中心議題：

• 如何降低高頻變壓器損耗
• 如何抑製高頻變壓器音頻噪聲

解決方案：

• 減小初級繞組的匝數NP
• 增大繞組的寬度
• 增加繞組的高
  、寬比
• 減小各繞組之間的絕緣層
• 增加繞組之間的耦合程度

單片開關電源集成電路具有高集成度
、高性價比、最簡外圍電路、最佳性能指標等優點，能構成高效率無工頻變壓器的隔離式開關電源。在1994～2001年
，國際上陸續推出了TOPSwitch
、TOPSwitchⅡ
、TOPSwitchFX
、TOPSwitchGX、TinySwitch、TinySwitchⅡ等多種係列的單片開關電源產品，現已成為開發中、小功率開關電源、精密開關電源及開關電源模塊的優選集成電路。
　　
高(gao)頻(pin)變(bian)壓(ya)器(qi)是(shi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)中(zhong)進(jin)行(xing)能(neng)量(liang)儲(chu)存(cun)與(yu)傳(chuan)輸(shu)的(de)重(zhong)要(yao)部(bu)件(jian)，單(dan)片(pian)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)中(zhong)高(gao)頻(pin)變(bian)壓(ya)器(qi)性(xing)能(neng)的(de)優(you)劣(lie)，不(bu)僅(jin)對(dui)電(dian)源(yuan)效(xiao)率(lv)有(you)較(jiao)大(da)的(de)影(ying)響(xiang)，而(er)且(qie)直(zhi)接(jie)關(guan)係(xi)到(dao)電(dian)源(yuan)的(de)其(qi)它(ta)技(ji)術(shu)指(zhi)標(biao)和(he)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)（EMC）。為此

，一個高效率高頻變壓器應具備直流損耗和交流損耗低、漏感小
、繞組本身的分布電容及各繞組之間的耦合電容要小等條件。下麵介紹其設計要點。
　　
降低高頻變壓器損耗
　　
1直流損耗
　　
高頻變壓器的直流損耗是由線圈的銅損耗造成的。為提高效率
，應盡量選擇較粗的導線
，並取電流密度J=4～10A／mm2。

2交流損耗
　　
高(gao)頻(pin)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)交(jiao)流(liu)損(sun)耗(hao)是(shi)由(you)高(gao)頻(pin)電(dian)流(liu)的(de)趨(qu)膚(fu)效(xiao)應(ying)以(yi)及(ji)磁(ci)芯(xin)的(de)損(sun)耗(hao)引(yin)起(qi)的(de)。高(gao)頻(pin)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)導(dao)線(xian)時(shi)總(zong)是(shi)趨(qu)向(xiang)於(yu)從(cong)表(biao)麵(mian)流(liu)過(guo)，這(zhe)會(hui)使(shi)導(dao)線(xian)的(de)有(you)效(xiao)流(liu)通(tong)麵(mian)積(ji)減(jian)小(xiao)，並(bing)使(shi)導(dao)線(xian)的(de)交(jiao)流(liu)等(deng)效(xiao)阻(zu)抗(kang)遠(yuan)高(gao)於(yu)銅(tong)電(dian)阻(zu)。高(gao)頻(pin)電(dian)流(liu)對(dui)導(dao)體(ti)的(de)穿(chuan)透(tou)能(neng)力(li)與(yu)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)的(de)平(ping)方(fang)根(gen)成(cheng)反(fan)比(bi)，為(wei)減(jian)小(xiao)交(jiao)流(liu)銅(tong)阻(zu)抗(kang)
，導(dao)線(xian)半(ban)徑(jing)不(bu)得(de)超(chao)過(guo)高(gao)頻(pin)電(dian)流(liu)可(ke)達(da)深(shen)度(du)的(de)2倍。可供選用的導線線徑與開關頻率的關係曲線如圖1所示。舉例說明

