2017.03.09 AC / DC

設計絕緣型返馳式轉換器電路:設計變壓器(設計構造)-之1

採用AC / DC PWM方式的返馳式轉換器設計方法

在算出前項的數值後,接著進入設計變壓器T1構造的階段。對平時只有設計電子零件的人們來說,組合鐵芯和線軸,線圈,且必須具備經驗法則的設計變壓器,簡直就像是異世界一樣。而且,變壓器是電源設計,尤其是AC / DC轉換器,絕緣轉換器非常重要的零件,因此至少要理解其步驟和進行討論。

依下列順序設計變壓器T1的構造。

本節”之1”將說明①~④,下一節”之2”則說明⑤~⑦。

①決定線軸

線軸如圖所示,分成直立式和橫式(有的因為鐵芯尺寸,只能選擇其中一種)。依照高度和安裝面積來決定使用哪一種。

另外,引腳數也是考量因素之一。表格內是利用計算數值項目所計算出來的圈數。我們選擇只捲繞表格線圈數的引腳數。

6 a_bobin

②確認有效捲軸

接着，从线轴的规格来取得有效卷轴。红色箭头所指的图片斜线部分，是实际上能够卷覆线圈的区域。这个区域会因为线轴而异，因此请利用所用线轴的图面仔细确认。

6 a_bobin_fig 6 a_bobin_photo

照片是實物,紅色箭頭部分為有效捲軸。此次選擇的鐵芯,JFE EER28.5為J = 16.6毫米,H = 4毫米。

③決定線圈構造

線圈構造會對變壓器特性造成很大的影響。在此將介紹2種構造。

<簡易構造>

<三明治卷构成>

左侧是最为简单的构造。层数少具有成本优势，但各线圈只有1层，连卷数多达34圈的Np个线圈排成1列都无法整个包住，必须排成2列和3列，造成连结度不佳。
引脚数单侧4个即可。此一构造适合用在输出功率小，以及限制线轴引脚数单侧4个的时候。

右側是稱為三明治捲的構造,利用一次側線圈Np1和Np2包夾其他線圈,能提升一次側線圈和其他線圈的連結度。但由於層數增加,捲軸厚度必須跟著增加,造成線圈引腳數最少單側5個。

其實線圈構造並沒有所謂正確的答案。追加其他特性時,應該花費一些時間試作,實際演練,在基本配線上安裝其他零件,組成電路,並且一邊確認特性,一邊找出最適合的構造。

④沿面距离和绝缘胶带

考量符合安全規範時,必須根據變壓器一次側——二次側之間的沿面距離,確保絕緣無虞。沿面距離根據運轉電壓,使用環境污染程度,所使用的材料來決定。使用絕緣膠帶亦是確保沿面距離的方法之一。

在变压器T1符合安全规范IEC60950的前提下，算出下述条件的沿面距离。

※此、次設計的輸入電壓約270 v,因此能從規範區段的250 v和300 v進行線性插補。

從250 v: 2.5毫米,300 v: 3.2毫米
270V变成2.78毫米，取整数为3毫米。
加强绝缘为2倍的6毫米。

※使用直立式线轴时，上部并无延长线，因此沿面距离可以为1 / 2,3mm。

出現多個和規範相關的用語,在此僅概略述說一下。詳細內容請參照規範資料。

以污染度和CTI值決定沿面距離。

污染度(污染程度)以使用機器的場所內,空氣中灰塵等污染的狀況來分,共分成1 ~ 4程度。
- 污染度1:無污染或只產生乾燥,無法導電的污染。此種污染無任何影響。例如無塵室等場所內乾淨的空氣。
- 污染度2:只產生一般,無法導電的污染。但可能因為濃縮暫時能夠導電。例如控制箱內的電子機器,以及使用家電,事務機的場所。
- 污染度3:會產生具導電性的污染,或預期可能因為濃縮,而能夠導電的乾燥,非導電性污染。例加一般工廠內的環境。
- 污染度4：污染为具导电性的尘埃，或者会因为雨，雪等而持续导电的物质例如室外等的环境。
CTI（对比痕指数）比较留痕指数
- 氯化銨0.1%的溶液以30年代的速度滴1滴下,50滴後,都不會出現痕跡的最大電壓即為CTI值。
- 根据CTI值分类成形材料（IEC 60664-1）
  材料群Ⅰ:CTI600以上
  材料群Ⅱ：CTI400以上600以下
  材料群Ⅲa: CTI175以上以400下
  材料群Ⅲb: CTI100以上以175下
※Ⅲa、的線軸材料為一般常用的PM9820 /住友胶木(苯酚)且CTI < 400

接下來請接續”設計絕緣型返馳式轉換器電路:設計變壓器(設計構造)之2”。

・計算出數值後,進入具體設計變壓器構造的階段。

・計算出數值後,若能大略設計出構造,可望在變壓器廠商等的協助下,設計出最終版本。