(完整版)EI28變壓器的制作與設計2畢業(yè)設計論文.doc

1、優(yōu)秀論文審核通過未經(jīng)允許切勿外傳目錄緒論 .1、電子變壓器的基本組成.1.11.21.3電子變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的工作原理電子變壓器的分類.2、 DC-DC開關(guān)電源中變壓器的應用.2.1 開關(guān)電源的定義 .2.2開關(guān)電源電路的組成. .2.3開關(guān)電源結(jié)構(gòu)圖.3、變壓器材料的選擇與工作環(huán)境.3.13.2變壓器材料的選擇工作環(huán)境點的確定.4、變壓器的主要參數(shù)和制作工藝.4.1 確定變壓器的變比 .4.2 計算初級線圈中的電流 . .4.3 計算初級繞組圈數(shù) N1 . .4.4計算次級繞組圈數(shù)N2 .4.5反饋繞組 N3 的估算 .4.64.7導線線徑的選取線圈繞制與絕緣.4.8鍍錫成型 . .5、變

2、壓器的檢測和保護.5.1變壓器常用檢測方法和儀器.5.25.3外觀檢測方法空載檢測方法.5.4工作使用的損耗.6、變壓器的故障判斷與維修.6.1磁芯松動及噪音.6.2變壓器短路 .總結(jié) . .致謝 . .參考文獻 .附錄 . .緒論變壓器的發(fā)展距今已經(jīng)有了140 來年的歷史了，最早是在1831 年英國物理學家M . 法拉第進行的變壓器實驗。而在這一個多世紀里，變壓器有了長遠的發(fā)展，電壓已達到百萬伏級，使輸電距離超過 1000km。并且近些年來， 伴隨著電子元器件以及控制技術(shù)的發(fā)展，近 20 年來無線電廣播事業(yè)興起，小型電源變壓器和音頻變壓器廣泛應用于各類收音機中。電子變壓器也得到了越來越多的關(guān)

3、注，它是集電力電子、電力系統(tǒng)、計算機、數(shù)字信號處理以及自動控制理論等領(lǐng)域為研究課題，應用前景廣闊。并且具有體積小、重量輕、空載損耗少、不需要絕緣油等突出優(yōu)點。變壓器是由國外開發(fā)、研制出來的新型電子元器件，并且在國外市場已形成了幾大專業(yè)變壓器生產(chǎn)集團，每一年的年終產(chǎn)量都是相當龐大的，且生產(chǎn)基地集中在歐洲地區(qū)。國內(nèi)變壓器工藝是從國外引進而來的，雖然變壓器的源泉不在國內(nèi)，而且變壓器的技術(shù)也不是很先進，但自從借鑒了國外的先進生產(chǎn)工藝技術(shù)之后，國內(nèi)變壓器不僅在品種，還是在變壓器的使用效率上都大幅上漲。并且精益求精還生產(chǎn)、研發(fā)出不少新型結(jié)構(gòu)的變壓器。使得變壓器行業(yè)在電子行業(yè)中有著不可估量的發(fā)展前景。變壓器

4、在現(xiàn)在生活方面有著廣闊的應用：如手機的充電器，照明光源，電視機 VCD 機 DVD 機以及電磁爐里的電源，還有電腦里的電源以及新型能源：風能、太陽能等等，也就是說所有的小型電器中用原來電感變壓器的地方都可以用電子變壓器代替。本文中介紹了EI28 變壓器的制作、設計過程。了解變壓器的組成、工作原理，一些重要參數(shù)的計算。變壓器的檢測元器件及磁芯松動、短路、噪音等故障的檢測與保護電路等常見的現(xiàn)象，都是變壓器設計中應該注意的問題。1 電子變壓器的基本組成1.1 電子變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器由磁芯（也叫鐵芯）、線圈和骨架3 部分組成。磁芯是變壓器的基礎(chǔ)，是它產(chǎn)生了變壓器的磁路，在變壓器中起了主導作用；線圈組成

5、了變壓器的電路部分，而一個變壓器至少有2個或 2 個以上的繞組，并且相互之間都是絕緣的；骨架是承載線圈的結(jié)構(gòu)部件，而骨架的形狀是隨著磁芯大小的改變而改變的。1.2 變壓器的工作原理變壓器的基本工作原理就是利用電磁感應原理，從一個電路向另一個電路傳遞電能或傳輸信號，它是電能傳遞或傳輸電信好的重要元件。下列圖 11 中便是一個變壓器工作的基本模型，在電流 I 的方向和大小隨著時間的變化， 變壓器 U1 上通電時變壓器中的磁芯會產(chǎn)生一個磁場 （其中 I 所在的繞組我們名之為初級繞組線圈N1，而相對應的另一個繞組名之為次級繞組線圈 N2）。在這樣一個環(huán)境下次級線圈處也能感應出頻率相同的交流電壓。但是變

6、壓器是只能對交流電壓有效果，對直流電壓不會起到任何作用，也就決定著次級線圈只能在直接接通的一瞬間才能產(chǎn)生一個瞬間電流和電壓。圖 1 1 變壓器基本電路模型變壓器計算公式：原邊:；（1）副邊:；（2）磁通量:；（3）上述式中 U1, U2 為兩側(cè)交流電壓值， f 為交流電頻率， N1, N2 為兩側(cè)線圈匝數(shù)， Faim 為鐵芯磁通量， Bm 為磁感應強度 ( 磁通密度 ) ，特斯拉 T, S 為截面積。1.3 電子變壓器的分類1.3.1按工作頻率分（ 1）電源變壓器，工作頻率一般為三種： 25Hz、 50Hz 或400Hz；（2）音頻變壓器，其一般用作于音頻放大電路，工作范圍為20Hz20kHz

