超详细│开关电源高频变压器制作全过程

    高频变压器的线路图，如图1所示。

图1  高频变压器的线路图

高频变压器的制作流程，如图2所示。

图2  高频变压器的制作流程

高频变压器的制作大致包括以下十个过程，对每个过程的流程、工艺及注意事项作详细的分析。

1.绕线

（1）材料确认

1）变压器骨架（BOBBIN）规格的确认。

2）不用的引脚剪去时，应在未绕线前先剪掉，以防绕完线后再剪除时会刮伤线或剪错脚，而且可以避免绕线时缠错脚位。

3）确认骨架完整，不得有破损和裂缝。

4）将骨架正确插入治具，一般特殊标记为引脚1（PIN 1），如果图面无注明，则引脚1朝机器。

5）须包醋酸布的先依工程图要求包好，紧靠骨架的两侧，再在指定的引脚上先缠线（或先钩线）后开始绕线，原则上绕线应在指定的范围内绕线。

（2）绕线方式

1）绕线方式

根据变压器要求不同，绕线的方式大致可分为以下几种：

①一层密绕：布线只占一层，紧密的线与线间没有空隙，整齐的绕线如图3a所示。

②均等绕：在绕线范围内以相等的间隔进行绕线；间隔误差在20%以内可以允收，如图3b所示。

图3  绕线方式

③多层密绕：在一个绕组一层无法绕完，必须绕至第二层或二层以上，此绕法分为三种情况：

a）任意绕：在一定程度上整齐排列，达到最上层时，布线已零乱，呈凹凸不平状况，这是绕线中最粗略的绕线方法。

b）整列密绕：几乎所有的布线都整齐排列，但有若干的布线零乱（约占全体30%，圈数少的约占5%REF）。

c）完全整列密绕：绕线至最上层也不零乱，绕线很整齐的排列，这是绕线中最难的绕线方法。

④定位绕线：布线指定在固定的位置，一般分五种情况，如图4所示。

图4  定位绕线

⑤并绕：两根以上的线同时平行的绕同一组线，各自平行的绕，不可交叉，此绕法大致可分为四种情况，如图5所示。

图5  并绕方式

2）引线要领：

飞线引线的长度按工程图要求控制，如需绞线，长度须多预留10%。套管须深入挡墙3mm以上，如图6所示。

图6  飞线和引线示意图

3）注意事项：

①当起绕（START）和结束（FINISH）出入线在骨架的同一侧时，结束端回线前须贴一块横越胶布（CROSSOVER TAPE）作隔离。

②出入线于使用，骨架的凹槽出线时，原则上以一线一凹槽方式出线，若同一引脚有多组可使用同一凹槽或相邻的凹槽出线，唯在焊锡及装套管时要注意避免短路。

③绕线时需均匀整齐绕满骨架的绕线区为原则，除工程图面上有特别规定绕法时，则以图面为准。

④变压器中有加铁氟龙套且有折回线时，其出入线所加之铁氟龙套管须与 骨架的凹槽口齐平（或至少达2/3高），并自骨架的凹槽出线以防止因套管过长造成拉力将线扯断。但若为L形引脚水平方向缠线，则套管应与 骨架边齐平（或至少2/3长），如图7所示。

图7  套管的长度示意图

⑤变压器中须加醋酸布作为档墙胶带时，其档墙胶带必须紧靠模型两边。为避免线包过胖及影响漏感过高，故要求2TS以上之醋酸布重叠不可超过5mm，包一圈之醋酸布只须包0.9T，留缺口以利于凡立水良好的渗入底层。醋酸布宽度择用与变压器安规要求有关，VED绕法ACT宽度3.2mm包两边且须加套管。绕法：PIN端6mm/4.8mm/4.4mm/4mm；TOP端3mm/2.4mm/2.2mm/2mm 时不须套管。绕线时铜线不可上档墙，若有套管，套管必须伸入档墙3mm以上。

2.包铜箔

（1）铜箔绕制工法

1）铜箔的种类及在变压器中之作用：我们以铜箔的外形分有裸铜各背胶两种：铜箔表面有覆盖一层胶带的为背胶，反之为裸铜；以在变压器中的位置不同分为内铜和外铜，裸铜一般用于变压器的外铜、铜箔在变压器中一般起屏蔽作用，主要是减小漏感，激磁电流，在绕组所通过的电流过高时，取代铜线，起导体的作用。

