一款I(lǐng)C開關(guān)電源的反激式變壓器設(shè)計(jì)方案（二）

4）變壓器結(jié)構(gòu)

　　對(duì)于反激變壓器的結(jié)構(gòu)有兩種主要的設(shè)計(jì)方法，它們是：

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

　　需的漏電和安全要求。

　　2〕3層絕緣法（Triple Insulated）-次級(jí)繞組的導(dǎo)線被做成3層絕緣

　　以便任意兩層結(jié)合都滿足電氣強(qiáng)度要求。

　　安全要求、漏電和電氣強(qiáng)度要求以適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)列出，例如對(duì)于ITE,在美國(guó)包含于UL1950中，在歐洲包含于EN60950（IEC950）。5-6mm的漏電距離通常就足夠了，因此在邊沿的應(yīng)用中初、次級(jí)間通常留有2.5-3mm的空間。圖5給出邊沿空隙法結(jié)構(gòu)和3層絕緣法結(jié)構(gòu)。邊沿空隙法結(jié)構(gòu)是最常用的類型。邊沿空隙法結(jié)構(gòu)由于材料成本低具有很高的性價(jià)比。3倍絕緣法結(jié)構(gòu)變壓器體積可以做的很小，因?yàn)槔@組可以利用骨架的全部寬度，邊沿不需要留空隙，但是材料成本和繞組成本比較高。

　　圖5 a）給出邊沿空隙法結(jié)構(gòu)，此例中邊沿空間由被切割成所想要邊沿寬度的帶子實(shí)現(xiàn)，這種帶子通常需要1/2爬電距離（如6mm爬電距離時(shí)為3mm）。邊沿帶子繞的層數(shù)與繞組高度相匹配。磁芯的選擇應(yīng)是可利用的繞組寬度至少是所需爬電距離的2倍以維持良好的耦合和使漏感減到最小。初級(jí)繞組是骨架中的第一個(gè)繞組，繞組的起始端（和初級(jí)緊密相連）是和IR40xx的漏極引腳相連的末端。這就使通過(guò)其它繞組使最大電壓擺動(dòng)點(diǎn)得到保護(hù)。進(jìn)而使能耦合到印制板上其它元件的EMI最小。

　　如果初級(jí)繞組多于一層，在兩繞組層之間應(yīng)放置一個(gè)基本的絕緣層（切割成充滿兩邊余留之間寬度），可以減小兩層之間可能出現(xiàn)的擊穿現(xiàn)象，也能減小兩層之間的電容。另一絕緣層放在初級(jí)繞組的上面，輔助繞組在此絕緣層之上。在輔助繞組上放置3層膠帶（切割成充滿整個(gè)骨架寬度）以滿足初、次級(jí)之間的絕緣要求。

　　在此層之上放置另一邊沿空隙，次級(jí)繞在它們之間，所以在初、次級(jí)之間就有6mm的有效爬電距離和完全電壓絕緣。最后在次級(jí)繞組上纏3層膠帶（整個(gè)骨架寬度）以緊固次級(jí)繞組和保證絕緣。

　　                    圖5邊沿空隙法和3層絕緣法類型的變壓器結(jié)構(gòu)

　　圖5 b）給出3層絕緣法結(jié)構(gòu)?？梢钥闯龀跫?jí)充滿整個(gè)骨架寬度，和輔助繞組之間僅有一層膠帶，在輔助繞組上纏一層膠帶以防止損壞次級(jí)繞組導(dǎo)線的3倍絕緣層。次級(jí)繞組纏在其上，最后纏一單層膠帶進(jìn)行保護(hù)。注意繞線和焊接時(shí)絕緣不被損壞。

　　4.1）變壓器材料

　　鐵芯

　　有許多廠家的鐵芯可被用作反激變壓器。下面的材料適合使用：

　　TDK-PC40或PC44材質(zhì)

　　飛利蒲-3C85、3C90或3F3

　　西門子-N27或N67

　　有許多形狀的磁芯可用但反激變壓器一般用E形磁芯，原因是它成本低、易使用。其它類型磁芯如EF、EFD、ETD、EER和EI應(yīng)用在有高度等特殊要求的場(chǎng)合。RM、。toroid和罐形磁芯由于安全絕緣要求的原因不適合使用。低外形設(shè)計(jì)時(shí)EFD較好，大功率設(shè)計(jì)時(shí)ETD較好，多路輸出設(shè)計(jì)時(shí)EER較好。

　　骨架

　　對(duì)骨架的主要要求是確保滿足安全爬電距離，初、次級(jí)穿過(guò)磁芯的引腳距離要求以及初、次級(jí)繞組面積距離的要求。骨架要用能承受焊接溫度的材料制作。

　　絕緣膠帶

　　聚酯和聚酯薄膜是用作絕緣膠帶最常用的形式，它能定做成所需的基本絕緣寬度或初、次級(jí)全絕緣寬度（例如3M#1296或1P801）。邊沿膠帶通常較厚少數(shù)幾層就能達(dá)到要求，它通常是聚酯膠帶如3M#44或1H860.