7、 ；（3）脈沖變壓器，用于脈沖電路中，其信號波形為單極矩形脈沖，并且含有多次的諧波；（4）開關(guān)電源變壓器，用于直流電源變換電路，工作頻率一般在于 20kHz 以上。1.3.2按用途分類（1）電壓轉(zhuǎn)換變壓器，用于信號傳輸電壓的升高或降低；（2）匹配變壓器，用于提升傳輸效率，使得后級輸入阻抗與前級輸出阻抗能達到一致；（3）耦合變壓器，是的電路的直流信號更改為交流信號通路；（4）振蕩變壓器，將輸出信號用正反饋接入輸入端，產(chǎn)生振蕩電路。1.3.3按繞組形式分（1）雙繞組變壓器：用于連接電力系統(tǒng)中的兩個電壓等級。（2）三繞組變壓器 ：一般用于電力系統(tǒng)區(qū)域 變電站 中，連接三個電壓等級。（3）自耦變壓器：

8、用于連接不同電壓的電力系統(tǒng)。也可作為普通的升壓或降后變壓器用。1.3.4按冷卻方式分（1）干式變壓器：依靠空氣對流進行冷卻，一般用于局部照明、電子線路等小容量變壓器。（2）油浸式變壓器：依靠油作冷卻介質(zhì)、如油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷、強迫油循環(huán)等。2 DC-DC 開關(guān)電源中變壓器的應用伴隨著電子元器件的發(fā)展和普及，開關(guān)電源技術(shù)也在近20 年里飛速發(fā)展，而開關(guān)電源的心臟核心部位就是變壓器，將其稱之為電子變壓器。電源中的變壓器是起到電壓的轉(zhuǎn)換的一個功能，這決定著它需要有一定的工藝要求，而這種變壓器被稱之電子變壓器，同時也可稱之為脈沖變壓器，并且有著體積小，重量輕，價格低等優(yōu)點。2.1 開關(guān)電源的

9、定義開關(guān)電源是一種電壓轉(zhuǎn)換電路，主要的工作內(nèi)容是升壓和降壓 , 同時其又是穩(wěn)壓電源的一種。因為開關(guān)三極管總是工作在“開” 和“關(guān)” 的狀態(tài)，所以叫開關(guān)電源。它利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管導通和關(guān)斷的時間比率（縮寫TRC, TimeRation Control），維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制 （ PWM ）控制 IC 和 MOSFET 構(gòu)成。而開關(guān)電源本質(zhì)就是一個振蕩電路，這種轉(zhuǎn)換電能的方式，廣泛應用于現(xiàn)代電子產(chǎn)品。2.2 開關(guān)電源電路的組成開關(guān)電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（ EMI ）、整流濾波電路、 功率變換電路、 PWM控制器電路、 輸出整流濾波電路組

10、成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。圖 21 開關(guān)電源電路框圖同時開關(guān)電源總體規(guī)劃而言其是由四個主體部分構(gòu)成的：輸入電路、變換器、控制電路、輸出電路。（1）輸入電路：是由線性濾波電路、浪涌電流抑制電路、整流電路組成的。它的作用是把輸入電網(wǎng)的交流電源轉(zhuǎn)化為符合開關(guān)電源要求的直流輸入電源。（2）變換電路：開關(guān)電源變換的主通道是以含開關(guān)電路、輸出隔離（變壓器）電路等，同時也作為核心器件。它的作用是完成對帶有功率的電源波形進行斬波調(diào)制和輸出。（3）控制電路：向驅(qū)動電路提供調(diào)制后的矩形脈沖，達到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。（4）輸出電路：把輸出電壓整流調(diào)成

11、脈動直流，并形成低紋波直流電壓。輸出整流技術(shù)現(xiàn)在又有半波、全波、恒功率、倍流、同步等整流方式。2.3 開關(guān)電源結(jié)構(gòu)圖圖 2 2 開關(guān)電源結(jié)構(gòu)圖本文設計的 DC-DC 電源變換器如圖22 所示，其中輸入電路的直流電壓為24V，輸出電路是一個分別為5V 以及 12V 的多路直流輸出， 要求電路的各路輸出電流都在1A 以上。這款開關(guān)電源的芯片是 UC3842，UC3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，其最高工作頻率可以達到200kHz。2.3.1開關(guān)電源芯片UC3842 是美國 Unitrode 公司（現(xiàn)在被 TI 公司所收購了）生產(chǎn)的一種性能強度高的單向輸出型的電流控制型脈寬調(diào)制器芯片。

12、其只有 8 個引腳便于安裝調(diào)試，而且它的電路結(jié)構(gòu)非常簡單，廣泛用于計算機、顯示器、單片機控制器等系統(tǒng)電路，作為開關(guān)電源的驅(qū)動器件。為了更方便的了解上述中的開關(guān)電源，接下來本文將具體介紹一下 UC3842 芯片的內(nèi)部工作原理， UC3842 是采用固定工作頻率產(chǎn)生脈沖寬度達到可控制的調(diào)制方式，其共有 8 個引腳，以下是個引腳的功能：（1）引腳 1 是誤差放大器的輸出端，外接電阻或電容用于改善誤差放大器的頻率特性；（2）引腳 2 是反饋電壓的輸入端， 這個腳的電壓與誤差放大器提供的原有電壓進行比較，從而產(chǎn)生誤差電壓，便于控制脈沖寬度；（3）引腳 3 是電流檢測輸入端，但外部檢測電壓超過1V 是脈沖

