开关电源变压器的设计与制作

2009 年第 3 期 漳州师范学院学报(自然科学版) No. 3. 2009 年 （总第 65 期） Journal of Zhangzhou Normal University（Nat. Sci.） General No. 65 文章编号:1008-7826(2009)03-0053-06 开关电源变压器的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与制作 许 陵 （漳州师范学院 教育科学与技术系, 福建 漳州 363000） 摘 要：本设计基于国际电工委员会电工产品安全认证组织（IECEE）及中国国内 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 SJ3270-90《隔离变 压器和安全隔离变压器》，是以高频开关电源变压器的安全规范为基础，研究变压器设计过程的具体制作方法和 根据安规标准对各项变压器材料进行选择. 以达到合理利用材料、正确处理变压器的工艺问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，降低生产成本的 目的. 关键词：高频变压器 ；开关电源 ；磁性材料 ；绕制方法 中图分类号： TM43 文献标识码： A The Design and Production of the Transformers of Switching Power Supply XU Ling (Department of Education Science and Technology, zhangzhou Normal University, Zhangzhou, Fujian 363000, China) Abstract: The design is based on the International Electrotechnical Commission IEC product safety certification organization (IECEE), and China's domestic standard SJ3270-90 "isolation transformers and safety isolation transformers," high-frequency switching power supply design is the safety norms of the transformer based on transformer design process of the specific production methods and standards in accordance with the regulations of the transformer materials to choose. To meet the reasonable use of materials, properly handle the issue of the transformer, reduce production costs. Key words: high-frequency transformers ; switching power supply ; magnetic materials ; bypass method 1 引言 高频开关电源的设计主要有两部分，一是电路部分的设计，二是磁路部分的设计. 相对电路部分的设 计而言，磁路部分的设计要复杂得多. 磁路部分的设计，不但 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 设计者拥有全面的理论知识，而且要有 丰富的实践经验. 在磁路部分设计完毕后，还必须放到实际电路中验证其性能. 由此可见，在高频开关电 源的设计中，真正难以把握的是磁路部分的设计. 高频开关电源的磁性元件主要包括变压器、电感器. 本 文根据变压器的安全规范，合理选择材料，介绍变压器的具体制作方法，使设计出来的变压器符合《隔离 变压器和安全隔离变压器》的标准. 2 引用标准 ①国际电工委员会电工产品安全认证组织（IECEE）：1985 年由国际电工委员会（IEC）建立，该组 织下设有三个委员会和一个秘书处：管理委员会、认证机构委员会、检测试验委员会. 目前对 14 类产品 进行安全认证，其中有电线电缆、家电用品、电子医疗设备等，而第 12 类就是安全变压器. ②国内标准 SJ3270-90《隔离变压器和安全隔离变压器》. 3 变压器的安全规范 收稿日期: 2008-06-23 作者简介: 许 陵(1958-), 男, 福建省闽清县人, 工程师, 学士. 54 漳州师范学院学报（自然科学版） 2009 年 3.1 标准规范 磁性元件用于交换式电源供应器的结构中，必须遵守一定国家或是国际上的安全标准.我国的电子变 压器可按国内标准 SJ3270-90《隔离变压器的安全要求》申请认证；而出口到欧美等国的变压器，则分别 按各相关国的标准进行对口认证. 