电子变压器教育训练讲义 1.docx
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电子变压器教育训练讲义1
电子变压器教育训练讲义
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一、电子变压器定义、作用及分类：
1.定义：
用于电子线路的变压器统称为电子变压器。
2.作用：
在电子线路中起着升压、降压、隔离、整流、变频、倒相、阻抗匹配、逆变、储能、滤波等作用。
发展趋势：
为适应电力、电子技术、微电子技术、计算机网络、多媒体技术、通信技术、音/视频技术以及高密度磁记录等
发展需要，其性能必须在越来越高的工作频率上（MHz，GHz），以实现高效、高可靠性、低损耗、低噪音等特性，结构向短小轻薄方向发展，可实现模贴化、片式化、集成化。
3.分类：
A.按工作频率分类：
1）工频变压器：
工作频率为50Hz或60Hz
2）中频变压器：
工作频率为400Hz或1KHz
3）音频变压器：
工作频率为20Hz或20KHz
4）超音频变压器：
20KHz以上，不超过100KHz
5）高频变压器：
工作频率通常为上KHz至上百KHz以上。
B.按用途分类：
1）电源变压器：
用于提供电子设备所需电源的变压器
2）音频变压器：
用于音频放大电路和音响设备的变压器
3）脉冲变压器：
工作在脉冲电路中的变压器，其波形一般为单极性矩形脉冲波
4）开关电源变压器：
用于开关电源电路中的变压器
5）特种变压器：
具有一种特殊功能的变压器，如参量变压器，稳压变压器，超隔离变压器，传输线变压器，漏磁变压器
6）通讯变压器：
用于通讯网络中起隔直、滤波的的变压器
二、电子变压器材料及其分类：
电子变压器材料主要有
1）磁芯（FerriteCore，SI-SteelLamination）
2）骨架（Bobbin，Base，Case）
3）线材（CopperWire）
4）铜箔（CopperFoil）
5）绝缘胶带（Tape）
6）安全胶带，也称挡墙（MarginTape）
7）套管（Tube）
8）化学材料：
焊锡（SolderBar），绝缘油（Varnish），胶类（Epoxy，Glue），稀释剂（Thinner），助焊剂（ScalingPowder），油墨（Ink）
1.磁芯：
磁芯主要几大类：
1.钢片类（SI-STEEL，PERMALLOY）；2.软磁铁氧体类（FERRITECORE）；3.铁粉芯（IronPowder）；4.铁硅铝（KooLMu或Sendust）；5.高导磁粉芯（HighFlux）；6.铁镍钼磁粉芯（MppCore）；7.非晶态（Amorphous）。
1）钢片类
A.硅钢片类（SI-STEEL）材质主要有：
Z11，H50，H23，H20，H18，H14（新日铁）或等同材质等等
规格型号有：
EI形，I形，UI形，O形等等
B.坡莫合金（PERMALLOY）主要以EI形和EL形
其特点为：
具有极高导磁率、低漏磁、体积小、高保真传输信号，广泛用于通讯产品及高保真信号传输。
2）软磁铁氧体（FERRITECORE）是由几种金属氧化物与铁氧化物在高温烧结中产生的复合氧化物
A.从材质主要分为：
锰锌系列（Mn-Zi），镍锌系列（Ni-Zn）
B.锰锌系列（Mn-Zi）的主要特点为：
高磁导率，工作频率1MHz以下；用于高频变压器、共模电感、储能电感和通信变压器。
C.镍锌系列（Ni-Zn）的主要特点为：
工作频率高，工作频率1MHz以上，具有高绝缘电阻；用于EMI滤波电感或小功率电源滤波电感。
D.从规格型号上锰锌通常为分为：
EE，EF，EI，ER，ET，UT，UU，T，RM，EP，POT/CUP，EPC，UI等等。
镍锌材料通常为T、R、DR、RH、DRH、RID、RXH等等。