13、寬度會自動是的電源處于間歇工作狀態(tài)；（4）引腳 4 為定時端，其工作頻率由外接的電阻或電容時間常數(shù)所決定的；（5）引腳 5 為公共接地端；（6）引腳 6 為推挽輸出端；（7）引腳 7 是直流電源 的供電端，具有電壓判定的鎖定功能，而芯片的功率消耗為 15mW ；（8）引腳 8 是特定電壓為 5V 的基準電壓輸出端， 有著 50mA的負載能力。圖 2 3 UC3842 芯片2.3.2電子變壓器的作用在 DC-DC 開關(guān)電源中決定電性能的關(guān)鍵， 便是開關(guān)電源變壓器（也稱其為電子變壓器） 。上文介紹開關(guān)電源中，其組成中一個部分便稱為變換電路模塊，這一模塊便是接下來要重點介紹的變壓器部分。變壓器在圖

14、22 所示的 DC-DC 電源中是一個多路電壓轉(zhuǎn)換輸出的項目，將 24V 的輸入電壓轉(zhuǎn)換成輸出為 12V、5V的 3 路輸出。因為變壓器本身的性質(zhì)，在電路中也有著反饋電路的特性，對保護整個開關(guān)電源起著決定性的作用。下圖24 便是電子變壓器在開關(guān)電源中的結(jié)果圖， 雖然變壓器有多個 PIN 引腳，但卻不是所有的都能用到，是根據(jù)實際工作需要而設計的。圖 24 DC-DC 開關(guān)電源中變壓器的顯示想要設計制作出一款完整變壓器，其設計主要工藝分為：材料的選擇（磁芯以及骨架） 、電氣性能參數(shù)的計算、手工的制作工藝、后道工序的檢測以及一些故障的分析、解決。以下便讓我們通過具體示例介紹工作頻率為100kHz 的

15、高頻開關(guān)電源變壓器的設計及注意事項。3 變壓器材料的選擇與工作環(huán)境EI 系列的變壓器具有適用范圍廣、工作頻率高、工作電壓范圍寬、輸出功率大、熱穩(wěn)定性能高等特點。所以根據(jù)實EI 系列的優(yōu)良特性，文中選擇了 EI28 這款變壓器作為本次實驗電路中的脈沖變壓器。3.1 變壓器材料的選擇3.1.1磁芯材料（1） Mn-Zn類：這一類的磁芯是由70%Fe 2O3、17%MnO以及 13%ZnO 組成的。這種材料的到點能力很強，一般需要涂絕緣層的，對于有較大磁感量的變壓器一般都會選擇Mn-Zn 的材料，而且這類的材料容易磁飽和。（2）MPP CORES 鐵鎳金屬磁粉芯： 這一類的磁芯是有 81% Ni 、

16、 2% Mo 以及 Fe 構(gòu)成的。這種材料的磁導范圍大，并且在粉末磁芯中具有最低的損耗，且溫度穩(wěn)定性極佳。（3）Sendust鐵硅鋁磁粉芯：它是由 9%Al 、5%Si 以及 85%Fe組成的。其實用來替代鐵粉芯的，損耗比起鐵粉要低 80% 。在不同頻率的情況下工作，基本沒有什么噪音產(chǎn)生，其性價比也是相當高的。（4）High Flux 鐵磁粉芯：它是由 50%Ni 、50%Fe 構(gòu)成的，在粉末磁芯中具有最高的飽和磁感應強度， 最高的直流偏壓能力。因此，綜合幾種材料的性能比較，并且根據(jù)實際設計的情況，本文中變壓器的設計是選擇了飽和磁感應強度較高，溫度穩(wěn)定性好，價格低廉，加工方便的性價比較低，并且

17、在市場上很容易買得到的 Mn-Zn 類材料，并選以此材料作為框架的EI28 來繞制本例中的電子變壓器。圖 31 EI28 磁芯規(guī)格圖3.1.2骨架材料骨架一般按變壓器所使用的磁芯 (或鐵芯 )型號進行分類，有 EI 、EE 、EF、EPC、RM 、PQ 等型號，而每個型號又可按磁芯 (或鐵芯 )大小進行區(qū)分，如 EI19 、 EI28 、 EI35 、 EI40 等大小不一的型號。骨架按形狀分為：立式和臥式兩種；按變壓器的工作頻率又分為高頻骨架和低頻骨架兩種；按骨架的針腳使用性質(zhì)，又分為傳統(tǒng)式骨架（ DIP ）和貼片式骨架（ SMD ）兩種；按制作材料分為：電木材料和普通塑料材料兩種。由于骨架

18、的特性是根據(jù)磁芯材料來決定的，所以在本文中選擇了 EI28 的立式高頻骨架，為了保證質(zhì)量選擇了以電木材料為佳，在現(xiàn)實中PCB 板上焊接為了容易操作，以及美觀選用了直插型（ DIP ）的骨架。圖 32 EI28 骨架規(guī)格圖3.1.3線圈材料線圈是一種以銅為主質(zhì)材料的漆包線，繞成一圈圈圓形空心之元件。此元件對于交流電路中有著直流電路中相當于電阻的作用，也有著感應性電抗的作用。漆包線材料又可分為：a、油脂漆包線：它是最早使用于電氣機械的漆包線，具有優(yōu)良的電氣性能，并且價格低廉，至今還在使用中；b、合成樹脂漆包線: 這款漆包線是在近幾年研發(fā)出來的，皮膜堅固、耐熱、耐化學性能強，使得電氣機械操作溫度得以

