开关电源变压器的制造工艺.docx

开关电源变压器的制造工艺.docx

《开关电源变压器的制造工艺.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《开关电源变压器的制造工艺.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

开关电源变压器的制造工艺

开关电源变压器的制造工艺（以下简称变压器）

变压器所用的主要材料为铁氧体磁心、固定夹、漆包线、胶带（聚脂胶带、无纺布胶带）绝缘漆、定位胶、铜箔等。

1.工艺流程图

2选骨架:

变压器列为必须进行安全认证的电子元件,因此在选用骨架时除了达到电性能、外观要求外还需防着火防触电，一般骨架材料为阻燃增强尼龙、阻燃增强PBT、阻燃酚醛树脂等。

常用的骨架的材料PA6670G33L热变形温度260℃，UL号E41938，UL认证温度是120-130℃。

阻燃酚醛树脂（PHENOLIC）如CP-J-8700热变形温度250℃，UL认证温度是150℃。

变压器的骨架大部分都带有针脚，因此骨架还需耐高温，尼龙骨架的设计都有出气孔，有良好的散热性能，而酚醛树脂骨架浸锡耐热性为400-500℃，也是良好的骨架材料。

如果是高压输出变压器则要采取开槽结构。

典型的是电视机的行输出变压器，目前有的贴面高压变压器也采取新的开槽结构，其结构的特点是既保证了爬电距离又减小了分布电容。

3.选择漆包线:

变压器工作在高频状态，由于集肤效应和邻近效应的影响，其高频电阻r1比其直流电阻r0大的多，因此由于高频的集肤效应，必须选择较细的导线，允许的计算导线最大直径按

Dy=

如果根据有效电流计算的导线直径大于此值,就必须采用多股绞线，当然多股线在绞合要有节距要求，如果是自己采用多筒线在绕制中并线,就必须保证其良好的平整度，不容许乱绕，否则会产生Q值偏大，甚至严重发热烧坏线圈。

当然如果电流有效值很大的也采用厚度小于允许的导线直径的铜箔，铜箔的面积大于允许的导线面积就可以了，但是铜箔是用胶带作为绝缘，所以铜箔的两边要保证光滑无毛刺，不允许损伤胶带，否则会引起绕组的短路。

以下是山东新泰部分常用漆包线的耐压标准

155℃直焊漆包线的最小击穿电压（V）

美标

线径

S--单漆膜

H--双漆膜

T--加厚漆膜

AWG25

0.455

2625

4725

6325

AWG26

0.404

2550

4600

6150

AWG27

0.361

2500

4500

6000

AWG28

0.312

2425

4375

5850

AWG29

0.287

2375

4250

5700

AWG30

0.254

2300

4150

5550

AWG31

0.227

2075

3825

4600

AWG32

0.202

1850

3525

4275

AWG33

0.179

1675

3250

3950

AWG34

0.16

1500

2975

3675

AWG35

0.143

1325

2750

3425

AWG36

0.127

1200

2525

3175

AWG37

0.113

1075

2325

2950

AWG38

0.101

950

2150

2725

AWG39

0.089

850

1975

2525

AWG40

0.079

775

1800

2350

AWG41

0.071

700

1675

2175

AWG42

0.063

625

1525

2025

AWG43

0.056

550

1400

1875

AWG44

0.05

500

1300

1750

线径：

＜0.1mm用圆铜法,0.1-2.5mm用扭绞法。

4.绕线工艺

由于变压器是工作在高频状态,因此与一般电源变压器的制造有其特殊性。

4.1将初级分段绕制，因为变压器传递的是高频脉冲方波电压，在瞬变过程中，漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部震荡，造成损耗增加，严重时会造成开关管损坏，因此在绕制过程中考虑减少漏感与分布电容,所以通过初次级绕组交替分段绕制来降低变压器漏感。

一般绕组的排列顺序是初级的一半--次级--初级的一半。

平时也称”三明治”绕法。

因为单线包初级漏感LS的公式：

LS∽1/M2M-漏磁势组数

所以初级由1组改为2组时，初级漏感减少为原来的1/4。

初级的分2段可以是电压分2段，也可以是电流分2段。

电压的分段，是将初级总圈数分段，前后绕组串联。

电流分2段是原来的线径除以1.414圈数不变前后绕组并联。

大多数是采用前者。

4.2各绕组有加强绝缘

为了达到安全指标，变压器的初级对次级抗电强度是3500V，而3500V的爬电距离是6mm，因此在变压器的两端包上宽3mm的胶带，如果是立式的变压器，有引出脚的一边包宽6mm，顶端的一边包宽3mm，这样可以保证6mm的爬电距离，一个绕组绕完以后再包胶带。

而次级电压一般都是低电压，为了节约绕线空间可以采用拼层绕法,也就是几个绕组在同一层,每个次级的层间绝缘是一层胶带,绕完次级后包3层胶带,再绕初级,而初级绕完以后再包3层胶带,胶带的宽度要略大于骨架的绕线宽度约0.5-1mm。

有的变压器的体积较小，不可能留出大的空间，在绕组的边缘处套上阻燃的聚四氟乙稀套管，以此来增加爬电距离。

5磁心的选取

外形的选择：

有EE，EC，EF，EI，EPC，EEM，PQ，RM，等

材质的选择

变压器工作在高频状态,磁心的高频损耗最终转换成热能,促使变压器的温度上升,破坏绝缘导致产品的损坏,因此在功率变压器中磁心的材料选取高频低功耗的材料,如TDK的PC30、PC40、PC50等。

