变压器材料及使用.doc

變壓器材料及使用 變壓器是由線架(BOBBIN),銅線(WIRE),絕緣膠布(TAPE),及鐵芯CORE)四個最基本的材料組成.但作業中依各戶設計要求還及到許多其它材料,如套管,銅皮,引線等等.現將常用到的一些材料作些簡單介紹說明.一: BOBBIN(線架) 1:腳位的算法 A,一般而言,BOBBIN正放置(PIN朝下),左下腳為第一PIN,然后順時針方向算,大部分的制造廠家都會在PIN1上有所區別. A ,斜角(圖1) b,凹溝(圖2) (圖1) (圖2) 12345678555535C,不同pitch pin距(圖3) d,直接在PIN旁標上數字(圖4)55 (圖3) (圖4)E,BOBBIN頂端有一凸點,其相對應底下為PIN1(圖5) (圖5) (圖6) F,兩旁PIN數有相同,例如:一邊4PIN,一邊5PIN(圖6),也有少部份BOBBIN沒有任何可資區別的,在此情況下,繞線前先將空BOBBIN選擇同一方向打(白或黑)點以資區別,打點的方式,有的是打在PIN例,有的是打在頂端(客戶插件時容易區別).當然客戶在設計時會注意到防保措施,把不用的空PIN,選擇不對稱的拔除,PC板相對位置不鑽孔,插件時插不進去,以防插錯方向,燒掉電路板.B.EP型BOBBIN有兩種算法A,一般性順時針算法. B,並算 1234567812345678 (圖7) (圖8)*在使用EP BOBBIN時需特別注意客戶規格書中標示腳位算法C,例外 A,客戶有知道bobbin的習慣算法,只依有纏線的pin標1,2,3有的從左算,有的從右算,此種規格應特別注意與實際的boobin相對照,並在作業指導書上轉換為公認算法,以免廠內生產線困擾或弄錯. B,矽鋼片bobbin腳位算法依spec上標示,其引出線部分. C特殊產品pin位不規則,以客戶pin位為準.2. bobbin屬性 bobbin屬塑膠材料,高分子有機化合物,可自由成形的物體,其塑材料分兩大類.加熱 熱 (1) 熱塑性塑膠加熱 熱 冷卻 熱 固體 熔融 固化(可反覆使用) 熱塑性特點(a)較易成型 (b)原料可回收 (c)顏色可自由選擇 (d)成品設計上較自由 (e)機械韌性較佳 (f)不能耐高溫冷卻 熱 加熱 熱 冷卻 熱 (2) 熱固性塑膠固體 熔融 固化(不可反覆使用) 熱固性塑膠特點(a)耐熱性高 (b)低熱膨脹系數 (c)絕緣性能良好,模溫175195 (d)機械強度較佳*此些塑膠生產的bobbin型狀類別有:EE.EI.ER.ET.EPC.EF.EL.SMD等系列,還有BASE.CASE等系列.3,BOBBIN材質及各材質塑膠物性比較.(1) 目前常用的材質有下列數種:電木(phenolic).PET.PBT.LCP.尼龍(NYLON).尼龍加玻璃纖維(NYLON,GLASS FIBER )(a), 電木(phenolic) *每個國家每一家電木粉的制造商都有不同的編號. 例如: 住友電木粉有pm-9820 pm-9630 長春電木粉有T373 T357 T375 杜邦有 RE9087*每一種電木粉有不同的耐熱性,流注性,含水性.等.以用的最多的長春電木粉而言:流注性:T373(好) T357 T375 耐熱性:T375(好) T357 T373含水性:T375(少) T357 T373*因此當某些高品質客戶把變壓拿去做環境實驗(可靠度實驗)時,會指定必須使用某種電木粉射出成型的BOBBIN時,應依客戶的要求,並告訴業務部重新報價.B,PET BOBBIN 例如 杜邦:FR530. 奇異:420-SE0 *此類BOBBIN不耐溫,高溫鍍錫后,PIN會移位,整PIN時很困難調整PIN距,此類BOBBIN可以從外表很輕易看出,從BOBBIN下緣插PIN處可以看出.電木粉材質或尼龍材質 留有气洞可看到插PIN 部分為PET或PBTC.PBT BOBBIN *基本上與PET相似,更不耐熱/D,尼龍NY-66 BOBBIN *此類BOBBIN用在矽(鎳)鋼片較多,此類BOBBN很很軟,繞線時容易變形.E.尼龍加玻璃 *加上玻璃纖維后硬度.