用于单片集成开关IC开关电源的反激式变压器设计(二)

4)变压器结构

对于反激变压器的结构有两种主要的设计方法，它们是：

1〕边沿空隙法(Margin Wound)-方法是在骨架边沿留有空余以提供所

需的漏电和安全要求。

2〕3层绝缘法(Triple Insulated)-次级绕组的导线被做成3层绝缘

以便任意两层结合都满足电气强度要求。

安全要求、漏电和电气强度要求以适当的标准列出，例如对于ITE，在美国包含于UL1950中，在欧洲包含于EN60950(IEC950)。5-6mm的漏电距离通常就足够了，因此在边沿的应用中初、次级间通常留有2.5-3mm的空间。图5给出边沿空隙法结构和3层绝缘法结构。边沿空隙法结构是最常用的类型。边沿空隙法结构由于材料成本低具有很高的性价比。3倍绝缘法结构变压器体积可以做的很小，因为绕组可以利用骨架的全部宽度，边沿不需要留空隙，但是材料成本和绕组成本比较高。

图5 a)给出边沿空隙法结构，此例中边沿空间由被切割成所想要边沿宽度的带子实现，这种带子通常需要1/2爬电距离(如6mm爬电距离时为3mm)。边沿带子绕的层数与绕组高度相匹配。磁芯的选择应是可利用的绕组宽度至少是所需爬电距离的2倍以维持良好的耦合和使漏感减到最小。初级绕组是骨架中的第一个绕组，绕组的起始端(和初级紧密相连)是和IR40xx的漏极引脚相连的末端。这就使通过其它绕组使最大电压摆动点得到保护。进而使能耦合到印制板上其它元件的EMI最小。

如果初级绕组多于一层，在两绕组层之间应放置一个基本的绝缘层(切割成充满两边余留之间宽度)，可以减小两层之间可能出现的击穿现象，也能减小两层之间的电容。另一绝缘层放在初级绕组的上面，辅助绕组在此绝缘层之上。在辅助绕组上放置3层胶带(切割成充满整个骨架宽度)以满足初、次级之间的绝缘要求。

在此层之上放置另一边沿空隙，次级绕在它们之间，所以在初、次级之间就有6mm的有效爬电距离和完全电压绝缘。最后在次级绕组上缠3层胶带(整个骨架宽度)以紧固次级绕组和保证绝缘。

图5边沿空隙法和3层绝缘法类型的变压器结构

图5 b)给出3层绝缘法结构。可以看出初级充满整个骨架宽度，和辅助绕组之间仅有一层胶带，在辅助绕组上缠一层胶带以防止损坏次级绕组导线的3倍绝缘层。次级绕组缠在其上，最后缠一单层胶带进行保护。注意绕线和焊接时绝缘不被损坏。

4.1)变压器材料

铁芯

有许多厂家的铁芯可被用作反激变压器。下面的材料适合使用：

TDK-PC40或PC44材质

飞利蒲-3C85、3C90或3F3

西门子-N27或N67

有许多形状的磁芯可用但反激变压器一般用E形磁芯，原因是它成本低、易使用。其它类型磁芯如EF、EFD、ETD、EER和EI应用在有高度等特殊要求的场合。RM、.toroid和罐形磁芯由于安全绝缘要求的原因不适合使用。低外形设计时EFD较好，大功率设计时ETD较好，多路输出设计时EER较好。

骨架

对骨架的主要要求是确保满足安全爬电距离，初、次级穿过磁芯的引脚距离要求以及初、次级绕组面积距离的要求。骨架要用能承受焊接温度的材料制作。

绝缘胶带

聚酯和聚酯薄膜是用作绝缘胶带最常用的形式，它能定做成所需的基本绝缘宽度或初、次级全绝缘宽度(例如3M#1296或1P801)。边沿胶带通常较厚少数几层就能达到要求，它通常是聚酯胶带如3M#44或1H860。

