EE20卧式5+5引脚电源变压器结构设计

　　做消费类电源板卡结构设计快十二年，EE20规格的卧式变压器是我接触频次最高的板载磁性元件之一，小到5V2A的手机充电头、12V1A的路由器电源适配器，大到工控板卡上的辅助供电绕组、小家电控制板的隔离电源模块，几乎都能见到这个规格的身影。这次建模的5+5引脚卧式结构，是目前板载隔离电源里应用最广的引脚排布形式，区别于立式安装的同规格磁芯，卧式结构的重心更低，在有轻微振动的应用场景下，比如桌面式小型工控设备、壁挂式智能家电的内置电源板，引脚的抗疲劳性能要比立式结构好上不少，不会因为长期的微幅振动出现引脚脱焊、磁芯松动的问题。

　　从实际选型的角度看，EE20磁芯的有效截面积刚好覆盖2W到15W的输出功率区间，是小功率隔离电源的黄金规格，5+5的引脚排布把初级绕组和次级绕组的引脚分置在骨架两侧，刚好满足安规要求的电气间隙，不需要额外在骨架上做挡墙来增加爬电距离，能有效压缩骨架的整体宽度，给板卡上其他元器件留出更多布局空间。建模的时候首先要卡准的是骨架的安装边界，插针的中心距严格按照行业通用的2.54mm排距设置，横向五根插针的间距统一为2.54mm，刚好匹配通用PCB的孔位设计，不需要为了这个元件单独调整PCB的孔位排布，能直接适配市面上绝大多数公版电源板的设计。磁芯和骨架的配合公差我在建模时留了单边0.05mm的间隙，这个间隙量刚好能容纳量产时磁芯外包的绝缘胶带厚度，也不会因为间隙过大导致磁芯组装后出现松动、异响的问题。

　　磁芯部分采用的是标准EE型锰锌铁氧体磁芯，中柱开有合适的气隙，用来防止大电流工况下出现磁饱和，建模时特意把气隙的位置做了精准还原，因为气隙的大小直接决定了变压器的电感量参数，差0.1mm的气隙就可能导致电感量偏差超过10%，实际量产时很容易出现电源带载能力不足、温升超标的问题。绕组部分的外包绝缘胶带按照实际生产的三层绝缘工艺做了还原，黄色的外层胶带不仅起到绝缘防护的作用，也能把绕制好的漆包线和磁芯牢牢固定在骨架上，避免运输或者使用过程中绕组移位。引脚部分采用的是镀锡铜插针，建模时还原了插针根部的凸台结构，这个凸台是插针和骨架注塑时的定位结构，能保证插针的垂直度，过波峰焊的时候不会出现插针倾斜、浮高的问题。

　　从安装尺寸来看，这个卧式变压器的总高度控制在12mm以内，刚好能适配厚度15mm以内的超薄电源适配器外壳，不会因为元件高度过高导致外壳合模困难。本体的长度和宽度都控制在22mm*18mm的范围内，在PCB上占用的板面积比同功率的立式变压器小大概15%，对于现在越来越追求小型化的消费类电源来说，这个尺寸优势非常明显。设计的时候还要考虑引脚的吃锡长度，插针伸出骨架底部的长度统一设置为3.2mm，这个长度刚好能穿过1.6mm厚度的标准PCB，过波峰焊后焊锡能完全包裹引脚露出部分，形成可靠的焊点，不会因为引脚过长导致焊锡浪费，也不会因为引脚过短出现焊接虚接的问题。另外骨架两侧的挡边高度做了0.8mm的加高处理，绕线的时候漆包线不会滑出骨架的绕线区，能有效避免初级和次级绕组出现搭接短路的问题，满足安规认证里的绝缘要求。

　　实际做板卡布局的时候，这个变压器的位置要尽量远离板上的信号采集部分，因为变压器工作时的漏磁会对小信号产生干扰，卧式结构的漏磁方向主要沿水平方向，布局时把磁芯的拼接面平行于信号走线方向，就能大幅降低漏磁对信号的影响。建模时还原的磁芯拼接缝位置，也能给后续做板卡EMC调试的工程师提供参考，提前预留好屏蔽片的安装位置，减少后期整改的工作量。另外骨架顶部的定位凸点也做了还原，这个凸点是生产时绕线机的定位基准，能保证绕线时骨架不会出现偏移，每一批产品的绕组位置都能保持一致，电感量的一致性更好，量产时的良品率更高。