耐熱性均增加,此類BOBBIN一般價格較高. 各種材質塑膠特性比較表性能單位PBTPETNYLON4/6MYLON-66PCTPPSLCPIE6006LCPIE5008LCPE4008LPHENOLPM9820PHENOLPM9630PHENOLLTLT37LT373玻璃纖維含有率 _GF30%GF30%GF30%GF30%GF30%GF40%GF30%GF40%GF40%GF30%GF30%比重 _ 1.5 1.69 1.68 1.59 1.62 1.65 1.61 1.69 1.70 1.45 1.82 1.41吸水率 % 0.07 0.04 0.9 0.4 0.06 0.02 0.02 0.02 0.020.0250.0150.025拉伸強度Kg/cm2120019601200135014501700113016701420伸長率 % 3 2 3.5 5 1.8 1.5 4.8 5 5 7 8 7彎曲強度Kg/cm2190022801900200020002500130015601420熱變形溫度 205 226 290 255 250 270 284 335 313 200 235 170線膨脹系數Cm/cm 10-5 3 2.34 2.5 2.2 2 0.1 0.1 0.5 0.3 0.7耐電弧性 Sec 150 127 130 150 130 128 130 125 180 125衛擊強度Kg/cm2104 8.5 13 12.5 7 7 9 14 53 12 20 14熔點 225 295 265 282連續最使用溫度 120 130 110 200 200 260 200 220 240 190耐燃性(94V-0)0.8m/m 0.3m/m0.3m/m 0.3m/m0.3m/m0.43m/m0.51m/m2.0m/mF,LCP液晶塑膠 *不同規格LCP液晶塑膠都有著優異的耐熱性能,其熱變形溫度高達280335,UL連續使用溫度200260,而焊錫耐熱溫度300/6秒340/6秒. *0.3mm肉厚達到94V-0防火等級.(不添加耐燃劑) *即使在高溫環境下仍有很高的機械特性. *优越的抗化學性,幾乎沒有任何有機溶劑可以解SUMIKASUPER LCP *低吸濕性,低線膨脹系數,成型模收縮率小,所以尺寸安定性極佳. *固化速度快,沒有毛邊困撓.4,BOBBIN的選擇 *一般變壓器廠錫爐溫度很高420以上,為了減低鍍錫后PIN移位,除非萬不得已找不到求尺寸的電木BOBBIN才選用PBT(或PET).使用PBT BOBBIN時,應告訴生產線,纏PIN高度如果不會超過STAND OFF時纏線不要壓到最低下,以免鍍錫時漆包線陷下去無法吃錫,為了要使漆包線完全吃錫,延長鍍錫時間而使PIN移位變形惡化. *選擇PIN距,排距必須符合SPEC要求,並注意尺寸必須與鐵心配合臂長,積厚等. *在尺寸許可的范圍內,盡時選擇繞線度略大者,以免布線會有一圈不下去的問題. *BOBBIN的選擇另需注意安規上的要求. 例如: 94V-0或 94V-1 *UL安規重點在於防火,目前市面上;常把BOBBIN厚度用來決定94V等級.二,漆包線 MAGNET WIRE 變壓器或電感器必須使用絕緣漆線來繞制,因此降須了解漆包線的絕緣種類,耐溫等級,符合各種安規的要求,線徑尺寸,進而了解能否承受負載電流,設計的變壓器寸圈數能否容納.1,由於各漆包線制造商對絕緣材質的命名並不一致,往往要參閱各廠商的型錄,茲將常用的漆包線名稱列出: UEW:POLYURETHANE ENAMELLED WIRE 聚胺基甲酸脂漆包銅線 本產品其億廠商稱DD(太平洋),SF.BW為類似產品(榮星) UEWY:UEW漆包線最外層再加COATING一層NYKON,亦有標示UEW-NY,本產品鞭其它廠商稱DDNY(太平洋),SF.BY為類似產品(榮星). PEW:POLYESTER ENAMELLED COPER WIRE 聚酯漆包銅線.