解析变压器绕制工艺

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变压器 bian ya qi利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心(磁芯)。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。一般指连接交流电源的线圈称之为「一次线圈」(Primary coil);而跨于此线圈的电压称之为「一次电压」。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈间的「匝数比」所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。

要想把变压器设计好，首先就需要选择好变压器，变压器的选择受到很多的因素制约，首先，需要计算好变压器的Ap值，得到Ap值之后，我们就要根据电源的结构尺寸来初步选择变压器，包括变压器的高度，宽度以及长度。当电源的整体高度有限制时，就需要考虑扁平型的变压器，卧式变压器是首选。常见的有EE系列，EC系列，ER系列的卧式变压器，EF系列与EFD系列变压器;如果是超薄的适配器与LED日光灯内置电源，可以考虑平面变压器。而如果PCB的空间有限，应该选择PQ，RM，或者罐形磁芯，因为这些磁芯的截面积大，占用空间小，可以输出更大的功率。

其次，在选择变压器的时候我们要根据电路的参数与侧重点不同，而选择不同的变压器。

比如，在反激电源中，我们希望漏感越小越好，因为漏感大小会影响功率器件的电压与电流应力，同时对EMC也有不可忽视的影响，那么我们就找对漏感控制有利的变压器，再加上合理的绕法，可以将漏感控制在3%以下。

再次，在选择变压器的时候，要考虑到成本与通用性。成本不仅仅是每个企业老板关心的问题，同样是我们广大研发工程师最纠结的问题，除非是少数军品级别或高档不计成本的电源，我们在设计的时候要在性能参数与成本之间找到一个平衡点，不要刻意去追求某个参数而忽略带来的成本影响，有时哪怕每个变压器增加几分钱的成本，如果批量起来，都是不可忽略的一笔开支。

除非由于商业因素的考虑，希望自己的产品不被其它的厂商所抄袭，一般不考虑私模或偏门的变压器磁芯与骨架，因为量产的时候，供货的渠道与周期都会受到很大的制约，而通用的磁芯，无论在价格上还是在供货渠道与周期都有很大的可选择性。看以下图片：

选择变压器的时候，还要考虑到为了符合安规标准，EMC性能。首先，要考虑变压器骨架的绕线宽度，变压器为了符合安规中的爬电就离要求，一般都要在绕组边上加3mm的挡墙，那么这就缩小了变压器骨架的可用绕线宽度;而如果不加挡墙的话，就需要使用三重绝缘线，而三重绝缘线的外径一般比内部的铜线直径大0.2mm，那么，同样的窗口面积，绕线的匝数相当于减少了。

其次，要考虑变压器骨架的槽深，有时为了EMC，需要在变压器内部加入屏蔽层，有些用细线绕，有的用铜箔绕，这些绕组无疑会增加绕组的层数，也就是说可用于绕制变压器其他绕组的槽深就减少了。

选择变压器要考虑到绕组装配工艺的影响

大部分的变压器均有固定的铁芯，其上绕有一次与二次的线圈。基于铁材的高导磁性，大部分磁通量局限在铁芯里，因此，两组线圈藉此可以获得相当高程度之磁耦合。在一些变压器中，线圈与铁芯二者间紧密地结合，其一次与二次电压的比值几乎与二者之线圈匝数比相同。因此，变压器之匝数比，一般可作为变压器升压或降压的参考指标。由于此项升压与降压的功能，使得变压器已成为现代化电力系统之一重要附属物，提升输电电压使得长途输送电力更为经济，至于降压变压器，它使得电力运用方面更加多元化，可以这样说，没有变压器，现代工业实无法达到目前发展的现况。

很多的工程师在设计变压器的时候，没有考虑到装配工艺，往往会出现这样的情况：变压器计算好之后，把参数发给变压器厂做样;然后，变压器厂工程师打电话说绕不下，磁芯太紧，不好装配，不利于量产;最后不得不修改变压器参数;这样无疑会延缓项目的进度。所以在设计之初，我们就要考虑到变压器磁芯窗口的误差，以及绕线工艺、绝缘TAPE的厚度等因素。

变压器的绕制方法与注意事项

普通分层绕法：

一般的单输出电源，变压器分为3个绕组，初级绕组Np,次级绕组Ns,辅助电源绕组Nb;当实用普通分层绕法时，绕制的顺序是：Np--Ns--Nb，当然也有的是采用Nb--Ns--Np的绕法，但不常用。

此种绕法工艺简单，易于控制磁芯的各种参数，一致性较好，绕线成本低，适用于大批量的生产，但漏感稍大，故适用于对漏感不敏感的小功率场合，一般功率小于10W的电源中普遍实用这种绕法

三明治绕法

三明治绕法久负盛名，几乎每个做电源的人都知道这种绕法，但真正对三明治绕法做过深入研究的人，应该不多。相信很多人都吃过三明治，就是两层面包中间夹一层奶油。顾名思义，三明治绕法就是两层夹一层的绕法。由于被夹在中间的绕组不同，三明治又分为两种绕法：初级夹次级，次级夹初级。

如上图，顺序为Np/2,Ns,Np/2,Nb，此种绕法有量大优点，由于增加了初次级的有效耦合面积，可以极大的减少变压器的漏感，而减少漏感带来的好处是显而易见的：漏感引起的电压尖峰会降低，这就使MOSFET的电压应力降低，同时，由MOSFET与散热片引起的共模干扰电流也可以降低，从而改善EMI。

第二种，次级夹初级的绕法(也叫次级平均绕法)

如上图，顺序为Ns/2,Np,Ns/2,Nb。当输出是低压大电流时，一般采用此种绕法，其优点有二：

1、可以有效降低铜损引起的温升：由于输出是低压大电流，故铜损对导线的长度较为敏感，绕在内侧的Ns/2可以有效较少绕线长度，从而降低此Ns/2绕组的铜损及发热。

2、可以减少初级耦合至变压器磁芯高频干扰。由于初级远离磁芯，次级电压低，故引起的高频干扰小。

我们大家来进一步深入讨论下这个三明治绕发对EMI的影响。首先，我们来看初级夹次级的绕法，我们知道，变压器的初级由于电压较高，所以绕组较多，一般要超过2层，有时甚至达到4-5层，这就给变压器带来一个分布参数---层间电容。

上图即为反激电源MOSFET的Vds波形

从这个角度来说，三明治绕法是可以在一定程度上改善EMI。从另外一个角度来说，三明治绕法确实是增加了初次级的耦合面积，减少了漏感，同时又使初次级的耦合电容增加了;当开关管反复开关时，电容也会反复充放电，也就是说会引起振荡，此振荡正比于开关频率，会对EMI产生不利的影响。

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