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變壓器繞制方式對EMC影響

先來個實際例子,PI的65W氮化鎵快充適配器電源20V/3.25A,EMI裕量都保證>6dB。

變壓器骨架EQ25 6+0(副邊飛線),磁芯材質3C95(開關頻率100kHz),變壓器示意圖:

電氣規范:

電氣強度 60s,60Hz,1、2、3、4引腳對FL1-FL2 3000VAC

原邊電感 1Vp_p,100kHz,測試2-3引腳,其他引腳開路 505uH±5%

諧振頻率 測試2-3引腳,其他引腳開路 1000kHz(min)

漏電感 測試2-3引腳,FL1-FL2短路 4.5uH(max)

線材清單:

1、#26AWG(0.404mm)漆包線

2、#34AWG(0.16mm)漆包線

3、#24AWG(0.51mm)三重絕緣線

變壓器結構圖:

詳細繞線講解:

在骨架二次側的兩個法蘭上制作寬度為 2.0mm 的槽。

將線軸放在心軸上,使線軸的初級側位于左側。 繞線方向為順時針方向為正向。

從引腳 3 開始,從左到右在 1 層中纏繞 16 圈#26AWG漆包線,張力要緊。 在最后一圈,讓漆包線懸空,并為 WD6-2nd Primary 留出足夠的長度。如圖:

第一層完事兒后來一圈膠帶,就貼一層就可以了。

接下來是偏置繞組和屏蔽層1

使用 2 根#34 AWG從引腳 6 開始用于偏置繞組

也使用 2 根導線與#34 AWG從引腳 4 開始用于 Shield1 繞組。 將所有 4 根導線平行纏繞,在第 3 圈,放置 1 條膠帶固定導線,并將用于偏置繞組的前 2 根導線帶到左側以終止于引腳 4。

繼續將其他 2 根導線纏繞 8 圈,在最后一圈縮短離開為NC。

再來一圈膠帶,

接下來是副邊繞組

從次級側左側槽開始,使用 2 條#24 AWG三從絕緣線,留出~40.0mm,并標記為 FL1.Wind 5 雙線匝 1 層,從左到右,最后一圈退出右側槽的導線, 還離開~ 30.0mm 并標記 FL2。

在上一個繞組的頂部重復上述相同的繞組,還將開始和結束標記為 FL1 和 FL2。

繞完記得來一圈膠帶。

接下來繞一層屏蔽層2.

St 從引腳 2 開始,從左到右纏繞 10 圈三股#34 AWG。 在最后一個轉彎處,縮短以NC狀態離開。

繞完來一圈膠帶。

最后把剩余的原邊繞完。

使用來自 WD1-1st Primary 的浮線,從右到左纏繞 17 圈并在引腳 2 處結束。

來兩圈膠帶。

將 4 根標記為 FL1 的電線帶到右側,并用 2 層膠帶固定。

帶有母線錫水銅線的焊腳 4 然后沿著芯的一半傾斜并用膠帶固定。

在底部放置2層膠帶,然后包裹到變壓器的主體,并在1層膠帶周圍用膠帶纏繞。

變壓器繞制整完事兒了,那么我們就來看看變壓器與EMC之間的關系。

大家都知道變壓器大致可以分為兩種繞法:順序繞法和夾層繞法。這兩種繞法對EMI和漏感有不同的影響。順序繞法一般漏感為電感量的5%左右,但由于初、次級只有一個接觸面,耦合電容較小,所以EMI比較好。
夾層繞法一般漏感為電感量的1-3%左右,但由于初、次級只有兩個接觸面,耦合電容較大,所以EMI比較難搞。一般30~40W以下,功率不大,漏感能量可以接受的情況下可以使用順序繞法,40W以上,漏感能量就比較大的,一般只能用夾層繞法。
后面談談我對漏感的看法,未完待續~各位工程師如果有啥想法或者問題亦或是不對的地方,歡迎在評論區留言,討論~
變壓器設計相關軟件和資料,歡迎下載~
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2021-09-30 13:41

漏感主要與哪些因數有關呢?

個人認為很多,但是最重要最關鍵的兩個:

繞組順序:夾層繞法一般是先初級,后次級的1/2~1/3

變壓器形狀:長寬比越大的變壓器漏感越小。

耦合電容是最大的共模干擾傳導途徑。漏感產生的干擾頻率比較低,也容易處理。

并不是說三明治繞法不行了,這個得看功率,功率大的必須采用三明治,否則漏感能量無法處理。

同樣是20V/3.25A的電源,順繞的變壓器需要加假負載,夾層就不需要,一定程度上影響了電源穩定性,而且變壓器形狀比如臥式的和立式的變壓器效果又會不同。

氣隙

開氣隙有主要兩個目的:

1、為了達到電感量。因反激電路的開關管導通時儲存的能量與電感量有關,如電感量小,導通時間儲存的能量就小,這樣為滿足輸出功率的需求,它就會自動加大直流點(也就是我們常說的增大最小原邊電流,使工作在CCM模式)。理論上,這樣會使原、副邊的峰值電流減小,對電路有利,但是,這樣也會使直流產生的磁感應強度上移,磁芯趨向于飽和,這就引出開氣隙的另一個目的。

2、吸收直流磁場,避免磁飽和。眾所周知,對于閉合磁路,很小的直流電流就足以使變壓器飽和,如上述,一方面,從電路層面考慮,電感量大對電路參數有利,而電感量大意味著氣隙要減小(當然也可以增大匝數),但同時,對磁芯而言,氣隙又要大一點才不致飽和,實際上,設計的難點就是如何計算取得最佳點。

至于反激電路磁芯非得開氣隙倒也未必,如上述,如果使得閉合磁芯所得到的初級感量,初級最小元變電流仍小于0,這樣就不需要氣隙,但這種條件一般電路的功率不會很大。

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