其他廠家稱SS-F太平洋.PEW-NY:即PEW漆包線的最外層再加COATING一層尼龍(NYLON)此類標示法有PEWN,PEWYPVF:POLYVINYL FORMAL ENAMELLED WIRE 聚乙烯醇縮甲醛漆包線此線耐溫只105,目前已不適用.EIW:POLYESTERIMIDE ENAMELLED WIRE聚亞胺醯胺聚酯漆包線其他廠 稱為 EAIW(大亞).APTZ:ARNIRED POLY-THERMALEZE BONDEZE CLASS H以上使用由於變壓器設計耐溫等級越高,如：UEW,UEYW具有直焊性外,其他種漆包線需剝漆后才能鍍錫,實不利於生產作業,因此,漆包線制造廠商開發出CLASS F級具有直焊性之漆包線,列舉如下: 太平洋:SS-TF(CLASS F),高溫直焊性 榮星:SFFLW(CLASS F) 大亞:SPEH (CLASS F) 台一:(CLASS F)高溫直焊性其他不常用到的自融線: UEW-SB(大亞)CLASS A. FBW-E(台一) CLASS A FBW-B(台一)CLASS B2.漆包FBW-F(台一)CLASS FDD-B(太平洋)CLASS B需標明自融線DDNY-B(太平洋)CLASS B需標明自融線LOCK(榮星)CLAS B銅線耐熱分類表漆膜規格PVFUEWPEW(F)PEWHHAIAIW溫度指數105 130155180200220溫度等級ABFHNCA 美規線最厚的是: QUAD TRIPLE HEAVY 最薄的是: SINGLE 美規線都是最外層COATING NYLON 習慣上簡稱:QPN,TPN,HPN,SPNB.厘米制線(台灣 日本 JIS) 依COATING漆包線最厚: 0種(四層) 1種(三層) 2種(二層) 最薄: 3種(一層) 漆包膜的等效可參考下列代用標準: TPN-0UEW+NY HPN-1UEW+NY SPN-2UEW+NY3.線徑A. 美規線以號碼來編,例如:AWG#38號,AWG#24 大小從AWG#0000AWG#1AWG#50,即AWG#50最小B. 厘米制線,直接以裸徑大小標示,例如:2.0mm.1.0mm.0.025mm整個完成外徑的大小,依線種的COATING漆包膜厚度而定.*AWG(BS);SWG;mm裸徑尺寸請自行參考各型綠.4.漆包線顏色 CAOTING的材料可以很輕易的加上顏色,而使漆包線有紅色,綠色,藍色,黑色,白色等,而未加顏色的線稱為本色(或金色.自然色線).習慣上不標或標N,標示方法為:本色線(N)紅色(R),綠色(G),藍色(B). 例如: 2UEW 0.25(N) 2UEW 0.30(N) 事實上加上顏色漆包膜因化學變化后變得比校容易破裂脫落, 尤其紅色線,很多客戶不喜歡顏色並非沒有道理, 尤其日本客戶最不喜歡紅色線.價格上以N及R較為便宜且易取得.5.應用A. 穿TOROID CORE線圈(圓型鐵心)要用加NYLIN COATING的漆包線.B. 必須使用客戶SPEC規定的溫度等級,例如:CLASS F的產品,不能用UEW的線去繞制.C. 若要以1UEW的線去代2UEW的線去繞制變壓器,必須考慮到BUILDING,即線包是否會太胖.D,線徑的代用,原則上以粗一點點的線徑去代用細一點點的線徑,有可相差太大,代用心須考慮到DCR是否合乎客戶的要求.6,其他用線A. STRAND WIRE(多股絞線):依客戶規格,線種,線徑,股數去絞線. 例如: 2UEW 0.1*20P 多股絞線不宜絞太緊,以免漆包膜龜裂,其絞數/英寸依客戶要求,若無要求則依一般絞數.(依線徑*股數,有一般性計算公式,廠商會自行調整).B. LITZ WIRE(多股編織線):嚴格區分LITZ WIRE有一定比例股數,但現大多已不分,把STRAND WIRE都當做LITZ WIRE稱呼.C. USTC(絲包線)很細的多股線外加絲線被覆或多股線中加一條絲線.以增加強度,不易被拉斷.目前有些客戶用絲包絲,但又含浸凡立水,失去用絲包絲的意義.D. TEX-E線此為日本古河電工開發出來的一種三層絕緣線,它的漆包漠厚度是一般2UEW的35倍,可承受較高絕緣破壞電壓,因此經UL認可,用在初級時,與次間可以省略檔牆膠布.目前,已生產的線徑0.02.1.0,該線在安規上溫度等級原為CLASS E(120)但目前在CLASS B的產品上也有人使有.