3）铁粉芯（IronPowder）：
广泛应用于RF领域，利用其内在的气隙分布特性，适合于各种储能电感，如直流输出扼流器，分态输入扼流器，功率因数修正（PFC）电感器，脉冲变压器，DCtoDC变换器，连续态弛返电感，调光扼流器及EMI/RFI电路中。
其形状通常为环形。
通过颜色代码（ColorCode）进行材质的区分，供应商通常为Mircometal、嘉成、科达和可达。
4）铁镍钼磁粉芯（MPPmolypermalloypowder）：
粉芯中磁损最低的一种材质，它是由79%镍，17%铁，和4%的钼配比而成，磁粉中分布气隙的一种环状磁芯。
MPP磁芯具有多方面优秀的电磁特性：
高电阻系数；低磁滞低涡流损耗；在高DC磁化或DC偏置条件下，电感稳定;具有最宽的饿磁导率可选范围,是开关电源中直流输出滤波器最佳选择材料.。
主要应用于高Q值电感，低损耗滤波器，驱动线圈，射频（RFI）滤波器，变压器和电感线圈等等。
供应商通常为Magnetics、ARNOLD、CSC和DONGBU。
5）高导磁粉芯（HighFluxCore）：
是由50%镍和50铁合金粉而成的环状，磁芯内部分布气隙，是偏置能力最好的一种粉末磁芯材料，磁通密度高达15,000高斯损耗明显低于铁粉芯。
它是开关电源调制电感器，线路噪音滤波器，脉冲变压器和回扫变压器磁芯的理想选择。
特别是在大直流电流场合下，使用HF磁粉芯可以有效减小电感尺寸。
供应商通常为Magnetics、ARNOLD、CSC和DONGBU
6）铁硅铝磁粉芯（Sendust）：
有ARNOLD首先开发出，用以代替铁粉芯磁环，磁芯损耗更低，其能量储存能力高于MPP，支流偏（DCBias）性能比IronPowder要好。
它是开关电源中能量储存和滤波电感磁芯的理想选择。
供应商通常为Magnetics、ARNOLD、CSC和DONGBU
MPP，HighFlux，Sendust三种粉芯性能对比表
MPP
HighFlux
Sendust
磁芯损耗
最低
适中
低
初始磁导率VS直流偏置
较佳
最佳
佳
磁通密度（Gauss）
7,500
15,000
10,500
镍含量
80%
50%
0%
相对成本
好
中等
低
7）非晶态（Amorphous）：
具有高饱和磁感应强度，高磁导率，低损耗，体积小，抗强电干扰能力强，频率特性优良和温度稳定高等特点。
常用作于PFC，储能电感和电流互感器等等。
2.骨架：
从功能上分为三类：
1.绕线管（BOBBIN），2.底座（BASE），3.外套（CASE）
从材质上主要分为：
PHENOLIC，PBT，PET，LCP，PPHS，PA66等等。
从形式上分为：
立式（VERTICAL），卧式（HORIZONTAL）
也可分为表面贴件（SMD）和插件（Lead-through）两类
BOBBIN的作用：
用于线圈的绕制，并使线圈与磁芯之间绝缘的一类材料。
BASE的作用：
用于固定线圈，并对引线进行定位，方便其安装在线路板上的一类材料。
有可带PIN或不带PIN两种。
CASE的作用：
用于固定，保护线圈，并对引线进行定位，方便其安装在线路板上。
多用于线圈灌封。
酚醛树脂：
俗称电木（PHENOLIC），属于热固性（Thermoset）材料。
特点：
1.不易变形；2.耐高温及高温焊锡；强度较高。
缺点：
较脆容易破损。
目前所使用的电木材料有很多，其性能也各不相同，成本也不尽相同。
如：
T375J，1403G4，PM9630，AM-113，CPJ-860等等，性能的不同使其所适用的骨架类型不同。
PET：
聚丁烯对苯二酸盐（Polybutyleneterephthalate）,属于热塑性（Thermoplastic）材料。
特点：
1.不易变形；2.高温焊锡有一定熔损；3.强度较高；4.成本较高；