19、提高；c、高溫直焊漆包線：此漆包線具有直焊的特性，耐溫可達到155 SS-TF，180SS-TH 兩種，而且不用刮出皮膜即可輕易焊接。因為油脂漆包線不僅有著優(yōu)良的電氣性能，同時價格低廉，所以文中選取了油脂漆包線作為EI28 制作的線圈材料。3.1.4套管材料套管種類繁多， 用途廣泛，我們常用的有 TEFLON ( 鐵氟龍 ) 、硅質(zhì)套管、玻璃纖維硅膠套管、 硅橡膠套管、硅膠玻璃纖維套管、臘套管、 PE 熱縮套管、 PVC 熱縮套管。（ 1）TEFLON鐵氟龍為塑料中耐溫最高 ( 280300)，而且其具有最強抗酸、堿性，最強的抗粘，耐磨性也最強塑料材料，而廣泛用于機械，汽車，電子等行業(yè)。鐵氟龍

20、同時作為訊號、網(wǎng)絡以及電纜中用線的最佳絕緣材料， 成功用于各類家電用電器 ( 微波爐、電冰箱、吹風機、空調(diào) )，計算機、化學用品、機械及電氣、電子工業(yè)領(lǐng)域。（ 2 ） 硅質(zhì) 玻璃 纖 維套 管( Silicon Glass Fiber SleevingCharacter)硅質(zhì)玻璃纖維套管是以一種無堿性玻璃纖維材料編制而成的套管，經(jīng)特殊的樹脂加工處理，再配以適當?shù)臏囟群娓啥瞥傻?。它具有極佳的電氣絕緣性，且耐高溫、抗潮濕，在零下50的低溫中仍能保持柔軟的特性。在高溫 200250也不會損壞電氣特性，另外外皮的膜強韌度高，可以曲折變化。適用干式變壓器、炭刷、冷凍機、冷氣機、投射燈、鹵素燈、吸頂燈、

21、落地燈及發(fā)熱機體的導線、機械高溫配線。具有一定的保護作用。在制作變壓器時，一般變壓器生產(chǎn)公司多數(shù)采用的是第一種以鐵氟龍為材料的套管，因為在大批量生產(chǎn)加工中，這類材料有著優(yōu)質(zhì)耐高溫性能的體現(xiàn)。所以這次文中設計變壓器，也采用了鐵氟龍?zhí)坠堋?.1.5膠帶材料（1）環(huán)氧膠帶 (epoxy tape)環(huán)氧膠帶具有抗焊接接觸時間長，質(zhì)地薄，并且絕緣強度極高，這種材料的膠帶也是 UL 所認可的耐溫程度可達 150。這種結(jié)構(gòu)的膠帶應用功能十分廣泛，有利于減輕庫存成本，而其的HI-POT （高電壓）在 5KV 以上。（2） 聚酸亞胺膠帶( polyimide tape)這種膠帶以聚酸亞胺為基本材料的膠帶適用于C

22、OIL（線圈）、纏結(jié)的電線和電容器。它能扺受住極大的溫度差距，使得其物理及電氣性能都不變。其利用熱固硅做成的壓敏膠粘劑，能大大提高聚酸亞胺膠帶的穩(wěn)定性。其耐溫為180 ， HI-POT 為 7.5KV 。（3）聚四氟乙烯膠帶 (PTFE Tape)這種耐高溫薄膜膠帶在溫差極大的情況下，仍可保持其原有性能不變，受熱收縮程度低、抗電弧能力高、且不含碳化物質(zhì)，但扺御化學物質(zhì)性能極低。其耐溫為 80，其 HI-POT 為 9.5KV 。（4）乙烯樹脂膠帶 (Vinyi Tapy)乙烯膠帶參合了聚氯乙烯作為基本材料，便使得其靈活性及電氣絕緣性能極佳。它具有抗?jié)駳?、紫外線、磨損、腐蝕而且是與堿混合而成的混

23、合物質(zhì)。其壓敏橡膠粘劑適用溫差能力良好。這種不褪色的膠帶能迅速辨認電流的流向、導線和安全地帶。乙烯膠帶提供的電源絕緣電壓高達600V，亦可用于高壓電纜電線和電視消磁 COIL 的封裝操作。 HI-POT8KV最高可達到 12KV 。（5）聚酯薄膜 (Polyeseter Taye)這種膠帶適應于需要薄質(zhì)、耐用和高介電耐電壓強度材料時的絕緣用途。 聚脂薄膜膠帶具有極佳的抗化學性能和抗潮濕能力，并可扺受切割及磨損。耐溫高達 130 其 HI-POT 為 5KV 。（6） 強化纖維膠帶 (Filament Tape)這種膠帶特別適用于需要聚脂薄膜的高介質(zhì)電強度、高耐電壓和玻璃布膠帶的機械強度較高的情