使用該機種TEX-E線鍍錫是一個比較困難的問題,因為它三層絕緣要完全吃錫需絞長的時間,在吃錫點上的絕緣漆會呈現枯黃的現象,影響外觀.及耐壓不良,故作業時,需剝漆或預焊.(最好在進出線加套管作業).E. PVC線一般用在電源變壓器的連接線,經美規線徑編號,為取其有柔軟性,PVC被覆內大部都為多股線,很少用單心線.PVC線分類UL STYLE #1007:80 300V #1015:105 600V #1430:105 300V VW-1 #1431: 105 600V VW-1引線長度表示方法(兩端有剝頭) 例如:(單位mm) 10 250 8 UL1015 AWG#18 250*10*8 BLACK三.銅箔COPPER FOIL 一般習慣上稱銅皮,在客戶SPEC上往往出現CU PLATE等字樣,指的也是銅皮.1. 銅皮的作用A. 銅皮在變壓器中,用來當屏蔽(SHIELD)及大電流的繞組. B. 銅皮未焊引出線或只焊一端引出線,用來當屏蔽,若二端均焊引出線用來當繞組C.銅皮在使用上有的會背膠布,膠布反折的寬度多少,視客戶的規范及安規上的需求而定.D.,銅皮厚t =0.2mm以上者,二端應裁剪成圓弧型,以防銳角刺破膠布造成短路,而銅皮二端截面都要用膠布包住,以防短路.E,銅皮焊接引線不可空焊或冷焊,最好焊好后用鐵錘輕敲一下,把焊點錫尖敲平,以防焊點刺破布造成短路，但此焊點不可用鐵錘大力敲打,以避免裂錫.F,銅皮焊點貼#10膠布一層或二層,但客戶有指定貼#44膠布時,依客戶指定.2. 銅皮的厚度一般而言,銅皮厚以1MIL為單位,例如1MIL=0.0254mm,有些客戶SPEC上會出現t =0.03mm者,可使用0.0254mm的銅皮. 廠內常碰到一個問題,銅皮的厚度可不可代用,應該是不可代用,普遍的人認識不足,好象有厚一點的就是好,其實是不正確的觀念3,銅箔材銅箔的主要成份是銅占99.98%,銅箔根據硬度不同要分為O,H材,H又可分為1/4H,1/3H,3/4H,H其中O材最軟,作業方便,H材最硬,作業較困難.在繞組上盡量用軟材,但若為鐵芯外包銅箔,且銅箔上需外包膠布時,應使用硬銅箔.四.套管 TUBE 變壓器使用套管的目的,在于增加初級線圈次級線之間的絕緣,以符合安規的要求,或飛線跨線到其它元件,接到PCB上使用,或INDUCTOR與其它無件之間的絕緣使用.(在安規中TUBE變有增加沿面距離作用)1. 套管的種類TEFLON TUBE 鐵弗龍套管,亦稱PTFE套管,耐溫260,CLASS C等級. SILICON TUBE 矽質套管,耐溫180,CLASS H等級.SILICON GLASS FIBER TUBE矽質玻璃纖維套管RUBBER TUBE 橡膠套管HEAT-SHRINK TUBE 熱縮套管PVC TUBE 氯化憶烯2. 套管大小稱呼A. TEFLON TUBE以美規線徑號碼稱呼例如:AWG#22 AWG#23 AWG#28 TEFLON TUBE其壁厚分薄型(L),標準型(T),加厚型(S).工廠習慣用L(薄)型,它比較好作業,且同號之外徑亦比T型,S型小,但客戶基于安規要求,指定要用S(厚)型時,應依SPEC要求. L型耐電壓可達3600V,UL認可的電壓150V T型耐電壓可達7200V,UL認可的電壓300V S型耐電壓可達12000V,UL認查的電壓600VB. 矽質,橡膠套管均以內徑稱呼,如:1.0,1.5.2.等,一般壁為0.4mm,及0.45mm二種.C. 熱縮套管,以內徑稱呼之,如3.0,5.0.1.0.等熱縮套管的收縮以橫向(即寬度)收縮為主,其收縮比率為50%以上,其長度的收縮率很小10%以下. 熱縮套管分150,125及105三種,一般使用125以利烘烤或熱風機吹縮.其熱收縮溫度為90115. 熱縮套管已開發出環保縮套管,將來盡量使用環保熱縮套管.(需考慮價格)D. PVC套管,價格便宜,耐熱性不佳,只達105,已漸漸不被采用,PVC熱縮套管亦較少采用.*SILICON&TEFION TUBE一般比較常用於線圈內部,而PVC&H.S TUBE則常用在線圈外部之固定.