變壓器繞制的工藝有哪些?

要想把變壓器設(shè)計(jì)好，首先就需要選擇好變壓器

變壓器的選擇受到很多的因素制約，以前我在很多帖子中多次說過，這里再次重復(fù)下。

首先，需要計(jì)算好變壓器的Ap值，計(jì)算方法壇子里有很多相關(guān)的帖子，大家可以搜下，我在這里就不在贅述了。（心中有冰大師最后還是貼出來了，呵呵具體見最后）得到Ap值之后，我們就要根據(jù)電源的結(jié)構(gòu)尺寸來初步選擇變壓器，包括變壓器的高度，寬度以及長(zhǎng)度。當(dāng)電源的整體高度有限制時(shí)，就需要考慮扁平型的變壓器，臥式變壓器是首選。常見的有EE系列，EC系列，ER系列的臥式變壓器，EF系列與EFD系列變壓器；如果是超薄的適配器與LED日光燈內(nèi)置電源，可以考慮平面變壓器。而如果PCB的空間有限，應(yīng)該選擇PQ，RM，或者罐形磁芯，因?yàn)檫@些磁芯的截面積大，占用空間小，可以輸出更大的功率

其次，在選擇變壓器的時(shí)候我們要根據(jù)電路的參數(shù)與側(cè)重點(diǎn)不同，而選擇不同的變壓器。比如，在反激電源中，我們希望漏感越小越好，因?yàn)槁└写笮?huì)影響功率器件的電壓與電流應(yīng)力，同時(shí)對(duì)EMC也有不可忽視的影響，那么我們就找對(duì)漏感控制有利的變壓器，如PQ型，RM型，以及ERL型的變壓器，再加上合理的繞法，可以將漏感控制在3%以下。又如LLC電源，我們希望用變壓器的漏感來作為諧振電感，所以我們需要刻意加大漏感，選用分槽的骨架來繞制比較理想。

再次，在選擇變壓器的時(shí)候，要考慮到成本與通用性。成本不僅僅是每個(gè)企業(yè)老板關(guān)心的問題，同樣是我們廣大研發(fā)工程師最糾結(jié)的問題，除非是少數(shù)軍品級(jí)別或高檔不計(jì)成本的電源，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候要在性能參數(shù)與成本之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，不要刻意去追求某個(gè)參數(shù)而忽略帶來的成本影響，有時(shí)哪怕每個(gè)變壓器增加幾分錢的成本，如果批量起來，都是不可忽略的一筆開支。除非由于商業(yè)因素的考慮，希望自己的產(chǎn)品不被其它的廠商所抄襲，一般不考慮私模或偏門的變壓器磁芯與骨架，因?yàn)榱慨a(chǎn)的時(shí)候，供貨的渠道與周期都會(huì)受到很大的制約，而通用的磁芯，無論在價(jià)格上還是在供貨渠道與周期都有很大的可選擇性。

選擇變壓器的時(shí)候，還要考慮到為了符合安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，EMC性能。

首先，要考慮變壓器骨架的繞線寬度，變壓器為了符合安規(guī)中的爬電就離要求，一般都要在繞組邊上加3mm的擋墻，那么這就縮小了變壓器骨架的可用繞線寬度；而如果不加擋墻的話，就需要使用三重絕緣線，而三重絕緣線的外徑一般比內(nèi)部的銅線直徑大0.2mm，那么，同樣的窗口面積，繞線的匝數(shù)相當(dāng)于減少了。

其次，要考慮變壓器骨架的槽深，有時(shí)為了EMC，需要在變壓器內(nèi)部加入屏蔽層，有些用細(xì)線繞，有的用銅箔繞，這些繞組無疑會(huì)增加繞組的層數(shù)，也就是說可用于繞制變壓器其他繞組的槽深就減少了。

選擇變壓器還要考慮到繞組裝配工藝的影響。

很多的工程師在設(shè)計(jì)變壓器的時(shí)候，沒有考慮到裝配工藝，往往會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：變壓器計(jì)算好之后，把參數(shù)發(fā)給變壓器廠做樣；然后，變壓器廠工程師打電話說繞不下，磁芯太緊，不好裝配，不利于量產(chǎn)；最后不得不修改變壓器參數(shù)；這樣無疑會(huì)延緩項(xiàng)目的進(jìn)度。所以在設(shè)計(jì)之初，我們就要考慮到變壓器磁芯窗口的誤差，以及繞線工藝、絕緣TAPE的厚度等因素，這些因素都會(huì)影響變壓器的裝配；我們?cè)谟?jì)算時(shí)應(yīng)該對(duì)這些因素給予充分考慮，留有一定的余量。

