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模块电源中平面变压器的规划与运用

发布时间:2021-10-10 20:09:16 来源:williamhill中国官网 点击次数:10 作者:williamhill中国官网

  :本文依据开关电源中变压器的作业原理和平面变压器自身特色,对模块型开关电源中的平面变压器的规划、加工、工艺和运用进行了全面研讨。明确指出平面变压器在各种常见电路拓扑中的适用性问题,给出了平面变压器规划的参数核算进程,并进行了详细实例的参数核算。介绍了电路板绕组规划、平面变压器装置和电源整机工艺规划,给出了平面变压器和电源整机实践规划与运用事例,并对整机进行功能测验,验证了规划的可行性及合理性。

  作者赵凤俭1 赵玉明2 张丽洁3 1.睿查森电子交易(我国)有限公司(北京 100020) 2.六合科技股份有限公司(北京 100013) 3.北京华清动力科技有限公司(北京 100080)

  赵凤俭(1979-),男,硕士,高级工程师,研讨方向:电力电子设备及元器材运用的相关技能;赵玉明,男,硕士,副研讨员,研讨方向:特别施工技能运用及监测监控技能开发;张丽洁,女,工程师,研讨方向:新动力设备的电气规划。

  摘要:本文依据开关电源中变压器的作业原理和平面变压器自身特色,对模块型开关电源中的平面变压器的规划、加工、工艺和运用进行了全面研讨。明确指出平面变压器在各种常见电路拓扑中的适用性问题,给出了平面变压器规划的参数核算进程,并进行了详细实例的参数核算。介绍了电路板绕组规划、平面变压器装置和电源整机工艺规划,给出了平面变压器和电源整机实践规划与运用事例,并对整机进行功能测验,验证了规划的可行性及合理性。

  模块型开关电源广泛运用于工业、航空航天、核算机硬件及电信等各个领域中,其核心部件之一为高频变压器。在实践的运用中,开关电源小型化、轻量化一直都是技能发展趋势,而高频变压器在开关电源小型化进程中起着关键作用[1~2]。跟着磁性材料的改善和功率半导体器材作业频率的进步,使得高频变压器的分量和尺度减小成为可能。

  平面型变压器在进步模块型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。选用铁氧体磁芯和多层电路板绕组的平面型变压器,具有高度低、体积小、效率高、电磁搅扰小、产品一致性好、合适自动化外表贴装等特色,特别适用于空间或高度存在约束、对节能及散热要求严苛的模块型电源产品,具有宽广的运用远景[3~4]。

  正激及其衍生出的双管正激等电路拓扑的高频阻隔变压器,在单路输出时,因为原副边都没有中心抽头,使得平面型变压器的电路板绕组规划和加工工艺简略,且磁芯不需求开气隙,特别适用于大批量自动化出产。而关于桥类电路拓扑,如需求变压器引出中心抽头,则其变压器在规划和加工工艺方面相对正激拓扑较为杂乱。

  以150W功率、输入直流电压200~400V、输出直流电压24V模块型开关电源进行规划举例。选用AP法[5-6],确认磁芯巨细,考虑双管正激电路拓扑的自身特色和相似产品的规划调试经历,取开关频率fs=300kHz,对应开关周期T=3.3μs,并设置最大占空比δmax=0.41;选用宜宾金川RM2.3KD磁材[7],取磁感应强度改变量ΔB=1800GS。

  经过核算得到的实践ΔB值小于1800GS,最大占空比小于0.41,满意规划要求,且有必定余量。故可确认运用EI22磁芯[7],依照原副边匝数比19:6完结此款模块型开关电源的变压器规划。

  依据EI22磁芯的外形尺度和原副边的匝数展开电路板绕组的规划。平面型EI磁芯的长、宽、高依次为21.8mm、15.8mm、9.2mm,窗口高度为4.2mm。考虑到8层电路板的规范厚度为1.6mm,故选用两块8层电路板并联摆放的规划。每块8层电路板包括事前核算好的原副边匝数,当选用两块电路板并联时,等同为绕组并联,用以添加导体截面积,装置截面如图1所示。