PET材料的种类很多，各厂商对PET的命名都不一样，如：
T102，T102G30，FR530L（f1），FR-515等等
PBT：
属于热塑性（Thermoplastic）材料。
特点：
1.容易变形；2.容易熔损；3.成本低；4.有一定韧性
材质如：
4115，420SEO，4115等等
LCP：
（Liquidcrystalpolyester）,属于热固性材料。
特点：
强度较高，不易破损，成本较高。
多用于驱动背光源之高压变压器，如：
UI，EE，EPC等多槽型骨架。
材质如：
E4008，E4010，E4810等等。
NYLON（PA66：
Polyamidetype66nylon）：
尼龙，属于热塑性材料。
特点：
1.较大韧性；2.高温焊锡有一定熔损；3.易变形（可加入玻璃纤维以增加强度）。
材质如：
101L，TE250F6，A3X2G7，KR4357G6等等
需明确一点是，热塑性与热固性的模具不可通用。
3.线材（WIRE）：
其种类主要有漆包线、多层绝缘线、丝包线、PVC线
常用线规（WireGauge）：
mmG（日规）、AWG（美规）、SWG（英规），这里的线规是指裸线的直径的面积
1）漆包线（Enamelledwire）：
按漆包膜分为
A.聚胺脂漆包线（UEW），按漆包膜厚度递减分为0UEW（Triple），1UEW（Heavy或Double），2UEW（Single），UEW为最广泛使用的一种线型，其中2UEW和1UEW最为常用。
其特点为：
不用焊锡前进行预先脱漆皮，可直接浸入锡炉中焊锡。
其形式上分为单股，多股绞线（LITZ也称李支线）和丝包线（UTSC）三大类。
其中LITZ为一次绞和或多次绞和，目的在于降低积肤效应影响和降低铜线过硬而难以生产作业；UTSC为多股未绞和线用玻璃纤维进行包裹，有很强的机械强度和耐磨强度，同样还有降低积肤效应和方便作业的优点。
从温度等级来分通常为：
B级130℃（NEMA：
MW75-C）F级155℃（MW79-C）两种
UEW漆皮外可增加一层Nylon被膜以增强其机械强度和耐磨损强度，可表示为UEW+NY，其中B级130℃（MW28-C）F级155℃（MW80-C）
B.聚脂漆包线（PEW），按漆包膜厚度递减分为0PEW（Triple），1PEW（Heavy或Double），2PEW（Single），它是一种广泛使用的一种线型，在较高的工作温度下，绝缘层有良好的稳定性，漆皮耐磨强度佳。
其特点为：
需进行脱漆皮后进行焊锡。
其形式上有单股和多股绞线两类。
PEW漆皮外可增加一层Nylon被膜以增强其机械强度和耐磨损强度，可表示为PEW+NY，F级155℃（MW24-C）
C.其他类型如：
PVF，EIW，EAIW等线材很少涉及使用，故不做介绍
2）多层绝缘线：
主要有双层绝缘线（DIW：
Doubleinsulatedwire）和三层绝缘线（TIW：
tripleinsulatedwire）
常用的线材厂商为（rubadue，Totoku和Furukawa）三家厂商
Rubadue：
绝缘层材料采用杜邦公司ETFETEFZEL，FEPTEFLON，PFATEFLON，TCA3材料。
铜线可采用单股和多股方式，其绝缘层颜色可以多种多样。
绝缘层须剥线钳进行祛除。
其中常用的ETFETEFZEL型绝缘层厚度分为：
0.0015”,0.002”,0.003”三种，其击穿电压分别为9,000VRMS，10,000VRMS和12,000VRMS，温度等级为F级155℃。
其次FEPTEFLON型绝缘层厚度分别为：
0.0015”,0.002”,0.003”,0.005”和0.007”五种，其击穿电压分别为9,000VRMS，10,000VRMS和12,000VRMS，温度等级为F级155℃。
