在日常接觸的電子產(chǎn)品中,我們都能發(fā)現(xiàn)有一大坨的磁芯元器件,其中就有開關(guān)電源模塊的心臟-開關(guān)變壓器。現(xiàn)在生活里的電子產(chǎn)品,對產(chǎn)品外觀超小、超薄的要求越來越苛刻,而作為這些電子產(chǎn)品能量源心臟的高頻開關(guān)電源,就具有效率高,溫度好和體積小等優(yōu)點。所以在很多電子產(chǎn)品都是高頻開關(guān)電源,作為電子行業(yè)的從業(yè)者就不得不對開關(guān)電源的變壓器有所了解。
變壓器是利用電磁感應(yīng)原理來進(jìn)行交換電流的一種器件,其主要的構(gòu)件包括初級線圈、次級線圈、鐵芯。
在電子專業(yè)里,經(jīng)常能看到變壓器的身影,最常見的是在電源模塊里作為變換電壓、隔離來使用:
①:變壓又可以分為升壓和降壓兩種,大部分的開關(guān)電源都是降壓的。像這類電子產(chǎn)品通常用在臺式機電源、筆記本適配器、手機充電器、電視機電源、電飯煲、冰箱、電磁爐、電源等等,這些都是交流輸入經(jīng)過整流橋,大電容整流濾波,得到一個高壓直流電。
②:升壓一般用在逆變電源或者DC-DC線路中,有應(yīng)急電源,電池12V轉(zhuǎn)為220V輸出,供電設(shè)備用。
③:關(guān)于高頻開關(guān)變壓器的隔離是安全規(guī)定要求,為了保證用電設(shè)備的安全。在交流輸入時,開關(guān)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,變壓器初級繞組用絕緣膠帶隔離,骨架兩邊初次級隔離,交流電通過人體,和大地形成回路,造成人體導(dǎo)電危險。對變壓器都有高壓測試,一般要求3KV。
初級線圈與次級線圈的電流關(guān)系:
當(dāng)變壓器帶有負(fù)載運行時,次級線圈電流的變化,會引起初級線圈電流相應(yīng)的變化。根據(jù)磁勢平衡原理推導(dǎo)出,初級與次級線圈的電流和線圈匝數(shù)成反比,匝數(shù)多的一邊電流就小,匝數(shù)少的一邊電流就大。
可用下式表示:初級線圈電流/次級線圈電流=次級線圈匝數(shù)/初級線圈匝數(shù)。
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(yīng),但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的變壓器中,銅箔和銅片要用在大功率變壓器中。
線圈的繞法可以改善變壓器的EMI,特別是在小功率的反激電源中,線圈繞發(fā)和屏蔽,對EMI非常重要。線圈的繞發(fā)影響變壓器的漏感和寄生電容,對變壓器損耗有影響。
根據(jù)變壓器的工作頻率不同,一般可以分成低頻變壓器和高頻變壓器,例如,在日常生活中,工頻交流電的頻率是50Hz,我們把工作在這一頻率下的變壓器叫做低頻變壓器;而高頻變壓器的工作頻率可達(dá)幾十KHz到幾百KHz。輸出功率相同的低頻變壓器與高頻變壓器,高頻變壓器的體積要比低頻變壓器小很多。變壓器在電源電路中算是個頭比較大的元件,在保證輸出功率的同時,想要把體積做小,就要使用高頻變壓器,所以在開關(guān)電源里都會用高頻變壓器了。
高頻變壓器和低頻變壓器的工作原理是相同的,都是利用電磁感應(yīng)的原理工作,但在制作材料方面,它們的芯所用的材料不同,低頻變壓器的鐵芯一般是使用很多片硅鋼片堆疊而成的,而高頻變壓器的鐵芯是用高頻磁性材料組成。
直流穩(wěn)壓電源電路里,低頻變壓器傳輸?shù)氖钦也ㄐ盘?。而在開關(guān)電源電路里,高頻變壓器傳輸?shù)氖歉哳l脈沖方波信號。
變壓器的功能主要有:電壓變換;阻抗變換;隔離;穩(wěn)壓(磁飽和變壓器)等等,幾乎在所有的電子產(chǎn)品中,變壓器都會被用到,是不可或缺的一部分。變壓器的原理簡單,根據(jù)不同的使用場合、不同的用途,變壓器的繞制工藝也會有不同的要求。
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