这种材料具有负温度系数，随着温度升高，功耗呈下降趋势。

以下是各公司的材质对比表

FDK

TDK

HITACHI

TOKIN

NICERA

PHILIPS

EPCOS

MAGNETIC

2H03

HP3

3B7

N72

F

2H04

H5A

MQ40D

4000H

NC-4Y

3E1

N30

N

2H06

HS52

MQ53D

6000H

NC-5Y

3E25

T35

T36

J

2H07

H5B2

MT70D

NC-7

T37

2H10

H5C2

MP10T

MQ10T

12001H

NC-10

3E5

T38

T42

W

2H15

H5C3

MP15T

18000T

3E7

T46

H

2H15B

H5C4

L50

3H06

3H10

DN40

DN50

3E55

N48

4H45

PC32

6H10

PC30

MB24D

MQ25D

NC-1L

NC-1M

3C81

N72

N41

F

P

6H20

PC40

ML24D

BH2

NC-2H

3C80

3C85

N67

N87

R

6H40

PC44

BH1

3F3

7H10

PC50

ML12D

B40

NC-3M

MC1

N49

K

由于直流成分使磁心容易饱和，必须在磁心的中心柱磨气隙，有气隙的电感量为：

（参考公式）

L（H）=

式中SC为磁心的截面积cm2

N为匝数

LC为磁心的平均磁路长（cm）

μ为磁心的导磁率

G为磁心的总气隙（cm），

在生产中磁心的电感量合格后才能定位，

6.线圈与磁心的定位。

变压器工作在高频状态下容易产生噪声，而这个噪声只会在工作状态下才会发生，在生产过程中往往无法测试，其原因是磁心未固定好、磁路的伸缩而引起的。

为了防止此现象发生必须采取以下措施：

6.1磁心用胶水定位，建议端面用厌氧胶等胶水定位，紫外线光定位，工艺上称（UV），此方法几乎不影响电感量，当然要经过试验,摸出磁心定位前的中心值。

6.2用不锈钢夹子定位；

6.3骨架与磁心的间隙用环氧定位；

6.4采用真空浸漆工艺；

以上措施避免了磁心的振动，也不会有噪声产生

7.变压器的检验与测试

变压器要求的一般指标是

7.1电感量与Q值，

可用各种LCR仪表，但必须注意测试的前提：

频率，电压，串联还是并联谐振？

并与用户校对好仪表，如果电感量的误差范围很小,还要规定仲裁温度。

Q值除了反映磁心的品质因素外还能判断多股线的焊接好坏。

7.2极性与匝数比

专用的仪器并配以夹具可以一次完成电感量品质因素、极性与匝数比的测量。

7.3直流铜阻

使用低阻表，根据公式：

（T温度直流铜阻与20℃的直流铜阻的换算公式）

Ri=R20℃×（234.5+T）÷（234.5+20）

可以换算任何温度的铜阻

如果铜阻规定的是25℃的直流铜阻，那么换算公式是

Ri=R25℃×（234.5+T）÷（234.5+25）

我们在此公式上可以制成表格，便于车间的生产。

7.4直流叠加后的电感量下降的幅度

使用LCR电感仪，及与电感仪配套的直流电源

7.5分布电容,漏感

LCR电感仪,

7.6匝间耐压仪,

要把样品的波形输入在仪器中进行对比

7.7绝缘电阻测试仪

8.耐压测试仪

桥式开关电源变压器

1.电原理图:

2.温度情况

最高环境温度60℃

温升≤50℃

3.计算次级电压幅值

UP2

=

（U0+ΔU2）

UP2

-输出电压幅值;

U0-次级负载直流电压

α-最大占空比

ΔU2-二极管及线路压降

=

=1.25

次级1:

=（25+1）×1.25=32.5（V）

次级2:

=（3+0.3）×1.25=4.125（V）

4.初级绕组电压幅值

UP1≌Uinmin=120V

5.次级绕组峰值电流

次级绕组峰值电流等于开关电路直流输出电流

IP2=I0

6.次级电流有效值

全波整流时;I2=

×I02=0.67×6=4.02A

桥式整流时

×Ip2=0.67×1=0.67A

7.初级绕组峰值电流:

IP1=∑

×IP2=

×6+

×1=1.625+0.034=1.66A

8.初级电流有效值

I1=

×Ip1=0.89×1.659=1.47A

变压器输出功率

P2=

∑UP2×I2=0.89×（32.5×4.02+4.1×0.89）

=0.89（130.65+3.649）=119.5W

9.变压器计算功率（见表1）

开关变压器工作时对磁心所需要的功率容量值为开关电源变压器计算功率Pt

Pt=P2×（

+

）η-0.90P2-直流功率W

=119.5×2.52=301W

表1各种变换器的计算功率

变换器形式

输出整流电路

计算功率

说明

全桥式变换器

全波整流

Pt=P2*（

+

）

η=

变压器的效率

P2—变压器的负载功率

桥式整流

Pt=P2*（1+

）

半桥式变换器

全波整流

Pt=P2*（

+

）

桥式整流

Pt=P2*（

+1）

推挽式变换器

全波整流

Pt=P2*（

+

）

桥式整流

Pt=P2*（

+1）

10.计算AP值

AP=

1.2

AP-磁心截面积Ae与窗口面积乘积Swcm4

Bm-工作的磁通密度（T）

f-工作频率（Hz）

Kj-电流密度比例系数

当允许温升25℃为433,当允许温升

℃为632,

Km占空系数（0.3-0.4）

为了符合UL标准耐压为3500V,初级与次级的爬电距离为6mm,骨架两边绕加强绝缘,窗口的利用只有50%,采用多股线占空系数更小,取0.1

Kf-方波4.0正弦波4.44.

Bm-一般取磁心材料的饱和磁感应强度的0.5

Pc40100℃的BS为0.37

0.37×0.64=0.24