2、变压芯的漏磁分析世纪电源网

1、2、变压器磁芯的漏磁分析3、变压器减少漏磁的主要方法开关电源中的功率开关由导通状态转变为截止时，漏感中存储的能量就要释放出来，产生很大的尖峰电压，造成电路器件损坏并产生很大的电磁干扰，恶化了效率。设计和绕制变压器时应从磁芯选择、绕组结构和工艺上尽可能减少漏感。然后再用缓冲电路抑制干扰和进行能量回收。2 2、变压器磁芯的漏磁分析、变压器磁芯的漏磁分析（1）均匀绕线环形磁芯漏磁分析（2）集中绕线的等截面环形磁芯漏磁分析（3）有气隙时环形磁芯磁场漏磁分析（4）有气隙时集中绕线环形磁芯磁场漏磁分析fx 0 x 段磁路所匝链的线圈磁势ucx 0 x 段磁芯的磁阻压降ux磁路中某x点相对于参考点的磁位差（

2、1 1）均匀绕线环形磁芯）均匀绕线环形磁芯anlix=0 xu (a) x(cm)ni(a)0cxl x(cm)u (a) xl0f(a) x(cm)ni(a)0 x=lxxnfilinhlcx0 xinuhdxxl0 xxcxufulnxnx/anlix=0 xu (a) x(cm)ni(a)0cxl x(cm)u (a) xl0f(a) x(cm)ni(a)0 x=lanlix=0 xu (a) x(cm)ni(a)0cxl x(cm)u (a) xl0f(a) x(cm)ni(a)0 x=l（2）集中绕线的等截面环形磁芯wl 线圈长度lsc等磁位面x=0 x0inoutx=lavglwn

3、f=inii漏磁磁位差最大ux(某点x的磁位，a)lw/2lw/2inxf磁势（a）inucx(0-x磁阻压降，a)xlllxlw/2lw/2000hlhinfc0,laa（3）带气隙均匀绕制的环形磁芯磁场lhhc0 x0 x0 xf(a)ux磁位差磁阻压降磁势ininucxl c/2l c /2x=0 x=lain磁势降在气隙上f=in=h l+h ch lh c（4）有气隙时集中绕线环形磁芯磁场x=0漏（散）磁通增加了0 x0 x0 xf(a)ux磁位磁阻压降磁势ininucxlc/2llllc/2线圈安放在中柱上，e型铁芯，初级4匝，次级1匝，初级电流2.5a,次级电流10a。1122i

4、 ni nxbnilhx11bxhxblnihx111lnih111全部初级安匝在窗口产生的磁场强度cbxdlinhhx2211122inindcbxhcbxdlinhhx1)(1221b+cd段lnih111几种常见结构线圈的漏磁分布几种常见结构线圈的漏磁分布+初级次级磁芯散磁通xyz+初级次级磁芯散磁通（2 2）高频变压器减少漏磁的主要方法）高频变压器减少漏磁的主要方法iii-i-i-ii3ii原边副边f(x)0 xi-ii-ii-iiii原边副边f(x)0 xi-3i/4ii-3i/4-3i/4-3i/41.5i-1.5i0.5i-0.5i原边副边f(x)0 x单根载流导体的磁场2/2d

5、ixh离开导线中心越远磁场越弱磁场最强x=r0 x趋于hmax单根载流导体的磁场强度分布图1-2-34-5-6主电流和涡流之和在导线表面加强，趋向导线中心越弱，电流趋向于导体表面。这就是集肤效应集肤效应。研究表明：导线中电流密度从导线表面到中心按指数规律下降,导线有效截面积减小而电阻加大。k2工程上定义从表面到电流密度下降到表面电流密度的0.368（即1/e）的厚度为趋肤深度或穿透深度导线材料的磁导率；1/材料的电导率；k材料电导率（或电阻率）温度系数；m82010724. 1)5 .234/ )20(1 (tk1007.6f)(44)2(442222dcacdddddrrfr集肤效应使导线的

6、有效截面积减少，交流电阻rac 增加，当导线直径大于两倍穿透深度时:穿透深度与导线温度的关系256.6fd1007.6f256.6f(1)如果两根导线代替一根，细导线的直径为21/2dd单导线的穿透截面积两根并联导线的穿透截面积d2 dd2=0.70d1d2d1（2）大电流用铜箔，将铜箔切割成骨架的宽度，厚度可以比某开关频率时的穿透深度大37%，铜箔之间需要绝缘。矩形波电流的穿透深度为基波正弦波穿透深度的70%。注意：开关电源中大部分电流波形为矩形波，其中包含有丰富的高次谐波，各谐波穿透深度和交流电阻互不相同。高频电流ia高频电流ib两根导线厚度a 大于穿透深度，流过相反的且相等的高频电流ia

7、和ib时，导体中电流挤在两导体靠近的一边，这就是邻近效应邻近效应。ab涡流涡流ibiaibiaiabiba)(402cmnhbwblwnl单位长度l=1上的电感为n=1匝数；l导电带料的长度(cm)b带料的宽度（cm）w导线间距离(cm)+wbalssv=wblwb若忽略外磁场的能量，单位长度两导线气隙间存储的能量为式中 i为导电带料流过的电流； h导线之间的磁场强度。202020222ibwbwbilvhwm如果导线宽度越窄（b 变小），存储能量越大。指导选磁芯？b大些好，磁芯宽些。wblv 图(b)次之为减少分布电感图(a)最好图(c)最差202020222ibwbwbilvhwm在布置印

