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EI22X6X16X2 磁芯 PC40材质 PC95材质 TP4W材质 EI22平面磁芯 PLT22/6/16 美容器PCB变压器磁芯 FEI22平面磁芯




开关电源变压器发生啸叫的原因主要有四个方面:变压器的工艺问题、变压器的环路问题、变压器的铁心问题以及开关电源的负载问题
(1)变压器的工艺问题
①浸漆烘干不到位,导致磁芯不牢固引起机械振动而发出响声;
②气隙的长度不适合,导致变压器的工作状态不稳定而发出响声;
③线包没有绕紧也可能导致响声;
④磁芯组合有气隙存在,高频时引起空气振动而发出响声(变压器如果经过真空全浸,一般不会发声)。
(2)变压器的环路问题
变压器的环路问题即指变压器的环路发生振荡从而引起变压器发生啸叫。
①电路板布线不当,从而造成干扰引发振荡,导致响声;
②反馈回路参数设置不当,导致环路不稳定以致产生振荡而发出响声;
③环路中元器件的质量问题,如输入滤波电容容量不足,输出整流快恢复二极管质量不好,功率MOS管质量不好,RCD反冲吸收回路的高压电容或二极管质量不好等等,这些问题都有可能导致震荡而引起响声。
(3)变压器的铁心问题
变压器铁心发生饱和时,线圈中电流增大,变压器发热并产生自激震荡,线圈的振荡引起周围空气的振动从而发出响声。
(4)开关电源的负载问题
①开关电源在空载或轻载的情况下,在某些工作点处会发生振荡现象,表现为变压器的啸叫和输出的不稳定。
发生这种现象是由于空载/轻载时,开关瞬时开通时间过大从而造成输出能量太大,进而电压过冲也很大,需要较长的时间去恢复到正常电压,因此开关需停止工作一段时间,这样开关就工作于间歇性工作模式,使变压器发生较低频率(有规律的间歇性全截止周期或占空比剧烈变化的频率)的振动。
②变压器工作在严重的超载状态,时刻都有烧毁的可能——这就是许多电源烧毁前“惨叫”的由来。


















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1,问题:如何测定AL值?为什么测定要在 5 gauss的条件下进行? 回答:电感是使用不同的电压和频率的桥来测定的.而磁通密度应该在小于10 Guass(1mT)的条件下.磁一般是单层绕组以一定的匝数紧密地缠绕在芯表面上测定的.
在低guass情况下测定是十分重要的.磁材料特性在高驱动的时候变化是很大的.因为所给定磁芯的应用不同,因此对于厂商来说, 就要给出一个低态的标称测定特性以保障不同要求下的使用。
2,问题:为什么磁芯和磁铁不一样? 永久磁铁是硬磁材料,也即其磁性几乎是恒定的,不随外部条件(普通)变化的.其磁性是由厂商生产的时候就圈定了的. 而磁芯是“软糍”材料,其B-H 是曲线变化的.(硬磁材料的B-H是一个点). 所以可以用于绕制绕组, 以制作电感或变压器等。
3,问题:磁芯的有效参数一般有哪些?
磁芯,铁氧体材料,其几何尺寸等多种多样.为满足各种不同的设计的要求,磁芯的尺寸也是为了适合优化要求而计算的.这些现有磁芯参数,包括诸如磁路径,有效面积,和有效体积等物理参数等。
磁芯制作后要使用将两个加以一定压力后网状线垫分置于两端的方式测定其击穿电压值.其间,所加压力是 10psi, 仿真绕线压力.这个试验使用的是60 Hz 的有效电压值.查询绕组产品手册目录以获取相应磁芯和它们的保证的击穿电压.用户应该十分注意他们的实际使用绕组数,是当使用较大绕线压力时,可能发生机械变形, 这样,就有可能改变磁芯的击穿电压值; 超过压力限度可能损坏磁芯外层防护, 致使其击穿电压降低。
5,问题:为什么角圆半径对绕线来说十分重要?
角半径之所以重要的是因为如果磁芯的边缘过于锋利的话,就有可能在精确严密绕制过程中划破线的绝缘. 注意保证磁芯的边缘圆滑.铁氧体磁芯制作模具是有一定的标准圆度半径的.而且这些磁芯是经过打磨和去除毛刺处理的,以减少其边缘的锋利.另外,大多磁芯经过油漆或覆盖以不仅使其角钝化, 更使得其绕线面光滑.粉芯则具有一面是压力半径, 另一面是去除毛刺处理的半圆.对于铁氧体材料,则额外的提供一个边缘覆盖。
6,问题:哪种类型的磁芯适合制作变压器?哪些类型的适合制作电感?
