【相当实用】不讲计算--谈谈高频变压器的工程经验！ ...

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漏感与分布电容

●漏磁通：
耦合电感或变压器中，由一次绕组产生，且不能匝链到二次绕组的部分磁通。（如上图）
●漏感：
不能耦合到二次侧的电感，分布在变压器的整个线圈中，跟绕组是串联关系，因能量不能向二次侧释放，所以在开关管关断时刻会产生较大电压尖峰。
●漏感的真实值：
对反激变压器工作过程有影响的漏感，不仅仅包含初级不能耦合到次级的电感，还包含变压器二次绕组的漏感通过匝比折算到初级的漏感，以及布线所产生的电感，通过匝比折算到初级的电感

在输出低电压大电流的电源中，次级折算过来的电感可能比一次电感还要大，这将大大降低电源的整体效率。
●真实漏感的测量：
将待测变压器焊接到没有装元器件的实际PCB上，将初级绕组开路，并将所有二次绕组的整流二极管以及滤波电容短路，然后测量初级绕组的电感，得到的值就是漏感的真实值。
●数学估算真实漏感：
根据经验，在1oz的FR-4的PCB上，每英寸的布线电感约为20nH。
在估算时，必须要将高频电流流过的通路进行合理的等效，最后得到的电感要按照匝比的平方折算到初级。
●漏感电路的影响：
如下图，漏感将使电路波形产生振荡，增加MOSFET的电压应力与发热，使电源的整体EMI性能变差。

●解决措施：
增加Snubber电路，钳位峰值电压，并将部分的损耗转移。
优化变压器的绕制工艺，调整PCB Layout,达到漏感最小化的目的。
选用窗口面积宽的磁芯骨架。
●变压器分布电容的危害：

A：可能使变压器谐振（主要是LC振荡）

B：在方波驱动的变压器中，会产生很大的一次电流尖峰

C：可能与其他的电路产生静电耦合，影响EMI

●分布电容的种类

匝间电容：绕组匝与匝之间的等效电容

层间电容：绕组层与层之间的等效电容

绕组间电容：各绕组之间的等效电容

杂散电容：绕组与磁芯，外部散热片，PCB之间的等效电容可用一个等效参数Cp来表示总的分布电容，变压器浸凡立水之后，或电源整体灌胶之后，此参数将发生改变。

●匝间电容
如左下图，匝间电容在高压输出时，可能改变绕组间的绝缘强度，特别在单槽骨架中，严重时会引起匝间击穿短路

改进方法如右边的图纸，一般采用多槽的骨架进行分段绕制，减少匝间电容的影响
●层间电容
层间电容占变压器总分布电容的比例相当大，是引起电路中电压振荡与电流尖峰的元凶

一般采用优选变压器磁芯骨架，改善变压器绕制方法，如Z形绕法，U形绕法，累进式绕法等，来降低分布电容对电路中电压与电流的影响
●绕组与绕组间的电容
绕组间电容是共模信号耦合的重要通路；一般采用增加绝缘厚度，增加法拉第屏蔽层等方法来减少绕组间电容

●杂散电容
是将开关噪音与共模干扰信号耦合到其他电路中的通道；一般采用接地或增加屏蔽，将干扰接地等措施来改善

气隙的作用与选取

●开气隙的目的与作用：
气隙能使磁芯的等效磁路长度增加，减少剩余磁感应强调。
气隙虽不能对磁通的直流成分进行完全的修正，但是能使磁通的直流成份基本维持不变，因气隙增加了磁路中的磁阻，在磁动势一定时，可以控制磁芯的磁通密度，从而平衡直流成分的影响。

气隙为何储存变压器的大部分能量?
简单讲就是气隙的磁阻比磁芯大得多，导致大部分的磁动势都降落在气隙上，气隙跟磁通密度成反比。
注意：
气隙处的填充材料必须为逆磁性的材料，否则可能会造成气隙短路现象，达不到开气隙的本来目的；而且需要保持结构上的平衡，以使边沿磁通噪声最小化。

