模块电源中平面变压器的设计与应用

2020-05-21 10:03字体:
  

  :本文基于开闭电源中变压器的任务道理安闲面变压器自己特性,对模块型开闭电源中的平面变压器的安排、加工、工艺和运用举行了整个筹议。了了指出平面变压器正在各式常睹电道拓扑中的实用性题目,给出了平面变压器安排的参数筹划进程,并举行了全部实例的参数筹划。先容了电道板绕组安排、平面变压器装置和电源整机工艺安排,给出了平面变压器和电源整机本质安排与运用案例,并对整机举行本能测试,验证了安排的可行性及合理性。

  作家赵凤俭1 赵玉明2 张丽洁3 1.睿查森电子交易(中邦)有限公司(北京 100020) 2.天下科技股份有限公司(北京 100013) 3.北京华清能源科技有限公司(北京 100080)

  赵凤俭(1979-),男,硕士,高级工程师,筹议宗旨:电力电子开发及元器件运用的闭连身手;赵玉明,男,硕士,副筹议员,筹议宗旨:独特施工身手运用及监测监控身手拓荒;张丽洁,女,工程师,筹议宗旨:新能源开发的电气安排。

  摘要:本文基于开闭电源中变压器的任务道理安闲面变压器自己特性,对模块型开闭电源中的平面变压器的安排、加工、工艺和运用举行了整个筹议。了了指出平面变压器正在各式常睹电道拓扑中的实用性题目,给出了平面变压器安排的参数筹划进程,并举行了全部实例的参数筹划。先容了电道板绕组安排、平面变压器装置和电源整机工艺安排,给出了平面变压器和电源整机本质安排与运用案例,并对整机举行本能测试,验证了安排的可行性及合理性。

  模块型开闭电源广大运用于工业、航空航天、筹划机硬件及电信等各个界限中,其主题部件之一为高频变压器。正在本质的运用中,开闭电源小型化、轻量化永远都是身手起色趋向,而高频变压器正在开闭电源小型化进程中起着闭节感化[1~2]。跟着磁性资料的校正和功率半导体器件任务频率的升高,使得高频变压器的重量和尺寸减小成为可以。

  平面型变压器正在升高模块型开闭电源的特点方面有着很大的上风,因而,近年来获得了广大的运用。采用铁氧体磁芯和众层电道板绕组的平面型变压器,具有高度低、体积小、成果高、电磁骚扰小、产物类似性好、适合主动化外貌贴装等特性,特别实用于空间或高度存正在限度、对节能及散热请求苛刻的模块型电源产物,具有雄伟的运用前景[3~4]。

  正激及其衍生出的双管正激等电道拓扑的高频间隔变压器,正在单道输出时,因为原副边都没有中央抽头,使得平面型变压器的电道板绕组安排和加工工艺简略,且磁芯不须要开气隙,稀奇实用于多量量主动化坐褥。而对付桥类电道拓扑,如须要变压器引出中央抽头,则其变压器正在安排和加工工艺方面相对正激拓扑较为繁杂。

  以150W功率、输入直流电压200~400V、输出直流电压24V模块型开闭电源举行安排举例。采用AP法[5-6],确定磁芯巨细,思量双管正激电道拓扑的自己特性亲睦似产物的安排调试体味,取开闭频率fs=300kHz,对应开闭周期T=3.3μs,并树立最大占空比δmax=0.41;采用宜宾金川RM2.3KD磁材[7],取磁觉得强度转移量ΔB=1800GS。

  经历筹划获得的本质ΔB值小于1800GS,最大占空比小于0.41,知足安排请求,且有必定余量。故可确定行使EI22磁芯[7],遵守原副边匝数比19:6完结此款模块型开闭电源的变压器安排。

  基于EI22磁芯的外形尺寸和原副边的匝数展开电道板绕组的安排。平面型EI磁芯的长、宽、高顺次为21.8mm、15.8mm、9.2mm,窗口高度为4.2mm。思量到8层电道板的规范厚度为1.6mm,故采用两块8层电道板并联摆放的安排。每块8层电道板包蕴事先筹划好的原副边匝数,当采用两块电道板并联时,等同为绕组并联,用以推广导体截面积,装置截面如图1所示。

  加工时断开拼版桥连一面,即可得到一个变压器的完好电道板绕组。整体安排中通盘过孔安排采用贯穿孔,不设埋孔和盲孔。用于差异层绕组彼此结合的贯穿孔副边绕组采用双孔安排,包管结合的牢靠性,也增强了层间的同流才智。全部损耗筹划可参睹文献[8-9] 。