例如： U.L(Underwriter Laboratories)为美国标准. C.S.A(Candanian Standards Association)为加拿大的标准. V.D.E(Verband Deutsher Elektronotechniker)为欧盟所使用的德国标准，目前 V.D.E 已成为较受欢迎 的标准，其安全标准考虑较为严格. 其标准重点为保护操作人员的安全，对线圈绕线方法，输入与输出的 隔离有较严格的要求，需耐高压 3750V AC. 3.2 变压器的绝缘电阻安全规范 在变压器结构中，绕组与磁芯与铁架之间，在一分钟提供 500V DC 的电压情况下，至少要有 100MΩ 以上的阻抗. 3.3 变压器的湿度阻抗安全规范 在高湿度 91～95%的环境下，温度在 20～30℃之间，连续在环境测试机 48 小时后，变压器一次侧与 二次侧须能够承受 3750V AC，即变压器在此环境中须保持绝缘阻抗及介电强度. 3.4 变压器的安全规格 电子设备根据安全性能要求可分为三种类型. 第一类(Class Ⅰ)：此类设备用以下两种方式来防护电击：用基本绝缘；假如基本绝缘被破坏，而危 险电压用导线连接到大地导体的保护方式. 此类设备也可用双重绝缘(double insulation)或加强绝缘 (reinforced insulation)来设计，或者只用于安全性极低的电压线路上. 第二类(Class Ⅱ)：此设备不单只靠基本绝缘来防护电击，且须增加安全措施，如用双重绝缘或加强 绝缘措施，而不提供接地保护者. 第三类(Class Ⅲ)：此类设备靠 SELV(Safety Extra Voltage)电路来防止电击. 变压器在具体设计中要根据电路来选择类型. 3.5 变压器的安全温度 变压器有温度等级之分，当温度高于周围温度 25℃以上时，U.L/C.S.A 标准会对变压器温度订出额 定值，用两种方法来做温度的量测，第一种称为热偶法（利用热电偶所产生的位差，由仪器记录）；第二 种称为电阻法（利用铜的绝对零电阻温度为基准来计算），计算公式: (234.5+T1)/R1=(234.5+T2)/R2. 其中， 铜的零电阻温度：-234.5℃；测试前环境温度为：T1；测试后环境温度为：T2；测试前初级电阻为：R1； 测试后初级电阻为：R2. 绝缘等级分为七个等级，每一等级变压器的安全温度如表 1 所示. 用上述二种方法可以得出不同绝 缘等级变压器的可接受的温升度数，如表 2 所示. 表 1 不同绝缘等级变压器的安全温度 绝缘等级 Y A E B F H C 安全温度(℃) 90 105 120 130 155 180 180 以上 第 3 期 许 陵: 开关电源变压器的设计与制作 55 3.6 变压器安全 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 爬电距离 为了符合 U.L ，V.D.E 等严格的安全规定，在变压器引脚与绕组之间必须有一定的安全距离，见参 考文献. 为了缩小爬电距离，可以在开线架模时，预留安全的距离或另外为沿面距离的塑胶片另外开模. 4 材料选择 按变压器的安全规范及实际验证，在材料选择上要注意如下几点： 4.1 线架(BOBBIN)：在变压器中起支撑线圈的作用，按材质分为：热塑性材料，热固性材料. 材料的不 同，线架的工艺温度和压力不同. 4.2 磁芯（CORE）：铁粉芯磁芯用于高频变压器，它是一种带有尖晶石结晶状结构的陶磁体，其常用 组合如锰锌(Mn Zn)系列、镍锌 (Ni Zn)系列及镁锌(Mg Zn)系列.此种材具有高导磁率和阻抗性的物性，其 使用频率范围由 1kHz 到超过 200kHz. 4.3 套管（TUBE）：套管种类繁多，用途广泛，我们常用的有 TEFLON(铁氟龙)、矽质套管、玻璃纤 维矽胶套管、 矽橡胶套管、矽胶. 其中以 TEFLON 为材料的套管是最耐强酸、强碱、最抗粘、最滑溜耐 磨的套管. 4.4 胶带（TAPE）：以带基/基材分类，胶带有很多种，但抗焊接、抗穿刺、质薄、绝缘强度高、从形 性好、温差能力良好、有极佳的抗化学品、抗化剂和防潮能力始终是优质胶带的标准. 4.5 漆包线（WIRE）：在 GB6109.1-90 标准中，规定了各型号漆包线的通用技术要求，该标准是等效 采用国际电工委员会 IEC317（1988）. 漆包线的导体（铜线）按 GB6108.1-85（等效 IEC182-1）规定， 其标准尺寸采用 GB321-80 规定的 R20、R40 系列. 4.6 胶（EPOXY）：在变压器中，胶用于接合.固定或灌注. 胶按其组成不同分为单剂型、变剂型和三剂 型. 不同的型号的胶硬化条件和时间不同. 4.7 绝缘漆：在变压器制作中用到的绝缘漆是清漆. 清漆，又称假漆，俗名凡立水. 人造漆的一类，是 不含颜料的透明漆. 主要成分是树脂和溶剂或树脂、油和溶剂. 涂施于物体表面之后，溶剂挥发，树脂或 树脂和油结成光滑的薄膜. 易干耐用，并能耐酸和油. 用于变压器、线圈、漆包线之含浸或涂装，有防潮、 散热、绝缘、固定、保护线路板及美观等作用. 