1 高頻電感所用原材料
(1)銅線(copper wire)。銅線按漆包膜厚度分為1UEW、2UEW、3UEW、4UEW、PEW,DD-NYU 及TEX-E(三層絕緣線)。單根銅線線徑有(0.033~2.5)mm 不等,按股數分單股和多股,多股線常見的有Φ0.23×7.另外還有一種絲包線,其單股線徑為Φ0.1mm,股數有5,10,15……100不等。
(2)鐵芯(core)。制作線圈主要用core有R型、DR型、T型、SDR型等。制作濾波器之core 有UT型(口字型)、UU型、ET型(曰字型)、T型。制作變壓器之core有EE型、ER型、ERL型、EI型、EFD型、ETD型等。每種類型有不同尺寸之規格,鐵芯材料一般為Mn-Zn。
(3)線架(bobbin)。制作變壓器一般需用到線架,其材質分有PBT、PET、電木和尼龍,因其與core 配套使用,故其外型分類方法亦為EE型、ER型、ERL型、EI型、EFD型、ETD型等。
(4)膠帶(tape)。膠帶可分為mylar tape(邁拉膠帶)和margen tape(擋墻),一般用于變壓器制作時絕緣用。對mylartape,生產廠家視需求按0.5mm一個等級制成不同寬度的規格,顏色分黃、白、綠、黑等。對margen tape視需求按0.1mm一個等級制成不同寬度的規格,一般為白色。
(5)其它。用于制作電感的材料還有磁鐵、套管(tube)、底座(base)、天那水、凡立水(varnish)等。磁鐵為圓柱型,套管分UL、PVC、TEFLON等。
2 線性電感線圈的制作
電感線圈根據鐵芯不同有多種不同的外型結構,如R型、DR型、T型,此外空心線圈也較常見,變壓器結構型線圈在某些場合亦可涉及到。
2.1 R型鐵芯線圈
R型鐵芯線圈一般用于在固定頻率下電感量要求不大的場合,因此,制作所用銅線較粗,圈數較少,可用自動打線機大批量加工,經盆浸(浸清漆)、焊錫處理后用透明AB膠把線圈和鐵芯組合。R型鐵芯成批生產時其磁導率較穩定,故R型鐵芯線圈電感量也較穩定,在一定頻率下其靜態電感量變化不大。值得注意的是,如所用銅線為PEW線,在焊錫前PIN(引腳)需經過脫皮處理,且須用低溫焊錫(200~280℃),以防線圈破皮,滿足其絕緣要求。
2.2 DR型鐵芯線圈
DR型鐵芯線圈因鐵芯外型尺寸、繞線所用銅線的多樣性,決定了此種線圈電感量分布的廣泛性。從luH 到10mH甚至更高的電感量均可由DR型鐵芯設計形成,且可大批量生產。供應廠家研制出一系列的規格品可供挑選,同時也可按具體要求設計制造。
設計DR型電感時,一般給出測試頻率、電感值范圍及DCR范圍,在外觀尺寸范圍內確定出*大的鐵芯尺寸,隨后,在電感中心值附近確定銅線的*大線徑及銅線圈數,槽滿率一般以80%~90%為宜。當電感有耐電流要求時,可適當調整鐵芯中徑值,使其在額定電流的情況下,電感量不小于L(OA)×90%,且需保留適當的裕量,以消除鐵芯材質、鐵芯中徑及測試儀器對電感的影響。中徑與耐電流性的關系是:中徑越大,耐電流性越好。鐵芯槽寬對電感量及耐電流性影響較小,它主要影響DCR值。
SDR型鐵芯(鍍銀鐵芯)與DR型鐵芯的區別是:SDR型鐵芯一端有兩個鍍銀半面代替DR型鐵芯的兩個PIN, 因鐵芯直徑一般大于其長度,槽寬較窄,繞線時一般不考慮其排列的整齊性,故提高SDR型鐵芯線圈耐電流性的另一方法是:
