开关电源变压器绕组线圈

开关电源变压器绕组线圈第1页，课件共19页，创作于2023年2月2气隙磁芯线圈磁场xH0llavlg因为忽略磁芯磁压降xa气隙磁场强度第2页，课件共19页，创作于2023年2月3高频电流流过单导线时集肤效应高频电流流过导体，电流产生的高频交变磁通在导体内产生高频涡流，使得导体内从中心到外表电流分布不均，表面电流密度大，中心电流密度小－集肤效应。集肤深度：J0.3681.000Δ20度和100度铜导线Δ分别为第3页，课件共19页，创作于2023年2月4集肤效应的结果减少了导体有效截面积，导线电阻增大，增加了交流损耗。以圆导线为例，交流电阻增加的倍数：低频时，FR近似等于1,导线损耗为I－电流有效值；高频时导线损耗：

Idc－电流平均值，即直流分量；

－交流分量电流有效值；Rac=RdcFR第4页，课件共19页，创作于2023年2月5变压器的漏感概念abclHxH1磁场存储能量磁场也可以表示为或x第5页，课件共19页，创作于2023年2月6减少漏感的措施较少的匝数N，宽窗口l，较小窗口高度。分段线圈，‘三明治’安排。但有限制。(a)(b)(c)(d)普通磁芯(e)(f)(g)平面磁芯第6页，课件共19页，创作于2023年2月7相邻高频线圈中的涡流－临近效应相反方向电流相同方向电流IAIAIBIBφBφAφBφA电流趋向内表面电流趋向外表面第7页，课件共19页，创作于2023年2月8多层线圈的临近效应HxH1++++++++++++++++电流趋向内表面第一层在内表面流通，第二层导线中间没有电流，也没有磁场，因此在第二层外表面必须与第一层内表面相同电流的涡流，因此第二层内表面两倍外表面电流。如果有第三层，……第8页，课件共19页，创作于2023年2月9根据集肤深度第一层交流电阻为Rac1=FR1Rdc交流损耗第二层交流电阻：FR2=5第二层交流损耗多层中损耗与电流平方成正比，相当于电阻增加。第n层为n层线圈总交流电阻增加的倍数第9页，课件共19页，创作于2023年2月10h=0.86d直径d的圆导线铜带带厚D层数pDowell曲线第10页，课件共19页，创作于2023年2月11减少交流电阻方法减少层数：采用分段交错绕。与减少漏感是一致的。采用多股绞线－利兹线。但是多股绞线的单股直径仅小于2Δ是远远不够的。当采用利兹线或铜带时，一般应当做到FR接近1.6就可以了。Dowell曲线是正弦波电流结果，开关电源中非正弦高频电流引起的损耗更大。工程上只是近似计算，最终由温升决定。第11页，课件共19页，创作于2023年2月12线圈设计举例：

初级电流中值Ia＝20A，占空度为D＝0.5，工作频率为90kHz，共10匝。磁芯窗口宽度l=24mm.选择导线尺寸。

TonTIa

直流分量Idc=DIa=10A总有效值I＝

交流分量选择电流密度j=4A/mm2，需要的导线截面积

根据导线截面积，导线有多种选择：单股圆导线，2Δ多股线，利兹线和铜带，希望最小的铜损耗。第12页，课件共19页，创作于2023年2月13采用单股圆导线，裸线直径d=1.8mm,带漆直径d=1.92mm,90kHz集肤深度Δ＝0.254mm。Q＝5.7、单层，由Dowell曲线查得FR＝5.7,即交流电阻比直流电阻大5.7倍。前面计算直流分量与交流分量相等，交流电阻比直流大5.7倍，交流损耗太大，不能接受，试试采用d<2Δ=0.508mm。我们采用d=0.47mm第13页，课件共19页，创作于2023年2月14直径d=0.47mm的圆导线，截面积A=0.159mm2，2.5mm2需要约16股，绞线。16股绞线相当于4×4，4层和计算出Q＝1.38，从Dowell曲线查得FR＝8。比单股交流电阻还大。层数增加交流电阻增加，比面积增加使得电阻减少影响更大。选择利兹线：0.18×100，相当于10×10，10层，Q＝0.57,查得FR＝1.9。这比16股好多了，但还比较大，有两个办法：选择单股更细的导线，或股数更多的更细导线。第14页，课件共19页，创作于2023年2月15选择铜带：

采用宽度b=20mm，厚0.125mm，10匝

即10层。Q＝0.125/0.254=0.5查得FR＝1.7,如果取厚度0.1mm，直流电阻增加20%，Q由0.5减少到0.4,FR由1.7减少到1.3，交流电阻减少24%。本例中交流分量有效值与直流相等，总损耗下降，体积也减少。

如果将初级分成两段，将次级夹在中间，相当于5层，FR＝1.2

如果前面的利兹线，50×0.18,将次级夹在中间，相当于7层，Q＝0.57，FR＝1.6

第15页，课件共19页，创作于2023年2月16线圈损耗线圈的交流损耗与直流损耗

直流电阻交流电阻直流损耗交流损耗线圈损耗第16页，课件共19页，创作于2023年2月17被动损耗1.电磁屏蔽Δ/32.不工作线圈合理安排线圈3.外屏蔽中柱气隙4.气隙边缘磁通a.分段气隙；b.磁粉芯气隙；c.避开气隙；d.反激变压器；交流滤波电感N11N21N22N12第17页，课件共19页，创作于2023年2月18线圈绝缘：Tmax有7个等级Y－95℃,A－105℃,E－120℃,B－130℃,F－155℃,H－180℃,C－>180℃

温升：ΔT=Tmax-Ta温升测量：