5 变压器具体制作方法 根据变压器的安全规范及实践经验，具体制作方法应注意如下方面： 5.1 绕线 根据变压器要求不同，确认线架规格，把不用的脚在未绕线前先剪掉，以 防绕完线后再剪除时会刮伤漆包线或剪错脚，而且可以避免绕线时缠错脚位； 确认线架完整，不得有破损和裂缝；按要求包好醋酸布，紧靠线架两侧，再在 第 1 脚上先缠线(或先钩线)后开始绕线. 绕线的方式大致可分为：一层密绕、 均等绕、多层密绕、定位绕 绝缘等级 安全温度(℃) 热偶法 电阻法 A B F H 105 130 155 180 65℃ 85℃ 110℃ 125℃ 75℃ 95℃ 120℃ 130℃ 图 1 同组并绕图 表 2 不同绝缘等级变压器的可接受的温升度数 56 漳州师范学院学报（自然科学版） 2009 年 BOBBI COPPE BOBBI COPPE 正确 错误 线、并绕. 如设计初级绕组 16 匝，采用型号为 AWG23 的铜线，采用分层绕，分二层，每层 2 股，第一 层 10 匝，第二层 6 匝，并绕如图 1 所示；复位绕组 16 匝，采用型号为 AWG23 的铜线，绕法与初级一样； 次级绕组 2 匝，采用厚度 t=0.1mm，宽度 b=14mm 的铜箔，两层并绕，即截面积 S=2.8mm2. 在最终确定 导线规格时，均保留了一定的误差范围. A.同组不同层的绝缘方法. B.不同层的绝缘方法. C.最外层的绝缘方法. 5mm 以上5~10mm 出线处的绝缘D 压线胶带的贴法 图 3 胶带的不同贴法 图 2 铜箔绕制图 第 3 期 许 陵: 开关电源变压器的设计与制作 57 5.2 绕铜箔 铜箔绕法除焊点处必须压平外铜箔之起绕边应避免压在线架转角处，须自线架的中央处起绕，以防 止第二层铜箔与第一层间因挤压刺破胶布而形成短路；铜箔须包正包平，不可偏向一边，不可超越挡墙， 如图 2 所示. 图 4 不同铜线的压脚标准 图 5 焊锡 图 6 组装磁芯 0.4Φ以下 2TS 以上 0.4~0.65Φ 1.5TS 以上 0.7Φ以上 0.8TS 以上 2 根铜线 0.8TS 以上 3 根铜线 0.8TS 以上 4 根铜线以上 0.8TS 以上 正确 漏焊 有焊团 把磁芯搓合 3~4 回， 确认中间无缝隙 包胶带完毕 包胶带(需包紧包平整) 58 漳州师范学院学报（自然科学版） 2009 年 5.3 包胶带 包胶带的方法有四种，如图 3 所示. 刚开始绕线时，需加压线胶带的贴法如图 3D 所示. 变压器初级 线圈分两层，第一层到第二层时胶带贴法如图 3A 所示；初级线圈绕完后，需加绝缘胶带贴法如图 3B 所 示，贴完方可绕复位绕组，复位绕组中的两层间的绝缘胶带贴法与初级线圈一样. 绕完所有的胶带后，最 外层的绝缘胶带贴法如图 3C 所示. 整个过程注意：胶带须拉紧包平，不可翻起刺破，不可露铜线，最外 层胶带不宜包得太紧，以免影响产品美观. 5.4 压脚 将铜线理直理顺并缠在相应的脚上，用斜口钳将铜线缠紧并压至脚底紧靠档墙，剪除多余线头，缠线 圈数依线径根数而定，如图 4 所示. 整个过程注意： 铜线须紧贴脚根，预计焊锡后高度不会超过墩点； 不可留线头，不可压伤脚，不可压断铜线，不能损坏模型，铜线过多的可绞线. 5.5 焊锡 将产品整齐摆放，用夹子夹起一排产品，脚沾助焊剂，以白手捧刮净锡面，立式模型镀锡时将脚垂直 插入锡槽(卧式模型将脚倾斜插入焊锡槽)，镀锡深度以锡面齐铜脚底部为止. 焊完确认：镀锡须均匀光滑， 不可有冷焊、包焊、漏焊、连焊、氧焊或锡团，如图 5 所示. 整个过程注意：塑胶模型不耐高温，易产生 包焊或脚移位，不可烧坏胶带，三层绝缘线须先脱皮后镀锡，焊点之间最小间隙须在 0.5mm 以上. 5.6 组装磁芯 确认磁芯无破损或变形，组装磁芯时，不同材质的磁芯不可组装在同一产品上，磁芯与磁芯接触面都 需保持清洁，否则在含浸作业后 L 值会因而下降. 包磁芯之胶布宽度规定，以实物外观为优先着眼，次 以磁芯宽减胶布宽空隙约 0.3mm～0.7mm 为最佳. 整个过程注意： 磁芯胶布起绕处与结束处，立式起绕 于脚端中央，结束于中央，如图 6 所示. 5.7 含浸 将产品整齐摆放于铁盘內，调好凡立水浓度（0.915±0.04），将摆好产品的铁盘放于含浸槽內. 含浸 10-15 分钟，视产品无气泡溢出，放下凡立水，待产品稍干后取出放置滤干（滤干 10 分钟以上，视产品无 凡立水滴下）、阴干、冷却（可用风扇送风加速冷却）. 整个过程注意：凡立水与稀薄剂调配比例为 2∶1， 放入凡立水时，凡立水高度以完全淹没产品为准，但凡立水不可上铜脚 (特殊机种除外). 5.8 电气测试 电感测试：测试主线圈的电感量，半成品测试时，须将电感值域范围适当缩小. 圈数测试：测试产品的圈数，相位，电感值. 安全测试：测试变压器是否符合安全规范，其中主要测试变压器的绝缘电阻. 6 结束语 为了确保开关电源变压器使用中的可靠性和安全性，国内外在对选择材料的绝缘性、阻燃性、制作方 法等方面都有严格规定的安全标准. 所以设计工程师必须按照安全认证标准来设计制作开关电源变压器. 参考文献： [1] 中华人民共和国国家标准[M]. 北京: 中国标准出版社, 2002. [2] 张占松, 汪仁煌, 谢丽萍. 开关电源手册[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2006. [责任编辑: 喻玉萍]