24、況下。它有著韌度高和抗撕裂強的特性， 但是延展強度非常低。 在溫度 130 以下的范圍中使用這種膠帶，比使用玻璃布膠帶的成本更為低。它可用來固定引線板，并可纏結(jié) COIL 。（7） 合成物薄膜 (Composite Tape)這種材料做的膠帶具有軟墊的特性，并且其厚度有著多種選擇。這種膠帶也便是我們常說的含有44% 的醋酸布 ( ACT ) ，其耐高溫為 130 ，HI-POT 為 5.5KV 。（8）玻璃布 (Glass Cloth)玻璃布膠帶用途最為廣泛，它經(jīng)常用在紡織產(chǎn)品中。且其耐熱性和韌力極高， 并能有效地吸收電氣絕緣漆。 其耐溫在 130以上， HI-POT 為 3KV 。（9）乙醋

25、酸布 (Acetate Cloth)這些膠帶適用于 COIL 包封。其能接受 105的高溫，且乙醋酸布能有效地吸收樹脂和絕緣漆， HI-POT 為 3.5KV 。（10）紙帶 (Paper)這類膠帶也具軟墊的功能和韌度性能高。其以縐紋及纖維帶為基物料，用于COIL包封以及在105 或以下的溫度范圍中使用， HI-POT 為 2KV 。EI28 對于溫度的一般要求是在6080之間完全符合環(huán)氧膠帶的特性，并且環(huán)氧膠帶對于絕緣的效果非常的好，且質(zhì)地非常薄，包裝非常方便、美觀。但是在一般變壓器公司中對于生產(chǎn)出的變壓器有著不同的條件、標準。因此，以上各類的膠帶材料公司中都能找到，在本文中便是采用了環(huán)氧膠

26、帶這種材質(zhì)。3.2 工作環(huán)境點的確定變壓器在使用中對其影響最大的是環(huán)境溫度的條件。決定磁性材料受溫度影響強度的是居里點。居里點是指材料可以在鐵磁體和順磁鐵之間改變的溫度。低于居里點溫度時，該物質(zhì)將變?yōu)殍F磁體，此時和材料有關(guān)的磁場很難改變。同樣溫度高了就變成為順磁體，磁體的磁場會隨著周圍的磁場變化而變化。磁性材料隨著居里點的提升，而受溫度的影響也就越小。 Mn-Zn 軟磁性的居里點一般只有 215，比較低， 磁通密度， 磁導率和損耗都溫度發(fā)生變化。除正常溫度 25而外，還要給出 60、 80、 100 時的各種參數(shù)數(shù)據(jù)， Mn-Zn 磁芯材料一般工作溫度限制在 100 以下，也就是在環(huán)境溫度 4

27、0時，溫升只能限制于 60。同時導電材料的工作溫度由漆包線的外部絕緣材料的耐熱等級所決定。如油脂漆包線，他的耐熱等級比較高， 最高溫度可達到100以上。而外部組成的環(huán)氧膠帶的耐溫程度可達150。根據(jù)居里點的特性， 得出 EI28 變壓器適應溫度可比環(huán)境溫度高出 2030，如環(huán)境溫度為 30，那么變壓器工作的最高溫度可為 60。在這樣的溫度條件下，變壓器仍可安全使用；但要是過了這個最高的溫度，變壓器便會損壞。4 變壓器的主要參數(shù)和制作工藝在變壓器的整個設計中， 變壓器能否完成DC-DC 電源中電壓轉(zhuǎn)換的功能，取決于變壓器各項參數(shù)的計算：確定變壓器的變比、計算初級線圈中的電流、計算初級繞組圈數(shù)N1

28、、計算次級繞組圈數(shù) N2、反饋繞組 N3 的估算、線線徑的選取、圈繞制與絕緣。才能使得變壓器在 DC-DC 電路中正常的工作，才能體現(xiàn)變壓器的功能。4.1 確定變壓器的變比什么叫做變壓器的變比，變比是一個電工學詞，它是變壓器變壓比的簡稱。變壓器變比的計算就是變壓器原繞組和變壓器副繞組中的感應電勢之比，變比又與繞組的匝數(shù)成正比。原繞組輸入電壓與副繞組輸出電壓之比等于線圈的匝數(shù)比。根據(jù)輸出電壓 U0 的關(guān)系式：（4）得變比為：（ 5）式中 n 為匝比， UD 為整流器輸出的直流電壓， T 為整流器工作時的周期， ton 為磁通量的導通時間。本文設計中變壓器的參數(shù)： UD24V ，f 為 100kH

29、z，ton 取 0.5；便得到 n 2。4.2 計算初級線圈中的電流根據(jù)本例中已知的直流輸出電壓U0 12V 、5V，電路的各路輸出電流 I 0lA ，根據(jù)條件得出此開關(guān)電源的輸出功率：6）開關(guān)電源的使用中的效率值 一般在 60 90% 之間，為了計算的簡便，在這里取 0.8，則可得出實際的輸入功率為：（ 7）那樣的話初級的平均電流就為：（ 8）如果現(xiàn)在假設初級線圈的初始電流為零的話，那么在開關(guān)電源的導通期 ton 里，初級線圈中的電流便會從零開始呈線性增長并達到峰值 I 1P。（ 9）4.3 計算初級繞組圈數(shù)N 1根據(jù)電流的峰值I 1P，可以計算得出初級繞組最小的電感L 1為：（ 10）根據(jù)

