變壓器只是一對電感器，它們磁耦合以實(shí)現(xiàn)它們之間的電磁感應(yīng)。借助變壓器，交流電壓可以以較低的成本逐步升高或降低，而無任何麻煩。升高或降低直流電壓需要復(fù)雜且昂貴的電路。這就是為什么即使大多數(shù)電子設(shè)備使用DC進(jìn)行操作，也使用AC來分配電力。電子設(shè)備將交流電源轉(zhuǎn)換為直流以發(fā)揮功能。

變壓器具有各種形狀，大小和構(gòu)造。可以按鐵心材料，幾何形狀和結(jié)構(gòu)，電壓水平和用途對變壓器進(jìn)行分類。

芯構(gòu)造分類如下：

1.疊片鐵芯。
2.鐵氧體磁芯。
3.鐵粉芯。
4.空芯。

外形分類如下：

1.螺線管芯。
2.環(huán)形磁芯。
3.鍋芯。

電壓等級分類如下：

1.升壓。
2.降壓。
3.隔離。

用途分類如下：

1.電力變壓器。
2.調(diào)壓器。
3.電抗器。
4.互感器。
5.專用變壓器。

一、變壓器芯

在制造任何變壓器時，制造商都試圖在兩個電感器之間實(shí)現(xiàn)最大的磁耦合。通過使用鐵磁材料或鐵粉作為磁芯，可以將磁耦合提高很多倍。與空心變壓器相比，纏繞在鐵磁芯上的一對電感器具有更好的耦合系數(shù)。但是，鐵磁芯的使用有其自身的局限性。鐵磁芯由于磁滯和渦流而具有一些能量損耗，并且還受到載流能力的限制。除了這些限制之外，鐵心材料的選擇還限制了變壓器的頻率范圍。根據(jù)使用的鐵芯類型，將變壓器分類如下

疊層鐵變壓器：這些變壓器以硅鋼為芯材。硅鋼也稱為變壓器鐵或簡稱為鐵。硅鋼被層壓成層，以避免由于渦流和磁滯而造成的損失。渦電流是在磁化時在磁性材料中流動的圓形電流。渦流導(dǎo)致磁芯以熱量形式損失能量。磁滯是磁芯接受波動的磁通量的趨勢。由于磁滯和渦流的損耗，這些變壓器僅適用于音頻范圍內(nèi)的60 Hz頻率和其他低頻。當(dāng)頻率增加到幾千赫茲以上時，鐵心的內(nèi)部損耗會增加到超過可行的極限。

鐵氧體磁芯：鐵氧體磁芯具有高磁導(dǎo)率，并且需要較少的線圈匝數(shù)。但是，在幾兆赫茲以上的頻率下，由于渦流和磁滯，這種磁芯開始顯示出明顯的能量損耗。這就是為什么這些變壓器適用于音頻頻率高達(dá)幾兆赫茲的頻率。

鐵粉芯：與鐵氧體芯相比，鐵粉還具有較高的磁導(dǎo)率和較低的損耗，這歸因于磁滯和渦流。隨著頻率增加，對高磁導(dǎo)率的需求降低。使用鐵粉芯的變壓器適用于高達(dá)100 MHz的極高頻率。由于不需要在高于100 MHz的極高頻率下實(shí)現(xiàn)高磁導(dǎo)率，因此空心變壓器因其能效更高而更為合適。

空芯變壓器：在空心變壓器中，初級線圈和次級線圈都纏繞在抗磁性材料上。這種變壓器中的磁耦合通過空氣發(fā)生。在這樣的變壓器中，不僅兩個線圈的電感都低，而且互感也非常低，因此線圈之間的磁耦合非常小。這些變壓器不會因磁滯或渦流而損失能量，并且還能夠調(diào)節(jié)大電流。這種變壓器適用于能源效率是首要問題的高壓應(yīng)用，例如配電變壓器。這些也適用于100兆赫以上的超高RF應(yīng)用。在高射頻下，所需的電感值很低，這可以通過空心電感輕松實(shí)現(xiàn)。

二、變壓器的形狀和構(gòu)造

變壓器也可以通過其形狀和幾何形狀進(jìn)行分類。變壓器的形狀取決于其構(gòu)造中使用的電感器的類型及其鐵心的形狀。任何變壓器本質(zhì)上都是纏繞在同一磁芯上的一對電感器。分類如下：

