变压器磁心和结构的选取原则与绕制方法

变压器磁心和结构的选取原则与绕制方法

变压器的磁心和结构参数，取决于在装配中所选用的磁心型式和绕制技术。当选择磁心时，通常其物理高度和成本是最重要的。这对于交流电网转换器中的开关电源是十分重

　　要的，因为通常它们是封装在密闭的塑料盒内。当应用元件的高度允许的尺寸要求较小时，可以使用低成本的BE型或者是EI型磁心（如日本的TDK和TOKIN公司产品，或者是欧洲的PHILIPS、SIEMENS和THOMSON公司产品）。

　　当设计应用需要较小的磁心截面积时，可以选用BPD型的磁心产品，如果要设计多重输出电源时，PER型磁心提供了一个大的窗口面积，它需要的匝数较少，真绕线架的可用引出脚较多。当空间不是问题时，ETD型磁心通常用于较高的功率。PQ型磁心比较昂贵，但它所占据的印制板空间较少，并且比E型磁心需要的匝数少些。对于安全绝缘要求高的场合，应选用罐型磁心、RM磁心。环型磁心通常不适合反激式开关电源变压器使用。

　　反激式变压器在绕制时，应在初级与次级之间加入绝缘措施。例如，通信技术设各必须满足欧洲的IEC950和美国的UL1950的电气绝缘标准的要求。这些文件同时还详细地说明了使用于变压器结构的绝缘系统的漏电和间隔距离。通常在变压器初级与次级之间需要有5～6 mm的漏电距离（符合规范和要求）。电气绝缘指标通常是指定电气强度的测试，施加典型值3000 V交流高压的时间长达60 s而不被击穿。如果每个绝缘隔层的电气强度不满足规范要求，那么在变压器初级与次级之间可以采用两个绝缘层，一层是基本的，另一层是补充的。如果两个绝缘层组合仍不符合电气强度要求，也可以采用带增强的三个绝缘层。

　　图1给出了大多数反激式变压器在绕组两侧边缘使用的限制技术。通常，边缘限制是用胶带来隔层的，胶带开缝的宽度要求留有边限，以便包裹封装，以足够的隔层来配合绕组高度。在一般情况下，绕组单侧绝缘限度是半个初级绕组到次级绕组的漏电距离（通常是2．5 mm）。磁心的骨架应当选择得足够大，实际上绕组的绝缘宽度最小是两倍的总漏电距离。注意保持变压器的耦合并减小漏感。初级绕组是在边框之内卷绕的。为了减少因绝缘磨损而引起的隔层电压击穿，改进层与层之间的绝缘，并减少分布电容，初级绕组的隔层应最少用一层UL规范要求的聚酯薄膜胶带（3M1298）绝缘隔离，在边框之间胶带应有适合的宽度。

图1 变压器骨架两种不同的边缘卷绕方法的示意图

　　用清漆或环氧树脂浸渍也可以改善隔层之间的绝缘性能与电气强度，但不能减少分布电容。偏置绕组可以随后卷绕在初级绕组之上。补充的或增强的绝缘，由两层或三层符合UL规范要求的聚酯薄膜胶带剪成骨架的满宽度，然后再包裹在初级绕组与偏置绕组外。边缘部分还需要再三卷绕隔离。次级绕组被卷绕在边界之内。另外，还要增加两层或三层

　　胶带来固定绕组。绝缘套管常用于套隔导线跨越所有绕组时，以确保在导线穿越之处符合漏电距离的要求。

　　应采用最小壁厚为0.41 mm的尼龙或四氟乙烯套管，使绕组符合安全的绝缘要求。考虑到因为变压器磁心是被隔离的无电压金属材料，也就是说磁心虽然导电，但没有任何部分接触电路，因此它是安全的。从初级绕组（或者是导线通过之处）到磁心的距离，以及从磁心到次级绕组（或者是导线通过之处）增加的距离，必须等于或大于规范要求的漏电距离。

　　当初级绕组有多个绝缘隔层时，图1给出了初级的Z形绕制法和C形绕制法。注意接漏极的初级端绕线，它被埋在第二个隔层之下，可以做自身屏蔽，减少电磁干扰EMI（共模传导辐射电流）。Z形绕法减少了变压器的分布电容，也就减少了高频交变损耗，提高了效率，但绕制比较困难，成本较高。而C形绕法比较容易实现，绕制成本也比较低，但它的损耗较大，效率较低。

　　图2给出了一种新的工艺：在次级采用了双重绝缘导线或三重绝缘导线，以消除所需的边缘限制（绝缘导线的规范，可在有关的资料中查到）。在双重绝缘导线中，通常每个绝缘隔层都能符合安全的电气强度要求；在三重绝缘导线中，每两个隔层之间都起绝缘效果，通常应符合电气强度要求。在变压器骨架的绕制和焊接过程中，特别要注意防止绝缘层的损伤，细心总结实际的制作工艺与技巧。

图2 卷绕变压器骨架的三重绝缘导线的示意图

　　上述工艺减小了变压器的尺寸，并且降低了增加边缘界线的工作量，但其材料成本较高，增加了绕组的成本。初级绕组被卷绕在骨架边缘的全部宽度上，可以考虑把偏置绕组覆盖在初级绕组上。在初级或偏置绕组与次级绕组之间，通常需有一层胶带，以防止绝缘导线的磨损。为了固定绝缘绕组，还需另外增加一层胶带。

　　图3还标出了卷绕偏置绕组的交替绕制位置，它直接覆盖了次级绕组，可以改进与次级绕组的耦合效果，并且减少漏感（即改进了偏置绕组反馈电路中的负载调整率）。请注意，由于偏置绕组是属于初级电路，在次级绕组与交替的偏置绕组之间，应在卷绕变压器边缘界线时，必须加有另外的绝缘隔层，以补充或增强绝缘性能。