●气隙处的散磁

由于边缘磁通的存在，部分散磁会被靠近变压器的元器件拾取，从而干扰其他器件的工作；解决方法就是在气隙处外包一层屏蔽层，如下图。

●边缘磁通
磁力线在气隙处由于失去了磁芯的约束，在气隙的周围，部分磁力线以高损失的路径重新进入磁芯，这就引起了磁芯在气隙处的发热问题
●开气隙的方法：

磨气隙：加工简单，量产一致性好；中柱处由于边缘磁通影响易发热。

垫气隙：工艺复杂，不易控制一致性，易散磁；磁通分布均匀

变压器的绕制技术

●三明治绕法的是与非

三明治绕法的好处主要是增加初次级的耦合面积，降低漏感，从而可以降低MOSFET关断时的漏感尖峰电压，降低MOSFET的电压应力，在低压输出时可以提升效率。
但在增加耦合面积的同时，使绕组间的分布电容加大，而绕组间电容是共模干扰信号主要的传递路径，故三明治绕法会使EMI性能变差。
采用初级包次级还是次级包初级的绕法，主要是从EMI(du/dt)与散热(大电流流过绕组)两个方面来考虑的。
●疏绕跟密绕:

●疏绕（匀绕）
绕组均匀分布在变压器窗口中；绕组的匝间电容影响小，跟其他的绕组耦合程度高，漏感小，有利于输出电压的稳定性。但绕制工艺不好控制。
●密绕
绕组紧密的绕制在变压器的中间或两边；绕制工艺简单，有利于后续绕组的平整度控制。但匝间电容与漏感稍大，在输出电压较低，电流小的场合对输出电压有一定影响。
●单层圈数的计算：

在计算单层圈数时，是通过骨架宽度除以漆包线的外径，得到的值需要将小数点以后的数值舍去，并需要减去一圈作为进出线的余量。
例：EFD30的幅宽是20mm，假如初级线径是0.5mm(外径则为0.55mm)，那么可以绕制最多的圈数是20mm/0.55mm-1=35.36取整之后为35T
●注意：
在进线与出线的边沿，特别是多股线同时绕制时，由于漆包线的折弯，造成占用的空间比正常绕组一圈时大。
●尽量绕满整数层

在计算好变压器匝数与线径直之后，接下来需要根据骨架宽度与深度验算是否能容纳下所有的绕组，此时需要考虑漆包线的外径，挡墙宽度，绝缘胶带厚度，折线厚度等因素。
当发现绕组不是整数层时，就需要调整匝数或线径以满足单个绕组为整数层的要求，因为小数层绕组(特别处在最里层时)容易造成后续的绕组不平整，从而影响绕线的分布参数与绝缘强度。
●绕组的绝缘

当绕完一个绕组之后，绕组需要将线折回到进线端的骨架定位脚时，需要先包1-2层胶带进行绝缘，然后才将线折过来。
且线尽量以90度左右的角度折弯，以尽量满足对匝数精度的要求。
绕线为了满足安规对绝缘的要求，一般加挡墙或使用三重绝缘线，且各绕组之间加高强度的绝缘胶带。

安规与EMI的考虑

●关于安规标准
一般用途的Adapter:
IEC/EN61558-2-6
一般用途的Charger:
IEC/EN60335-2-29
IT类专用的Adapter:
IEC/EN60590
音响视讯类专用的Adapter:
IEC/EN60065
医疗仪器类专用的Adapter:
IEC/EN60601
量测仪器类专用的Adapter:
IEC/EN61010
●关于安规的一些要求
如果次级绕组不能跟铁芯保持安规的距离要求时，那么铁芯就被当成次级元件，必须跟初级保持足够的安规距离。
注意：
IEC/EN60335-2-29的初、级侧绕组跟铁芯的爬电距离是4.0mm，初次级元件之间的距离是8.0mm
BOBBIN厚度的要求：
IEC/EN61558-2-6与IEC/EN60335-2-29规定要大于1.0mm，其余的为0.4mm
●变压器是怎样影响EMI的？
变压器的分布电容，是引起初级到次级的共模与差模干扰的根本原因

●变压器的EMI处理
从原理上来说，最有利于EMI的绕法是减少初次级之间的耦合电容，也就是说要加大初次级之间的距离，但这又会增大漏感，反而会增大电路损耗与EMI强度，所以需要综合考虑。
一般常见的方法是在初次级之间增加一个Y电容，将返回地线的共模电流直接短路到初级地线，减少通过地线返回的电流。
还有一种方法是在初次级绕组之间加入法拉第屏蔽层（静电屏蔽），将初次级之间的共模信号直接短路到初级地，有加铜箔(0.9T或1.1T)与加绕组(绕组的感应电压与被屏蔽绕组电压相反)两种方法。
对于辐射一般是在变压器最外层加入一个短路的屏蔽铜箔，将辐射的电磁能量以涡流的形式消耗掉，且涡流的磁场方向跟原变压器的干扰磁场相互抵消。