其他类型使用涉及不多。
Furukawa三层绝缘线为TEX系列，其中TEX-E，TEX-B，TEX-F的温度等级分别为105℃，130℃，155℃。
A.STANDARDTYPE（TEX-E，TEX-B，TEX-F）
其绝缘层颜色分别为黄色，棕色，白色。
TEX-E是用可焊、热阻树脂、聚胺树脂做成三层绝缘。
TEX-E为最为常用的线型，绝缘层厚度为100um。
B.SELF-BONDINGTYPE（TEX-ECEW3）
自粘型：
标准型外表再加一层自粘层，使其能做成无骨架的线圈。
此类线材使用较少。
C.CITZWIRETYPE（TEX-ELZ）
绞线型：
多股绞线外表覆盖三层绝缘，能够减小高频阻抗。
此类线材使用较少。
4.铜箔（COPPERFOIL）：
铜箔的作用是当作绕组（WINDING）或屏蔽层（SHIELD）
其特点是作为绕组可通过大电流，减小集肤效应的影响和漏电感，通过包绝缘纸或麦拉胶带进行绝缘；
作为绕组间屏蔽层时通过包绝缘纸或麦拉胶带进行绝缘，首尾须隔离，且通常用一根导线将屏蔽铜箔其始端接地；铜箔作为外部屏蔽时，用铜箔将线包和磁芯外围包绕一层，首尾焊接于磁芯处，可焊引线或不焊引线。
铜箔的规格有三方面：
1.厚度：
用英寸（INCH）或毫米（mm）表示
2.宽度：
用毫米（mm）表示
3.硬度：
分为硬、中硬、软三种
作绕组时铜箔采用软且厚的材料，作内部屏蔽时采用中硬且薄材料，作外部屏蔽时采用硬且薄材料
5.绝缘胶带（TAPE）：
用在绕组间绝缘的胶带，常用的有麦拉胶带（聚脂薄膜PolyesterFilm），洛美纸（NOMEX），Kaptontape三种，其中MylarTape最为常用，成本最低，其温度等级为B级130℃，洛美纸为N级200℃，Kapton胶带温度等级为H级180℃。
其特点为：
耐温比醋酸酯薄膜胶带高，从形性高，有极佳的抗化学品和防潮能力，并可承受切割和磨损。
6.安全胶带（MARGINTAPE）：
也称为挡墙，同套管配合使用用于保证安全距离（CREEPDISTANCE）。
7.套管（TUBE）：
常用的主要热缩套管（HEATSHRINKTUBE）、铁弗龙套管（TEFLONTUBE）,矽胶套管（SILICONTUBE）
环氧玻璃纤维套管。
其中热缩套管分为PVC热缩套管和UL热缩套管两大类。
8.焊锡（SOLDERBAR）：
是锡（Sn）铅（Pb）合金，常用的比例为Sn63/Pb37,Sn60/Pb40,Sn50/Pb50。
9.绝缘油（VARNISH）：
也称凡立水，其作用为绝缘、导热、固定、防潮；含浸通常有自然含浸（DIPVARNISH）和抽真空含浸（VACUUM）两种形式。
其固化条件分为自然固化和烘烤固化两种
10.固定胶：
常用的固定胶有两种：
环氧胶（EPOXY）和其它胶（GLUE）
环氧胶通常为调和胶，用胶和固化剂按一定比例进行调和使用，且调和后和点胶后需一定的闲置时间，可自然阴干或烘烤硬化。
环氧树脂胶通常用于器件的灌封和零件的粘接，灌封胶和粘接胶的成分和添加剂不同，其性能和用途不一样，不可混用。
单组分胶（GLUE）通常用于磁芯与磁芯，磁芯与骨架或线圈之间的粘接，使用方法是直接点胶后进行烘烤。
绝缘材料的温度等级：
绝缘材料根据其性能和使用要求分为以下几种温度等级
绝缘的温度等级A级（105℃）E级（120℃）B级（130℃）F级（155℃）H级（180℃）N级（200℃）C级（220℃）。
有温度等级的材料主要有：
胶带，带绝缘层的铜线，骨架料粉，凡立水和套管等等。
三、电子变压器的工艺流程：
1）预加工，如铜箔、骨架等预加工；（beforehandprocess）
2）绕线；（windingcoil）
3）理线（配线）（terminalleadwire）；
4）焊锡一；（dipsolder）
