变频伺服开关电源高频开关变压器讲解

高频变压器是开关电源中非常重要的部件，是研制开关电源的关键技术，它和普通电源变压器一样也是通过磁耦合来传输能量的。不过在这种功率变压器中实现磁耦合的磁路不是普通变压器中的硅钢片，而是在高频情况下工作的磁导率较高的铁氧体磁心或铍莫合金等磁性材料，其目的是为了获得较大的励磁电感、减小磁路中的功率损耗，使之能以最小的损耗和相位失真传输具有宽频带的脉冲能量。

单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点，目前已成为国际上开发中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。它被广泛用于仪器仪表，办公自动化设备，无线通信设备，笔记本电脑，彩色电视机，摄、录像机，Ac／Dc电源适配器等领域。

TOPSwitch器件是美国功率集成公司（POWERIntegrationsInc），于90年代中期推出的新型高频开关电源芯片。它是三端脱线式PWM开关的英文缩写（ThreeterminalofflinePWMSwitch）。它的特点是将高频开关电源中的PWM控制器和MOSFET功率开关管集成在同一芯片上，是一种二合一器件。这大大简化了电源电路，提高了可靠性，使得电源的设计更加简单快捷。TOPSwitch器件有多种封装形式，采用DIP－8和SMD－8封装的，中间4只为空脚，可以将它们接到印刷电路板的铜箔上，将芯片产生的热量直接传到印刷电路板上，不必另设散热器，节省了成本。采用TO220封装的，只有3只管脚，使用起来就和一只大功率三极管一样便利。此外由于PWM控制器和MOSFET功率开关管是在管壳内连接的，连线极短，这就消除了高频辐射现象，改善了电源的电磁兼容性能，减小了器件对电路板布局和输入总线瞬变的要求。TOPSwitch－II是TOPSwitch的改进型号，它将单电压输入时的最大功率100W提高到150W，电磁兼容性也得到增强，该器件具有更高的性能价格比。TOPSwitch－II器件包括TOP221－TOP227等几个型号，主要差别就在于输出功率的不同。TOPSwitchII器件的内部电路与性能分别见图1和表1所示。

TOP－220封装（Y）			DIP－8封装（P）/SMD－8封装（G）
产品型号	固定输入(110/115/230VAC±15％)	宽范围输入（85～265VAC）	产品型号	固定输入（110/115/230VAC,±15％）	宽范围输入（85～265VAC）
TOP221Y	12W	7W	TOP221P/G	9W	6W
TOP222Y	25W	15W	TOP222P/G	15W	10W
TOP223Y	50W	30W	TOP223P/G	25W	15W
TOP224Y	75W	45W	TOP224P/G	30W	20W
TOP225Y	100W	60W	——	——	——
TOP226Y	125W	75W
TOP227Y	150W	90W

二:开关电源原理图

三：设计指标

1、输入要求：

输入电压范围：85VAC —— 260VAC

输入频率范围：47Hz ­­­—— 63Hz

额定输入电压及频率：220VAC 50 Hz

2、输出要求：（额定输出功率15W 效率不低于70%）

组别	输出电压	输出电流	纹波P-P	电压调整率	负载调整率
1	+VCC(+5V)	1.2A	＜50mV	＜1%	＜1%
2	+V(+15V)	200mA	＜50mV	＜1%	＜1%
	- V(-15V)	200mA	＜50mV	＜1%	＜1%
3	+VUPI(+15V)	50mA	＜150mV	＜5%	＜10%
4	+VVPI(+15V)	50mA	＜150mV	＜5%	＜10%
5	+VWPI(+15V)	50mA	＜150mV	＜5%	＜10%
6	+VNI(+15V)	50mA	＜150mV	＜5%	＜10%

四：其它特性:

开关频率100KHz

最大占空比 50%

五：变压器参数:

初级电感量2000uH±10%

磁心气隙0.40mm磁心规格：EER-28,磁性材料类别：HE4(深圳市东阳光实业发展有限公司所生产)

直流电阻

PIN1-2=1.3Ω最大 PIN4-3=180mΩ最大 PIN6-5=18mΩ最大

PIN7-9=180mΩ最大 PIN8-7=180mΩ最大 PIN17-18=180mΩ最大 PIN10-11=110mΩ最大 PIN12-13=220mΩ最大 PIN15-16=230mΩ最大

最大平面图外观及尺寸

A=37.0 B=11.5 C=28.0 D=20.0 E=33.0 F=4.5 G=4.0 I=φ0.8 单位: mm

变压器绕线结构图及原理图

线包制作方法

工序	漆包线规格	匝 数	起点-→终点	绝缘胶带
N1	φ0.31mm	56TS	1-→A’	2TS
N2	φ0.27mm	9TS	4-→3	1TS
N3	φ0.31mm×6P	4TS	6-→5	1TS
N4	φ0.31mm	12TS	7-→9	3TS
N5	φ0.31mm	12TS	8-→7
N6	φ0.27mm	10TS	17-→18	2TS
N7	φ0.27mm	10TS	10-→11
N8	φ0.27mm	10TS	12-→13	3TS
N9	φ0.27mm	10TS	15-→16
N10	φ0.31mm	37TS	A’-→2	3TS

附:磁性材料HE4MnZn功率铁氧体特性

特性			HE3	HE3A	HE4	HE44	HE5	HU2	HU3	HU4
初始磁导率µi			2500±25％	3000±25%	2300±25%	2300±25%	1400±25%	1800±25%	2300±25%	2300±25%
饱和磁通密度Bs(mT) (H=1194A/m)		25℃	510	500	510	500	470*	500	480	480
		100℃	390	380	390	380	370*	380	360	360
剩磁Br(mT)		25℃	117	130	100	110	140	170	130	130
功率 损耗 Pv(kw/m3)	16KHz 150mT	25℃						50
		100℃						20.2	16.8	14.5
	25KHz 200mT	25℃	130	160	120
		60℃	95	125	80
		100℃	100	140	70
	100KHz 200mT	25℃	700	750	600	600	130**
		60℃			450	410	80
		100℃	600	700	410	310	80	530	480	432
矫顽力Hc(A/m)		25℃	14	17	14	13	36.5	16	16	14
居里温度Tc(℃)			230	230	215	215	240	250	230	200
表观密度d(g/cm3)			4.8	4.8	4.8	4.8	4.8	4.8	4.8	4.8
电阻率ρ(Ω.m)			10	10	6.5	6.5	/	3	5	3

注：1、* 测试磁场 1600A/m

2、** 测试条件 500kHz，50mT

HE4特性曲线图

本文来源·今日头条@匹夫有重

审核编辑：汤梓红