，當f=100kHz時
，導線直徑理論上可取φ0.4mm。但為了減小趨膚效應，實際可用更細的導線多股並繞，而不用一根粗導線繞製。
　　
高頻變壓器的磁芯損耗也使得電源效率降低。其交流磁通密度可用下式進行估算：
　　式中：BAC為交流磁通密度，單位是T；
　　NP
、IP分別為初級匝數和初級峰值電流
；
　　KRP為初級脈動電流與峰值電流之比；
　　δ為磁芯的氣隙寬度，單位是cm。
　　欲設計在連續模式下工作的高頻變壓器
，BAC的典型值約為0.04～0.075T。鐵氧體磁芯在100kHz時的損耗應低於50mW/cm3。
　　
減小高頻變壓器的漏感

　　
zaishejigaopinbianyaqishibixubalouganjianzhizuixiao。yinweilouganyuda
，chanshengdejianfengdianyafuduyugao
，loujiqianweidianludesunhaojiuyuda，zhebirandaozhidianyuanxiaolvjiangdi。duiyuyigefuhejueyuanjianquanxingbiaozhundegaopinbianyaqi，qilouganliangyingweicijikailushichujidianganliangde1％～3％。要想達到1％以下的指標，在製造工藝上將難於實現。減小漏感時可采取以下措施：
　　
1）減小初級繞組的匝數NP
；
2）增大繞組的寬度（例如選EE型磁芯，以增加骨架寬度b）；
3）增加繞組的高、寬比；
4）減小各繞組之間的絕緣層；
5）增加繞組之間的耦合程度。[page]
　　
1減小初級繞組匝數並增加高與寬之比
　　
挑tiao選xuan合he適shi的de磁ci芯xin形xing狀zhuang
，並bing且qie減jian小xiao初chu級ji匝za數shu和he增zeng加jia高gao與yu寬kuan之zhi比bi，能neng有you效xiao地di降jiang低di漏lou感gan。漏lou感gan量liang與yu初chu級ji匝za數shu的de平ping方fang成cheng正zheng比bi。所suo選xuan磁ci芯xin尺chi寸cun應ying足zu夠gou大da，使shi初chu級ji繞rao組zu能neng繞rao成cheng2層甚至不到2層，這樣可將初級漏感與分布電容減至最小。不要使用矮胖窗口的磁芯，因其尺寸大
，高與寬比值較小
、漏感量大
，而不宜采用，它對應於POT、RM、PQ型和部分E型磁芯。建議采用瘦高型磁芯，這種磁芯具有較大的高
、寬比，它對應於EE
、ETD、EI、EC型磁芯。
　　
三重絕緣線（TripleInsulatedWire）是近年來國際上新開發的一種高性能絕緣導線。這種導線有三個絕緣層，中間是芯線。其絕緣層是呈金黃色的聚酰胺薄膜，國外稱之為“黃金薄膜”，絕緣層的總厚度僅為20～100μm，卻可承受數kV的脈衝高壓；三重絕緣線適用於尖端技術
、國防領域，製作微型電機繞組、小型化開關電源的高頻變壓器繞組。其優點是絕緣強度高（任何兩層之間均可承受AC3000V的安全電壓），不需要加阻擋層以保證安全邊距
，也不用在級間繞絕緣膠帶層
；dianliumiduda。yongtaraozhidegaopinbianyaqi，biyongqibaoxianraozhidetijikejianxiaoyiban。gaopinbianyaqideyizhongyouhuashejifanganshiyongputonggaoqiangduqibaoxianraozhichujihefankuiji，eryongsanzhongjueyuanxianraozhiciji。zheyangkeshilouganliangdaweijianxiao，gaopinbianyaqidetijinengjianxiao1/2～1/3。

2繞組排列
　　
為減小漏感
，繞組應按同心方式排列，如圖2所示。圖2（a）中次級采用三重絕緣線繞製；圖2（b）中zhong全quan部bu用yong漆qi包bao線xian繞rao製zhi，但dan須xu留liu出chu安an全quan邊bian距ju

，且qie在zai次ci級ji繞rao組zu與yu反fan饋kui繞rao組zu之zhi間jian加jia上shang強qiang化hua絕jue緣yuan層ceng。對dui於yu多duo路lu輸shu出chu的de開kai關guan電dian源yuan，輸shu出chu功gong率lv最zui大da的de那na個ge次ci級ji繞rao組zu應ying靠kao近jin初chu級ji
，以yi增zeng加jia耦ou合he
，減jian小xiao磁ci場chang泄xie漏lou。當dang次ci級ji匝za數shu很hen少shao時shi

