單片開關電源高頻變壓器的設計要點

三重絕緣線（Triple Insulated Wire）是近年來國際上新開發(fā)的一種高性能絕緣導線。這種導線有三個絕緣層，中間是芯線。其絕緣層是呈金黃色的聚酰胺薄膜，國外稱之為“黃金薄膜”，絕緣層的總厚度僅為20～100μm，卻可承受數(shù)kV的脈沖高壓；三重絕緣線適用于尖端技術、國防領域，制作微型電機繞組、小型化開關電源的高頻變壓器繞組。其優(yōu)點是絕緣強度高（任何兩層之間均可承受AC 3000V的安全電壓），不需要加阻擋層以保證安全邊距，也不用在級間繞絕緣膠帶層；電流密度大。用它繞制的高頻變壓器，比用漆包線繞制的體積可減小一半。高頻變壓器的一種優(yōu)化設計方案是用普通高強度漆包線繞制初級和反饋級，而用三重絕緣線繞制次級。這樣可使漏感量大為減小，高頻變壓器的體積能減小1/2～1/3。

3.2 繞組排列

為減小漏感，繞組應按同心方式排列，如圖2所示。圖2（a）中次級采用三重絕緣線繞制；圖2（b）中全部用漆包線繞制，但須留出安全邊距，且在次級繞組與反饋繞組之間加上強化絕緣層。對于多路輸出的開關電源，輸出功率最大的那個次級繞組應靠近初級，以增加耦合，減小磁場泄漏。當次級匝數(shù)很少時，為了增加與初級的耦合，宜采用多股線平行并繞方式均勻分布在整個骨架上，以增加覆蓋面積。在條件允許的情況下，用箔繞組作為次級也是增加耦合的一種好辦法。

（ a） 次 級 用 三 重 絕 緣 線

（ b） 全 部 用 漆 包 線

圖 2 繞 組 的 排 列 方 式

在開關電源的工作過程中，繞組的分布電容反復被充、放電，其上的能量都被吸收掉了。分布電容不僅使電源效率降低，它還與繞組的分布電感構成LC振蕩器，會產生振鈴噪聲。初級繞組分布電容的影響尤為顯著。為減小分布電容，應盡量減小每匝導線的長度，并將初級繞組的始端接漏極，利用一部分初級繞組起到屏蔽作用，減小相鄰繞組的耦合程度。

4 抑制高頻變壓器音頻噪聲

4.1 抑制高頻變壓器的音頻噪聲

高頻變壓器EE或EI型磁芯之間的吸引力，能使兩個磁芯發(fā)生位移；繞組電流相互間的引力或斥力，也 能 使 線 圈 產 生 偏 移 。 此 外 ， 受 機 械 振 動 時 能 導 致 周 期 性 的 形 變 。 上 述 因 素 均 會 使 高 頻 變 壓 器 在 工 作 時 發(fā) 出 音 頻 噪 聲 。10 W以 下 單 片 開 關 電 源 的 音 頻 噪 聲 頻 率 ， 約 為 10 kHz～ 20 kHz。

為防止磁芯之間產生相對位移，通常以環(huán)氧樹脂作膠合劑，將兩個磁芯的3個接觸面（含中心柱）進行粘接。但這種剛性連接方式的效果并不理想。因為這無法將音頻噪聲減至最低，況且膠合劑過多，磁芯在受機械應力時還容易折斷。國外最近采用一種特殊的“玻璃珠”（glass beads）膠合劑，來粘合EE、EI等類型的鐵氧體磁芯，效果甚佳。這種膠合劑是把玻璃珠和膠著物按照1：9的比例配制而成的混合物，它在100℃以上的溫度環(huán)境中放置1h即可固化。其作用與滾珠軸承有某種相似之處，固化后每個磁芯仍能獨立地在小范圍內產生形變或移位，而總體位置不變，這就對形變起到了抑制作用。用玻璃珠膠合劑粘接的高頻變壓器內部結構如圖3所示。采用這種工藝可將音頻噪聲降低5dB。

圖3 高 頻 變 壓 器 內 部 結 構 圖4高 頻 變 壓 器 的 屏 蔽 帶

4.2 高頻變壓器的屏蔽

為防止高頻變壓器的泄漏磁場對相鄰電路造成干擾，可把一銅片環(huán)繞在變壓器外部，構成如圖4所示的屏蔽帶。該屏蔽帶相當于短路環(huán)，能對泄漏磁場起到抑制作用，屏蔽帶應與地接通。

5 結語

單片開關電源高頻變壓器的設計要點分3個方面：

1）盡量降低高頻變壓器的損耗；

2）盡量減少高頻變壓器的漏感；

3）盡量抑制高頻變壓器的音頻噪聲。