開(kāi)關(guān)電源中如何通過(guò)改善變壓器工藝提高開(kāi)關(guān)電源可靠性

1 引言

在開(kāi)關(guān)電源中，高頻變壓器是進(jìn)行能量?jì)Υ婧蛡鬏數闹匾考?。一個(gè)高頻變壓器應具有漏感小、線(xiàn)圈分布電容小，各線(xiàn)圈之間的耦合電容也要小的特點(diǎn)。本文闡述通過(guò)改善變壓器的加工工藝來(lái)減小漏感和線(xiàn)圈本身的分布電容，提高開(kāi)關(guān)電源的可靠性。

2 初級線(xiàn)圈的漏感和分布電容

在高頻變壓器設計時(shí)，變壓器的漏感和分布電容必須減至最小，因為開(kāi)關(guān)電源中高頻變壓器傳輸的是高頻脈沖方波信號。在傳輸的瞬變過(guò)程中，漏感和分布電容會(huì )引起浪涌電流和尖峰電壓，以及頂部振蕩，造成損耗增加。雖然在開(kāi)關(guān)晶體管的漏極上增加鉗位和吸收電路可以克服尖峰電壓，但過(guò)大的尖峰會(huì )導致鉗位和吸收電路損耗的增加，使開(kāi)關(guān)電源的效率降低，嚴重時(shí)會(huì )導致功率開(kāi)關(guān)管的損壞。通常變壓器的漏感，控制為初級電感量的1%～3%。

2.1 初級線(xiàn)圈的漏感

變壓器的漏感是由于初級線(xiàn)圈和次級線(xiàn)圈之間，層與層之間，匝與匝之間磁通沒(méi)有完全耦合而造成的。在變壓器繞制加工中可采取下列措施。

(1) 盡量減少繞組的匝數，選用高飽和磁感應強度、低損耗的磁性材料。

(2)增加線(xiàn)圈尺寸的高度和寬度之比。

(3)盡可能減小繞組間的絕緣厚度，但必須保證變壓器本身有足夠絕緣強度。

(4)采用分層交叉繞制方式繞制初級、次級繞組。

(5)采用環(huán)型磁心變壓器時(shí)，不管初級、次級繞組的匝數有多少，在繞制繞組時(shí)，均沿環(huán)型圓周均勻分布地繞制。對于大電流工作狀態(tài)下的環(huán)型磁心變壓器，采用多繞組并聯(lián)方式繞制，并且盡可能地減小線(xiàn)徑。

(6)改善線(xiàn)圈之間的耦合程度。

(7)在輸入電壓不太高的情況下，初級、次級繞組采用雙線(xiàn)并繞的加工工藝。

其中減少初級線(xiàn)圈的匝數及增加線(xiàn)圈尺寸的高度和寬度之比，與所選擇的磁心形狀有關(guān)。如果磁心放置線(xiàn)圈的心柱尺寸足夠大，足以能使初級繞成兩層，甚至繞成一層的話(huà)，就可以有效地減小初級的漏感及分布電容的值。高頻變壓器適于采用中間心柱較長(cháng)的磁心，不適合采用矮胖形狀的磁心。在上述措施中變壓器繞組的匝數不能減得太少，否則當輸入電壓太高，或者脈沖太寬時(shí)，會(huì )引起磁心飽和，導致變壓器繞組的電感值急劇降低，繞組對交流電流的限流作用降低，嚴重時(shí)進(jìn)入短路狀態(tài)，在微秒的時(shí)間里，有幾十乃至幾百安培的電流通過(guò)半導體器件，使之失效。

2.2 分布電容

變壓器繞組線(xiàn)匝之間，同一繞組的上、下層之間，不同繞組之間，繞組與屏蔽層(或磁心)之間形成的電容稱(chēng)為分布電容。開(kāi)關(guān)變壓器分布電容主要由下面幾部分組成。

(1) 各繞組與屏蔽層(或磁心)之間的分布電容。

(2)各繞組線(xiàn)匝之間的分布電容。

(3)繞組與繞組之間的分布電容。

(4)各繞組的上、下層之間的分布電容。

在開(kāi)關(guān)電源的晶體管通、斷期間，線(xiàn)圈的分布電容被反復地充電和放電，其能量都被鉗位和吸收電路所消耗，降低了開(kāi)關(guān)電源的效率。此外，線(xiàn)圈的分布電容還與線(xiàn)圈的漏感一起形成LC振蕩，產(chǎn)生振鈴噪聲。要減小分布電容可以采取下列措施：

(1) 繞組進(jìn)行分段繞制;

(2)正確安排繞組的極性，以減小各繞組之間的電位差;

(3)初級、次級繞組之間增加靜電屏蔽措施;

(4)選擇漏磁勢組數M=4。