，為wei了le增zeng加jia與yu初chu級ji的de耦ou合he
，宜yi采cai用yong多duo股gu線xian平ping行xing並bing繞rao方fang式shi均jun勻yun分fen布bu在zai整zheng個ge骨gu架jia上shang，以yi增zeng加jia覆fu蓋gai麵mian積ji。在zai條tiao件jian允yun許xu的de情qing況kuang下xia
，用yong箔bo繞rao組zu作zuo為wei次ci級ji也ye是shi增zeng加jia耦ou合he的de一yi種zhong好hao辦ban法fa。
　　
在開關電源的工作過程中，繞組的分布電容反複被充
、放電，其上的能量都被吸收掉了。分布電容不僅使電源效率降低
，它還與繞組的分布電感構成LC振(zhen)蕩(dang)器(qi)，會(hui)產(chan)生(sheng)振(zhen)鈴(ling)噪(zao)聲(sheng)。初(chu)級(ji)繞(rao)組(zu)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)的(de)影(ying)響(xiang)尤(you)為(wei)顯(xian)著(zhu)。為(wei)減(jian)小(xiao)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)，應(ying)盡(jin)量(liang)減(jian)小(xiao)每(mei)匝(za)導(dao)線(xian)的(de)長(chang)度(du)
，並(bing)將(jiang)初(chu)級(ji)繞(rao)組(zu)的(de)始(shi)端(duan)接(jie)漏(lou)極(ji)，利(li)用(yong)一(yi)部(bu)分(fen)初(chu)級(ji)繞(rao)組(zu)起(qi)到(dao)屏(ping)蔽(bi)作(zuo)用(yong)
，減(jian)小(xiao)相(xiang)鄰(lin)繞(rao)組(zu)的(de)耦(ou)合(he)程(cheng)度(du)。

抑製高頻變壓器音頻噪聲
　　
1抑製高頻變壓器的音頻噪聲
　　
高頻變壓器EE或EI型磁芯之間的吸引力
，能使兩個磁芯發生位移；raozudianliuxianghujiandeyinlihuochili
，yenengshixianquanchanshengpianyi。ciwai，shoujixiezhendongshinengdaozhizhouqixingdexingbian。shangshuyinsujunhuishigaopinbianyaqizaigongzuoshifachuyinpinzaosheng。10W以下單片開關電源的音頻噪聲頻率，約為10kHz～20kHz。
　　
為防止磁芯之間產生相對位移
，通常以環氧樹脂作膠合劑，將兩個磁芯的3個接觸麵（含中心柱）進jin行xing粘zhan接jie。但dan這zhe種zhong剛gang性xing連lian接jie方fang式shi的de效xiao果guo並bing不bu理li想xiang。因yin為wei這zhe無wu法fa將jiang音yin頻pin噪zao聲sheng減jian至zhi最zui低di，況kuang且qie膠jiao合he劑ji過guo多duo

，磁ci芯xin在zai受shou機ji械xie應ying力li時shi還hai容rong易yi折zhe斷duan。國guo外wai最zui近jin采cai用yong一yi種zhong特te殊shu的de“玻璃珠”（glassbeads）膠合劑，來粘合EE、EI等類型的鐵氧體磁芯，效果甚佳。這種膠合劑是把玻璃珠和膠著物按照1：9的比例配製而成的混合物，它在100℃以上的溫度環境中放置1h即ji可ke固gu化hua。其qi作zuo用yong與yu滾gun珠zhu軸zhou承cheng有you某mou種zhong相xiang似si之zhi處chu

，固gu化hua後hou每mei個ge磁ci芯xin仍reng能neng獨du立li地di在zai小xiao範fan圍wei內nei產chan生sheng形xing變bian或huo移yi位wei

，而er總zong體ti位wei置zhi不bu變bian，這zhe就jiu對dui形xing變bian起qi到dao了le抑yi製zhi作zuo用yong。用yong玻bo璃li珠zhu膠jiao合he劑ji粘zhan接jie的de高gao頻pin變bian壓ya器qi內nei部bu結jie構gou如ru圖tu3所示。采用這種工藝可將音頻噪聲降低5dB。

2高頻變壓器的屏蔽
　　
為防止高頻變壓器的泄漏磁場對相鄰電路造成幹擾，可把一銅片環繞在變壓器外部，構成如圖4所示的屏蔽帶。該屏蔽帶相當於短路環，能對泄漏磁場起到抑製作用
，屏蔽帶應與地接通。

單片開關電源高頻變壓器的設計要點分3個方麵：
　　1）盡量降低高頻變壓器的損耗；
　　2）盡量減少高頻變壓器的漏感；
　　3）盡量抑製高頻變壓器的音頻噪聲。