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高頻開關(guān)電源變壓器的剖析，三大組成要素磁芯，骨架，線圈
在日常接觸的電子產(chǎn)品中，
我們都能發(fā)現(xiàn)有一大坨的磁芯元器件，其中有就開關(guān)電源的心臟-開關(guān)變壓器。目前大部分電源都是高頻開關(guān)電源，極少部分為線性電源。高頻開關(guān)電源，具有效率高，溫度好和體積小等優(yōu)點(diǎn)。適合現(xiàn)在的電子產(chǎn)品，對(duì)外觀超小，超薄的要求。線性電源雖然具有紋波電流小，電磁干擾小等優(yōu)點(diǎn)。但其體積大，效率不高，只用在一些精密小功率的產(chǎn)品中。很多電子產(chǎn)品中都是高頻開關(guān)電源，我們?cè)O(shè)計(jì)者和維護(hù)人員就不得不對(duì)開關(guān)電源的變壓器有所了解。
高頻開關(guān)變壓器在電源中的作用是變壓和隔離
1. 變壓又可以分為升壓和降壓兩種，大部分的開關(guān)電源都是降壓的。這類電子產(chǎn)品有臺(tái)式機(jī)電源，筆記本適配器，手機(jī)充電器，電視機(jī)電源，LED電源，電飯煲冰箱電磁爐輔助電源等等，都是交流90-264V輸入（寬范圍）經(jīng)過整流橋，大電容整流濾波，得到一個(gè)高壓直流電。以交流220V輸入為例（沒有PFC的電路），在大電容上我們得√2 *220V=310V左右的電壓（有PFC電路的，大電容上的電壓為390V左右）。大電容的電壓就是高頻開關(guān)變壓器的輸入電壓。變壓器的次級(jí)輸出電壓，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同輸出不同的電壓。有5V（手機(jī)充電器）,12V（臺(tái)式機(jī)電源，輔助電源），19V（筆記本充電器），24V（LED路燈，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電源），48V（LED路燈電源）等等，96V（大型音響功放電源）。
2. 升壓一般用在逆變電源或者DC-DC線路中，有些應(yīng)急電源，電池12V轉(zhuǎn)為交流220V輸出，供電器設(shè)備用。
3. 高頻開關(guān)變壓器的隔離是安規(guī)要求，為了保證用電設(shè)備的安全。在交流輸入時(shí)，開關(guān)變壓器必須有安全距離，做到初級(jí)交流輸入和次級(jí)用電之間的隔離，變壓器初次級(jí)繞組用絕緣膠帶隔離，骨架引腳初次級(jí)隔離（包括PCB開槽隔離）。如果沒有良好的隔離，交流電可能直通次級(jí)輸出，當(dāng)人體接觸電子產(chǎn)品（如手機(jī)充電器的輸出端），交流電通過人體，和大地形成回路，造成人體導(dǎo)電危險(xiǎn)。對(duì)變壓器都有高壓測(cè)試（HI-PO），一般要求3KV（有些加強(qiáng)測(cè)試，測(cè)試電壓更高）。
變壓器的磁芯
1. 磁芯是指由各種氧化鐵燒結(jié)而成的磁芯金屬氧化物。
其中添加了錳鋅，鎳鋅等金屬物，改變磁芯的磁導(dǎo)率和鐵損。錳鋅的鐵氧體用得最多，因?yàn)槠浯判捐F損小，居里溫度高相對(duì)高，開關(guān)頻率適合100-1000kHz，適合在高頻開關(guān)電源中使用。主要可以作為PFC儲(chǔ)能電感，高頻開關(guān)電源變壓器。主要的類型有：EE，EEL，ER，PQ，EQ，RM，POT。EE，EQ臥式的變壓器，高度不高，適合超薄電源中使用，在電視機(jī)電源中很多。EE立式，RM體積比較小手機(jī)筆記本充電器中有用到。大功率開關(guān)電源的采用ER和PQ比較多，主要是其Ae面積大。
2. 磁芯的重要參數(shù)有哪些
A．磁導(dǎo)率，和磁芯材質(zhì)本身有關(guān)，表示磁芯線圈流過電流后，磁場(chǎng)中導(dǎo)通磁力線的。是磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之比（μ=B / H）。變壓器的磁芯磁導(dǎo)率高，同樣的感量，需要的繞圈數(shù)的就小，相當(dāng)于線圈銅阻損耗就小。但是另外一方面，磁導(dǎo)率高了，很小的電流，就能得到很大的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，容易達(dá)到磁芯的Bmax，使得磁芯飽和。
