变压器绕制工艺解密

    许多的工程师对变压器的绕制工艺把握不准，导致做出来的产品，反复的调试才能符合初始的设计参数要求，变压器的工艺设计涉及到的东西很多，下面我就这个问题向达家介绍一下各种绕制工艺对电源各项参数的影响，希望能对大家有锁帮助。

    要想把变压器设计好，首先就需要选择好变压器，变压器的选择受到很多的因素制约，首先，需要计算好变压器的Ap值，得到Ap值之后，我们就要根据电源的结构尺寸来初步选择变压器，包括变压器的高度，宽度以及长度。当电源的整体高度有限制时，就需要考虑扁平型的变压器，卧式变压器是首选。常见的有EE系列，EC系列，ER系列的卧式变压器，EF系列与EFD系列变压器；如果是超薄的适配器与LED日光灯内置电源，可以考虑平面变压器。而如果PCB的空间有限，应该选择PQ，RM，或者罐形磁芯，因为这些磁芯的截面积大，占用空间小，可以输出更大的功率
其次，在选择变压器的时候我们要根据电路的参数与侧重点不同，而选择不同的变压器。

    比如，在反激电源中，我们希望漏感越小越好，因为漏感大小会影响功率器件的电压与电流应力，同时对EMC也有不可忽视的影响，那么我们就找对漏感控制有利的变压器，如PQ型，RM型，以及ERL型的变压器，再加上合理的绕法，可以将漏感控制在3%以下。又如LLC电源，我们希望用变压器的漏感来作为谐振电感，所以我们需要刻意加大漏感，选用分槽的骨架来绕制比较理想。

    再次，在选择变压器的时候，要考虑到成本与通用性。成本不仅仅是每个企业老板关心的问题，同样是我们广大研发工程师最纠结的问题，除非是少数军品级别或高档不计成本的电源，我们在设计的时候要在性能参数与成本之间找到一个平衡点，不要刻意去追求某个参数而忽略带来的成本影响，有时哪怕每个变压器增加几分钱的成本，如果批量起来，都是不可忽略的一笔开支。

    除非由于商业因素的考虑，希望自己的产品不被其它的厂商所抄袭，一般不考虑私模或偏门的变压器磁芯与骨架，因为量产的时候，供货的渠道与周期都会受到很大的制约，而通用的磁芯，无论在价格上还是在供货渠道与周期都有很大的可选择性。看以下图片：

    选择变压器的时候，还要考虑到为了符合安规标准，EMC性能。首先，要考虑变压器骨架的绕线宽度，变压器为了符合安规中的爬电就离要求，一般都要在绕组边上加3mm的挡墙，那么这就缩小了变压器骨架的可用绕线宽度；而如果不加挡墙的话，就需要使用三重绝缘线，而三重绝缘线的外径一般比内部的铜线直径大0.2mm，那么，同样的窗口面积，绕线的匝数相当于减少了。

    其次，要考虑变压器骨架的槽深，有时为了EMC，需要在变压器内部加入屏蔽层，有些用细线绕，有的用铜箔绕，这些绕组无疑会增加绕组的层数，也就是说可用于绕制变压器其他绕组的槽深就减少了。

    择变压器要考虑到绕组装配工艺的影响

    很多的工程师在设计变压器的时候，没有考虑到装配工艺，往往会出现这样的情况：变压器计算好之后，把参数发给变压器厂做样；然后，变压器厂工程师打电话说绕不下，磁芯太紧，不好装配，不利于量产；最后不得不修改变压器参数；这样无疑会延缓项目的进度。所以在设计之初，我们就要考虑到变压器磁芯窗口的误差，以及绕线工艺、绝缘TAPE的厚度等因素，这些因素都会影响变压器的装配；我们在计算时应该对这些因素给予充分考虑，留有一定的余量。

    变压器的绕制方法与注意事项

    普通分层绕法：

    一般的单输出电源，变压器分为3个绕组，初级绕组Np,次级绕组Ns,辅助电源绕组Nb；当实用普通分层绕法时，绕制的顺序是：Np--Ns--Nb，当然也有的是采用Nb--Ns--Np的绕法，但不常用。

    此种绕法工艺简单，易于控制磁芯的各种参数，一致性较好，绕线成本低，适用于大批量的生产，但漏感稍大，故适用于对漏感不敏感的小功率场合，一般功率小于10W的电源中普遍实用这种绕法

    三明治绕法

    三明治绕法久负盛名，几乎每个做电源的人都知道这种绕法，但真正对三明治绕法做过深入研究的人，应该不多。相信很多人都吃过三明治，就是两层面包中间夹一层奶油。顾名思义，三明治绕法就是两层夹一层的绕法。由于被夹在中间的绕组不同，三明治又分为两种绕法：初级夹次级，次级夹初级。先来看第一种，初级夹次级的绕法（也叫初级平均绕法）

    如上图，顺序为Np/2,Ns,Np/2,Nb，此种绕法有量大优点，由于增加了初次级的有效耦合面积，可以极大的减少变压器的漏感，而减少漏感带来的好处是显而易见的：漏感引起的电压尖峰会降低，这就使MOSFET的电压应力降低，同时，由MOSFET与散热片引起的共模干扰电流也可以降低，从而改善EMI；由于在初级中间加入了一个次级绕组，所以减少了变压器初级的层间分布电容，而层间电容的减少，就会使电路中的寄生振荡减少，同样可以降低MOSFET与次级整流管的电压电流应力，改善EMI。

    第二种，次级夹初级的绕法（也叫次级平均绕法）

     如上图，顺序为Ns/2,Np,Ns/2,Nb。当输出是低压大电流时，一般采用此种绕法，其优点有二：

    1、可以有效降低铜损引起的温升：由于输出是低压大电流，故铜损对导线的长度较为敏感，绕在内侧的Ns/2可以有效较少绕线长度，从而降低此Ns/2绕组的铜损及发热。外层的Ns/2虽说绕线相对较长，但是基本上是在变压器的外层，散热良好故温度也不会太高。

    2、可以减少初级耦合至变压器磁芯高频干扰。由于初级远离磁芯，次级电压低，故引起的高频干扰小。

    我们大家来进一步深入讨论下这个三明治绕发对EMI的影响。首先，我们来看初级夹次级的绕法，我们知道，变压器的初级由于电压较高，所以绕组较多，一般要超过2层，有时甚至达到4-5层，这就给变压器带来一个分布参数---层间电容，形成原理相信大家都清楚，我就不多解释了。当MOSFET关断的时候，变压器的漏感与MOSFET的结电容以及变压器的层间电容会产生振动，幅度达到几十甚至超过一百V，这对MOSFET与EMI来说都是不允许的，所以，我们增加RCD吸收来抑制这个振荡，达到保护MOSFET与改善EMI的目的。

    上图即为反激电源MOSFET的Vds波形

    从这个角度来说，三明治绕法是可以在一定程度上改善EMI。从另外一个角度来说，三明治绕法确实是增加了初次级的耦合面积，减少了漏感，同时又使初次级的耦合电容增加了；当开关管反复开关时，电容也会反复充放电，也就是说会引起振荡，此振荡正比于开关频率，会对EMI产生不利的影响。