模块开关电源实用技术总结

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开关电源中的变压器是开关电源的关键与核心，其质量好坏直接影响开关电源的运行质量。开关电源的原边与开关器件构成振荡回路，形成稳定的高频脉冲，向其它各绕组传递能量，并保证各绕组所需的电压值。同时，开关电源亦起着隔离原边与副边的作用，确保副边用电的安全。

开关电源的设计应以开关电源主电路计算

出的下列参数为依据：

（1）开关振荡频率国如果是调频式，则必须给出最高工作频率；

（2）副边总额定消耗功率；

（3）原边线圈的电感量；

（4）原边线圈、反馈线圈、各副边线圈数与相位；

（5）原边线圈、反馈线圈、各副边线圈所通过的额定电流有效值。有可能还应提供所需磁芯的截面积及饱和磁通密度。

1.1 磁芯的选择

常见的开关电源使用的磁性材料为软磁铁氧体，其成分为 MnZn。由于配方及生产工艺的不同，各公司制成了特性参数不同的多种牌号的磁性材料，并提供各牌号磁性材料的特性参数，如使用频率范围、初始导磁率、比损耗因数、比温度系数、饱和磁通密度、居里温度、电阻率、密度以及某些参数随频率、温度变化的曲线。磁芯按形状又分 EI、EE、EC、U、UF 等多种型号。每种型号又有多种规格，各生产公司亦提供各种型号规格磁芯的几何尺寸。选择磁芯的任务就是确定变压器选用磁芯的材料牌号及型号规格。材料牌号的选择，主要依据开关电源的最高工作频率。例如南京 898 厂生产的 R2KD 适用于30 kHz 以下，R2KBD 适用于 50 kHz 以下，R2KB1 适用于200 kHz 以下。

型号规格的选用有以下几个原则：

（1）尽量利用现成（已用过或已有模具）变压器骨架，EE、EC、EI 均为常用的形状；

（2）符合电路设计给定的截面积及饱和磁通密度；

（3）结构安装要求（高度、体积等）；

（4）总输出功率及开关频率的要求；

（5）窗口对线包及绝缘材料的可靠性。

选择磁芯后，再从磁芯参数手册中查找该磁芯的AL 值（指无气隙时的）以及 AL-啄 曲线，啄 为磁芯气隙。AL 值的单位为 nH/N

2，nH=10-9H 为电感量，N 为线圈圈数，根据设计的 N1 和 L1，求出实际所需的 AL=L1N12 值，再从曲线上找出理论的 啄 值，

磁芯气隙设计在 0.8~1.2 mm 之间比较合适。按理论计算出气隙，制作出来实测电感量误差比较大。因此，必须根据 L1，磨合适的气隙，而且每批磁芯其气隙也有差异。所以，批量生产时，必须用实际线包先试磨磁芯，定气隙大小，再批量磨。L1 的允差一般定在依10%，要求严格的开关电源也只能定为依5%。一般情况，EI 型磁芯磨 E 中柱，EC、EE 型磁芯，则磨其中一只的中柱。

2.2 骨架的选择或设计

开关电源模块的骨架与一般变压器的骨架不同，除了作为线圈的绝缘与支撑材料外，还承担整个变压器的安装固定作用，因此，制作骨架的材料除了满足绝缘要求外，还应有相当高的抗拉强度和抗冲击强度。为了承受引出端插针的焊接热量，其热变形温度应高于 380益，并且阻燃和易于加工。满足上述要求最理想材料是开关电源骨架专用的PBT 塑料及电木粉。开关电源骨架的形状以立式为主。即引脚都在磁芯的一端，当高度受到限制时，也有采用卧式，即磁芯平放。选用现成骨架十分有利，节省了骨架的设计，模具的设计制作，节约了成本。选用现成骨架的原则，一是结构上配合选用的磁芯，二是引脚数符合开关电路的要求。便于绝缘，骨架原边、副边分在两边，原边一边至少 5 针，原边线圈分两组串联用3 针，反馈组用 2 针，副边针数视输出电压组数而定，小电流时可共用地脚，不能共地的绕组必须两针单独引出，大电流的引脚不仅单独用针，有时还需多针并用。

如果设计变压器骨架，则必须考虑如下几个

方面：

（1）形状上参照同型号不同规格的现成骨架；

（2）与磁芯配合必须留有合理的间隙；

（3）承受线圈导线绝缘部分的壁厚不应小于0.64mm；

（4）支撑变压器重量及固定插针的撑板结构应具有足够的机械强度，能承受冲击、碰撞、焊接而不断裂或者变形；

（5）骨架上应有明显的定位标记和产品标记，标记应在所规定的相应部位；

（6）PBT 材料的骨架、引针与骨架注塑时一次成型，引针在骨架内部部位应设计防脱出结构（大头、打弯、滚花等）；

（7）引针必须具有足够的强度和刚性，同时保证可焊性，一般采用具有刚性的 CP 线，镀层可采用 镀 银 或 者 镀锡 铈 合 金， 镀层厚 度 应 大 于0.07mm；