8、刷电路板导线时，输出导线与回流导线上下层最好，平行靠近放置在同一层最差。即使导线很宽，实际上仅在导线靠近的边缘有高频电流流通，损耗很大，而且层的厚度不应当超过穿透深度。3、邻近效应对多层线圈的影响导线厚度d大于穿透深度电流集中在初级与次级靠近的一边第一层di-i2i-2i3i电流密度穿透深度2222222(2 )5,5eepi ri rirrirr2222333(3 )(2 )13,13eepi ririrrirr22111,eepi ri r rr第一层di-i2i-2i3i电流密度穿透深度122)1(pmmpm121)12(3pmmppmjjm0集肤深度损耗增加太多-3ii-i2i-2i3

9、i2i-2i i-i原边3层线圈副边3层线圈不考虑邻近效应考虑邻近效应xhmh当线圈需要流过大电流时，如果采用线圈并联，能否真的解决大电流问题呢？不并联电流流过每个导线并联后电流集中在靠近一侧副边线圈磁芯原边线圈但线圈宽度增加的不利后果是增加了线圈之间的电容。图2图1201/2mwh w b（a a）加大线圈窗口宽度）加大线圈窗口宽度b b副边线圈磁芯原边线圈增加磁芯窗口宽度bw为了达到平均分配电流，应将导线绞成螺旋形或麻花形，使得每根导线在其长度方向感应相同的电压。并联的所有导线在窗口中经过相同的磁场。(c)并联准则（3 3）被动损耗（无源损耗）被动损耗（无源损耗）如果导体位于初次级之间高磁

10、场强度区，即使导体不是线圈的一部分或不处在工作时间也会引起损耗。线圈间电磁屏蔽轻载或空载的次级线圈如中心抽头暂不通电流的线圈处于散磁区的线圈交变磁场中不通电导体的损耗称为被动损耗高功率副边线圈磁芯原边线圈低功率副边线圈n11和n21同时导通n12和n22同时导通n11n21n12n22磁芯n11n21n12n22磁芯正确的安置不正确的安置unniiuu12b1os21虽然增加了直流电阻，但减少了交流电阻。尽量减少层数利用利兹线更薄的铜带x=0磁芯线圈l1l2fxinx=2l1+l2+xxx=2l1+l2+ucucx00中柱和边柱都有气隙x=0磁芯线圈l1l2fxinx=2l1+l2+xxucu

11、cx00中柱和边柱都有气隙2l1+a磁芯2.散磁通引起周围电路损耗；3.散磁通引起铜箔线圈导体涡流，减少导体有效截面积，增加导体损耗，或引起导体局部过热。小结：高频磁芯线圈的散磁会带来以下的严重后果：1.散磁通引起周围电路的电磁干扰；1 1、线圈间电容和屏蔽、线圈间电容和屏蔽2 2、端部之间电容、端部之间电容线圈间电容是引起开关初级到次级之间共模噪声的通道。在减少漏感和涡流损耗时，要求线圈交错绕和宽窗口及初次级空间尽量紧凑等都增加了线圈的分布电容。为了减少初级和次级之间的耦合，可采用恰当的屏蔽措施。即用薄铜带或金属绝缘膜隔离围绕在初级和次级之间，构成电气屏蔽。1 1、线圈间电容和屏蔽、线圈间电

12、容和屏蔽122112igcuucc无屏蔽时初级对次级的干扰222sssgcuucc12211222() ()ssisssgsgsgc cuuccc ccccc121122()sssisssgsgc cuuccc ccc加入屏蔽不接地时，次级接收到的干扰电压为：22122sisgcuuucc12211222() ()ssisssgsgsgc cuuccc ccccc可见，不但不起屏蔽作用，还加强了干扰。则：如果2000sscuu21122iisgsgccuuuccccc2scc因为初级对次级的干扰大大减少如果屏蔽接地良好，即实际上屏蔽不是无限大的，也并非无缝隙的封闭体，在初级和次级还存在剩余电容

13、c，因此在次级仍有干扰电压。屏蔽层可靠接地是非常重要的，当初级和次级有很高的瞬态电压时，往往采取双重屏蔽。根据线圈的安排，选择屏蔽接地点。 2 2、端部之间电容、端部之间电容端部之间电容也称为分布电容。在高压线圈中，线圈来回绕成许多层。上一层的末尾与下一层的开头之间存在电容，交流电位差大，形成旁路电流。接近匝间电容很小（1 1）高频电流仅在接近表面的导线中）高频电流仅在接近表面的导线中流通，而不在中心导线中流通，称为流通，而不在中心导线中流通，称为集肤效应。集肤效应。（2 2）在一对厚于）在一对厚于的导体或线圈中，的导体或线圈中，流过相反的高频电流时，高频电流仅流过相反的高频电流时，高频电流仅在相互最接近的两导体整个表面流通。在相互最接近的两导体整个表面流通。导体其它部分没有电流，也没有磁场。导体其它部分没有电流，也没有磁场。（5 5）多层线圈连接成并联，如果处理不当，）多层线圈连接成并联，如果处理不当，高频电流仅流过外层的内表面或内层的外高频电流仅流过外层的内表面或内层的外表面，达不到平均分配电流的目的。表面，达不到平均分配电流的目的。（4 4）必须用缓冲和箝位吸收漏感能量，）必须用缓冲和箝位吸收漏感能量，通常导致负载相关的损耗。通常导致负载相关的损耗。