要缺陷是針孔（當然也不可否認絕緣電壓可能還不夠）。那么，在制造漆包線時，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，較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）——二次側繞組的導線采用三重絕緣漆包線以便任意兩層結合都滿足電氣強度要求。
圖所示給出三重絕緣法結構，從圖中可以看出，一次側充滿整個骨架寬度，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繞組導線的三重絕緣層。二次側的繞組纏在其上，較后纏一層膠帶進行保護。注意繞線和焊接時絕緣不被損壞。

圖三重絕緣漆包線繞制電源適配器變壓器的結構
實際上，用三重絕緣漆包線繞制電源適配器變壓器時，一次側和二次側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，電源適配器變壓器的漏感也可以減小到較小。

2．電源適配器變壓器的繞線方法對電源適配器變壓器性能的影響
變壓器繞線方法有很多，按繞組個數分類。變壓器按繞組的個數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中應用越來越多，大多用于需要三種不同電壓等級的場合。
（1）C型繞線方法：
這是較常用的繞線方法。圖7.3所示出有2層初級繞組的C型繞線。C型繞線容易實現且成本低。但是，導致一次側繞組間電容增加。從圖7.3中可以看出，初級從骨架的一邊繞到另一邊再繞回到起始邊，這是一個簡單的繞線方法。

（2）Z型繞線方法：
圖所示出有2層一次側繞組的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的Z型繞法
（3）一次側、二次側內外繞制方法：圖7.3和圖7.4所示均為電源適配器變壓器的一次側繞在內側，二次側繞在外側的繞制方法，這種繞制方法的優點是簡單，而且通常電源適配器變壓器一次側繞組的線徑細、二次側線徑粗，細線繞在里邊繞制起來比較容易。但是，這種繞法的較大缺點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過程中需要將漏感中的儲能完全釋放，通常會產生比較高的尖峰電壓，對開關管的沖擊比較大。這個沖擊在反激式開關電源中尤為明顯。這個電源適配器變壓器漏感的儲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，所產生的損耗越大，降低了開關電源的效率。因此，應該選擇電源適配器變壓器漏感比較小的繞制方法。
較常見的是一次側分成兩段，分別繞在二次側的內側和外側，如圖所示。另一方面，把一次側的繞組分開繞制的方法也可以減少漏電感。分開的一次側的繞組是較里邊第一層繞組，第二層一次側繞在外邊。這需要骨架有空余引腳讓一次側繞組的中心點連接其上，這對改善耦合有意義。

（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象，例如：密繞一層時不允許有第二層出現，不允許有線與線之間有縫隙和交叉等現象。

1、排線均勻緊密；

2、排線無打結，無交叉，無重疊，上一層無陷入下一層現象。

均繞

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

1、繞線繞滿整個繞線區域；

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：初級夾次級，次級夾初級。

1.初級夾次級的繞法（也叫初級平均繞法），此種繞法有量大優點，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；較后一個好處是，供電繞組電壓變化受次級的負載影響較小，更穩定。缺點是由于初次級有兩個接觸面，繞組耦合電容比較大，所以EMI又比較難過。
2.次級夾初級的繞法（也叫次級平均繞法），當輸出是低壓大電流時，一般采用此種繞法，優點是可以有效降低銅損引起的溫升和減少初級耦合至變壓器磁芯高頻干擾。

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| 發布時間：2019.06.28 來源：電源適配器廠家

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