　　勵(lì)磁導(dǎo)線

　　勵(lì)磁導(dǎo)線的護(hù)套首選尼龍/聚亞安酯，它在和熔化的焊料接觸時(shí)阻燃，這樣就允許變壓器浸泡在焊料鍋中。不建議使用標(biāo)準(zhǔn)的瓷釉導(dǎo)線，由于在焊接前要?jiǎng)內(nèi)ソ^緣層。

　　3層絕緣導(dǎo)線

　　在3層絕緣結(jié)構(gòu)中次級(jí)繞組導(dǎo)線使用3層絕緣導(dǎo)線，和勵(lì)磁導(dǎo)線相似主導(dǎo)線是單芯，但是它有不同3個(gè)絕緣層，即使三層中任意兩層接觸都滿足絕緣要求。

　　護(hù)套

　　邊沿空隙結(jié)構(gòu)變壓器繞組的首、尾端需要護(hù)套。護(hù)套必須經(jīng)相關(guān)安全機(jī)構(gòu)認(rèn)證至少有0.41mm壁厚以滿足絕緣要求，由于熱阻要求通常使用熱縮管，要確保在焊接溫度時(shí)不被熔化。

　　浸漆

　　通常使用浸漆鎖定繞組和磁芯間的空間，可以防止噪聲和濕汽進(jìn)入變壓器。它有助于提高耐壓能力和熱傳導(dǎo)性能。然而這是一個(gè)很幔的步驟。

　　4.2）繞線方式

　　C型繞線

　　這是最常用的繞線方式。圖6）示出有2層初級(jí)繞組的C型繞線。C型繞線容易實(shí)現(xiàn)且成本低，但是導(dǎo)致初級(jí)繞組間電容增加。可以看出初級(jí)從骨架的一邊繞到另一邊再繞回到起始邊，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的繞線方法。

　　Z型繞線

　　圖7）示出有2層初級(jí)繞組的Z型繞線方式?？梢钥闯鲞@種方法比C型繞線復(fù)雜、制造價(jià)格較貴，但是減小了繞組間的電容。

　　4.3）繞組順序

　　初級(jí)繞組一般繞在最里層這樣能使每匝長(zhǎng)度最小，并能減小初級(jí)電容。如前面討論的把初級(jí)繞組放在最里層的方式可以使它受到其它繞組的保護(hù)，減小耦合到印制板上其它元件的噪音。通過(guò)使繞組的始端（初級(jí)最里層的末端）成為和IR40xx的漏極相連的末端也可以減小耦合噪音，該連接點(diǎn)（具有最大電壓波動(dòng)）也受到其它繞組的保護(hù)。在初級(jí)繞組兩層之間纏一層膠帶對(duì)初級(jí)繞組的電容（作為四個(gè)要素中之一盡可能減小它）有很大影響。

　　輔助繞組和次級(jí)繞組的放置依賴于所用的調(diào)節(jié)方式。如果是次邊調(diào)節(jié)則次級(jí)繞組在最外層，相反輔助繞組調(diào)節(jié)則它在最外層。邊沿空隙設(shè)計(jì)時(shí)為了減小所需邊沿和絕緣層數(shù)把次級(jí)繞組作為最外層。如果輔助繞組作為最外層繞組對(duì)初級(jí)的耦合將減弱，對(duì)次級(jí)的耦合將增強(qiáng)，改善了輸出調(diào)節(jié)性能，同時(shí)通過(guò)漏電感減小了輔助源電容的峰值充電電流。

　　4.4）多路輸出

　　高功率的多路輸出設(shè)計(jì)相對(duì)初級(jí)繞組來(lái)說(shuō)次級(jí)應(yīng)當(dāng)是閉合的，能夠減小漏電感和確保最佳耦合。次級(jí)應(yīng)盡可能的充滿可繞線的寬度，這樣如前面所討論的使多路次級(jí)制作較容易，它也改善了高頻時(shí)導(dǎo)線使用率。

　　使用前面所講的次級(jí)疊加技術(shù)能夠改善輔助輸出的負(fù)載調(diào)節(jié)性能，減小次級(jí)總匝數(shù)和骨架引腳數(shù)。[!--empirenews.page--]

　　4.5）漏電感

　　變壓器結(jié)構(gòu)對(duì)初級(jí)繞組的漏電感有很大影響。漏電感會(huì)導(dǎo)致MOSFET關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，使漏電感最小能夠降低感應(yīng)電壓和降低甚至不需要初級(jí)緩沖電路。

　　變壓器繞組的頂部互相之間應(yīng)同軸以便使耦合最強(qiáng)，減小漏電感。由于此原因不使用平板和分段骨架。

　　另一把初級(jí)繞組分開繞制的方法也可以減小漏電感（圖8）。分開的初級(jí)繞組是最里邊第一層繞組，第二層初級(jí)繞在外邊。這需要骨架有空余引腳讓初級(jí)繞組的中心點(diǎn)連接其上，但是對(duì)改善耦合有意義。

　　5）變壓器磁芯類型

　　圖9）示出可用作反激變壓器的不同類型磁芯。

　　圖9）反激電源變壓器磁芯類型

　　磁芯類型的選擇主要受尺寸限制。EFD和EPC磁芯應(yīng)用在需要低外形的場(chǎng)合，應(yīng)用垂直或水平骨架E、EE和EF磁芯較好。ETD和EER磁芯通常較大，但有較大的繞線區(qū)域，它們對(duì)大功率或多路輸出設(shè)計(jì)有顯著的好處。

　　謹(jǐn)記邊沿空隙類型的變壓器比3層絕緣類型的變壓器需要較大的磁芯以便邊沿空間。下面的磁芯表有助于磁芯尺寸和類型的選擇。

　　6）線規(guī)表

　　線規(guī)表對(duì)于計(jì)算是一個(gè)良好的開始，但是要從生產(chǎn)商處查對(duì)由于不同絕緣厚度所用導(dǎo)線的實(shí)際外徑。此表包含標(biāo)準(zhǔn)單層絕緣勵(lì)磁導(dǎo)線外徑，不包括3層絕緣導(dǎo)線，詳細(xì)資料查閱供應(yīng)商。

　　-工作溫度等級(jí)（例如，等級(jí)A=105°C）