簡介
高頻變壓器是作為開關電源最主要的組成部分。開關電源中的拓撲結構有很多。比如半橋式功率轉換電路，工作時兩個開關三極體輪流導通來產生100kHz的高頻脈衝波，然後通過高頻變壓器進行變壓，輸出交流電，高頻變壓器各個繞組線圈的匝數比例則決定了輸出電壓的多少。典型的半橋式變壓電路中最為顯眼的是三隻高頻變壓器：主變壓器、驅動變壓器和輔助變壓器（待機變壓器），每種變壓器在國家規定中都有各自的衡量標準，比如主變壓器，只要是200W以上的電源，其磁芯直徑（高度）就不得小於35mm。而輔助變壓器，在電源功率不超過300W時其磁芯直徑達到16mm就夠了。
工作原理
變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產生交流磁通，使次級線圈中感應出電壓（或電流）。
變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其餘的繞組叫次級線圈。
設計原理
在高頻變壓器設計時，變壓器的漏感和分布電容必須減至最小，因為開關電源中高頻變壓器傳輸的是高頻脈衝方波信號。在傳輸的瞬變過程中，漏感和分布電容會引起浪涌電流和尖峰電壓，以及頂部振盪，造成損耗增加。通常變壓器的漏感，控制為初級電感量的1%～3%。
初級線圈的漏感----變壓器的漏感是由於初級線圈和次級線圈之間，層與層之間，匝與匝之間磁通沒有完全耦合而造成的。
分布電容----變壓器繞組線匝之間，同一繞組的上、下層之間，不同繞組之間，繞組與禁止層之間形成的電容稱為分布電容。
初級繞組----初級繞組應放在最裡層，這樣可使變壓器初級繞組每一匝用線長度最短，從而使整個繞組的用線為最少，這有效地減小了初級繞組自身的分布電容。
次級繞組----初級繞組繞完，要加繞(3～5)層絕緣墊襯再繞制次級繞組。這樣可減小初級繞組和次級繞組之間分布電容的電容量，也增大了初級和次級之間的絕緣強度，符合絕緣耐壓的要求。
偏壓繞組----偏壓繞組繞在初級和次級之間，還是繞在最外層，和開關電源的調整是根據次級電壓還是初級電壓進行有關。
加工工藝
下面介紹了關於開關電源中高頻變壓器的加工工藝，通過變壓器的繞制來減小變壓器的漏感和分布電容，改善線圈之間的耦合程度，可減少開關電源的電磁騷擾發射和提高開關電源的可靠性，提高電源的效率。
引言
在開關電源中，高頻變壓器是進行能量儲存和傳輸的重要部件。一個高頻變壓器應具有漏感小、線圈分布電容小，各線圈之間的耦合電容也要小的特點。本文闡述通過改善變壓器的加工工藝來減小漏感和線圈本身的分布電容，提高開關電源的可靠性。
分布電容
在高頻變壓器設計時，變壓器的漏感和分布電容必須減至最小，因為開關電源中高頻變壓器傳輸的是高頻脈衝方波信號。在傳輸的瞬變過程中，漏感和分布電容會引起浪涌電流和尖峰電壓，以及頂部振盪，造成損耗增加。雖然在開關電晶體的漏極上增加鉗位和吸收電路可以克服尖峰電壓，但過大的尖峰會導致鉗位和吸收電路損耗的增加，使開關電源的效率降低，嚴重時會導致功率開關管的損壞。通常變壓器的漏感，控制為初級電感量的1%～3%。
2.1初級線圈的漏感
變壓器的漏感是由於初級線圈和次級線圈之間，層與層之間，匝與匝之間磁通沒有完全耦合而造成的。在變壓器繞制加工中可採取下列措施。
(1)儘量減少繞組的匝數，選用高飽和磁感應強度、低損耗的磁性材料。