30、輸出功率P 可以選擇適合的磁芯大小，因為磁芯的規(guī)格是 EI 系列，所以磁芯便選擇了常見的 EI28 磁芯?？梢哉接嬎憔€圈參數(shù)初級繞組 N1:（ 11）本式中 I lp初級線圈峰值電流， A；L1初級電感， H；2S磁芯截面積，mm ；Bm 磁芯最大磁通密度，T 。4.4 計算次級繞組圈數(shù)N2次級繞組的計算比之初級繞組可得出N2：（12）由上可得輸出繞組 12V 分別繞 5 匝，而 5V 的輸出繞組與次級繞組的比值也便是匝比值?？傻贸?V 輸出為 3 匝。4.5 反饋繞組 N3 的估算在開關(guān)電源中有一個十分常見的，由芯片所決定的問題，那便是反饋。并且在開機初期，大部分的電源經(jīng)過一個功率電阻，將

31、較高的直流高壓降壓后提供給芯片。當芯片輸出多個脈沖后，反饋繞組就可以提供正常的電能了。因為在正常工作的時候，芯片的耗電量也是相當大的。所以根據(jù) UC3842 的要求，反饋繞組的輸出電壓應在 13V 左右。（ 13）4.6 導線線徑的選取根據(jù)輸入輸出的估算，初線線圈的平均電流值應該放寬允許達到 2A。（1）初級繞組根據(jù)導線的使用電流量、電感量等，我們選定初級繞組的線徑可選 d 0.80mm，其截面積為 0.5027mm2 的漆包線。（2）次級繞組次級繞組的線徑根據(jù)各組輸出電流的實際大小，并且采用并繞的繞線方式，但是其相對的接觸面積也增加了。當然為了方便我們可以直接選取比較粗的線徑，所以文中也就選

32、擇了 d 0.80mm 的導線。4.7 線圈繞制與絕緣在電子變壓器的繞制工程中，最重要的問題是使初、次級線圈緊密地耦合在一起，這樣的話可以減小變壓器漏感，因為漏感過大，將會造成較大的脈沖波以及干擾信號，從而導致變壓器元器件的擊穿。同時絕緣膠帶也起了決定性作用，它不僅有絕緣的效果，并且也使得初、次線圈緊密的耦合在一起。4.7.1 繞制方法：（1）一層密繞：繞線時只鋪在第一層，這是一種線與線之間緊密的耦合在一起無間隙的繞線方式如下圖 4 1 所示：（2）均等繞線：在繞線間隔規(guī)定的范圍內(nèi)以相等的間距進行繞線，間隔誤差在 20% 以內(nèi)可以允許的如下圖 42 所示：圖 4 1 一層密繞圖圖 42 均等繞

33、線圖（3）多層密繞：在一個繞組在一層無法繞完的情況下，必須繞至第二層或二層以上，此繞法分為三種情況：A、任意繞：在最內(nèi)層其繞線整齊排列，但達到最上層時，布線已開始零亂，呈現(xiàn)凹凸不平的狀況，這是繞線中最粗略的繞線方法。B、 整列密繞：幾乎所有的布線都整齊的排列，但只有部分的布線是零亂的 (約占全體 30% ，圈數(shù)少的約占5% 的參考尺寸 )。B、完全整列密繞：繞線至最上層也不零亂，繞線很整齊的排列著，這是繞線中最難的繞線方法。（ 4）定位繞線：布線指定在固定的位置，一般分五種情況如圖 43 所示：圖 4 3 定位繞線圖在上述四中單線繞制線圈的方法中，因為考慮到盡可能的減少變壓器的漏感，確保線圈與

34、線圈能夠精密的貼合在一起，同時便于分清線圈繞組匝數(shù)的走線，本文采用了第一種一層密繞的方法。為了繞制時線圈密布美觀與引線的繃直效果，一般公司都會采用手動繞線機來制作線圈繞線。（5）并繞：并繞與上述中一層密繞的唯一區(qū)別在是在于，一層密繞只有一根漆包線，而這里講述的并繞是兩個以及兩個以上的漆包線同時并且平行的繞在骨架上，但各自平行的繞，不可交叉。此繞法大致可分為四種情況如圖 4 4 所示：圖 4 4 雙線并繞圖4.7.2絕緣膠帶的繞制方式：在制作變壓器是為了防止漆包線密繞時，第一層與第二層漆皮可能會破損， 在生產(chǎn)時會有一道稱為包絕緣膠帶的工序。絕緣膠帶不僅可以起到絕緣的作用，同時也能起到固定變壓器的

35、效果。其繞制方式如圖4 6 所示：圖 45圖 4 6 膠帶繞制圖4.8 鍍錫成型4.8.1鍍錫對于這個變壓器的骨架來講， 在骨架的引腳外部是有一層漆皮的，在 PCB的電路板上是不能直接焊接的，所以便有著鍍錫這道工序的生成。鍍錫的常規(guī)工具是電烙鐵，但是電烙鐵溫度控制不當，會導致骨架變形。所以一般公司在生產(chǎn)中，都是采用錫爐來進行鍍錫，錫爐的操作方式如下所示：A、將產(chǎn)品一字排開整齊擺放；B、用夾子夾起一排產(chǎn)品；C、引腳沾上適量助焊劑 ;D、以白手捧變壓器，刮干凈要度上錫的那一面；E、焊錫：立式模型鍍錫時將腳垂直插入錫槽（臥式模 型將腳傾斜插入焊錫槽） ，錫面要鍍到變壓器引腳（ PIN ）底部為止。4