  加工时断开拼版桥连部分,即可取得一个变压器的完好电路板绕组。整个规划中悉数过孔规划选用贯穿孔,不设埋孔和盲孔。用于不同层绕组相互衔接的贯穿孔副边绕组选用双孔规划,保证衔接的牢靠性,也加强了层间的同流才能。详细损耗核算可拜见文献[8-9] 。

  变压器装置方位标示图如图2所示。其华夏边绕组NP1匝数为19,绕组引出端为C和D,C为绕组开始端,D为结尾端;副边绕组NS1匝数为6,绕组引出端为G和H,G为绕组开始端,H为结尾端。

  4)将拼好的成对电路板刺进变压器合板工装,在A、B两处的板缝点适量的黏合胶,将两块电路板粘在一同,尽量减小两板之间的空地;

  5)将固定后的电路板装入EI22磁芯,板号标识与I磁芯在同一侧,运用磁材粘合剂将E磁芯和I磁芯粘在一同,夹上夹子;

  电源全体选用上下两块电路板的办法,分为铝基板和印制板两部分,两块电路板需求别离进行出产焊接,再拼装为整机,最终进行上下电路板的信号衔接。

  上层印制板为双面覆铜板,操控电路、反应电路、维护电路等功耗小的元器材在印制板上。基层为铝基板,变压器、电感、开关管等大功率器材布放在铝基板上。印制板和铝基板之间的信号通路用针衔接,铝基板四角铆装螺母用于装置散热器。

  变压器进行装置定位之后,使用E磁芯下外表的导热双面胶与铝基板粘合固定在一同,再在如图2所示的C、D过孔焊盘刺进直径为1.0mm的衔接针,G、H过孔焊盘刺进直径为2.0mm的衔接针,并在焊盘上放置适量锡膏,同其它元器材一同过回流焊。

  装置变压器时,要贴平、压紧,以减小热阻,保证能杰出散热。铝基板进行回流焊时,应留意炉温文带速的操控,保证器材牢靠焊接的一起,尽量防止焊接后在铝基板上锡珠和松香的过多呈现。

  依据上述的规划办法和进程,将选用EI22磁芯的平面变压器用于双管正激电路拓扑的模块型开关电源中,完成单机150W功率、输入直流电压200~400V、输出直流电压24V的产品规划。该产品的全体外形尺度的长、宽、高依次为86mm、72mm、12.7mm。

  在输入直流电压为400V,额外输出工况时,继续作业两个小时后,整机中各个器材的温升抵达安稳状况,产品的热成像如图4所示,测验环境温度在23.5℃情况下,整机中变压器温度最高为72.6℃;在输入直流电压为200V,额外输出工况时,继续作业两个小时后,整机中各个器材的温升抵达安稳状况,产品热成像图如图5所示,测验环境温度在22.9℃情况下,整机中变压器温度最高为83.6℃。

  本文详细论述了模块型开关电源中的平面变压器的规划、加工、运用的全进程。依据平面变压器自身的加工工艺杂乱度视点,明确指出了平面变压器在各种常见电路拓扑中的适用性问题,并在双管正激电路拓扑机车上展开了平面变压器规划的参数核算,并给出详细实例参数核算进程。经过介绍平面变压器的电路板绕组规划办法和详细规划进程,展现了多层电路绕阻的铺设细节和拼版规划技巧。论述了平面变压器加工和电源整机工艺规划,给出了变压器和电源整机的实践规划与运用事例,并对整机进行功能测验,验证了规划的可行性及合理性,为平面变压器的大批量自动化出产供给技能和运用参阅。

  [3]田佳甲,刘永好,张金玲,等.依据绝缘芯平面变压器的新式高压直流电源的调试及输出特性[J]核技能,2015,38(7):44-48.

  [6]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与规划[M].北京:电子工业出版社,2003:109-118

  [9]廖家文,张军明,张燚.钱照明LLC谐振变流器中平面变压器铜损优化规划[J].电工技能学报,2012,27(2):109-113