励磁导线

励磁导线的护套首选尼龙/聚亚安酯，它在和熔化的焊料接触时阻燃，这样就允许变压器浸泡在焊料锅中。不建议使用标准的瓷釉导线，由于在焊接前要剥去绝缘层。

3层绝缘导线

在3层绝缘结构中次级绕组导线使用3层绝缘导线，和励磁导线相似主导线是单芯，但是它有不同3个绝缘层，即使三层中任意两层接触都满足绝缘要求。

护套

边沿空隙结构变压器绕组的首、尾端需要护套。护套必须经相关安全机构认证至少有0.41mm壁厚以满足绝缘要求，由于热阻要求通常使用热缩管，要确保在焊接温度时不被熔化。

浸漆

通常使用浸漆锁定绕组和磁芯间的空间，可以防止噪声和湿汽进入变压器。它有助于提高耐压能力和热传导性能。然而这是一个很幔的步骤。

4.2)绕线方式

C型绕线

这是最常用的绕线方式。图6)示出有2层初级绕组的C型绕线。C型绕线容易实现且成本低，但是导致初级绕组间电容增加。可以看出初级从骨架的一边绕到另一边再绕回到起始边，这是一个简单的绕线方法。

Z型绕线

图7)示出有2层初级绕组的Z型绕线方式。可以看出这种方法比C型绕线复杂、制造价格较贵，但是减小了绕组间的电容。

4.3)绕组顺序

初级绕组一般绕在最里层这样能使每匝长度最小，并能减小初级电容。如前面讨论的把初级绕组放在最里层的方式可以使它受到其它绕组的保护，减小耦合到印制板上其它元件的噪音。通过使绕组的始端(初级最里层的末端)成为和IR40xx的漏极相连的末端也可以减小耦合噪音，该连接点(具有最大电压波动)也受到其它绕组的保护。在初级绕组两层之间缠一层胶带对初级绕组的电容(作为四个要素中之一尽可能减小它)有很大影响。[p]

辅助绕组和次级绕组的放置依赖于所用的调节方式。如果是次边调节则次级绕组在最外层，相反辅助绕组调节则它在最外层。边沿空隙设计时为了减小所需边沿和绝缘层数把次级绕组作为最外层。如果辅助绕组作为最外层绕组对初级的耦合将减弱，对次级的耦合将增强，改善了输出调节性能，同时通过漏电感减小了辅助源电容的峰值充电电流。

4.4)多路输出

高功率的多路输出设计相对初级绕组来说次级应当是闭合的，能够减小漏电感和确保最佳耦合。次级应尽可能的充满可绕线的宽度，这样如前面所讨论的使多路次级制作较容易，它也改善了高频时导线使用率。

使用前面所讲的次级叠加技术能够改善辅助输出的负载调节性能，减小次级总匝数和骨架引脚数。

4.5)漏电感

变压器结构对初级绕组的漏电感有很大影响。漏电感会导致MOSFET关断时产生感应电压，使漏电感最小能够降低感应电压和降低甚至不需要初级缓冲电路。

变压器绕组的顶部互相之间应同轴以便使耦合最强，减小漏电感。由于此原因不使用平板和分段骨架。

另一把初级绕组分开绕制的方法也可以减小漏电感(图8)。分开的初级绕组是最里边第一层绕组，第二层初级绕在外边。这需要骨架有空余引脚让初级绕组的中心点连接其上，但是对改善耦合有意义。

5)变压器磁芯类型

图9)示出可用作反激变压器的不同类型磁芯。

图9)反激电源变压器磁芯类型

磁芯类型的选择主要受尺寸限制。EFD和EPC磁芯应用在需要低外形的场合，应用垂直或水平骨架E、EE和EF磁芯较好。ETD和EER磁芯通常较大，但有较大的绕线区域，它们对大功率或多路输出设计有显著的好处。

谨记边沿空隙类型的变压器比3层绝缘类型的变压器需要较大的磁芯以便边沿空间。下面的磁芯表有助于磁芯尺寸和类型的选择。

6)线规表

线规表对于计算是一个良好的开始，但是要从生产商处查对由于不同绝缘厚度所用导线的实际外径。此表包含标准单层绝缘励磁导线外径，不包括3层绝缘导线，详细资料查阅供应商。

-工作温度等级(例如，等级A=105°C)