PQ2625立式高频电源变压器结构设计

　　做开关电源设计这么多年，PQ系列磁芯的变压器一直是中小功率电源方案里的常客，这次做的PQ2625结构，最早是在一款150W输出的工业辅助电源项目里落地的，当时客户要求电源模块整体厚度不能超过30mm，传统EE型磁芯要么窗口利用率不够绕不下规定匝数的多层绝缘线，要么磁芯高度超标，翻了TDK的磁芯手册后才锁定PQ2625这个规格，它的磁芯截面是近似方形的圆角结构，相比同功率等级的EE磁芯，磁路长度更短，漏感能控制在初级电感量的1%以内，对降低开关管的电压尖峰特别有帮助。

　　先从安装边界说起，这个型号的变压器采用直插式引脚布局，初级侧和次级侧的引脚分置磁芯两侧，初级侧4个引脚沿磁芯长度方向排布，引脚间距是标准的2.54mm，刚好适配常规PCB的通孔焊盘尺寸，次级侧同样是4个引脚，和初级侧的爬电距离留足了8mm，满足安规里对加强绝缘的距离要求，不用额外在PCB上开槽做隔离。磁芯整体的外形尺寸，长度方向算上引脚突出部分是32mm，宽度方向是26mm，磁芯本体高度是25mm，算上引脚插入PCB后的焊接余量，整体在PCB上的占用投影是35mm*28mm，对于板载安装的电源来说，这个尺寸的空间利用率很高，不会像罐型磁芯那样占用过多的板面面积，散热条件也比封闭磁芯好很多。

　　设计的时候特意参照了同系列PQ2620的骨架结构做适配调整，骨架的绕线窗口做了圆角处理，避免绕线的时候漆包线被骨架棱角刮破绝缘层，初级绕组采用分层绕制的方式，层间垫0.05mm厚的聚酯薄膜绝缘，次级绕组因为要走大电流，采用多股漆包线并绕的方式，刚好能填满窗口剩余空间，窗口利用率控制在0.4左右，既不会因为绕线太松导致漏感偏大，也不会因为绕线过紧造成骨架变形。磁芯的对接面做了镜面研磨处理，组装的时候在对接面涂薄薄一层环氧胶固定，不用额外加钢夹，就能保证磁芯的气隙均匀，避免出现局部饱和的问题，气隙大小按照100kHz工作频率下的电感量要求设置在0.2mm，能保证在额定输入电压下，磁芯的最大磁通密度不超过0.3T，留足了过载情况下的余量。

　　实际应用场景里，这个规格的变压器覆盖的范围很广，小到工业控制板的辅助电源、充电桩的控制模块供电，大到小型逆变器的前级升压、通讯设备的隔离电源，都能看到它的身影，因为PQ磁芯的结构天生就适合做高频下的能量传输，它的磁芯外侧是平整的平面，如果电源需要做灌封处理，灌封胶能和磁芯表面充分接触，把绕组和磁芯的热量快速导出去，比不规则外形的磁芯散热效率高15%左右。之前做过一款户外用的电源模块，用的就是这个结构的变压器，在-40℃到85℃的环境温度下循环测试，变压器的温升始终控制在40K以内，没有出现磁芯开裂或者绕组绝缘失效的问题。

　　建模的时候特意把骨架的卡扣结构、引脚的倒角、磁芯的定位凸台都做了还原，这些细节在实际开模的时候很重要，比如骨架和磁芯配合的定位凸台，高度做了0.3mm的过盈设计，组装的时候不用额外治具就能把磁芯卡到位，不会出现磁芯装歪导致的电感量偏差。引脚的根部做了0.5mm的凸台，焊接的时候能阻挡焊锡顺着引脚爬到绕线区域，避免出现焊锡刺破绝缘层导致的短路问题。很多新手建模的时候容易忽略这些工艺细节，做出来的模型看着外形对，实际拿去开模或者做结构验证的时候就会出各种问题，比如磁芯和骨架配合间隙太大，绕线后出现异响，或者引脚位置偏差插不进PCB。

　　另外这个结构的变压器在做EMC设计的时候也有优势，因为磁芯的屏蔽效果比EE型好，绕组被磁芯半包围，对外的辐射干扰更小，在做传导测试的时候，初级侧的共模干扰幅值能比同功率EE变压器低6dB左右，能减少输入端EMI滤波器的元件数量，进一步缩小电源的整体体积。之前有个项目一开始用EE28的变压器，EMC测试一直卡在辐射超标，换了PQ2625的结构之后，只调整了一下Y电容的容值就过了测试，省了很多整改的时间。

　　在安装固定方面，除了直插引脚焊接固定之外，还可以在磁芯顶部贴导热胶垫连接到电源外壳，既可以辅助散热，也能起到固定变压器的作用，在振动环境下使用的时候，不会因为长期振动导致引脚脱焊。如果是对高度有更严格要求的场景，还可以把磁芯的顶部磨掉一部分，调整磁芯的有效截面积，重新核算绕组匝数，就能把整体高度降到20mm以内，适配更薄的电源模块设计，这也是PQ系列磁芯灵活性的体现。