實(shí)用變壓器：公用事業(yè)變壓器是使用層壓鐵皮作為芯材的電力變壓器。這些鐵芯變壓器具有各種鐵芯形狀，例如E、L、U、I等，并且體積大而笨重。這些變壓器中最常用的鐵心形狀是E磁芯或EI磁芯，因為疊片鐵芯的形狀為字母“E”并在“E”的開口端放置了一根棒以完成結(jié)構(gòu)。線圈通過殼方法或芯方法纏繞在芯上。在殼式方法中，兩個線圈都彼此頂部纏繞在“E”的中間條上。這確保了線圈之間的最大磁耦合，但以高的線圈到線圈電容為代價。殼法也限制了變壓器的載流能力。在磁芯方法中，一個線圈纏繞在“E”的頂部條上，另一線圈纏繞在底部上。線圈之間的磁耦合僅由于穿過鐵芯的磁通量而發(fā)生。磁芯方法在很大程度上減小了線圈到線圈的電容，并使其有可能處理高電壓。具有EI芯且具有殼或芯繞組的公用事業(yè)變壓器最常用作60 Hz變壓器和其他音頻變壓器。

電磁線圈變壓器：電磁線圈變壓器通常用作射頻電路的回路天線。這些變壓器在圓柱芯（鐵氧體或鐵粉）上具有初級和次級繞組。線圈彼此纏繞或分開纏繞。在這樣的變壓器中，初級繞組捕獲無線電信號，而次級繞組則為無線電電路的第一放大器級提供阻抗匹配。這樣的變壓器在便攜式無線電通信設(shè)備中已經(jīng)非常普遍。

環(huán)形鐵芯變壓器：環(huán)形鐵芯變壓器的初級和次級繞組都纏繞在環(huán)形鐵芯上，線圈可能彼此纏繞或分開纏繞。環(huán)形磁芯是射頻電路中螺線管磁芯的更好替代方案。它們將磁通包含在鐵芯內(nèi)，因此，只要線圈已絕緣，這些變壓器就可以直接安裝而無需任何其他屏蔽。除了沒有電磁干擾，環(huán)形磁芯每圈線圈還提供更高的電感。由于磁通量仍然包含在鐵芯內(nèi)，因此環(huán)形鐵芯變壓器在線圈之間具有更好的磁耦合。

罐式磁芯變壓器：罐式磁芯變壓器的主繞組和副繞組彼此疊置或彼此相鄰。鍋芯可提供最高的電感，并具有自屏蔽的明顯優(yōu)勢。鍋芯變壓器的主要缺點(diǎn)之一是線圈到線圈的電容。由于線圈與線圈之間的電容以及兩個線圈的電感異常高，因此鍋形鐵芯變壓器僅適用于低頻。在高頻下，所需的電感值很低，并且電容電抗必須基本減小。

三、變壓器電壓水平變壓器

最常見的應(yīng)用是調(diào)節(jié)交流電壓。變壓器可以升壓，降壓或保持完整的交流電壓水平。這是最簡單但最重要的變壓器分類。

升壓變壓器：在升壓變壓器中，次級線圈的匝數(shù)比初級線圈高。當(dāng)初級與次級的匝數(shù)比小于1時，施加到初級的電壓將升至次級中的較高電壓。因此，這是以次級繞組上較低電流水平為代價的。升壓變壓器用于穩(wěn)定器和逆變器，其中需要將較低的交流電壓轉(zhuǎn)換為較高的電壓。它們還用于電網(wǎng)中，以在分配之前提高交流電壓水平。

降壓變壓器：在降壓變壓器中，初級線圈匝數(shù)高于次級線圈。當(dāng)初級與次級繞組的匝數(shù)比大于1時，次級電壓會低于初級電壓。降壓變壓器通常用于電子應(yīng)用中。電子電路通常需要5V、6V、9V、12V、18V或24V進(jìn)行操作。降壓變壓器通常在電源電路中使用，先于整流器將120V或240V交流電源降壓至所需的低壓水平。在配電中，使用降壓變壓器來降低高壓，以向兩極供電。這確保了配電的能量效率和成本效益。

隔離變壓器：隔離變壓器的初級和次級匝數(shù)相同。由于初級與次級的匝數(shù)之比正好為1，因此兩個繞組上的電壓電平保持相同。這些變壓器用于在電子電路之間提供電隔離，或消除從一個電路到另一個電路的噪聲傳輸。隔離變壓器需要具有高電感耦合和最小電容耦合。這就是為什么將這些變壓器設(shè)計為在纏繞在高磁性和自屏蔽鐵芯上的獨(dú)立線圈上具有最少匝數(shù)的原因。

隔離變壓器還用于連接平衡和不平衡電路。平衡電路是指可以跨端口任意方式連接的電路。不平衡電路是指需要以特定方式跨端口連接的電路。平衡和不平衡負(fù)載可以通過將平衡中心的中心抽頭接地而通過隔離變壓器連接。如果平衡負(fù)載和不平衡負(fù)載具有相同的阻抗，則隔離變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為1。如果平衡負(fù)載和不平衡負(fù)載具有不同的阻抗比，則匝數(shù)比應(yīng)與阻抗比的平方相匹配。

以上就是英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師分享的有關(guān)變壓器類型的基礎(chǔ)電子產(chǎn)品知識。英銳恩專注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計與開發(fā)，提供8位單片機(jī)、16位單片機(jī)、32位單片機(jī)、運(yùn)算放大器和模擬開關(guān)。