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规范规划的隔离变压器的办法以及其特性研讨与

文章出处:www.bianyaqi8.com 人气:发表时间:2017-12-16 16:27

磁性元件的规划是开关电源的重要部分,由于隔离变压器在进步开关电源的特性方面有着很大的优势,因而近年来得到了广泛的运用。关于一个抱负的变压器来说,初级线圈所发生的磁通都穿过次级线圈,即没有漏磁通。而对一般变压器来说,初级线圈所发生的磁通并非都穿过次级线圈,于是就发生了漏感,电磁耦合的严密要求也无法满意。而隔离变压器只要一匝网状次级绕组,这一匝绕组也不同于传统的漆包线,而是一片铜皮,贴绕在多个相同巨细的冲压铁氧体磁芯表面上。所以,隔离变压器的输出电压取决于磁芯的个数,而且隔离变压器的输出电流能够经过并联进行扩大,以满意规划的要求。因而,隔离变压器的特色就清楚明了了:平面绕组的严密耦合使得漏感大大地减小;隔离变压器特别的结构使得它的高度十分的低,这使变换器做在一个板上的想象得到完成。但是,平面结构存在很高的容性效应等问题,大大限制了它的大规模运用,不过,这些缺陷在某些运用中,也有可能转换为一种长处。另外,平面的磁芯结构增大了散热面积,有利于变压器散热。

1刺进技能

刺进技能是指在安置变压器原、副边绕组时,使原边绕组与副边绕组替换放置,添加原、副边绕组的耦合以减小漏感,同时使得电流均匀散布,减小变压器损耗。

现在刺进技能的研讨被分为两个方面,即运用于变压器的刺进(正激电路)和运用于衔接电感器的刺进(反激电路)。因而,刺进技能现在现已被放在不同的拓扑中作为不同的磁性部件来研讨。

1.1 运用于隔离变压器的刺进技能

运用于变压器中的刺进技能的首要长处如下:

1)使变压器中磁功能量贮存的空间削减,导致漏感的削减;

2)使电流传输进程中在导体上抱负散布,导致交流阻抗的削减;

3)绕组间更好的耦合效果,导致更低的漏感。

1.2在不同拓扑中隔离变压器的效果

在不同的拓扑中,磁性元件的效果也是不同的。在正激变换器中的变压器,磁功能量在主开关管注册的时分由初级绕组传递到次级绕组中。但是,在反激变换器中的“变压器”并不完全是一个变压器,而是两个衔接的电感器。在反激拓扑中的“变压器”在主开关管注册的时分初级绕组贮存能量,而在封闭的时分将能量传送到次级绕组。因而,这种刺进技能的长处同上面比较是不同的。运用于这种变压器的刺进技能的特色如下:

1)在磁芯中贮存的能量没有削减,由于电流在某时间只能在一个绕组中活动,而且没有电流补偿;

2)电流的散布并不抱负,原因同上,因而交流阻抗也没有减小;

3)刺进使得绕组间发生较好的耦合,因而有比较小的漏感值。

1.3 多绕组变压器中平面结构的优势

隔离变压器另一个重要的长处是高度很低,这使得在磁芯上能够设置比较多的匝数。一个高功率密度的变换器需求一个体积比较小的磁性元件,隔离变压器很好地满意了这一要求。例如,在多绕组的变压器中需求十分多的匝数,如果是一般的变压器将会形成体积和高度过大,影响电源的全体规划,而隔离变压器则不存在这一问题。

另外,关于多绕组的变压器来说,绕组间坚持很好的耦合十分重要。如果耦合不抱负则漏感值增大,将会使得次级电压的差错增大。而隔离变压器由于具有很好的耦合,使得它成为最佳的挑选。

2 隔离变压器的特性研讨

如前所述,隔离变压器的长处首要会集在较低的漏感值和交流阻抗。绕组问的空隙越大意味着漏感越大,也就发生更高的能量丢失。隔离变压器运用铜箔与电路板间的严密结合,使得在相邻的匝数层间的空隙十分的小,因而能量损耗也就很小了。

在平面型变压器里,其“绕组”是做在印制电路板上的扁平传导导线或是直接用铜泊。扁平的几许形状下降了开关频率较高时趋肤效应的损耗,也就是涡流损耗。因而,能最有效地运用铜导体的表面导电功能,功率要比传统变压器高得多。图1给出了一个隔离变压器的剖面图,而且运用两层绕组间距离的不同,而取得在不同空隙下的漏感和交流阻抗值。
规范规划的平面变压器的办法以及其特性研讨与试验证明
图2与图3给出了在不同的空隙下漏感和交流阻抗的变化,能够显着地看出空隙越大,漏感越大,交流阻抗越小。在空隙添加1mm的情况下漏感值添加了5倍之多。因而,在满意电气绝缘的情况下,应该选用最薄的绝缘体来取得最小的漏感值。