(2)增加線圈尺寸的高度和寬度之比。
(3)儘可能減小繞組間的絕緣厚度，但必須保證變壓器本身有足夠絕緣強度。
(4)採用分層交叉繞制方式繞制初級、次級繞組。
(5)採用環型磁心變壓器時，不管初級、次級繞組的匝數有多少，在繞制繞組時，均沿環型圓周均勻分布地繞制。對於大電流工作狀態下的環型磁心變壓器，採用多繞組並聯方式繞制，並且儘可能地減小線徑。
(6)改善線圈之間的耦合程度。
(7)在輸入電壓不太高的情況下，初級、次級繞組採用雙線並繞的加工工藝。
其中減少初級線圈的匝數及增加線圈尺寸的高度和寬度之比，與所選擇的磁心形狀有關。如果磁心放置線圈的心柱尺寸足夠大，足以能使初級繞成兩層，甚至繞成一層的話，就可以有效地減小初級的漏感及分布電容的值。高頻變壓器適於採用中間心柱較長的磁心，不適合採用矮胖形狀的磁心。在上述措施中變壓器繞組的匝數不能減得太少，否則當輸入電壓太高，或者脈衝太寬時，會引起磁心飽和，導致變壓器繞組的電感值急劇降低，繞組對交流電流的限流作用降低，嚴重時進入短路狀態，在微秒的時間裡，有幾十乃至幾百安培的電流通過半導體器件，使之失效。
2.2分布電容
變壓器繞組線匝之間，同一繞組的上、下層之間，不同繞組之間，繞組與禁止層(或磁心)之間形成的電容稱為分布電容。開關變壓器分布電容主要由下面幾部分組成。
(1)各繞組與禁止層(或磁心)之間的分布電容。
(2)各繞組線匝之間的分布電容。
高頻變壓器(3)繞組與繞組之間的分布電容。
(4)各繞組的上、下層之間的分布電容。
在開關電源的電晶體通、斷期間，線圈的分布電容被反覆地充電和放電，其能量都被鉗位和吸收電路所消耗，降低了開關電源的效率。此外，線圈的分布電容還與線圈的漏感一起形成LC振盪，產生振鈴噪聲。要減小分布電容可以採取下列措施：
(1)繞組進行分段繞制;
(2)正確安排繞組的極性，以減小各繞組之間的電位差;
(3)初級、次級繞組之間增加靜電禁止措施;
(4)選擇漏磁勢組數M=4。
繞組加工
3.1初級繞組
初級繞組應放在最裡層，這樣可使變壓器初級繞組每一匝用線長度最短，從而使整個繞組的用線為最少，這有效地減小了初級繞組自身的分布電容。在通常情況下，變壓器的初級繞組被設計成兩層以下的繞組，可使變壓器的漏感為最小。
初級繞組放在最裡面，使初級繞組得到了其他繞組的禁止，有助於減小變壓器初級繞組和鄰近器件之間電磁噪聲的相互耦合。
初級繞組放在最裡面，使初級繞組的起始端作為連線開關電源功率電晶體的漏極或集電極驅動端，可減少變壓器初級對開關電源其他部分電磁騷擾的耦合。
3.2次級繞組
初級繞組繞完，要加繞(3～5)層絕緣墊襯再繞制次級繞組。這樣可減小初級繞組和次級繞組之間分布電容的電容量，也增大了初級和次級之間的絕緣強度，符合絕緣耐壓的要求。減小變壓器初級和次級之間的電容有利於減小開關電源輸出端的共模騷擾。
如果開關電源的次級有多路輸出，並且輸出之間是不共地的，為了減小漏感，讓功率最大的次級靠近變壓器的初級繞組。如果這個次級繞組只有相對較少幾匝，則為了改進耦合情況，還是應當設法將它布滿完整的一層，如可以採用多根導線並聯的辦法，有助於改進次級繞組的填充係數。其他次級繞組緊密的繞在這個次級繞組的上面。
當開關電源多路輸出採用共地技術時，處理方法簡單一些。次級可以採用變壓器抽頭形式輸出，次級繞組間不需要採取絕緣隔離，從而使變壓器的繞制更加緊湊，變壓器的磁耦合得到加強，能夠改善輕載時的穩壓性能。