回答: 满足变压器需要的磁芯应该具备一方面具有较高的磁感应强度,另一方面保持其温升在一定限度之内.Strip (带)材料应该具有较高的感应强度而通常应用于20KHz以下的情况内.对于20KHz以上的情况,统一体材料可以满足要求,因为其在较高频率的情况下具有较低的磁芯损耗(较低的温升).
对于电感来说,磁芯应该有一定的气隙以保证其在较高dc 或ac 驱动情况下有一定的磁导率水平.铁氧体和带芯都可以开气隙处理.粉芯具有其自带的气隙。
7,问题:为什么AL值一般只是在铁粉芯和铁氧芯等提供,而带芯(TapeCore)没有?
回答:带绕磁芯一般应用于变压器或方环中,这样,AL 没有什么意义.其期望的特性指标是高磁通密度,低磁芯损耗以及在某些情况下高方形的 B-H环曲线形式.在方环B-H曲线的材料使用于带绕磁芯中,其磁导率的变化当环被横断的时候是范围很宽的; 这不能得到连续和重复的电感值. 方环材料通常用于开关等场合的应用中.在圆环B-H 环曲线的材料来说,比如铁氧体和粉芯,其磁导率是比较恒定的.AL 作为低驱动情况下的磁导率的测度值,因为这时圆环材料的磁导率相对稳定的。
8,问题:什么样的磁芯好?
回答:应该说, 对于这个问题没有什么答案的.因为磁芯的选择是依据应用场合和应用频率等确定的.任何材料的选择都还有市场等因素的考虑.比如,某些材料可以保证其温升较小,但是其价格贵,这样,当选择材料以针对较高的温升的时候,就有可能选择较大的尺寸但较低价格的材料以完成这样的工作.所以,所谓好的材料的选择要首先针对你的电感或变压器的应用要求.从这点上来说,其运行频率和造价等就是重要因素了. 不同材料的优化选择是依据开关频率,温升,以及磁通密度等确定的.
9,问题:如何使磁芯退磁?
13,问题:什么是双(股)线绕组?
14,问题:什么是B-H(迟滞)环? 回答:其用来定义磁材料的磁通密度,矫顽力,磁芯饱和要求的驱动值,以及磁导率等等。B-H环随同频率和驱动水平变化而改变。而某种材料的频率响应和激励水平(电流,电压)对于其适合需要和特别应用而言是十分重要的。
20,问题:nickel-zinc(镍-锌)和 manganese-zinc(锰-锌)铁氧体的不同是什么?
22,问题:如何知道何种铁氧体(骨架等)硬件适合你的磁芯?
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FEC18 外长:18mm 宽:12mm 高度:3mm 单个 圆直径6mm
FEC50X27.8X6.8 圆柱14.6mm EC50平面磁芯

平面变压器安装
PCB平面变压器可由独立的标准叠层电路或小型多层PCB板组件构成,或者集成到电源多层PCB板内。PCB平面变压器有如下的优点:
1.非常小的外形体积:
2.好的散热性能;
3.很低的漏感:
4.优越的性能可重复性:
通过对工作状态下的多层PCB板型电路的平面E型变压器的性能测试显示,与相同的有效体积的传统线绕型变压器相比,平面变压器的热阻大大下降(高达50%)。这是由于平面磁芯的比表面积有很大提高,更加有利于散热的原因,这就使得平面变压器能够工作在较高的功率密度下还能保持在可接受的温升范围内。
而PCB平面变压器的设计难点在于:
1.寻找薄PCB绝缘基材和厚钢销(大于70um)的PCB,才能满足绕组的多层(4-12层)低高度(2-3mm)以及大电流要求;
2.大电流时铜箔的发热是否会引起铜销与绝缘基材的分层:
3.为保证产品的可掌性,多层PCB布板时的绝缘距离如何设计等等问题。
PCB平面变压器设计参考
平面变压器没有漆包线绕组,而是将扁乎的连续铜质螺旋线刻蚀在印刷电路板上,然后叠放在磁芯上,其典型的结构如下图:
设计平面变压器和设计传统变压器所用的设计公式及所用的选择合适磁芯的准则是一样的,计算所需的磁芯公式如下:
PCB平面变压器设计参考
变压器在工作状态下的铁损和铜损会导致器件环境温度的升高,温升必须被限制在最大允许温度范图内,否则会对变压器或其它电路造成损害。