*TUBE的選用原則是:a.必須是安規(UL)認証合格品 b.依據客人要求的絕緣等級,之UL絕系統 (INSUL ATION SVSTEM)指定的材料來選用五.膠布TAPE 在變壓器中,膠布用來層間絕緣,或線圈之安規沿面距離控制,或固定位置,或固定鐵芯等用.1. 膠布的構造大部分電器膠帶的基本結構,主要包括背面處理(分離涂層)/基材/底膠(涂底劑)/黏等部分(如下圖所示),依照不同的使用止的,選擇不同之材料,利用黏著之物性及背面處理,離型劑,底膠等各種黏著技術之配合,制造良好之膠帶產品 分離涂層(Release Coaring)s 帶基/基材(Backing) 涂底劑(Primcr Coating) 黏劑(ADHESIVE) 黏性膠帶貼在被著體,為了使黏著劑不會列留在對方,而干凈的剝離,黏著劑之物性構造必須有以下力的關系(如圖) 初期黏著力TACK黏著力ADHESION凝集力COHESION600V PLC=0 400VCTI II600V PLC=1175VCTI III a400V PLC=2 100VCTI IIII b175V PLC=3*CTI是評估電器絕緣材料的指數,是以數化值定義耐電痕破壞效率,是依據IEC 112測試標準條下,對於各種電氣絕緣材料電痕效應的比較及評定. 5. 膠布的物性常用的一些膠帶物性比較表編號基材膠黏劑耐溫等級厚度(mils/mm)耐電壓Cti物組合#10環氧薄膜A1303.5/0.095000I#92聚酸亞胺薄膜ST1803.0/0.087500I#62鐵弗龍薄膜ST1803.5/0.099500I#56聚酯薄膜RT1302.5/0.065500I#1318聚酯薄膜A1302.5/0.065500I#1350Y聚酯薄A1302.5/0.063.3/0.0855007500IIIIIa#1350W聚酯薄A1302.5/0.063.3/0.0855007500IIIIIa#38紙帶RT1059.5/0.242000I#44聚脂復合膜RT1305.5/0.145500I#27玻璃布RT1307.0/0.183000I#69玻璃布ST1807.0/0.183500I#28醋酸酯布RT1058.0/0.23500I#1339強化纖維帶A1306.5/0.175500I6膠布寬度問題及使用 a,原則上絕緣膠布幅寬小數點以下以0或0.5為單位,例如: 6.06.5,7.0,7.515.0,15.5,23.0,23.5絕緣膠布的寬度BOBBIN,繞線幅寬因包絕緣膠布有一個拉力,實用上以大於BOBBIN幅寬0.5mm,當線包很胖,外層膠布寬度大於1.0mm以避免漆包線或檔牆外露.b.檔牆膠布 檔牆膠布的寬度要依spec所規定之寬度,這牽涉到安規的沿面距離(CREEPAGE DISTANCE),廠商能提供的尺寸,在W=3.2mm以上可接受0.2mm公差,但日本客戶要求+0.3-0,亦即檔牆膠布SPEC規定3.2mm時,只能選用3.23.5mm,不可用3.1mm以下者. 大家所認識的是檔牆膠布只要寬度夠,繞線時不會翹起就好,事實上並不僅然,每一家制造廠商的材質,原料有差異,如果客戶拿產品去做雷擊實驗時,大概只有少數三,二家的檔牆膠布可使用,因此送樣后(或第一批出貨后),客戶特別要求使用某一家檔牆膠布有要懷疑. *使用于線圈及變壓器的膠帶均必須UL認証合格. *膠帶的種類或材質選用及替代均必須依照:材質,溫度,厚度,絕緣系統之種 類的原則去分析判斷. *基本上必須依照絕緣結構之溫度等級去使用膠帶的種類.三.鐵心CORE 在變壓器上,鐵心可以說是變壓器的心藏,鐵芯供給二側線圈共同的磁,路用以產生電磁感應的作用,鐵芯隨材質不同,會有不同導磁麼數或磁化力及鐵損(鐵損不僅是存在於矽鋼片,FERRITE CORE一樣有鐵損). CORE利用其導磁特性,產生電感量,達到儲能目的. CORE是變壓器等磁性元件上,有可缺的一環.1. 鐵芯的磁路 所以在變壓器參數的計算上都用到鐵芯的有效截面積,(Ae)及磁路長(Le)是影響選用CORE的主要因數,如圈數,電感等值之考慮. 例如: EE CORE