3.3偏壓繞組
高頻變壓器偏壓繞組繞在初級和次級之間，還是繞在最外層，和開關電源的調整是根據次級電壓還是初級電壓進行有關。如果電壓調整是根據次級來進行的，則偏壓繞組應放在初級和次級之間，這樣有助於減少電源產生的傳導騷擾發射。如果電壓調整是根據初級來進行的，則偏壓繞組應繞在變壓器的最外層，這可使偏壓繞組和次級繞組之間保持最大的耦合，而與初級繞組之間的耦合減至最小。初級偏壓繞組最好能布滿完整的一層，如果偏壓繞組的匝數很少，則可以採取加粗偏壓繞組的線徑，或者用多根導線並聯繞制，改進偏壓繞組的填充情況。這一改進措施實際上也改進了採用次級電壓來調節電源的禁止能力，同樣也改進了採用初級電壓來調節電源時，次級繞組對偏壓繞組的耦合情況。
用途
高頻變壓器是工作頻率超過中頻（10kHz）的電源變壓器，主要用於高頻開關電源中作高頻開關電源變壓器，也有用於高頻逆變電源和高頻逆變焊機中作高頻逆變電源變壓器的。按工作頻率高低，可分為幾個檔次：10kHz- 50kHz、50kHz-100kHz、100kHz～500kHz、500kHz～1MHz、1MHz以上。傳送功率比較大的情況下，功率器件一般採用 IGBT，由於IGBT存在關斷電流拖尾現象，所以工作頻率比較低；傳送功率比較小的，可以採用MOSFET，工作頻率就比較高。
製造工藝
高頻變壓器的製造工藝要點之一：
繞線
A 確定BOBBIN的參數
B 所有繞線要求平整不重疊為原則
C 單組繞線以單色線即可,雙組繞線必需以雙色線或開線浸錫來分腳位,以免繞錯
D 橫跨線必需貼膠帶隔離
1. 疏繞完全均勻疏開
2. 密繞排線均勻緊密
3. 線圈兩邊與繞線槽邊緣保持足夠的安全距離A,B
4. 套管長度必須足夠,一端伸入繞線管的安全膠帶以內,另一端伸出BOBBIN上沿面,但不得靠近PIN
5. 最外層膠帶切割在鐵芯組合面,切割處必須被鐵芯復蓋。
6. 膠帶邊緣與繞線槽平齊,膠帶不歪斜,不反折不破損。
7. 跨越線底下須貼膠帶,保持跨越線與底下線圈絕緣。
高頻變壓器的製造工藝要點之二。
纏線
A 立式BOBBIN
粗線: 0.8φ以上纏線1圈
細線0.2-0.8φ纏線1.5圈
極細線0.2φ以下纏線2-3圈
立式BOBBIN纏法之原則:纏線儘量壓到底以不超過凸點為原則。
B臥式BOBBIN :約纏2-3圈,疏繞不要壓到底,以免焊錫時燙傷BOBBIN,如果有寬度限制且規格嚴格時才用此方式，將纏線壓到底後焊錫，再剪邊PIN，以減少整個變壓器的寬度。
C 橫式（臥式，BOBBIN之纏法：約纏2-3圈疏繞，不要壓到底以免焊錫時燙傷BOBBIN。
註：如果產品有寬度限制且規格緊必須將纏線部分剪短時為特例，此時即必須將纏線儘量壓到底。
高頻變壓器的製造工藝要點之三：
套管
一般套管之位置規則：
A 外部：套管未端與PIN之距離愈短愈好，但切記絕對不可將套管纏在PIN上會造成空焊現象。
B 內部：a無邊牆配合，平貼BOBBIN約1/2L的長度
B有邊牆配合，套管一定要在檔牆內。
檔牆膠帶（margin tape）其寬度及材料不可任意更換，因為在設計變壓器時其寬度及材質都是涉及安規需特別注意。
檔牆膠帶之寬度：一般需與繞線繞組的高度等高，以防止在繞線時銅線疊在假牆上，但如果因裝core困難時有時會包約1/2-3/4的高度,但以繞線不疊在假牆為原則.