要使变压器的损耗最小,那么磁芯的铁损和线圈的铜损应该各占变压器总损耗的一半,我们可以用变压器的最大容许温升值为变量的函数来确定磁芯的最大铁损。其表达式如下:
PCB平面变压器设计参考
磁芯的功率损耗是频率f(Hz)、最大磁感应强度B(T)、以及温度T(℃)的函数铁损大致如下的函数关系式:
公式中参数Cm,xvctctct2是通过功率损耗相关数据的测量间接得到的这些参数是由材料特性决定的。
注意:最大磁感应强度B也能通过另一种方法获得将上面公式里的所有参数输入相关计算机软件程序可以计算出任意波形下的功率损耗这样做的好处在于它可以对实际的磁感计算机软件程序可以计算出任意波形下的功率损耗这样做的好处在于它可以对实际的磁感佳的铁氧体磁芯
在传统的变压器中,窗口利用系数一般约为04左右,这就意味着铜填满窗口面积的40%,另外60%的面积是用于骨架或绕线管、层间绝缘和导线绝缘,以及由加工技术水平的限制而多占用的空间。设计采用PCB绕制绕组的方法进一步减小了窗口利用系数,两种不同绕制技术的窗口利用系数K的比较如下
在平面变压器的设计中,一个未知的因数是电流密度J。电流密度影响铜损(调整率)以及由铜损引起的内部温升。一般的传统变压器中,用较低的电流密度米设计,经验上使用24A/mm2,而平面变压器设计中处理电流密度的方法与传统的方法不同,当设计平面变压器PCB绕组时,使用的是与PCB板设计相同的方法,即基于温升的钢导线宽度和厚度,般的平面变压器绕组电流密度J选择为20-50Amm2。
PCB用铜皮覆盖,钢的厚度以oz(盎司)表示,例如loz,20z,30z。以盎司表示的质量是指1平方英尺面积上的材料的质量。因此,loz钢皮就是1平方英尺铜皮的质量是1盎司,即其厚度约为35um,2oz钢皮约为70um,3oz铜皮约为105um
据PCB供应商介绍,一般PCB不做特殊说明通常采用半盘司即05o(约18m)铜箔厚度来做价格约68分/m2.lo(约35um)例箔厚的价格约75分/m2,2on(约70um)铜箔厚的价格更责约8.5分/cm2,板上走较大电流时多采用2oz的板,3on约105um)及以上铜箔厚的有特殊需要通常需要定做。以上价格为FR4材料双面板成品参考价格。实际的双板在制作的沉铜过程中进行电镀,电镀后钢箔厚度会增加025~0.5on厚。
通常采用的PCB基材均为FR→4材料,铜箔的附着强度和工作温度较高,由于数铜板铜箔厚度有限,在需要流过较大电流的条状铜箔中应考虑铜箔的载流量问题,一般PCB允许温度为260℃,但实际使用的PCB温度最高时不可超过150℃,因为如果超过此温度就很接近焊锡的熔点(183℃)了。同时还应考虑到板上元件允许的温度,通常民品级C只能承受最高70℃,工业级IC为85℃,**级C最高也只能承受125℃,因此在装有民品C的PCB上C附近的铜箔温度就需控制在较低水平,只有在只装耐温较高的大功率器件(125℃-175℃)的板上才能允许较高的PCB温度,但PCB温度较高时对功率器件散热的影响也是需要考虑的。
最大磁感应强度确定以后,对具体的电路拓扑结构和变压器类型虢能利用相应的公式计算出初级和次级绕组的团数。一旦绕组的PCB被做好了,其布线就固定了,绕组将不再变化。所有的寄生参数,包括漏感都将被固定,这在传统的变压器中是不一定的。
在设计时有一点必须确定那就是绕线在层上应该怎样分布。导线上电流的流动会导致PCB板的温升,通常建议把绕组对称分布于外层以便于热扩散。从磁的角度来看,三明治状夹层式的初级和次级绕组结构是最佳的方式因为它有利于减小所谓“邻近效应的影响然而,实际PCB板上允许的绕组高度以及实际要求的线圈匝数往往难以满足最佳设计要求考虑到成本的原因建议采用标准厚度的的覆铜层通常PCB制造商采用35或70微米的厚度厚度的选择在控制电流引起的温升方面扮演着重要的角色。
