在日常接觸的電子産品中，我們都能發現有一大坨的磁芯元器件，其中有就開關電源的心髒-開關變壓器。目前大部分電源都是高頻開關電源，極少部分為線性電源。高頻開關電源，具有效率高，溫度好和體積小等優點。适合現在的電子産品，對外觀超小，超薄的要求。線性電源雖然具有紋波電流小，電磁幹擾小等優點。但其體積大，效率不高，隻用在一些精密小功率的産品中。很多電子産品中都是高頻開關電源，我們設計者和維護人員就不得不對開關電源的變壓器有所了解。

• 高頻開關變壓器在電源中的作用是變壓和隔離

1. 變壓又可以分為升壓和降壓兩種，大部分的開關電源都是降壓的。這類電子産品有台式機電源，筆記本适配器，手機充電器，電視機電源，LED電源，電飯煲冰箱電磁爐輔助電源等等，都是交流90-264V輸入（寬範圍）經過整流橋，大電容整流濾波，得到一個高壓直流電。以交流220V輸入為例（沒有PFC的電路），在大電容上我們得√2 *220V=310V左右的電壓（有PFC電路的，大電容上的電壓為390V左右）。大電容的電壓就是高頻開關變壓器的輸入電壓。變壓器的次級輸出電壓，根據應用場合不同輸出不同的電壓。有5V（手機充電器）,12V（台式機電源，輔助電源），19V（筆記本充電器），24V（LED路燈，馬達驅動電源），48V（LED路燈電源）等等，96V（大型音響功放電源）。

2. 升壓一般用在逆變電源或者DC-DC線路中，有些應急電源，電池12V轉為交流220V輸出，供電器設備用。

3. 高頻開關變壓器的隔離是安規要求，為了保證用電設備的安全。在交流輸入時，開關變壓器必須有安全距離，做到初級交流輸入和次級用電之間的隔離，變壓器初次級繞組用絕緣膠帶隔離，骨架引腳初次級隔離（包括PCB開槽隔離）。如果沒有良好的隔離，交流電可能直通次級輸出，當人體接觸電子産品（如手機充電器的輸出端），交流電通過人體，和大地形成回路，造成人體導電危險。對變壓器都有高壓測試（HI-PO），一般要求3KV（有些加強測試，測試電壓更高）。

• 變壓器的磁芯

1. 磁芯是指由各種氧化鐵燒結而成的磁芯金屬氧化物。

其中添加了錳鋅，鎳鋅等金屬物，改變磁芯的磁導率和鐵損。錳鋅的鐵氧體用得最多，因為其磁芯鐵損小，居裡溫度高相對高，開關頻率适合100-1000kHz，适合在高頻開關電源中使用。主要可以作為PFC儲能電感，高頻開關電源變壓器。主要的類型有：EE，EEL，ER，PQ，EQ，RM，POT。EE，EQ卧式的變壓器，高度不高，适合超薄電源中使用，在電視機電源中很多。EE立式，RM體積比較小手機筆記本充電器中有用到。大功率開關電源的采用ER和PQ比較多，主要是其Ae面積大。

2. 磁芯的重要參數有哪些

A．磁導率，和磁芯材質本身有關，表示磁芯線圈流過電流後，磁場中導通磁力線的。是磁感應強度B與磁場強度H之比（μ=B / H）。變壓器的磁芯磁導率高，同樣的感量，需要的繞圈數的就小，相當于線圈銅阻損耗就小。但是另外一方面，磁導率高了，很小的電流，就能得到很大的磁感應強度B，容易達到磁芯的Bmax，使得磁芯飽和。

B．飽和磁感應強度Bmax，就是磁感應強度不會随着外加磁場強度的增大而無限增大，它有一個最大值，就是Bmax。高頻變壓器中外加磁場就是線圈電流産生的。當然我們希望Bmax越大越好，這樣磁芯就不會飽和，電流就可以流過很大，變壓器的輸出功率可以做很大。公式計算 B=(L*I)/(Np*Ae)，計算值要小于Bmax。

C.磁芯損耗，由磁滞，渦流，剩餘損耗組成，是材質本身決定的。

D．居裡溫度，不同材質的磁芯的居裡溫度不同。開關電源的變壓器錳鋅鐵氧體磁芯，居裡溫度在200度左右。但是磁芯的使用溫度，我們要控制在120℃之内。

• 變壓器的骨架（BOBBIN）

骨架在變壓器中起支撐線圈和固定在PCB上的作用，一般骨架的材質是環氧樹脂的，質量比較輕，有一定硬度和強度。但是大力下，還是很容易碎的。磁芯不同，選擇的骨架也不同。磁芯相同，骨架的高度，大小，引腳排距和跨距也有不同。

骨架可以分為單槽，雙槽，多槽的。單槽的，初次級線圈之間用絕緣膠帶隔離，骨架槽兩端用乙醋酸布纏繞隔離，保證安全距離。當安全距離不夠，要考慮采用三層絕緣線。雙槽的初次級繞組分别繞在不同槽裡。多槽的骨架，各個繞組都可以分開繞。雙槽多槽的繞線，可以改變變壓器的漏感，特别是在LLC的變壓器中，需要漏感做諧振電感時，就需要雙槽骨架，這樣增大了變壓器的漏感。

選擇合适的變壓器的骨架引腳，方便PCB layout，在實際電源PCB設計時，要考慮骨架引腳的排距和跨距。排距大于初次級之間安全距離（一般是7mm）。

• 變壓器的線圈

反激，正激，LLC，推挽變壓器的的圈數計算都不一樣（變壓器的計算後面會講），但是一般來說降壓變壓器，初級圈數都要大于次級圈數。

變壓器的線圈材料有漆包線，三層絕緣線，銅箔，銅片。漆包線一般采用多股絞線，多股絞線的好處是，避免銅線趨膚效應。多股絞線可能會引起噪聲。三層絕緣線用在安全距離不夠的或者骨架面積小（省掉絕緣膠帶）變壓器中，銅箔和銅片要在大功率變壓器中。

線圈的繞法可以改善變壓器的EMI，特别是在小功率的反激電源中，線圈繞法和屏蔽，對EMI非常重要。線圈的繞法影響變壓器的漏感和寄生電容，對變壓器的損耗有影響。

• 變壓器的損耗

變壓器主要分為鐵損和銅損。鐵損主要是磁芯損耗，磁芯損耗和材質，開關頻率和溫度等因素關系，銅損指的是變壓器線圈銅線的損耗，線圈的阻值，與圈數和線徑有關。

在設計變壓器時，主要考慮兩個方面：磁芯窗口面積和截面積。窗口面積決定了用多粗的線圈，越粗的線圈，線圈阻值越小（同樣的電流下），功率損耗越小。磁芯截面積越大，同樣的線圈圈數，通過的電流就可以越大（而不會磁芯飽和），變壓器的輸出功率就越大。輸出功率與窗口面積和截面積的關系成正比：Pout=K*Ae*Aw（K是系數，Ae截面積，Aw窗口面積）。

開關電源的變壓器設計要考慮的因素很多，要在實踐中不斷總結。

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