5）组合磁芯，包含点胶、包胶带；（assembly）
6）测试一；（test1）
7）烤胶；（bakeglue）
8）含浸；（dipvarnishedorvacuumedvarnish）
9）烤凡立水；（bakevarnish）
10）测试二；（test2）
11）外观检查；（inspection）
12）成品包装；（packing）
四、电子变压器的基本原理：
简单的空载变压器原理如右图所示，是由闭合的导磁体和二个绕组组成，其中一个绕组与交流电源相连接，称为初级绕组NP，另一个绕组可以与负载相连接，称为次级绕组NS。
如果初级绕组与交流电压Ui的电源相连接，在该绕组中产生交变电流I0，I0称为空载电流。
这个电流建立了沿磁芯磁路而闭合的交变磁通，磁通同时穿过初级绕组和次级绕组，在初级绕组中产生自感电动势E1，次极产生互感电动势E2，则E1：
E2=NS：
NP
五、电子变压器的性能指标（ELECTRICALCHARACTER）：
A.电感（Inductance）
B.漏电感（LeakageInductance）
C.直流电阻（DCResistance）
D.圈数比（TurnRadio）
E.耐压（Hi-POT）
F.绝缘阻抗（InsulationResistance）
G.机械尺寸（MechanicalDimension）
H.层间绝缘（LayerInsulation）
I.在线测试（InCircuitTest）
A：
电感L=μN2
其中μ为磁导率，它决定于磁芯本身、绕线结构以及等因素，N为线圈匝数。
B：
漏电感LK
作为漏磁量，它的大小决定于设计绕线结构和生产工艺，如：
绕线平整度、疏密绕、层间胶布的层数等等。
C：
直流电阻DCR=ρL/πR2
其中ρ为电导率，L为铜线长度，πR2为铜线截面积，铜线长度决定于绕组匝数及绕线直径。
D：
圈数比TurnRadio（简称TR）
变压器的基本原理：
初次级输入、输出之电压比等于初次级圈数之比。
其作用：
是用于测试绕线圈数是否符合要求；
测试原理：
初级输入一高频信号用电表测出其电压值，次级测出其空载输出电压，两者之电压比即为圈数比。
通常测试条件为20KHz，1V
E：
耐压HI-POT（破坏性测试）
作用：
用于测试变压器的安全性、可靠性的一个项目。
通常测试位置为初级—次级（PRITOSEC）、初级—磁芯（SECTOCORE）、次级—磁芯（SECTOCORE）；其设定的参数有电源类型:
交流或直流（ACORDC），电压值（Voltage），漏电流（Leakagecurrent）,测试时间（Time）,通常的用交流高压测试，电压、漏电流大小通常由客户规定或根据相关的安规要求进行测试。
测试原理：
在测试部位间加入高压，通过测试其间漏电流有无超出要求。
在待测部位达不到要求时可能将待测部位间绝
缘部分击穿，此时漏电流会远远大于要求；有时绝缘程度处于临界状态，高压不能将其击穿，漏电流可能会稍大于要求，
这时也应判定为不良。
F：
绝缘阻抗Insulationresistance
作用：
用于测试绝缘程度的一个项目。
测试原理：
在测试部位间加入500VDC的直流电压，测试其间的阻抗大小，通常为100MΩMIN。
HI-POT与IR测试方式尽管不同，但联系十分紧密。
通常同一种不良原因会造成
HI-POT与IR同时不良；在某些情况下也会出现一种项目不良。
G：
层间绝缘LayerInsulation
作用：
对于某些驱动变压器（DriveTransformer）,因其绕组的匝数和层数多，起始线与结尾线间的电压很高，而漆包线的
漆包膜的绝缘程度接近或达不到要求时，有必要对产品进行此项测试以保证产品的信赖性。
测试原理：
在绕组的起始端和结尾端瞬间加入振荡信号，使信号在线圈中形成阻尼振荡通过显示屏观察其振荡波形；如果线圈中发生短路，则波形会瞬间衰减，而并非为阻尼振荡。