2）铜箔的加工

①内铜箔一般加工方法：焊接引线→铜箔两端平贴于醋酸布中央→折回醋酸布（醋酸布须完全覆盖住焊点）→剪断醋酸布（铜箔两边须留1mm以上），如图8所示。

图8  内铜箔加工示意图

②内铜飞宏加工方法如图9所示。

图9  内铜飞宏加工方法

③外铜加工方法如图10所示。

图10  外铜加工方法

（2）变压器中使用铜箔的工法要求

1）铜箔绕法除焊点处必须压平外铜箔之起绕边应避免压在骨架转角处，须自骨架的中央处起绕，以防止第二层铜箔与第一层间因挤压刺破胶布而形成短路，如图11所示。

图11  使用铜箔的工法要求

2）内铜片于层间作屏蔽绕组时，其宽度应尽可能涵盖该层之绕线区域面积，又厚度在0.025mm（1mil）以下时两端可免倒圆角，但厚度在 0.05mm（2mils）（含）以上之铜箔时两端则需以倒圆角方式处理。

3）铜箔须包正包平，不可偏向一边，不可上挡墙，如图12所示。

图12  包铜箔的示意图

4）焊外铜，如图13所示。

图13  焊接外铜的示意图

（3）注意事项

1）铜箔焊点依工程图，铜箔须拉紧包平，不可偏向一侧；

2）点锡适量，焊点须光滑，不可带刺，点锡时间不可太长，以免烧坏胶带；

3）在实物上，短路铜箔的厚度用0.64mm即可，而铜箔宽度只须要铜窗绕线宽度的一半。

3.包胶带

包胶带的方式一般有以下几种，如图14所示。

图14  包胶带的方式

注意：胶带须拉紧包平，不可翻起刺破，不可露铜线，最外层胶带不宜包得太紧，以免影响产品美观。

压线胶带的贴法如图15所示。

图15  压线胶带的贴法

4. 压脚

1）将铜线理直理顺并缠在相应的脚上；

2）用斜口钳将铜线缠紧并压至脚底紧靠档墙；

3）剪除多余线头；

4）缠线圈数依线径根数而定，如图16所示。

图16  压脚方式

注意：铜线须紧贴脚根，预计焊锡后高度不会超过墩点；不可留线头，不可压伤脚，不可压断铜线，不能损坏模型。

另外，铜线过多的可绞线，如图17所示。

图17  绞过多的铜线

5. 焊锡

（1）焊锡作业步骤

1）将产品整齐摆放；

2）用夹子夹起一排产品；

3）脚沾助焊剂；

4）以白手捧刮净锡面；

5）焊锡：立式模型镀锡时将脚垂直插入锡槽（卧式模型将脚倾斜插入焊锡槽），镀锡深度以锡面齐铜PIN底部为止，如图18所示。

图18  焊锡的示意图

（2）要求

镀锡须均匀光滑，不可有冷焊，包焊，漏焊，连焊，氧焊或锡团，焊锡的标准如图19所示。锡焊的要求如下：

图19  焊锡的标准

1）引脚为垂直引脚时，可留锡尖，但锡尖长不超过1.5mm。

2）引脚为L形引脚时且为水平方向缠线时，在水平方向的引脚不可留锡尖，垂直方向引脚可留锡尖且锡尖长不可超过1.5mm。

3）PVC线之裸线部份（多股线）不可有刻痕及断股，且锡焊后不可有露铜或沾胶，或沾有其它杂质。

4）助焊剂（FLUX）须使用中性溶剂。

5）锡炉度须保持在450～500℃之间，锡焊时间因线径不同而异，如下：AWG#30号线以上1～2s；AWG#21～AWG#29号线2～3s；AWG#20号线以下3～5s。

6）锡炉用锡条，其锡铅比例标准为60/40。每月须加一次新锡约1/3锡炉量。

7）焊一次锡面须刮净再第二次。

8）每周清洗锡炉一次并加新锡至锡炉满为止。

（3）注意事项

1）白包模型含锡油多，锡焊时间不可过长。

2）塑料模型不耐高温，易产生包焊或引脚移位。

3）不可烧坏胶带，三层绝缘线须先脱皮后镀锡；

4）焊点之间最小间隙须在0.5mm以上，如图20所示。

图20  焊点之间的距离要求

6.组装铁心

（1）铁心组装作业过程

1）铁心确认：不可破损或变形；

2）工程图规定须有气隙的铁心研磨，须加工的铁心；

3）组装：如无特殊规定，卧式模型已研磨的铁心装初级端，立式模型已研磨的引脚端；

4）铁心固定方式可以铁夹（CLIP）或三层胶布方式固定，且可在铁心接合处点环氧树脂胶（EPOXY）固定，点胶后须阴干半小时再置于120℃烤箱中烘烤一小时。包铁心的固定胶布须使用与线包颜色相同的胶布（图面特殊要求除外），厂家需符合UL规格。组装过程如图21所示。