  变压器装置身分标注图如图2所示。其华夏边绕组NP1匝数为19,绕组引出端为C和D,C为绕组开始端,D为结果端;副边绕组NS1匝数为6,绕组引出端为G和H,G为绕组开始端,H为结果端。

  1)将电道板正在桥连部位折断,变为成套的两块小电道板。用钳子剪掉板上渣滓的桥连一面;

  3)将另一块没有板号标识的电道板放鄙人面,此时两块电道板上的45度倒角要对齐;

  4)将拼好的成对电道板插入变压器合板工装,正在A、B两处的板缝点适量的黏合胶,将两块电道板粘正在一道,尽量减小两板之间的清闲;

  5)将固定后的电道板装入EI22磁芯,板号标识与I磁芯正在统一侧,行使磁材粘合剂将E磁芯和I磁芯粘正在一道,夹上夹子;

  6)正在电道板的C、D焊盘上丈量电感量请求大于2 mH (测试条款为100kHz,1V);

  两块绕组电道板的倒角对齐,45°倒角为极性标识。加工完结的平面变压器实物如图3所示。

  电源合座采用上下两块电道板的式样,分为铝基板和印制板两一面,两块电道板须要分歧举行坐褥焊接,再拼装为整机,终末举行上下电道板的信号结合。

  上层印制板为双面覆铜板,独揽电道、反应电道、珍惜电道等功耗小的元器件正在印制板上。基层为铝基板,变压器、电感、开闭管等大功率器件布放正在铝基板上。印制板和铝基板之间的信号通道用针结合,铝基板四角铆装螺母用于装配散热器。

  变压器举行装配定位之后,运用E磁芯下外貌的导热双面胶与铝基板粘合固定正在一道,再正在如图2所示的C、D过孔焊盘插入直径为1.0mm的结合针,G、H过孔焊盘插入直径为2.0mm的结合针,并正在焊盘上安顿适量锡膏,同其它元器件一道过回流焊。

  装配变压器时,要贴平、压紧,以减小热阻,包管能优越散热。铝基板举行回流焊时,应防备炉温和带速的独揽,确保器件牢靠焊接的同时,尽量避免焊接后正在铝基板上锡珠和松香的过众呈现。

  遵循上述的安排法子和程序,将采用EI22磁芯的平面变压器用于双管正激电道拓扑的模块型开闭电源中,完成单机150W功率、输入直流电压200~400V、输出直流电压24V的产物安排。该产物的合座外形尺寸的长、宽、高顺次为86mm、72mm、12.7mm。

  正在输入直流电压为400V,额定输出工况时,接续任务两个小时后,整机中各个器件的温升达到稳固形态,产物的热成像如图4所示,测试境遇温度正在23.5℃环境下,整机中变压器温度最高为72.6℃;正在输入直流电压为200V,额定输出工况时,接续任务两个小时后,整机中各个器件的温升达到稳固形态,产物热成像图如图5所示,测试境遇温度正在22.9℃环境下,整机中变压器温度最高为83.6℃。

  本文周详论述了模块型开闭电源中的平面变压器的安排、加工、运用的全进程。基于平面变压器自身的加工工艺繁杂度角度,了了指出了平面变压器正在各式常睹电道拓扑中的实用性题目,并正在双管正激电道拓扑机车上展开了平面变压器安排的参数筹划,并给出全部实例参数筹划进程。通过先容平面变压器的电道板绕组安排法子和全部安排进程,闪现了众层电道绕阻的铺设细节和拼版安排妙技。论述了平面变压器加工和电源整机工艺安排,给出了变压器和电源整机的本质安排与运用案例,并对整机举行本能测试,验证了安排的可行性及合理性,为平面变压器的多量量主动化坐褥供应身手和运用参考。

  [3]田佳甲,刘永好,张金玲,等.基于绝缘芯平面变压器的新型高压直流电源的调试及输出特点[J]核身手,2015,38(7):44-48.

  [6]张占松,蔡宣三.开闭电源的道理与安排[M].北京:电子工业出书社,2003:109-118

  [9]廖家文,张军明,张燚.钱照明LLC谐振变流器中平面变压器铜损优化安排[J].电工身手学报,2012,27(2):109-113

  本文由来于《电子产物全邦》2017年第8期第58页,迎接您写论文时援用,并注脚原由。

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