高频开关电源变压器浅析

　　在我们每天接触的电子产品中，可以发现大量的磁芯元件，其中就有开关电源的心脏——开关电源变压器。目前大部分电源是高频开关电源，线性电源很少。高频开关电源具有效率高、温度好、体积小的优点。适用于目前的电子产品，要求超小超薄外观。虽然线性电源具有纹波电流小、电磁干扰小的优点。但由于其体积大、效率低，仅用于一些jingmi、低功耗的产品。很多电子产品都是高频开关电源，所以我们的设计师和维修人员要了解开关电源的变压器。高频开关电源变压器在电源中的作用是变换和隔离。

   

      1.变换可以分为升压和降压，大部分开关电源都是降压的。这类电子产品包括桌面电源、笔记本适配器、手机充电器、电视电源、LED电源、电饭煲、冰箱、电磁炉等辅助电源。均为交流90-264伏输入(宽范围)，经整流桥和大电容整流滤波，获得高压直流。以交流220V输入为例(无PFC电路)，我们大电容上的电压约为2 *220V=310V(有PFC电路，大电容上的电压约为390V)。大电容的电压是高频开关电源变压器的输入电压。变压器的次级输出电压根据不同的应用输出不同的电压。有5V(手机充电器)、12V(桌面电源、辅助电源)、19V(笔记本电脑充电器)、24V(LED路灯、电机驱动电源)、48V(LED路灯电源)等。和96V(大型音频放大器电源)。

　　2.升压一般用于逆变电源或DC-DC线。对于一些应急电源，12V电池转换为交流220V输出用于电气设备。

　　3.高频开关电源变压器的隔离是一项anquan要求，以确保电气设备的anquan。在交流输入期间，开关电源变压器bixu有一个anquan距离，以将初级交流输入与次级功耗隔离开来。变压器一次绕组用绝缘带隔离，骨架引脚在一次级隔离(包括PCB开槽隔离)。如果没有良好的隔离，交流电可能会通过次级输出。人体接触电子产品(如手机充电器的输出端)时，交流电通过人体，与大地形成回路，造成人体传导的危险。变压器有高压试验(HI-PO)，一般要求3KV(有些试验加强了，试验电压更高)。

　　变压器1的磁芯。磁芯是指由各种氧化铁烧结而成的磁芯金属氧化物。

　　添加金属如锰锌、镍锌来改变磁导率和磁芯损耗。锰锌铁氧体因其磁芯损耗低、居里温度高、开关频率在100-1000kHz之间而得到广泛应用，适用于高频开关电源。主要用作PFC储能电感和高频开关电源变压器。主要类型有EE、EEL、ER、PQ、EQ、RM、POT。EE，EQ卧式变压器，高度低，适用于超薄电源，广泛应用于电视电源。EE立式，RM体积比较小，用于手机笔记本电脑充电器。ER和PQ在大功率开关电源中应用广泛，主要是因为其Ae面积大。2.磁芯的重要参数是什么

　　A.磁导率与磁芯材料本身有关，表示电流流过磁芯线圈后，在磁场中传导磁力线的能力。是磁感应强度B与磁场强度H的比值(=B/H)。变压器的磁芯磁导率高，在电感相同的情况下，需要的绕组数少，相当于线圈的铜电阻损耗小。另一方面，磁导率高，小电流就能获得大的磁感应B，容易达到磁芯的Bmax，使磁芯饱和。

　　b饱和磁感应强度Bmax，即磁感应强度不会随着外界磁场强度的增加而无限增加，并且有一个zuida值，即Bmax。高频变压器中施加的磁场是由线圈电流产生的。当然，我们希望Bmax越大越好，这样磁芯就不会饱和，电流就可以大幅度流动，变压器的输出功率就可以做得很大。公式计算B=(L*I)/(Np*Ae)，计算值小于Bmax。

　　C.磁芯损耗由磁滞、涡流和残余损耗组成，由材料本身决定。

　　D.居里温度，不同磁芯的居里温度是不同的。开关电源中变压器锰锌铁氧体磁芯的居里温度约为200。但磁芯的使用温度应控制在120以内。

　　变压器骨架在变压器中起着支撑线圈和固定在印刷电路板上的作用。骨架一般用环氧树脂制成，重量轻，有一定的硬度和强度。但在qiangli下，很容易折断。不同的核心有不同的骨架。同样的磁芯，骨架的高度、大小、引脚间距、跨度也不同。

　　骨架可分为单槽、双槽、多槽。对于单槽，一次线圈用绝缘带隔离，框槽两端用醋酸乙酯布缠绕隔离，保证anquan距离。当anquan距离不够时，应考虑三层绝缘导线。双槽的初级绕组缠绕在不同的槽中。多槽骨架，每个绕组可以单独绕制。双槽多槽绕组可以改变变压器的漏电感，特别是在LLC变压器中，当需要漏电感作为谐振电感时，需要双槽骨架，增加了变压器的漏电感。

　　选择合适的变压器骨架引脚，便于PCB布局。设计实际电源PCB时，要考虑骨架引脚的排距和跨距。行距大于初级阶段之间的anquan距离(通常为7毫米)。

　　线圈反激式、正激式、LLC式和推挽式变压器的匝数计算不同(变压器的计算将在后面讨论)，但一般来说，降压变压器的初级匝数大于次级匝数。

　　变压器的线圈材料包括漆包线，三层绝缘线、铜箔和铜片。漆包线一般使用多股导线。多股导线的优点是避免铜线的集肤效应。多股导线可能会产生噪音。anquan距离不足或框架面积小的变压器采用三层绝缘线(绝缘带省略)，大功率变压器应采用铜箔和铜片。线圈绕组可以改善变压器的电磁干扰，特别是在小功率反激式电源中，线圈绕组和屏蔽对电磁干扰非常重要。线圈的绕制方法影响变压器的漏电感和寄生电容，影响变压器的损耗。

　　变压器损耗主要分为铁损和铜损。铁损主要与铁损、铁损与材料、开关频率与温度等有关。铜损是指变压器线圈中铜线的损耗和线圈的电阻，与匝数和线径有关。

　　设计变压器时，要考虑两个方面：窗口面积和磁芯截面积。窗口区域决定了线圈的厚度。线圈越厚，线圈电阻越小(相同电流下)，功率损耗越小。磁芯的截面积越大，在线圈数量相同的情况下，电流可以越大(磁芯不饱和)，变压器的输出功率越大。输出功率与窗面积和截面积的关系成正比：Pout=K*Ae*Aw(K为系数，Ae截面积，Aw窗面积)。

　　开关电源中变压器的种类很多，设计时要考虑的因素也很多。学习设计变压器相当于学习开关电源设计的一半。变压器设计应该在实践中总结，但理论远远不够。