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变压三明治绕法:初级包次级?还是次级包初级?傻傻分不清

2017-12-06 10:02:47 来源:电源研发精英圈

【大比特导读】三明治绕法久负盛名,几乎每个做电源的人都知道这种绕法,但真正对三明治绕法做过深入研究的人,应该不多。相信很多人都吃过三明治,就是两层面包中间夹一层奶油。顾名思义,三明治绕法就是两层夹一层的绕法。由于被夹在中间的绕组不同,三明治又分为两种绕法:初级夹次级,次级夹初级。


变压三明治绕法:初级包次级?还是次级包初级?傻傻分不清

三明治绕法久负盛名,几乎每个做电源的人都知道这种绕法,但真正对三明治绕法做过深入研究的人,应该不多。相信很多人都吃过三明治,就是两层面包中间夹一层奶油。顾名思义,三明治绕法就是两层夹一层的绕法。由于被夹在中间的绕组不同,三明治又分为两种绕法:初级夹次级,次级夹初级。到底哪种绕法比较好?

初级夹次级的绕法

一般的单输出电源,变压器分为3个绕组,初级绕组Np,次级绕组Ns,辅助电源绕组Nb;

变压三明治绕法:初级包次级?还是次级包初级?傻傻分不清

先来看第一种,初级夹次级的绕法(也叫初级平均绕法)如上图,顺序为Np/2,Ns,Np/2,Nb。

此种绕法有大量优点

由于增加了初次级的有效耦合面积,可以极大的减少变压器的漏感,而减少漏感带来的好处是显而易见的:漏感引起的电压尖峰会降低,这就使MOSFET的电压应力降低,同时,由MOSFET与散热片引起的共模干扰电流也可以降低,从而改善EMI;由于在初级中间加入了一个次级绕组,所以减少了变压器初级的层间分布电容,而层间电容的减少,就会使电路中的寄生振荡减少,同样可以降低MOSFET与次级整流管的电压电流应力,改善EMI。

次级夹初级的绕法

第二种,次级夹初级的绕法(也叫次级平均绕法)

变压三明治绕法:初级包次级?还是次级包初级?傻傻分不清

如上图,顺序为Ns/2,Np,Ns/2,Nb。

当输出是低压大电流时,一般采用此种绕法,其优点有二:

1、可以有效降低铜损引起的温升:由于输出是低压大电流,故铜损对导线的长度较为敏感,绕在内侧的Ns/2可以有效较少绕线长度,从而降低此Ns/2绕组的铜损及发热。外层的Ns/2虽说绕线相对较长,但是基本上是在变压器的外层,散热良好故温度也不会太高。

2、可以减少初级耦合至变压器磁芯高频干扰。由于初级远离磁芯,次级电压低,故引起的高频干扰小。

三明治绕法与EMI

我们大家来进一步深入讨论下这个三明治绕发对EMI的影响。

三明治绕法对EMI的有利因数

我们来看初级夹次级的绕法,我们知道,变压器的初级由于电压较高,所以绕组较多,一般要超过2层,有时甚至达到4-5层,这就给变压器带来一个分布参数---层间电容,形成原理相信大家都清楚,我就不多解释了。当MOSFET关断的时候,变压器的漏感与MOSFET的结电容以及变压器的层间电容会产生振动,幅度达到几十甚至超过一百V,这对MOSFET与EMI来说都是不允许的,所以,我们增加RCD吸收来抑制这个振荡,达到保护MOSFET与改善EMI的目的。

变压三明治绕法:初级包次级?还是次级包初级?傻傻分不清

上图即为反激电源MOSFET的Vds波形

从这个角度来说,三明治绕法是可以在一定程度上改善EMI。

三明治绕法对EMI的不利因素

从另外一个角度来说,三明治绕法确实是增加了初次级的耦合面积,减少了漏感,同时又使初次级的耦合电容增加了;当开关管反复开关时,电容也会反复充放电,也就是说会引起振荡,此振荡正比于开关频率,会对EMI产生不利的影响。

简单来说三明治绕法使初级与次级之间的杂散电容增加,给EMI提供了阻抗更低的通路,最常见的对策是变压器副便绕组对原边大电容之间跨接一个Y电容把噪声旁路掉。

综合来讲三明治绕法带来的优势非常明显的,至于初级包次级还是次级包初级这个严格来讲要看实际情况而定了,本人建议用初级包次级的绕法,毕竟一般的变压器都是原边匝数比副边匝数多得多,绕起来比较好操作。绕起来方便好绕其实也是比较重要的,可以把变压器绕得更平整同样也可以增强耦合性减少漏感!

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