36、.8.2制作成型變壓器為了確保變壓器的穩(wěn)定， 我們必須要對變壓器進行灌膠操作，同時也起到絕緣保護的作用。公司生產(chǎn)時采用專業(yè)的灌膠儀器，來進行變壓器的灌膠。在鍍錫時可能會有錫渣產(chǎn)生，是需要我們清理的，這道工序命名上稱之為刮錫渣。變壓器制作到這里，便只剩下最后一步貼標簽了，貼標簽時應注意：標簽的開頭對應的是變壓器的第一個PIN 引腳，并且保證標簽的整齊、美觀。這樣一個變壓器也就基本完成了。5 變壓器的檢測和保護從變壓器的參數(shù)計算到繞制可以說一個變壓器的制作已經(jīng)到了尾聲了，但是不管任何工藝最后的成型，都要走過最重要的一步。那便是品質(zhì)檢測，這也確保了變壓器制作規(guī)范的嚴謹。5.1 變壓器常用檢測方法和儀

37、器簡單介紹了幾款一般變壓器生產(chǎn)公司使用的測試變壓器的專業(yè)儀器：（1）3250 自動變壓器測試系統(tǒng)：這是一部全功能自動化測試的零件量測分析儀器，在提供較低成本的情況下有這高精度、便利、快速及可靠的測試性能。這款多功能檢測儀器提供了上下界限比較及分組測試，測試頻率及測試電壓的選擇控制，載入校正（load），多頻掃描測試功能，設定資料存儲記憶功能，單機掃描測試功能等等。因為這部儀器測試方面比較全面，在這里便介紹一下常用的變壓器單機量測試操作：A、打開主機之電源后顯示屏上會顯示出，這部機子的生產(chǎn)公司信息，也會出現(xiàn)這部機子的一些參數(shù)、型號及版本，接下來便會出現(xiàn)圖 51 的顯示畫面：圖 5 1 測試儀主機

38、顯示畫面B、打開主機電源顯示一切正常之后，按下（Main Index ）鍵進入主功能表，再按下變壓器測試功能鍵（TRANSFORMER ），則顯示如圖 52 的顯示畫面：圖 5 2 測試儀主功能圖C、按上圖52 箭頭所指按鍵（TRANSFORMER TEST），進入變壓器單機測試功能設定畫面，即圖53 所示：圖 53 單機測試功能圖D、當進入此畫面后，請按下（TEST CONDITION）鍵進入測試條件設定畫面，設定各項測試參數(shù)如54 所示：圖 5 4 測試條件設定圖上面各圖中顯示參數(shù)說明：TURN ：變壓器圈數(shù)及相位測試LX：變壓器電感量測試LK：變壓器之漏電感量測試DCR ：變壓器直流電阻

39、測試（2）GKT1061 電感測試儀：這部電感測試儀主要用于電子產(chǎn)品中品質(zhì)的質(zhì)檢工作，同時它完全可以符合自動化生產(chǎn)線的快速、準確的要求，良品不良品的檢驗以及儀器內(nèi)部設定儲存和呼叫的功能。它的測試頻率：40Hz 200KHz；準確度： 0.1% ；單一功能鍵， LED 清楚顯示，操作簡便。這里簡單介紹一下，這部儀器的使用操作，變壓器電感的測試方法：打開開關(guān)先調(diào)試這次要測試的電阻還是電感量設置：如下圖中按下 series鍵，撥動 open 和 short， display 鍵的作用便是調(diào)解Q、 D、R 的界位。這里便介紹一下EI28 的電感測試，撥動locan鍵來調(diào)整電感測試的條件（ 1KHz ，

40、0.3V ）。接下用左邊兩個引線為一個機組，右邊兩個引線為另一個機組，同時接觸變壓器同一繞組的兩端引線。在 display 下方會顯示電感量的數(shù)值出來。每一款的變壓器都有著規(guī)定的電感量，并且有著相對的偏差，只要在這個范圍內(nèi)都是合格的。圖 55 電感測試儀（3）CS2672DX 耐壓測試儀：這款耐壓儀是由南京長盛科技有限公司生產(chǎn)的，它有著高電壓，小電流；漏電流、測試時間連續(xù)任意設定，適應性強； 同時顯示被測實際值（時間、電壓、電流同時顯示） ，耐壓擊穿有著聲光報警系統(tǒng)；手動、遙控測試，高壓擊穿保護；同時有著 ACDC 輸出雙向轉(zhuǎn)換測試等多種功能。耐壓儀不同于電感儀， 因為耐壓儀使用時帶有上千伏的

41、電壓，所以使用時有些需要注意的項目：a、防觸電為了預防觸電事故的發(fā)生，在使用本測試儀作業(yè)前，請先戴上絕緣的橡皮手套，腳上穿著絕緣的靜電鞋；b、 儀器處于測試狀態(tài)當儀器使用處于測試狀態(tài)時，待測試物、測試引線、測試槍和輸出端都帶有高壓，千萬不要用手去觸摸；c、 更換待測物當一個待測物已被測試完畢，而要更換另一個待測物時，請務必確認 :：測試儀是否處于 復位 狀態(tài)，電壓顯示數(shù)字是否為零。在更換待測物時，也不要用手觸摸高壓測試槍；d、開啟或關(guān)閉電源開關(guān)一旦在使用中電源開關(guān)被切斷時，如再度開啟時，則需等幾秒之后，千萬不要把電源開關(guān)，連續(xù)做著開與關(guān)的動作，以免損壞測試儀。尤其是當正有高壓輸出的狀態(tài)下連續(xù)做

