01、前言
在電子設備中,變壓器嘯叫問題是讓工程師頭疼的問題,微小的振動包括電磁學、熱學、機械學等多重領域耦合的現象。
本期內容是我最近看的一個拆解變壓器視頻展開系統性分析,對我們設計變壓器避免嘯叫問題有幫助,聊聊讀后感。內容可能存在不夠準確或理解有偏差的地方,歡迎大家指正和交流!
02、問題導入與工具準備
作者收到客戶反饋“樣品嘯叫”的貼片變壓器后,先準備專業工具并明確分工:
(1)LCR電橋:用于測量電感(Ls)、電阻(Rs)參數;
(2)數顯卡尺:測量線徑、磁芯尺寸,精準到0.01mm,判斷線徑是否合規;
(3)熱風槍/烙鐵:加熱軟化磁芯背膠(背膠耐高溫,遇熱粘性降低),這樣可以實現磁芯無損拆解;
(4)紙筆/標簽紙:記錄引腳對應關系、電感值、圈數、線徑等關鍵參數。
03、參數測量與初步分析
3.1 電感量測量(LCR電橋)
探針接觸變壓器引腳,屏幕同步顯示電感(Ls)、電阻(Rs)數值。例如:1 - 3腳測得電感840μH,次級12 - 9腳“7.7μH”,并且感量筆記本同步記錄,防止后續拆解混淆。
3.2 加熱磁芯
用熱風槍均勻加熱磁芯底部(背膠軟化溫度約150℃),待背膠粘性降低后,用鑷子/剪刀分離磁芯,全程避免暴力拆解損傷繞組;
3.3 圈數測試
將變壓器接入圈數測試儀,第一次見這個儀器很神奇,為什么一連上就能讀出參數?于是查了一下,儀器通過電磁感應原理(法拉第電磁感應定律,繞組切割磁感線產生感應電壓,對應圈數與電壓線性相關),測得初級3 - 1腳“53圈”、次級三路各“5圈”,數值穩定后記錄。
04、線包深度拆解
拆除線包絕緣膠帶,撕下標簽參數貼在記事本上。
次級12-9,11-8,10-7,三層絕緣線并繞5圈,直徑0.45mm三層絕緣線,實際測量是0.43mm,由于卡尺誤差可以加0.02mm。
廠設計發現嘯叫問題了,所以加了屏蔽層減少干擾,磁芯開了氣隙。
繼續拆解,測量初級線徑0.35mm。
拆解完成,記錄線圈匝數,線徑參數。
05、變壓器嘯叫原因分析
變壓器嘯叫的原理:原理:變壓器激磁成分中的低頻振蕩導致磁芯磁分子運動及周圍空氣振動,產生人耳可聞的嘯叫(20Hz-20kHz)
具體原因如下:
5.1 工藝問題
(1)如果沒有繞緊銅線或含浸不到位,工作頻率高,銅線會不停地抖動,可能會產生振動;
(2)變壓器氣隙長度不合適
反激變壓器都是要開氣隙,存儲的能量一般都是在磁芯和氣隙中。
一般氣隙過大過小都會導致嘯叫問題,具體原因比較復雜,見下圖。
5.2 鐵芯問題
鐵芯飽和時線圈電流增大,產生自激振蕩,所以設計時候要合理計算,避免磁芯飽和。
5.3 負載問題
負載處于輕載或者空載時開關電源處于間歇工作模式,產生低頻振動。嚴重超載時變壓器燒毀前可能會發出尖叫聲。
5.4 初級線徑過小
作者提出0.35mm初級線徑過小,加大初級線徑至0.45mm。并且給出流程圖,感覺有點道理。
初級線徑過小,截面積就小,導致電阻增大或者電流密度增大,從發熱分析,銅損增大(發熱嚴重),材料熱脹冷縮,從磁場力分析,磁芯材料(通常用鐵氧體)在交變磁場下發生周期性形變,交變電磁力會試圖移動導線,兩種情況都會導致機械振動。見下圖流程圖。
06、總結
首先要排除設計變壓器的設計方面,磁通密度,電流密度是否合理。再排除是否工藝方面的問題,包括線圈松動或含浸不到位,氣隙是否合適,線徑是否合適。