增加銅線并繞根數(一般為兩根)。該產品焊錫時先用高溫焊錫(450℃~500℃),把銅線起落兩端分別焊接于兩個鍍銀面,后用低溫焊錫使鍍銀面光滑,平整潔凈,但焊錫時需注意起落線不得短路。
2.3 直流線性電感線圈DC linearity
DC lincarity線圈是在DR類電感線圈的基礎上加一個圓柱形磁鐵而成,常見的規格有DR2W9×12(單位:mm,下同),DR2W10×12及DR14×15,相應的磁鐵直徑為Φ10、Φ15,所用銅線一般為絲包線,以下為一個DC linearity的實例。
例1:
材料:鐵芯:DR2W10×12 磁鐵:Φ10×16
銅線:Φ0.1×30 圈數:23.5Ts
測試條件:1kHz/1Vrms 25℃
L(S~F)值要求如下:
制作時首先根據疊加0A電流時的電感值選取鐵芯,其值與鐵芯材質、鐵芯中徑及磁鐵大小有關,然后繞線。焊錫時間不能過長,以免起落線破皮短路,破皮短路很難在常規測試條件下測出,一般增加一個高頻測試頻率的電感測量,如增加40kHz/1Vrms 疊加OA電流時的電感測量。
2.4 T型鐵芯線圈
T型鐵芯線圈有-26材質和-52材質。-26材質鐵芯一面coating(絕緣層)為白色,另一面coating為黃色,-52材質鐵芯一面coating為白色,另一面coating為藍色,此外,T型鐵芯還有以磁導率表示其材質的如ui=7000,其外coating為綠色。
T型鐵芯一般用于制作線圈,但也常用于制作濾波元件(filter),有時還用于制作變壓器(transformer)。此類鐵芯ui值幅度變化較大(生產廠家控制在30%范圍內),生產出來的產品電感值變化幅度也較大。對于電感線圈,一般以調整圈數來調節電感量,DCR值一般不予考慮。對濾波線圈和變壓器,則不能通過調整圈數來調節電感量,但設計廠家一般以電感*小值確定規格。
制作時要注意:coating是一層較薄的絕緣附著物,繞制和焊錫時不能讓coating損壞,否則影響其高壓特性,同時繞制時不能過度用力,以防止鐵芯破裂。
3 濾波線圈的制作
制作濾波線圈所用鐵芯除上面所述T型鐵芯外,還有UU型鐵芯、ET型鐵芯(曰字型鐵芯)、UT型(口字型鐵芯)和EE型鐵芯。
3.1 UU型濾波線圈的制作
UU型鐵芯*常見的尺寸規格有UU9.8(10)、UU15.7(16),它是由兩片U型鐵芯組合而成。根據鐵芯材質的不同,其磁導率ui值有2500(3000)、7000、10000不等。
UU型線架(bobbin)有PBT和電木兩種材質,其結構常見有雙槽和四槽兩種,每槽(雙槽型)或每兩槽(四槽型)各繞一組線圈,繞制時需注意起落線不能交叉,槽滿率不能太高,以免線和鐵芯相互緊靠。線繞好焊錫后可用鐵夾(clip)把鐵芯和線包組合起來。
UU型濾波線圈需進行浸漆作業,一般采用盆浸的方法。
因線架和鐵芯均在尺寸上左右對稱,銅線線徑和圈數相同,所以制作出來的濾波器漏感較小,可滿足關系式:|L1-L2|/|L1+L2|≤1%.用UU型線架和鐵芯也可制作兩繞組變壓器。
3.2 ET型和UT型濾波線圈的制作