（8）变压器的引针数、引针工艺槽均按照开关电路的要求来确定。引针间的中心距一般设计为5mm，为了使安装不出错，可在脚 1 与脚 2 之间加大距离到 7.5mm。

3.3 绕组线规的选择

开关电源的线包，一般使用聚氨酯漆包线，型号为 QA 或 UEW。其绝缘层为聚氨酯漆，主要成分为聚氨基甲酯树脂、聚酯树、二异氰酸酯，用二甲苯、甲酚等稀释，具有色泽浅（可色性），自粘性强，有自焊性能（380益），可不用去漆膜，就直接锡焊接，高频特性好，介质耗损小等特性。导线通过的电流随着频率的提高其集肤效应越明显，因此，当电流较大时，尽量采用多股并绕或铜箔卷绕，以便减少集肤效应。线性变压器由于铜线的铜阻较大，而且圈数较多，分布较密所以散热及热容能力较差，导线的电流密度一般选在（3~7）A/mm2。而开关电源由于铜线较短，铜阻较小，圈数又不多，散热及热容能力较好，导线的电流密度一般选在（5~9）A/mm2，散热通风条件好的选大一些。环境温度高又密闭的，选小一些。当变压器开档富裕时，尽量将导线电流密度选小些为宜。由开关电源电路计算出的各绕组额定电流有效值，结合以上导线截面积选择原则，不难计算出各绕组应选用的标准线规。

3.4 开关电源的制造工艺

当磁芯、骨架、线规、圈数、相位确定之后，要制造出合格的变压器还必须有合理的工艺保证。

3.4.1 绕组的编排顺序

多数情况下，将原边绕组分成两半，即两个绕组串联。反馈绕组、副边绕组与原边绕组交叉耦合，来减小漏感，如果反馈及副边仅各一组，就夹于原边两绕组之间，如果副边多组，可将个别副边绕组置于原边绕组之外。

3.4.2 排线方法

开关电源的绕组，由于圈数不多，一般不允许乱绕，多个或接近一层的则采用密绕；少于一层的可采取一层均匀疏绕或在中间位置密绕，多股线应该并绕，不可有爬线现象，否则既影响线包厚度又影响 Q 值及漏感值。

3.4.3 绕组引脚位号安排原则

原边绕组及反馈组安排一边，而副边全部绕组安排另一边。绕组引脚位号安排完全根据开关电源印刷电路板排板的需要而定。注意各绕组的相位，即同相端或叫同名端，不能出现错误。

3.4.4 绕线方向的选择原则

一种开关电源的绕线方向最好一致，否则相位不容易保证，特别提醒的是卧式骨架，如果绕线方向不变引脚掉头缠绕，则绕组的头尾与相位变得相反。

3.4.5 绕组引出线与引针的结合

绕线时须将引出线缠绕在引针的根部，小于等于椎0.4 的线须缠两周，椎0.4~椎0.65 的线须缠一周半，椎0.65~椎0.8 的线须缠一周以上。大于等于椎0.8 的线缠绕须大于 300毅。线包绕好后还必须整脚，使引出线缠绕紧贴根部，再行吃锡，吃锡前须沾助焊剂。

3.4.6 线包的绝缘工艺

绕组与绕组之间须用彩色阻燃树脂压敏胶带绝缘。原边与副边、反馈与副边、最外层均用基膜0.025mm 厚的绝缘胶带 3 层隔离。原边与反馈级，副边与副边则两层隔离。最里层骨架上最好也绕1~2 层，防止骨架有气孔或裂纹漏电。绕组两端须用阻燃无纺布复合胶带填充限绎 过试用，确认该参数水平，或修改变压器参数如圈数等来满足开关电源技术要求。具体要求如下所,电源模块http://www.gztoppower.com.

列：

（1）外观清洁平整无锈蚀无伤痕、标志清晰；

（2）外形及安装尺寸符合图纸要求；

（3）引脚没有露铜、吃锡太高、粗脚、锡尖歪斜、大头、锡桥等不良现象；

（4）原边电感量在公差范围内，并符合规定的测试频率及电压值；

（5）各绕组的圈数及相位，符合图纸要求；

（6）如果变压器技术文件规定的，还须确定原边线圈最小值、原边线圈漏感最大值、各绕组铜阻的最大值；

（7）耐压试验要求国一般情况下，原边、反馈级与副边，原边、反馈级与磁芯能承受~3 kV/50 Hz耐压试验 1 min 无击穿及飞弧现象；原边与反馈，副边与副边，副边与磁芯能承受~1 kV/50 Hz 耐压试验 1 min 无击穿及飞弧现象；根据用户要求，其中原边、反馈级与副边的耐压可提高到~3 750 V或降低到~1 500 V；

（8）绝缘性能国原边与副边之间绝缘电阻应大于 100M赘（直流 500V 时）；

（9）阻燃性能国在气体火焰上分别燃烧 10 s、1 min、2 min 后，撤离火焰，变压器自身维持火焰燃烧时间不长于30 s。 

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