原创 电源效率讨论系列三：变压器绕制工艺(转帖)

电源效率讨论系列三：变压器绕制工艺<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

许多的工程师对变压器的绕制工艺把握不准，导致做出来的产品，反复的调试才能符合初始的设计参数要求

变压器的工艺设计涉及到的东西太多了，下面我们就来慢慢的讨论下各种绕制工艺对电源各项参数的影响。

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，以前我在很多帖子中多次说过，这里再次重复下

首先，需要计算好变压器的Ap值，计算方法坛子里有很多相关的帖子，大家可以搜下，我在这里就不在赘述了。

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

好的，其实有前辈已经总结过了

那我就重复下吧

Ap= Aw*Ae=(Pt*10^4)/(2ΔB*fs*J*Ku)

Ap:变压器功率容量

Aw：磁芯窗口面积

Ae：磁芯横截面接

Pt：变压器的传递功率（ Pt = Po /η +Po ）

ΔB：磁通密度变化量（一般取0.2-0.3）

fs：磁芯工作频率

j：电流密度 （自冷取4-6，风冷取6-10）

Ku：窗口的铜填充系数（一般取 0.2-0.5）

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，如PQ型，RM型，以及ERL型的变压器，再加上合理的绕法，可以将漏感控制在3%以下。

又如LLC电源，我们希望用变压器的漏感来作为谐振电感，所以我们需要刻意加大漏感，选用分槽的骨架来绕制比较理想。

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。

温馨提示：1、你去翻翻书（论坛里有专门讨论漏感的帖子），看看漏感的定义

                2、你在想想普通骨架绕制的线圈跟分槽绕制的线圈在磁耦合上有那些区别

                3、然后你可以继续思考漏感的形成原因

继续帖子

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。

选择变压器还要考虑到绕组装配工艺的影响

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，这些因素都会影响变压器的装配；我们在计算时应该对这些因素给予充分考虑，留有一定的余量。

上面谈了变压器的磁芯骨架选择考虑的问题，下面来谈谈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，原因大家可以先思考下，过几天我再分析。

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。

先来看第一种，初级夹次级的绕法（也叫初级平均绕法）

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；

由于在初级中间加入了一个次级绕组，所以减少了变压器初级的层间分布电容，而层间电容的减少，就会使电路中的寄生振荡减少，同样可以降低MOSFET与次级整流管的电压电流应力，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。外层的Ns/2虽说绕线相对较长，但是基本上是在变压器的外层，散热良好故温度也不会太高。

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。

以上是我对三明治绕法的几点粗浅看法，可能有错误，欢迎大家指教。

三明治绕法引申的还有很多的内容可讲，今天先讲这么多，明天继续。

这个是220V输入时满载，MOSFET的Vds的波形

假如我选用的MOSFET 耐压值为700V，但上机带载测试时MOSFET VDS极电压（也就是示波器中ΔY的电压）会超过700。那如果此时不采取相关的措施（如：在D,S极加电容，或加RCD吸收，或加有源钳位）的话可能会损坏MOSFET。我的意思是如何通过正激变压器复位绕组将此电压吸收掉而保证不损坏MOSFET。电源基础不是很好，表达有一些模糊，望老师见谅！复位绕组的功能只是在MOS管关闭时，将初级的励磁能量释放掉，并没有你说的那种能吸收尖峰的作用

在初级绕组与复位绕组的同名端加个电容，可以钳位最高电压

我上面的这个电路就是加了一个电容，所以VDS的电压不高

屏蔽绕组一般都是用铜箔或细线绕制，铜箔一般绕0.9T或1.1T,细线匝数没有要求，绕满为止，至于同名端，一般都是从地线起绕，然后另一端悬空

下面，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，形成原理相信大家都清楚，我就不多解释了。

当MOSFET关断的时候，变压器的漏感与MOSFET的结电容以及变压器的层间电容会产生振动，幅度达到几十甚至超过一百V，这对MOSFET与EMI来说都是不允许的，所以，我们增加RCD吸收来抑制这个振荡，达到保护MOSFET与改善EMI的目的。

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。

从上面的分析看，三明治绕法是否能起到改善EMI的效果，只能具体问题来分析

所以，我昨天的分析应该说是不够严谨，特向广大网友致歉

在这种三明治绕法中，Nb的位置有没有建议。

因为我平时看到的大多是（从里层到外层）

绕线一：Np/2-Ns-Nb-Np/2

绕线二：Np/2-Nb-Ns-Np/2

这两种绕法没有太大的差别，如果非得在这两种绕法中选择的话，我会选择第一种绕法

因为第一种绕法的Ns更容易绕得平整

我的习惯把Nb绕在最外层

Np/2-Ns-Np/2-Nb

这样有利于初次级的耦合，减少漏感；还有利于绕线的平整度；最后一个好处是，供电绕组电压变化受次级的负载影响较小，更稳定

如果是你说的那样，应该是考虑到绕组的层数与漏感的问题

打个比方：计算出初级的匝数为90T，选定绕组的线径之后，发现每层只能绕30T,这个时候难道还有人去选择将初级绕组分成45T+45T吗？最优的选择应该是60T+30T，这样的线包才能绕得比较平整，漏感也相对较小。

没有本质的区别，只是考虑到约里层绕线约容易绕平整，所以一般会把2层绕里面

当三明治绕法遇到单数层也是一样，比如说Np为35T时，一般会考虑内层绕18T，外层绕17T

就是指耐高温的漆包线吧，漆包线的规格型号如下：

聚酯漆包线(QZ/PEW)

聚氨酯漆包线(QA/UEW)

55℃改性聚酯漆包线(QZG)

180℃聚酯亚胺漆包线(QZY/EIW)

聚酯漆包铜包铝线QZ(CCA)

聚氨酯漆包铜包铝线QA(CCA) 

温度等级： B级（130℃）、F级（155℃）、H级（180℃）、C级（180℃以上）

从外观上看，一般耐温越高，其漆包膜的颜色就越深

这个是普通的130度漆包线

这个是耐高温180度的漆包线

至于你说的在中柱点胶，用的是什么胶，点了多少，我没看到实物不好判断

如果中柱磨气隙了的话，我推测应该是为了让磁芯能够更能紧密，牢固的粘在一起，这样电感量更稳定，同时可以防震起到的效果。

那我就说说三重绝缘线吧：

三重绝缘线：Triple Insulated Wire （工程上用TIW表示）

三重绝缘线是一种高性能绝缘导线，其有三层绝缘材料，中间是导线芯；最外层是透明的玻璃纤维；中间层是喷漆涂层；最内层是被国外市场称之为“黄金薄膜”的一厚度仅仅几微米的聚酰胺薄膜，但是却可以承受3KV的脉冲高压。绝缘材料的总厚度不超过100μm。所以我们在计算变压器的时候，如果要使用三重绝缘线，一般把外径加上0.2mm。

三层绝缘线检验标准是直流12kv，相当于交流6kv，大大超过变压器耐压标准,所以不需要加挡墙，即可满足变压器的安规需求。