ET型和UT型鐵芯是一個單獨的整體,它有完整、封閉的磁通路,其磁通量在制作時不會改變。其線架分兩部分:一部分叫輪軸,輪軸有雙槽型和四槽型,由兩個半圓柱型PBT材質的骨架構成,輪軸的一端有一個完整的齒輪,可由自動繞線機帶動繞線;另一部分叫底座(dbase),根據底座的不同形式,ET型分臥式和立式兩種,UT型只有立式一種。
繞線前,把鐵芯和兩個輪軸組合,使鐵芯夾在兩輪軸中間,然后用自動機繞線,繞完線與底座組合后,焊錫、浸漆。
ET型和UT型濾波線圈同UU型一樣,兩繞組結構上對稱,漏感較低,可滿足|L1-L2|/|L1+L2|≤1%,但因鐵芯的磁導率波動較大(公差=30%),成品電感分布范圍太寬,電感**偏多。解決此問題的方法是:對鐵芯逐個篩選,不同磁導率的鐵芯配以不同的圈數,但此法增加了一道工序,工時增加,不適宜大批量生產。
3.3 EE型濾波線圈
EE型濾波線圈的線架常見有EE-25,它也有對稱的外型結構,其鐵芯為兩個"E"片,與UU型濾波線圈制作不同的是:
EE型濾波線圈繞線完成后一般在外面包一定圈數(一般為2圈)的膠帶以絕緣鐵芯與線圈。
4 常規高頻變壓器的制作
變壓器可以對交流電(或信號)進行電壓變換、電流變換、阻抗變換,可以傳遞信號,隔直流等作用,一般由線圈、磁鐵和線架構成。其主要測試技術參數有:各線圈在規定頻率下的電感量、DCR值、漏感、變壓比(圈數比)及高壓測試,有時附加線圈的耐電流測試。以下為制作變壓器的一個實例。
例2:變壓器繞線結構如附圖(圖左所示圈數為膠帶圈數)。
附圖變壓器線圈剖面圈。
4.1 繞線
附圖為成型變壓器線包剖面圖,圖中出示了各層線圈所用銅線線徑、并繞根數、圈數、擋墻寬度及絕緣膠帶圈數,由圖可知,繞線部分可分六步逐層完成。繞線時須注意:PIN位不能掛錯,絕緣膠帶不能少圈數,銅線不能用錯,圈數不能增減,擋墻寬度選取不能錯---它影響漏感及絕緣性,每層如果銅線分布不足一層,則一般采用平均疏繞形式以降低漏感。
4.2 組合
線圈繞完后,用高溫焊錫機焊錫,此后可把線包與鐵芯組合,鐵芯在組合前需經過一定的處理,處理方法如下:
對于寬度C大于25mm 的鐵芯,其磁導率ui一般在2000~3500之間,可根據變壓器主電感值成批送到研磨廠家進行研磨,對研磨好的鐵芯可直接與線包組合。
對于寬度C小于或等于25mm之鐵芯,其磁導率ui值分布較寬,因其外型尺寸小,易碎,研磨較難,因此組合時采用墊一定厚度的墊片以符合電感值的要求。
4.3 測試
組合好的半成品變壓器須測試其所規定需測試的電氣參數,如電感、漏感、DCR值、電壓比、圈數比、耐壓性,另外還有變壓器綜合測試儀可一次性完成上述各參數的測試。
4.4 浸漆、烘烤
變壓器浸漆的主要作用是提高絕緣性和增大機械強度。
凡立水(varnish)與天那水的比重一般調至0.92左右,浸漆的主要步驟如下:
(1)在真空含浸機內把變壓器浸入絕緣漆,同時抽真空,對鐵芯寬度小于或等于25mm的變壓器,時間約為5min,鐵芯寬度C大于25mm的變壓器時間約為10min.
(2)放掉絕緣漆,對變壓器抽真空,抽真空時間與浸漆時間相同。
(3)浸好漆的變壓器送至烤箱烘烤,對鐵芯寬度C大于25mm的變壓器烘烤時間約8h,對鐵芯寬度小于或等于25mm的變壓器,時間約為6h,烘烤溫度為(80~100)℃。
4.5 測試
烘干后的變壓器需再次測試各電氣參數是否符合要求。
本文由好電感 金籟造的金籟科技發表。