国际安规C60950中对环氧树脂(FR2或FR4)类PCB型变压器初级与次级之间的主要绝缘厚度要求为400微米如果主要绝缘厚度的值未要求那么绕组层间保证200微米的绝缘距离是足够的而且在顶层和底层的大约10微米厚的阻焊层也应该考虑在内。
绕组的导线宽度取决于电流强度和最大允许电流密度的值绕组匝间间隔是由产品生产技术能力和成本决定的通常的规则是对于35微米厚的覆铜导线宽度和间隔必须大于150微米而对于70微米厚的覆铜则必须大于200微。
依靠PCB板制造商的生产能力生产出更小尺寸的PCB板也是可能的不过这可能意味着实际成本的增加。如下图,每层导线的匝数和巨间间距分别用Ni和s表示对于实际绕由以下公式算出
为了满足主体绝缘要求可能有不同的位置结构实现方案,磁芯被看作是原边初级绕组的一部分,与副边次级绕组的分离距离必须至少为400微米因此靠近内层和磁芯外腿的次级绕组与磁芯的爬电安全距离必须至少为400微米这样由于800微米必须从绕组宽度中扣除导线的宽度就能够通过下面公式计算得到。
为了计算绕组的直流电阻,需要平均匝长MLT,当绕组电阻知道以后,就可以计算出在额定负载下绕组的压降,绕组平均匝长有关的绕组尺寸与匝长的计算如下所示:
PCB平面变压器设计参考
PCB绕组直流电阻可由以下公式确定
如果对于终端的接法没有足够的考虑,那么平面变压器到外部的连接效果可能会很差,由于平面变压器使用的工作频率比较高,所以必须考虑趋肤效应(交流电阻)的影响,由于趋肤效应,平面变压器的外部引线必须尽可能的短,对于大电流而言,端接产生的影响会很大,低质量的连接会使得产品接触电阻大,导致发热严重,甚至于烧坏产品。
连接方式也可能导致成本的上升,如下图所示的两种不同的端接方式:
PCB平面变压器设计参考
磁芯的固定和安装应该是坚固而温度稳定的。使磁芯两半安全可靠合在一起的最可行的方法之一是使用环氧树粘合剂。当磁芯的两部分被环氧树脂粘合剂适当粘合的时候,粘合剂应该对其电性能很少或者没有影响。这就是说,环氧树脂粘合剂很少或者没有在啮合表面处附加气隙。而实际上,使用任何环氧树脂粘合剂来固定磁芯,都会附加有一定的气隙,因为环氧树脂是由颗粒存在的,因此在使用平面芯的场合,磁芯的两个端面是不能直接使用环氧树脂粘合剂来固定,只能从磁芯端面的两侧来粘接,这就降低了粘接的牢固性和可靠性同时还要仔细考虑磁芯与安装表面之间的热应力问题。构成磁芯的铁氧体是一种易碎的物质,平面磁芯的截面薄、外形低,不能像传统磁芯那样缓冲那么大的应变,因此,在平面变压器装配以后,在PCB与磁芯之间应该保证一个小的问隙以保证在整个温度变化中有最小的应力
PCB平面变压器设计参考
变压器介绍
平面磁芯开发成功,可实现平面化的变压器设计。由于平面变压器要求磁芯、绕组是平面结构,所以应该采用多层PCB绕组。现在,已有许多公司开发出了平面变压器,Pulse公司开发出了平面磁性元件,以色列佩顿公司 Payton已开发了Planetics平面变压器,功率由5W到20KW、频率自20KHz到2MHz,效率通常可达98%,是电信、电焊机、计算机和外设、网络、医疗电子、工业控制、安全系统和电子设备的理想选择。
平面变压器的特点是高频,低造型,高度很小而工作频率很高。
变压器是电源中的一个关键元件。传统的变压器通常由铁氧体磁芯及铜线圈构成,体积庞大而且容易产生电磁干扰。平面变压器(Planar Transformer)可有效地解决体积及高频问题。
平面变压器与传统的变压器相比最大的区别在于铁芯及线圈绕组。平面变压器采用小尺寸的E型、RM型或环型铁氧体磁芯,通常是由高频功率铁氧体材料制成,在高频下有较低的磁芯损耗;绕组采用多层印刷电路板迭绕而成,绕组或铜片迭在平面的高频铁芯上构成变压器的磁回路。这种设计有低的直流铜阻、低的漏感和分布电容,可满足谐振电路的设计要求。而且由于磁芯良好的磁屏蔽,可抑制射频干扰。
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