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开关电源变压器现代电子设备对电源的工作效率、体积以及要求等技术性能指标越来越高,在开关电源中决定这些技术性能指标的诸多因素中,基本上都与开关变压器的技术指 标有关。开关电源变压器是开关电源中的关键器件,因此,在这一节中我们将非常详细地对与开关电源变压器相关的诸多技术参数进行理论分析。在分析开关变压器的工作原理的时候,必然会涉及磁场 强度H和磁感应强度B以及磁通量等概念,为此,这里我们首先简单介绍它们的定义和概念。在自然界中无处不存在电场和磁场,在带电物体的周围必然会存在电场,在电场的作用下,周围的物体都会感 应带电;同样在带磁物体的周围必然会存在磁场,在磁场的作用下,周围的物体也都会被感应产生磁通。现代磁学研究表明:一切磁现象都起源于电流。磁性材料或磁感应也不例外,铁磁现象的起源是 由于材料内部原子核外电子运动形成的微电流,亦称分子电流,这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样的宏观磁特性。因为每一个微电流都产生磁效应,所以把一个单位微电流称为一个磁偶 极子。因此,磁场强度的大小与磁偶极子的分布有关。
特性参数 1、工作频率 变压器铁芯损耗与频率关系很大,故应根据使用频率来设计和使用,这种频率称工作频率。 2、额定功率 在规定的频率和电压下,变压器能长期工作,而不超过规定温升的输出功率。 3、额定电压 指在变压器的线圈上所允许施加的电压,工作时不得大于规定值。 4、电压比 指变压器初级电压和次级电压的比值,有空载电压比和负载电压比的区别。 5、空载电流 变压器次级开路时,初级仍有一定的电流,这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流(产生磁通)和铁损电流(由铁芯损耗引起)组成。对于50Hz电源变压器而言,空载电流基本上等于磁化电流 。 6、空载损耗 指变压器次级开路时,在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗,其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗(铜损),这部分损耗很小。 7、效率 指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大,效率就愈高。 8、绝缘电阻 表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。
要绕制一个电源变压器我们必须对与电源变压器有关的材料要有一定的认识,为此这里我就介绍一下这 方面的知识。 1、铁芯材料 电源变压器使用的铁芯材料主要有铁片、低硅片,高硅片,的钢片中加入硅能降低钢片的导电性,增加电阻率,它可减少涡流,使其损耗减少。我们通常称为加了硅的钢片为硅钢片,电源变压器的质量 所用的硅钢片的质量有很大的关系,硅钢片的质量通常用磁通密度B来表示,一般黑铁片的B值为6000-8000、低硅片为9000-11000,高硅片为12000-16000。 2、绕制电源变压器通常用的材料 漆包线,纱包线,丝包线,常用的漆包线。对于导线的要求,是导电性能好,绝缘漆层有足够耐热性能,并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下用QZ型号的高强度的聚脂漆包线。 3、绝缘材料 在绕制变压器中,线圈框架层间的隔离、绕阻间的隔离,均要使用绝缘材料,一般的电源变压器框架材料可用酚醛纸板制作,层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离,绕阻间可用黄腊布作隔离。 4、浸渍材料 电源变压器绕制好后,还要过一道工序,就是浸渍绝缘漆,它能增强电源变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命,一般情况下,可采用甲酚清漆作为浸渍材料。
电源变压器的制作中,线圈 的机器绕制和手工绕制各有什么优缺点? 机器绕制电源变压器的优点是效率高且外观成形漂亮,但绕制高个子小洞眼的环型变压器却比较麻烦,而且在绝缘处理工艺的可靠性方面反不如手工绕制到位。手工绕制可以将变压器的漏磁做得非常小 ,其在绕制过程中能针对线圈匝数的布局随时予以调整,所以真正的Hi–END变压器一定是绕制,绕制的缺点是效率低、速度慢。 环型、EI型、R型、C型几种电源变压器哪一种? 它们各有其优缺点而不存在谁之说,所以严格来讲哪一种电源变压器都可以做得。从结构上来讲,环型能够做到漏磁小,但声音听感方面EI型则可以把中频密度感做得更好一些。单就磁饱和而言,EI型 要比环型强,但在效率上则环型又优于EI型。尽管如此,其问题的关键还是在于你能不能扬长避短而将它们各自的优点充分发挥出来,而这才是做好电源变压器的根本。 进口放大器中,环型电源变压器的应用仍然是主流,这基本说明了一个问题。发烧友对电源变压器的评价要客观公正,你不能拿一个没做好的东西作参考而说它不好。有人说环型电源变压器容易磁饱和 ,那你为什么不去想办法把它做到不容易磁饱和?而原本通过技术手段是可以做到这一点的。不下足功夫或者一味地为了省成本,那它当然就容易磁饱和了。同理,只要你认真制作,EI型电源变压器的效 率也是能做到很高的。
软磁铁氧体是中、高频电源中电子变压器大量使用的铁心材料 , 和 金属软磁材料 相比,软磁铁氧体的饱和磁密低,磁导率低,居里温度低,是它的几大弱点 。尤其是居 里温度低,饱和磁密 Bs 和单位体积功率损耗 Pcv 都会随温度变化。温度上升, Bs 下降, Pcv 开始下降,到谷点后再升高。因此在高温条件下,只要 Bs 保持较高水平,就可以把工作磁密 Bm 选得 高一些,从而减少线圈匝数,降低用铜量和成本。高温高饱和磁密软磁铁氧体材料,还可以扩大电子变压器使用的温度上限到 120 益甚至 150 益。 例如,汽车用电子设备中的高频电子变压器,在外界温度条件变化大和发动机室发热的高温条件下工作,就必须采用高温高饱和磁密软磁铁氧体。 软磁复合材料 (SMC) 是上世纪 90 年发出来的新型软 磁材料,其出发点是想把金属软磁材料的工作频率向 MHz 级和 GHz 级扩展,因此将金属软磁材料与其他高电阻材料,如石英、陶瓷、高分子材料等复合在一起,只要控制金属软磁材料的体积百分数在 逾渗极限以下,就有可能保持软磁特性,又减少各种高频率损耗,成为一种新的软磁材料 ―― 软磁复合材料,取英文名称的个字母,简称 SMC 材料。 软磁复合材料中的磁性粒子可以是纯铁、镍、钴金属、铁镍合金、铁镍钼合金、铁铝合金、铁基非晶合金、铁基纳米晶合金和软磁铁氧体经过粉碎后制成的粉末。 非磁性物体可以是化硅等绝缘体,硅树脂、聚、树脂等高分子材料作粘接剂和硬脂酸等作润滑剂。磁性粒子和非磁性物体混合后,可以经过绝缘处理、压制成形、烧结等工艺加工成磁粉芯 ,也可以采用现在的塑料工程技术,注塑成各种复杂形状的磁芯。 软磁复合材料的优点是密度小,重量轻,生产效率高,成本低,产品一致性好 。 缺点是由于磁粒子之间被非磁性物体隔开,磁性阻断 ,磁导率现在一般都在 100 以内 ,近报导通过纳米技术和其他措施,已开发出磁导率超过 1000 的软磁复合材料,可达 6000 。