上面談了變壓器的磁芯骨架選擇考慮的問題，下面來談?wù)勛儔浩鞯睦@制方法與注意事項(xiàng)。

普通分層繞法：

一般的單輸出電源，變壓器分為3個(gè)繞組，初級(jí)繞組Np,次級(jí)繞組Ns,輔助電源繞組Nb；當(dāng)實(shí)用普通分層繞法時(shí)，繞制的順序是：Np--Ns--Nb，當(dāng)然也有的是采用Nb--Ns--Np的繞法，但不常用，原因大家可以先思考下，過幾天我再分析。

此種繞法工藝簡(jiǎn)單，易于控制磁芯的各種參數(shù)，一致性較好，繞線成本低，適用于大批量的生產(chǎn)，但漏感稍大，故適用于對(duì)漏感不敏感的小功率場(chǎng)合，一般功率小于10W的電源中普遍實(shí)用這種繞法

三明治繞法

三明治繞法久負(fù)盛名，幾乎每個(gè)做電源的人都知道這種繞法，但真正對(duì)三明治繞法做過深入研究的人，應(yīng)該不多

相信很多人都吃過三明治，就是兩層面包中間夾一層奶油。顧名思義，三明治繞法就是兩層夾一層的繞法。由于被夾在中間的繞組不同，三明治又分為兩種繞法：初級(jí)夾次級(jí)，次級(jí)夾初級(jí)。

先來看第一種，初級(jí)夾次級(jí)的繞法（也叫初級(jí)平均繞法）

如上圖，順序?yàn)镹p/2,Ns,Np/2,Nb，此種繞法有量大優(yōu)點(diǎn)：由于增加了初次級(jí)的有效耦合面積，可以極大的減少變壓器的漏感，而減少漏感帶來的好處是顯而易見的：漏感引起的電壓尖峰會(huì)降低，這就使MOSFET的電壓應(yīng)力降低，同時(shí)，由MOSFET與散熱片引起的共模干擾電流也可以降低，從而改善EMI；由于在初級(jí)中間加入了一個(gè)次級(jí)繞組，所以減少了變壓器初級(jí)的層間分布電容，而層間電容的減少，就會(huì)使電路中的寄生振蕩減少，同樣可以降低MOSFET與次級(jí)整流管的電壓電流應(yīng)力，改善EMI

第二種，次級(jí)夾初級(jí)的繞法（也叫次級(jí)平均繞法）

如上圖，順序?yàn)镹s/2,Np,Ns/2,Nb。當(dāng)輸出是低壓大電流時(shí)，一般采用此種繞法，其優(yōu)點(diǎn)有二：

1、可以有效降低銅損引起的溫升：由于輸出是低壓大電流，故銅損對(duì)導(dǎo)線的長(zhǎng)度較為敏感，繞在內(nèi)側(cè)的Ns/2可以有效較少繞線長(zhǎng)度，從而降低此Ns/2繞組的銅損及發(fā)熱。外層的Ns/2雖說繞線相對(duì)較長(zhǎng)，但是基本上是在變壓器的外層，散熱良好故溫度也不會(huì)太高。

2、可以減少初級(jí)耦合至變壓器磁芯高頻干擾。由于初級(jí)遠(yuǎn)離磁芯，次級(jí)電壓低，故引起的高頻干擾小。

以上是我對(duì)三明治繞法的幾點(diǎn)粗淺看法，可能有錯(cuò)誤，歡迎大家指教。三明治繞法引申的還有很多的內(nèi)容可講，今天先講這么多，明天繼續(xù)。

下面，我們大家來進(jìn)一步深入討論下這個(gè)三明治繞發(fā)對(duì)EMI的影響

首先，我們來看初級(jí)夾次級(jí)的繞法。我們知道，變壓器的初級(jí)由于電壓較高，所以繞組較多，一般要超過2層，有時(shí)甚至達(dá)到4-5層，這就給變壓器帶來一個(gè)分布參數(shù)---層間電容，形成原理相信大家都清楚，我就不多解釋了。當(dāng)MOSFET關(guān)斷的時(shí)候，變壓器的漏感與MOSFET的結(jié)電容以及變壓器的層間電容會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，幅度達(dá)到幾十甚至超過100V，這對(duì)MOSFET與EMI來說都是不允許的，所以，我們?cè)黾覴CD吸收來抑制這個(gè)振蕩，達(dá)到保護(hù)MOSFET與改善EMI的目的。