规范规划的平面变压器的办法以及其特性研讨与试验证明

为了阐明刺进技能的特征,图4给出了运用3种不同刺进技能的结构,P代表初级绕组,s代表次级绕组。试验显现SPSP结构是最好的,由于初级和次级的绕组都是距离插人的。图5显现了在500 kHz时,3种结构的交流阻抗和漏感值,经过比较能够很简单地发现运用了刺进技能的变压器,交流阻抗和漏感值都有了很大的削减。

规范规划的平面变压器的办法以及其特性研讨与试验证明规范规划的平面变压器的办法以及其特性研讨与试验证明

但是,容性效应在隔离变压器中是十分重要的,在印制电路板上严密绕制的导线使得容性效应十分的显着。而且绝缘材料的选取对容性值也有着十分大的影响,绝缘材料的介电常数越高,变压器的容性值越高。而容性效应会引起EMI,由于从初级到次级的绕组中只要容性回路的绕组传播这种搅扰。为了验证,笔者做了一个试验,在铜导线的空隙添加O.2mm的情况下,而电容值就削减了20%。因而,如果需求一个比较低的电容值,则必须在漏感和电容值之间做出一个折中的挑选。

3 隔离变压器的规范化规划

隔离变压器的长处如上所述,相同它也有缺陷,其最首要的缺陷就是规划的进程十分复杂,而且规划本钱也十分高。

下面介绍一种规范的规划隔离变压器的程序进程[3];它经过供给一个规范的匝数模型的规划,使之能够被运用于不同的隔离变压器中,然后使得规划进程大大简化,费用大大下降。

在双面PCB板的每一层都是由一到多匝的绕组组成的,而且一切的层都坚持着一样的物理特性:即相同的形状和相同的外部衔接点。在有些多匝的层次中,这个外部衔接点是不同匝数间的电气衔接点。如果有些层只要一匝,它也能够被印制在PCB的双面来下降交流阻抗。运用铜箔直接印制在PCB板上来替代传统的导线,即使在许多需求许多匝数的开关电源中,变压器照旧能坚持一个很小的体积,这便大大减小了整机的体积。详细的规划步奏和注意事项请参阅文献[3]

。图6显现了一个顶层的规范匝数规划的比如,它运用的是罐形(RM)磁芯。

 规范规划的平面变压器的办法以及其特性研讨与试验证明

铜箔高度依照对应于最大开关频率时的趋肤深度选取,这样能够使铜箔的一切部分都成为电流通路,大大削减集肤效应的影响。因而,应该使每一种开关频率对应于不同的铜箔高度。

4 试验证明

为了比较隔离变压器和传统变压器,别离做了两种变压器的模型,一种运用平面结构并运用了刺进技能,另一种运用铜线别离在初级和次级绕制而成。两种变压器都被运用于一个互补控制的半桥变换器中。两个变压器的参数如下:

初级 12匝:

次级两个l匝的绕组(1:1中心抽头)。

传统变压器运用漆包线作为绕组,虽然在这些线圈中电流密度不尽相同,挑选电流密度小于7.5A/mm。

隔离变压器初级绕组做成4层,有4个并排的次级。这个变压器的终究结构如图7所示。
规范规划的平面变压器的办法以及其特性研讨与试验证明

两种变压器都运用了相同的磁芯RM10,比较了两种变压器的漏感,交流阻抗和占用的面积,成果列于表1。

 规范规划的平面变压器的办法以及其特性研讨与试验证明
由表1可知,隔离变压器的漏感仅为传统变压器的1/5,交流阻抗也仅为l/3,由此可见这将大大进步变换器的作业特性。而且,由于结构的愈加紧凑,使得能够运用更小的RM8磁芯。

5 结语
隔离变压器在减小漏感、交流阻抗等方面有着十分大的长处,而且由于体积的细巧使之成为一种十分好的磁性元件。给出了一种规范的规划隔离变压器的办法,使得规划隔离变压器变得愈加简单,本钱也将大大下降。能够预见,隔离变压器将有着相当好的运用远景。

此文关键字:隔离变压器,漏感,交流阻抗

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