技巧: 有時因出入線粗又有套管時如果會影響其厚度時可採用跳過引出線的做法,此時要特別注意套管的位置,一定要有足夠安全距離(深入假牆之寬度)
此點一定要深入假牆內有時因假牆缺口較大時或銅箔與M/F並繞時,無明顯判別是否深入假牆或線上M/T時必須選用與M/T同寬度的安全棒,每顆進行測量.
高頻變壓器的製造工藝要點之四：
銅片之繞制原則,一般有以下幾種方式：
A 一圈不接引線,頭尾不可短路,頭尾之間有絕緣材料隔離
B 一圈接引線,膠頻寬度必需大於銅片的寬度,
C 一圈以上之銅片兩根引線
D 中間抽拓型之銅片,三根引線
高頻變壓器的製造工藝要點之五：
理線
1） 直立式理線標準
A細線，粗線均需理滿一圈以上，理線位置介於底座與凸台的2/3高處（不足者增加理線圈數）
B線頭長不可超過相鄰兩腳距離的一半且最長不可超過1mm。
C多組線並繞理線，細線放在最上層且不可理完一股再理另外一股。
D如有套管時，套管的長度不低於底座
E同槽不同腳理線時，同向而繞則。
2） 臥式理線標準
A理線平均分布在腳上，線頭至少要超過線腳的一半（不足者增加理線圈數補足，但最多不可超過線腳長）
B理線自腳根部理起螺鏇向上且最少理滿一圈以上。
C線頭長不可超過相鄰兩腳距離的一半且最長不可超過1mm。
D多組線並繞理線，細線放在最上層且不可理完一股再理另外一股。
E同槽不同腳理線時，同向而繞則可以且套管的長度不低於底座，不靠近PIN。
高頻變壓器的製造工藝要點之六：
焊錫
1） 焊錫後PIN腳平整光滑，不沾異物。
2） 線頭不高於凸點。
3） 焊錫後BOBBIN完整，無容損及腳短現象 。
4） 焊油（助焊劑）殘留少，無沾錫，無短路。
5） 膠帶無容損 。
6） 焊錫最少焊滿一圈 。
7） 焊錫後不能有橫向錫尖 。
高頻變壓器的製造工藝要點之七：
組合
1） 鐵芯組合面平整，無歪斜。
2） BOBBIN，CORE，接線腳保持整潔，無沾附雜質及膠類。
3） 認清有GAP的CORE放在哪個方向 。
4） EE，EI，UU型CORE最大歪斜不可大於0.5mm或1/10CORE寬度。
技術參數
高頻變壓器額定功率：1000/10000(KVA)
效 率(η)：97%
電 壓 比：400/220(V)
外形結構：立式
冷卻方式：自然冷式
防潮方式：開放式
繞組數目：雙繞組
鐵心結構：心式
冷卻形式：乾式
鐵心形狀：R型
電源相數：單相
頻率特性：高頻
套用範圍：特種
保護裝置
高頻變壓器微機保護裝置總結了國內外同行多年套用經驗基礎上，結合國內綜合自動化系統的實際特點，開發研製的集保護、監視、控制、通信等多種功能於一體的電力自動化高新技術產品，是構成智慧型化高頻變壓器的理想電器單元。
保護裝置屬性
適用範圍：主要適用於10KV等用戶工程；
保護功能：集20餘種保護功能於一體，0.5級測量精度的通用型保護裝置；
保護單元：線路、主變後備、電動機、電容器、電抗器、備自投、PT、非電量；
產品外觀：100mm超薄機身特別適用於環網櫃等櫃體，也適用於KYN28等中置櫃等；
產品材質：合金外殼，抗電磁干擾測試符合國家標準；
操作迴路：不帶防跳、可與各種自帶防跳的開關配合使用；
通訊：自行選配帶、或不帶RS485通訊接口；