图21  组装变压器过程示意图

注意：铁心胶布起绕处与结束处；立式起绕于引脚端中央，结束于中央；卧式起绕于引脚1，结束于引脚1。有的铜箔则起绕于焊接点，结束于焊接点。

（2）组装铁心之注意事项

1）组装铁心时，不同材质的铁心不可组装在同一产品上；

2）有加气隙（GAP）之变压器与电感器，其气隙（GAP）方式须依照图面所规定的气隙（GAP）方法，放于GAP中之材质须能耐温130℃以上，且有材质证明者或是铁心经加工研磨处理；

3）无论是有加气隙或无加气隙的铁心组合，铁心与铁心接触面都需保持清洁，否则在含浸作业后电感值会因而下降；

4）包铁心的胶布宽度规定，以实物外观为优先着眼，次以铁新宽减胶布宽空隙约0.3mm~0.7mm为最佳。

7.含浸

（1）操作步骤  

操作过程如图22所示，操作要求如下：

图22  含浸过程示意图

1）将产品整齐摆放于铁盘内。

2）调好绝缘漆（凡立水）浓度：0.915±0.04。

3）将摆好产品的铁盘放于含浸槽内。

4）启动真空含浸机，抽气至40~50cm/kg，放入绝缘漆，再抽气至65~75cm/kg，须连续抽真空，破真空3-5次，含浸10~15min，视产品无气泡溢出。

5）放气，放下绝缘漆，再反抽至65~75cm/kg一次，放气，待产品稍干后取出放置滤干车上阴干。

6）滤干10min以上，视产品无绝缘漆滴下。

7）烘干：先将烤箱温度调至80℃，预热1h再将温度调至100℃，烘烤2h最后将温度调至110℃，烘烤4h，拆样确认。

8）将产品取出烤箱。

9）冷却：用风扇送风加速冷却。

10）摆盘后送至生产线。

（2）注意事项

1）绝缘漆与稀薄剂调配比例为2：1

2）放入绝缘漆时，绝缘漆高度以完全淹没产品为准，但绝缘漆不可上铜脚（特殊机种除外）。

8. 贴标签（或喷字）

1）标签确认：检查标签内容是否正确，有无漏字错字，字迹是否清晰，检查标签是否过期。喷字时必须确认所设定的标签完全正确，如图23所示。

图23  标签包含的内容

2）贴标签时，将产品初级朝同一方向整齐摆放，喷墨时应将产品之喷印面朝喷头，摆放于输送带上，产品必须放正。

3）贴标签：料号标签及危险标签须依图面所规定的置及方向盖印或黏贴。标示“DANGER（危险）”或“HIGH VOLTAGE（高压）”及闪电符号标签应贴付于变压器之上方中央位置。其贴示方向以“DANGER（危险）”箭头方向朝变压器原边绕组为作业要求，如图24所示。

图24  标签示意图

（4）注意事项：标签须贴正贴平，贴完后须用手单击，使之与产品完全接触；标签不可贴错、贴反、贴歪或漏贴。

9. 外观

外观检查包括以下几个方面的内容：

（1）确认产品是否完整 

1）模型是否有裂缝，是否断开；

2）铁心是否有破损；

3）胶带是否刺破；

4）套管是否有破损，是否过短；

5）是否剪错脚位。

（2）清除脏物

1）含浸后变压器铁心四周不得残留余胶（绝缘漆固体状）以免变压器无法平贴PCB（印制电路板），或黏贴标签时无法平整；

2）清除铜渣锡渣。

（3）卧式铁心在含浸绝缘漆后不能有倾斜现象（线包不可超出骨架）。

（4）合PCB

有标有三点（STAND-OFF）的变压器，插入PCB时可允许三点平贴PCB即可。

（5）铁心不可有松动现象。

（6）脚须垂直光滑，不可有松动及断裂现象，且不能有刻痕。

（7） 引脚不可有弯曲变形或露铜氧化，间隔（PITCH）则以图面上规定或实套PC板为准，骨架的引脚长以图面上所规定为准。

（8）检查焊锡是否完整。

（9）检查标签是否正确，是否有贴错、贴反或漏贴。

（10）检查打点是否清晰，位置是否正确，有无打错、打反或漏打。

（11）不良品必须进行修补，无法修补方可报废。

（12）胶带修补：最外层胶布破损造成线圈外露者，须加贴胶布完全覆盖住破损处，且加贴胶布之层数须与原规定最外层胶布之层数相同，并于涂绝缘漆后烘烤干始可。加贴之胶布其头尾端均须伸入铁心两侧内，且伸入铁心两侧的胶布长以不超过铁心的厚度为限。（胶布伸入至少达到2/3铁心厚）。

10.电气测试

电气测试主要包括以下三个方面的内容：

（1）电感测试：测试主线圈的电感量。半成品测试时，须将电感值域范围适当缩小。

（2）圈数测试：测试产品的圈数，相位即同名端和异名端。

（3）高压测试。

来源：《开关电源原理与分析》