B．飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bmax，就是磁感應(yīng)強(qiáng)度不會(huì)隨著外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而無限增大，它有一個(gè)最大值，就是Bmax。高頻變壓器中外加磁場(chǎng)就是線圈電流產(chǎn)生的。當(dāng)然我們希望Bmax越大越好，這樣磁芯就不會(huì)飽和，電流就可以流過很大，變壓器的輸出功率可以做很大。公式計(jì)算 B=(L*I)/(Np*Ae)，計(jì)算值要小于Bmax。
C.磁芯損耗，由磁滯，渦流，剩余損耗組成，是材質(zhì)本身決定的。
D．居里溫度，不同材質(zhì)的磁芯的居里溫度不同。開關(guān)電源的變壓器錳鋅鐵氧體磁芯，居里溫度在200度左右。但是磁芯的使用溫度，我們要控制在120℃之內(nèi)。
變壓器的骨架（BOBBIN）
骨架在變壓器中起支撐線圈和固定在PCB上的作用，一般骨架的材質(zhì)是環(huán)氧樹脂的，質(zhì)量比較輕，有一定硬度和強(qiáng)度。但是大力下，還是很容易碎的。磁芯不同，選擇的骨架也不同。磁芯相同，骨架的高度，大小，引腳排距和跨距也有不同。
骨架可以分為單槽，雙槽，多槽的。單槽的，初次級(jí)線圈之間用絕緣膠帶隔離，骨架槽兩端用乙醋酸布纏繞隔離，保證安全距離。當(dāng)安全距離不夠，要考慮采用三層絕緣線。雙槽的初次級(jí)繞組分別繞在不同槽里。多槽的骨架，各個(gè)繞組都可以分開繞。雙槽多槽的繞線，可以改變變壓器的漏感，特別是在LLC的變壓器中，需要漏感做諧振電感時(shí)，就需要雙槽骨架，這樣增大了變壓器的漏感。變壓器骨架工廠 13712868548 東莞市楊桐電子有限公司
選擇合適的變壓器的骨架引腳，方便PCB layout，在實(shí)際電源PCB設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮骨架引腳的排距和跨距。排距大于初次級(jí)之間安全距離（一般是7mm）。
變壓器的線圈
反激，正激，LLC，推挽變壓器的的圈數(shù)計(jì)算都不一樣（變壓器的計(jì)算后面會(huì)講），但是一般來說降壓變壓器，初級(jí)圈數(shù)都要大于次級(jí)圈數(shù)。
變壓器的線圈材料有漆包線，三層絕緣線，銅箔，銅片。漆包線一般采用多股絞線，多股絞線的好處是，避免銅線趨膚效應(yīng)。多股絞線可能會(huì)引起噪聲。三層絕緣線用在安全距離不夠的或者骨架面積?。ㄊ〉艚^緣膠帶）變壓器中，銅箔和銅片要在大功率變壓器中。
線圈的繞法可以改善變壓器的EMI，特別是在小功率的反激電源中，線圈繞法和屏蔽，對(duì)EMI非常重要。線圈的繞法影響變壓器的漏感和寄生電容，對(duì)變壓器的損耗有影響。
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變壓器的損耗
變壓器主要分為鐵損和銅損。鐵損主要是磁芯損耗，磁芯損耗和材質(zhì)，開關(guān)頻率和溫度等因素關(guān)系，銅損指的是變壓器線圈銅線的損耗，線圈的阻值，與圈數(shù)和線徑有關(guān)。
在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，主要考慮兩個(gè)方面：磁芯窗口面積和截面積。窗口面積決定了用多粗的線圈，越粗的線圈，線圈阻值越小（同樣的電流下），功率損耗越小。磁芯截面積越大，同樣的線圈圈數(shù)，通過的電流就可以越大（而不會(huì)磁芯飽和），變壓器的輸出功率就越大。輸出功率與窗口面積和截面積的關(guān)系成正比：Pout=K*Ae*Aw（K是系數(shù)，Ae截面積，Aw窗口面積）。 作者：凡億教育 https://www.bilibili.com/read/cv12117447/ 出處：bilibili
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