42、電源的開與關(guān)的動作，這是非常危險的事情。耐壓儀的操作使用時非常簡單的， 但是由于是高壓帶電作業(yè)，安全問題是一定要防范的，以下簡單介紹一下耐壓的測試方法：打開電源鍵， 如下圖中按下測試鍵來調(diào)整電流量， 擰動下圖 5 6 中黃色開關(guān)鍵上的螺絲，一般電流為 0.2mA 左右；接下來擰動圖中大的白色旋轉(zhuǎn)鈕，這里以 EI28 為例調(diào)整電壓為 1500V。接下來便可進行耐壓測試按下綠色按鈕 （ dangerous燈亮）用測試引線和測試槍，分別接觸變壓器的 PIN 引腳和上面的磁芯。如果沒有發(fā)生警報，則說明變壓器耐壓是正常的；但若發(fā)生警報了，則說明變壓器耐壓擊穿，是不良品。若耐壓擊穿發(fā)生警報，則按下紅色按鍵

43、，恢復一下系統(tǒng)，然后再按下綠色鍵重新測試耐壓。圖 56 耐壓測試儀5.2 外觀檢測方法通過觀察變壓器的外貌來檢查其是否有明顯異?，F(xiàn)象。如線圈引線是否斷裂，脫焊，絕緣材料是否有燒焦痕跡，焊接變壓器之后有無錫渣，絕緣膠帶是否貼的比較整齊，外露的引線長度是否一致，磁芯有無松動，繞組線圈是否有外露等。5.3 空載檢測方法有兩種檢測方法：其一，直接測量法。將二次側(cè)的所有繞組全部設置為開路模式，把萬用表置于交流電流擋（ 500mA)，串入一次側(cè)繞組。 當一次側(cè)繞組在開路狀態(tài)插入 220V 交流電時，而萬用表所指示的數(shù)值便是空載時的電流值。其二，間接測量法。在變壓器的初級繞組中串聯(lián)一個 2W 左右的電阻，二

44、次側(cè)仍全部設為空載。把萬用表調(diào)至交流電壓擋，通電后，用兩表筆測出電阻兩端的電壓值，然后用歐姆定律算出空載電流?？蛰d電壓的檢測。將電子變壓器的一次側(cè)繞組接入壓，用萬用表交流電壓接依次測出各繞組的空載電壓值U3、U4) 應符合要求值， 允許誤差范圍一般為高壓繞組220V 電( U1、U2、 10，低壓繞組 5，帶中心抽頭的兩組對稱繞組的電壓差應2。5.4 工作使用的損耗變壓器的工作效率,是輸出功率 P2 與輸入功率 P1的比值 :,Pk 是負載損耗，中， Po 是空載損耗，也就是磁芯損耗。Px 是線圈損耗。當變壓器的輸出功率P2 等于輸入功率P1 時，效率等于 100% ，變壓器將不產(chǎn)生任何損耗。

45、 但實際上這種變壓器是沒有的 . 變壓器傳輸電能時總要產(chǎn)生損耗，這種損耗主要有銅損和鐵損。銅損是指變壓器線圈電阻所引起的損耗。當電流通過線圈電阻發(fā)熱時，一部分電能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗。由于線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成，因此稱為銅損。變壓器的鐵損包括兩個方面：一是磁滯損耗，當交流電流通過變壓器時，通過變壓器硅鋼片時，交流電流的方向和大小會隨之變化，使得硅鋼片內(nèi)部結(jié)構(gòu)相互摩擦，從而會放出熱能，因而損耗了一部分的電能，這便是所謂的磁滯損耗。另一是渦流損耗，當變壓器工作時：磁芯中有磁通量，并且會產(chǎn)生感應電流，由于此電流自成閉合回路形成環(huán)流，且形狀成旋渦狀，故稱為渦流。渦流的存在使鐵芯發(fā)熱，消耗能量，

46、這種損耗稱為渦流損耗。變壓器的效率與變壓器的功率等級有密切關(guān)系，通常功率越大，損耗與輸出功率就越小，效率也就越高。反之，功率越小，效率也就越低。磁芯損耗是在磁通密度 T 和一定工作頻率 Hz 下的單位重量磁芯的損耗。 但是對于這項損耗因為我做的 EI28 是采用 Mn-Zn 軟磁性材料受環(huán)境影響較大， 所以對于這款材料必須控制在額定的溫度下。線圈損耗也是跟溫度有著密切的關(guān)系，所以對于 Mn-Zn 磁芯材料的而言，一般工作溫度限制在 100以下，也就是在環(huán)境溫度 40時，溫升只能限制于 60。6 變壓器的故障判斷與維修電子變壓器短路性故障的綜合檢測判別：電子變壓器發(fā)生短路性故障后的主要癥狀是發(fā)熱嚴重和二次側(cè)繞組輸出電壓失常。通常，線圈內(nèi)部匝間短路點越多，短路電流就越大，而變壓器發(fā)熱就越嚴重。檢測判斷電電子變壓器是否有短路性故障的簡單方法是測量空載電流。6.1 磁芯松動及噪音（1）造成磁芯松動的原因a、大修時，磁芯裝配質(zhì)量不佳造成磁芯松動；b、磁芯疊縫間隙不符要求；c、綁扎磁芯的環(huán)氧樹脂玻璃絲帶材質(zhì)不佳，