H：
在线测试InCircuitTest
作用：
客户为保证所用之元器件在正常使用时其动态特性达到要求而增加此项测试。
测试原理：
直接将变压器装机板，测试其工作时输入、输出特性是否达到设计要求。
六、电性能制程不良原因剖析及解决技巧（以变压器为例）
1、电感不良
A：
极高
（1）.线圈匝数远大于规格要求；按要求减少圈数。
（2）.磁芯用错，使用高μ值材质的磁芯；使用要求之磁芯。
（3）.磁芯未配对，均用NOGAP磁芯进行组装；配对使用磁芯。
（4）.测试仪器设置不正确，如：
频率、测试电压等；重新设置测试仪器。
B：
偏高
（1）.线圈匝数略超出规格要求；按要求减少圈数。
（2）.磁芯GAP偏小；磨去磁芯中间部分少许。
（3）.磁芯用错，使用略高μ值材质的磁芯；使用要求之磁芯。
（4）.测试仪器设置、操作不正确或仪器误差；重新测试或用其它仪器重新测试。
（5）.环境条件不符，如：
温、湿度等；在正常条件下测试。
C：
偏低
（1）.线圈匝数略低于规格要求；按要求增加圈数。
（2）.磁芯GAP偏大；磨去磁芯两边部分少许。
（3）.磁芯腿短，组合时磁芯不密合。
（4）.磁芯用错，使用略低μ值材质的磁芯；使用要求之磁芯。
（5）.测试仪器设置、操作不正确或仪器误差；重新测试或用其它仪器重新测试。
（6）环境条件不符，如：
温、湿度等；在正常条件下测试。
D：
极低
（1）.线圈匝数远少于规格要求；按要求增加圈数。
（2）.磁芯用错，使用低μ值材质的磁芯；使用要求之磁芯。
（3）.磁芯未配对，均用GAPED磁芯进行组装；配对使用磁芯。
（4）.测试仪器设置不正确，如：
频率、测试电压等；重新设置测试仪器。
（5）.线圈中发生层间短路，如：
多股线引线缠错脚位；焊锡短路；漆包膜破损短路；屏蔽铜箔首尾短路；铜箔引线压破铜箔外包胶带而造成自身短路等等。
2、漏电感不良（漏电感作为磁泄漏的表示量，漏电感的值通常越小越好）
A：
极高
（1）.仪器设置不正确，修正其设置。
（2）.短路不良，重新短路，使之完全。
B：
偏高
（1）.排线不良。
修正排线，使之均匀平整，不满一层采用疏绕。
（2）.层间胶带尽量不要重迭太多，通常重迭5~10mm。
（3）.胶带平整，线包紧密。
3、直流电阻不良
A：
极高
（1）.测试架接触不良，出现开路或点接触。
（2）.引出线缠错脚位。
B：
偏高
（1）.测试架接触不良，出现点接触。
（2）.绕线圈数偏多。
（3）.多股线发生部分断线。
（4）.测试仪器未正确归零。
（5）.漆包线线径偏小。
C：
偏低
（1）.绕线圈数偏少。
（2）.多股线条数偏多。
（3）.测试仪器未正确归零。
（4）.漆包线线径偏大。
（5）.相应绕组部分线圈短路。
D：
极低
（1）.相应绕组发生短路。
（2）.引出线缠错脚位。
（3）.PIN脚连焊。
4、圈数比不良
A：
极高
（1）.测试方式错。
（2）.测试架接触不良。
B：
偏高
（1）.线圈匝数偏多。
C：
偏低
（1）.线圈匝数偏少。
（2）.测试时磁芯有GAP，通常GAP对TR值有影响，TR值以NOGAP磁芯测试为准。
（3）.线圈层间发生短路。
D：
极低
（1）.引出线首尾连焊。
（2）.测试架接触不良。
5、HI-POTNG
A：
设计与要求不合理。
B：
层间胶带层数不够。
C：
未套TEFLONTUBE。
D：
MARGINTAPE宽度不够（即：
沿面距离不够）。
E：
漏电流设置太小。
F：
引出线PIN脚缠错。
G：
焊锡连焊。
H：
漆包线破损。
I：
线圈胖，磁芯组合磨破外层TAPE和漆包膜。
6、IRNG
A：
引出线PIN脚缠错。
B：
焊锡连焊。
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