单片开关电源高频变压器的设计要点

三重绝缘线（Triple Insulated Wire）是近年来国际上新开发的一种高性能绝缘导线。这种导线有三个绝缘层，中间是芯线。其绝缘层是呈金黄色的聚酰胺薄膜，国外称之为“黄金薄膜”，绝缘层的总厚度仅为20～100μm，却可承受数kV的脉冲高压；三重绝缘线适用于尖端技术、国防领域，制作微型电机绕组、小型化开关电源的高频变压器绕组。其优点是绝缘强度高（任何两层之间均可承受AC 3000V的安全电压），不需要加阻挡层以保证安全边距，也不用在级间绕绝缘胶带层；电流密度大。用它绕制的高频变压器，比用漆包线绕制的体积可减小一半。高频变压器的一种优化设计方案是用普通高强度漆包线绕制初级和反馈级，而用三重绝缘线绕制次级。这样可使漏感量大为减小，高频变压器的体积能减小1/2～1/3。

3.2 绕组排列

为减小漏感，绕组应按同心方式排列，如图2所示。图2（a）中次级采用三重绝缘线绕制；图2（b）中全部用漆包线绕制，但须留出安全边距，且在次级绕组与反馈绕组之间加上强化绝缘层。对于多路输出的开关电源，输出功率最大的那个次级绕组应靠近初级，以增加耦合，减小磁场泄漏。当次级匝数很少时，为了增加与初级的耦合，宜采用多股线平行并绕方式均匀分布在整个骨架上，以增加覆盖面积。在条件允许的情况下，用箔绕组作为次级也是增加耦合的一种好办法。

（ a） 次 级 用 三 重 绝 缘 线

（ b） 全 部 用 漆 包 线

图 2 绕 组 的 排 列 方 式

在开关电源的工作过程中，绕组的分布电容反复被充、放电，其上的能量都被吸收掉了。分布电容不仅使电源效率降低，它还与绕组的分布电感构成LC振荡器，会产生振铃噪声。初级绕组分布电容的影响尤为显著。为减小分布电容，应尽量减小每匝导线的长度，并将初级绕组的始端接漏极，利用一部分初级绕组起到屏蔽作用，减小相邻绕组的耦合程度。

4 抑制高频变压器音频噪声

4.1 抑制高频变压器的音频噪声

高频变压器EE或EI型磁芯之间的吸引力，能使两个磁芯发生位移；绕组电流相互间的引力或斥力，也 能 使 线 圈 产 生 偏 移 。 此 外 ， 受 机 械 振 动 时 能 导 致 周 期 性 的 形 变 。 上 述 因 素 均 会 使 高 频 变 压 器 在 工 作 时 发 出 音 频 噪 声 。10 W以 下 单 片 开 关 电 源 的 音 频 噪 声 频 率 ， 约 为 10 kHz～ 20 kHz。

为防止磁芯之间产生相对位移，通常以环氧树脂作胶合剂，将两个磁芯的3个接触面（含中心柱）进行粘接。但这种刚性连接方式的效果并不理想。因为这无法将音频噪声减至最低，况且胶合剂过多，磁芯在受机械应力时还容易折断。国外最近采用一种特殊的“玻璃珠”（glass beads）胶合剂，来粘合EE、EI等类型的铁氧体磁芯，效果甚佳。这种胶合剂是把玻璃珠和胶着物按照1：9的比例配制而成的混合物，它在100℃以上的温度环境中放置1h即可固化。其作用与滚珠轴承有某种相似之处，固化后每个磁芯仍能独立地在小范围内产生形变或移位，而总体位置不变，这就对形变起到了抑制作用。用玻璃珠胶合剂粘接的高频变压器内部结构如图3所示。采用这种工艺可将音频噪声降低5dB。

图3 高 频 变 压 器 内 部 结 构 图4高 频 变 压 器 的 屏 蔽 带

4.2 高频变压器的屏蔽

为防止高频变压器的泄漏磁场对相邻电路造成干扰，可把一铜片环绕在变压器外部，构成如图4所示的屏蔽带。该屏蔽带相当于短路环，能对泄漏磁场起到抑制作用，屏蔽带应与地接通。

5 结语

单片开关电源高频变压器的设计要点分3个方面：

1）尽量降低高频变压器的损耗；

2）尽量减少高频变压器的漏感；

3）尽量抑制高频变压器的音频噪声。