3.3 切換式電源供應器設計
3.3.3 變壓器設計
變壓器的繞製與設計決定了電源供應器的轉換效率，在變壓器的選擇上，
我們採用EE42 鐵心與變壓器架(bobbin)如下圖 3-18，在變壓器的繞製上，以下 為重要設計考量[23][24]：
圖 3-18 EE42 變壓器
漏感問題與解決
實際變壓器一次側與二次側絕不可能為完全理想的耦合，在實驗室中手工 繞製的變壓器上，由於製程的控管問題，更不易控制，非理想耦合的現象會造成 切換式電源供應器在切換時電壓的突波，為保護切換開關，RCD 緩衝電路為有 效解決方案，雖然能夠解決突波電壓的問題，但漏感所造成切換上能量的損失，
進而導致電路高溫，則必須由減小變壓器漏感本身加以解決。
圖 3-19 標準變壓器的繞製順序，最為靠近 bobbin 的為變壓器的最內層，傳 統的設計上，先將一次側的線圈繞完，在依序繞上二次側的線圈，此方式造成漏 感較大，改善方式如下圖 3-20 中所示，將一次側繞線分為兩部份，將一半的線 圈繞製完成後，接著繞製二次側的線圈，最後將剩下一半的一次側線圈包覆在最 外層繞製，如此能夠有效減小漏感的產生。
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‧‧NP/2‧‧
‧‧NP/2‧‧
‧‧Ns1‧‧
‧‧Ns2‧‧
‧‧Na‧‧
Bobbin Barrier type
圖 3-19 標準變壓器繞製
圖 3-20 三明治繞製
另一容易產生漏感的問題如圖 3-21 所示，由於二次側變壓器圈數較少，因 此極有可能產生如圖 3-21 中二次側某一繞組僅有三到四圈的情形，這些繞線上 分配的不平均，即有可能造成漏感的增加，解決方法如圖 3-22 中所示，以多組 較細的銅線並聯取代原本單條較粗的銅線，線圈繞製的均勻分布能夠有效的減少 漏感的產生。
‧‧NP/2‧‧
‧‧NP/2‧‧
Bobbin
圖 3-21 二次測少量圈數繞線圖
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圖 3-22 多線並聯繞線
變壓器圈數比
變壓器的圈數上，首先決定回授輸出繞線的圈數，對應此圈數的設計，我 們能夠算出一次側所需要的圈數，其圈數必須大於一次側所需最少圈數，其計算 如下：
1
1 1
RO
p s
o F
N V N
V V
= + ( 3-8 )
其中
Np：一次側繞線圈數 VRO：一次側反射電壓
s1
N ：二次側回授輸出繞線圈數
F1
V ：二次側回授輸出二極體壓降
o1
V ：二次側回授輸出電壓 VRO為一次側反射電壓其計算方式為：
max
1 max
RO DC
V D V
= D
− ( 3-9 )
而Dmax為設計時，指定之參數，在CCM 的應用上，為避免次諧波振盪 (sub-harmonic oscillation)，Dmax需小於0.5。
其他多組輸出的繞線圈數則根據下試設計：
( ) ( )
( ) 1
1 1
o n F n
s n s
o F
V V
N N
V V
= +
+ ( 3-10 )
30
其中
s n( )
N ：第n 組輸出圈數
F n( )
V ：二次側第n 組輸出二極體壓降
o n( )
V ：二次側第n 組輸出電壓
繞製順序設計
考慮漏感所產生的影響，我們將輸出功率最大的繞線優先繞製，並且由於 供給電源模組 IPM 輸出端+5V 與+15V 電源輸出為直接供應 IPM 使用，其輸出 準位準確度要求較高，相較於其他數位控制端+18V 與-18V 電源輸出，由於+18V 與-18V 為供應周邊電路使用之電源，其中包含電流感測器的轉換電路，因此其 準位甚為重要，在交換式電源供應器輸出後，需通過穩壓IC AN7815 與 AN 7915 以輸出更加穩定的電源，因此，此兩組輸出於切換式電源供應器端的準確度要求 相對較低，只需高於穩壓IC 要求+17V 電壓即可。
在前面提到，由於我們只利用數位端+5V 回授進行控制，其他各組輸出僅 利用與+5V 之間的圈數比進行控制，因此在繞線順序的考量上，IPM 輸出端+5V 與+15V 最靠近數位端用於回授之+5V 繞線，以提升兩者之間的耦合性，進而提 高IPM 輸出端+5V 與+15V 輸出的穩定性，而數位端+5V 輸出由於具備輸出功率 最大的特性，我們將其擺置於最內側，以減少漏感的發生，切換 IC 自我電源供 應繞線 Vcc則擺置在最外圈，能夠減少切換時突波對於 IC 電源的影響，導致誤 動作，其最終設計順序如下：
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表 3-4 變壓器繞製順序與圈數
順序 圈數
Vcc 12
Np/2 24
-18V 13 +18V 13 +5V 4 +15V 11
+5V 4 外側
內側 Np/2 25