上圖即為反激電源MOSFET的Vds波形

從這個(gè)角度來說，三明治繞法是可以在一定程度上改善EMI。

從另外一個(gè)角度來說，三明治繞法確實(shí)是增加了初次級(jí)的耦合面積，減少了漏感，同時(shí)又使初次級(jí)的耦合電容增加了；當(dāng)開關(guān)管反復(fù)開關(guān)時(shí)，電容也會(huì)反復(fù)充放電，也就是說會(huì)引起振蕩，此振蕩正比于開關(guān)頻率，會(huì)對(duì)EMI產(chǎn)生不利的影響。從上面的分析看，三明治繞法是否能起到改善EMI的效果，只能具體問題來分析

所以，我昨天的分析應(yīng)該說是不夠嚴(yán)謹(jǐn)，特向廣大網(wǎng)友致歉

那我就說說三重絕緣線吧：

三重絕緣線：Triple Insulated Wire （工程上用TIW表示）

三重絕緣線是一種高性能絕緣導(dǎo)線，其有三層絕緣材料，中間是導(dǎo)線芯；最外層是透明的玻璃纖維；中間層是噴漆涂層；最內(nèi)層是被國(guó)外市場(chǎng)稱之為“黃金薄膜”的一厚度僅僅幾微米的聚酰胺薄膜，但是卻可以承受3KV的脈沖高壓。絕緣材料的總厚度不超過100μm。所以我們?cè)谟?jì)算變壓器的時(shí)候，如果要使用三重絕緣線，一般把外徑加上0.2mm。

三層絕緣線檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是直流12kv，相當(dāng)于交流6kv，大大超過變壓器耐壓標(biāo)準(zhǔn),所以不需要加擋墻，即可滿足變壓器的安規(guī)需求。

耐高溫的漆包線，漆包線的規(guī)格型號(hào)如下：

聚酯漆包線(QZ/PEW)

聚氨酯漆包線(QA/UEW)

55℃改性聚酯漆包線(QZG)

180℃聚酯亞胺漆包線(QZY/EIW)

聚酯漆包銅包鋁線QZ(CCA)

聚氨酯漆包銅包鋁線QA(CCA)

溫度等級(jí)： B級(jí)（130℃）、F級(jí)（155℃）、H級(jí)（180℃）、C級(jí)（180℃以上）

AP植的計(jì)算：

Ap= Aw*Ae=(Pt*104)/(2ΔB*fs*J*Ku)

Ap:變壓器功率容量

Aw：磁芯窗口面積

Ae：磁芯橫截面接

Pt：變壓器的傳遞功率（ Pt = Po /η +Po ）

ΔB：磁通密度變化量（一般取0.2-0.3）

fs：磁芯工作頻率

j：電流密度（自冷取0.4-0.6，風(fēng)冷取0.6-1）

Ku：窗口的銅填充系數(shù)（一般取 0.2-0.5）

EMC: 電磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility），是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指器具對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。

EMI: 電磁干擾（Electromagnetic Interference 簡(jiǎn)稱EMI），是指電磁波與電子元件作用后而產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號(hào)耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)，在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，高頻信號(hào)線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。

EMI與EMS和EMC的區(qū)別在哪里？

EMS（Electro Magnetic Susceptibility）直譯是“電磁敏感度”。其意是指由于電磁能量造成性能下降的容易程度。為通俗易懂,我們將電子設(shè)備比喻為人,將電磁能量比做感冒病毒,敏感度就是是否易患感冒。如果不易患感冒,說明免疫力強(qiáng),也就是英語單詞Immunity,即抗電磁干擾性強(qiáng)。

EMC（Electro Magnetic Compatibility）直譯是“電磁兼容性”。意指設(shè)備所產(chǎn)生的電磁能量既不對(duì)其它設(shè)備產(chǎn)生干擾,也不受其他設(shè)備的電磁能量干擾的能力。

EMC這個(gè)術(shù)語有其非常廣的含義。如同盲人摸象,你摸到的與實(shí)際還有很大區(qū)別。特別是與設(shè)計(jì)意圖相反的電磁現(xiàn)象,都應(yīng)看成是EMC問題。

電磁能量的檢測(cè)、抗電磁干擾性試驗(yàn)、檢測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理、電磁能量輻射抑制技術(shù)、雷電和地磁等自然電磁現(xiàn)象、電場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)人體的影響、電場(chǎng)強(qiáng)度的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、電磁能量的傳輸途徑、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及限制等均包含在EMC之內(nèi)。