一種高頻高壓大功率整流變壓器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種高頻高壓大功率整流變壓器，包括超微晶成型磁芯，其兩個磁芯臂上均套設初級骨架，初級骨架上纏繞初級線包，次級骨架套設在初級線包的外側，次級骨架和初級線包之間設置絕緣層，次級線包纏繞在次級骨架上，初級骨架和次級骨架的上、下兩端均設置壓板，超微晶成型磁芯的上、下兩端設置固定結構單元，整流板通過固定結構單元固定在次級線包的外側。本實用新型采用超微晶成型磁芯，大大減小了磁芯體積，降低了成本和電磁干擾；此外，本實用新型采用模塊化、多組合式設計思路，根據所需變壓器輸出電壓不同等級，調整次級線包匝數、調整整流方式，從而實現高壓、正或負高壓輸出、多種功率組合式大功率高頻高壓整流變壓器。
【專利說明】
一種高頻高壓大功率整流變壓器
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及變壓器技術領域，尤其是一種高頻高壓大功率整流變壓器。
【背景技術】
[0002] 現代電源設備中常用到大功率高壓電源，其用途廣泛，在調制器、加速器、激光、國 防等場合都有非常重要的應用。現有的大功率高頻高壓電源，逆變方式有多種分類，對于不 同的逆變方式，對高頻變壓器的要求也不同。但是，現在一般認為高頻電源變壓器應當選擇 軟磁鐵氧體為磁芯來設計高頻高壓變壓器，是自然而然的事情。許多有關高頻高壓變壓器 的論文、專著和教材，只針對軟磁鐵氧體進行討論，而對其他軟磁材料有時說明一下，有時 只字不提。但是這類變壓器亦有自身的缺點，例如，工作頻率比較低，在50KHz以下，功率比 較大的高頻高壓電源選用這類變壓器，由于軟磁鐵氧體磁通密度低，設計變壓器時需要的 材料多，磁芯體積更大，這會導致加工困難、易碎和成品率低。同時由于軟磁鐵氧體的磁致 伸縮大，會導致這類高頻高壓變壓器產生電磁干擾。
[0003] 近年來，在設計研發中發現超細的顆粒也可以獲得好的軟磁特性，這是因為當顆 粒的直徑小于鐵磁顆粒間會產生相互影響的長度(約30nm)的時候，整個磁場就不會隨著單 個顆粒方向的改變而變化了。于是超微晶成型磁芯應運而生，相比較以軟磁鐵氧體為磁芯 設計的高頻高壓變壓器而言，超微晶成型磁芯具有非常低的鐵損、非常高的飽和磁通密度、 極小的磁致伸縮等優點，所有以超微晶為磁芯的高頻高壓變壓器具有更高的抗環境干擾能 力，亦能提尚開關電源的穩定性和可靠性。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型的目的在于提供一種采用超微晶成型磁芯，設計周期短、成本低、組合 方便，能夠實現高壓、正或負高壓輸出、多種功率組合式的高頻高壓大功率整流變壓器。
[0005] 為實現上述目的，本實用新型采用了以下技術方案：一種高頻高壓大功率整流變 壓器，包括超微晶成型磁芯，其兩個磁芯臂上均套設初級骨架，初級骨架上纏繞初級線包， 次級骨架套設在初級線包的外側，次級骨架和初級線包之間設置絕緣層，次級線包纏繞在 次級骨架上，初級骨架和次級骨架的上、下兩端均設置壓板，超微晶成型磁芯的上、下兩端 設置固定結構單元，整流板通過固定結構單元固定在次級線包的外側。
[0006] 所述超微晶成型磁芯的整體上纏繞布帶和杜邦紙，所述初級骨架位于布帶和杜邦 紙的外側。
[0007] 所述初級骨架由結構相同且相對布置的第一初級骨架和第二初級骨架組成，第一 初級骨架和第二初級骨架上均設置用于左、右限位的凸臺和凹槽，凸臺和凹槽相對布置，第 一初級骨架和第二初級骨架上均上開設初級線包過線槽，所述初級骨架的長度與超微晶成 型磁芯的單邊繞線長度一致。
[0008] 所述次級骨架由結構相同且相對布置的第一次級骨架和第二次級骨架組成，第一 次級骨架和第二次級骨架的中間位置均開設散熱孔，第一次級骨架和第二次級骨架的兩側 均設置用于纏繞次級線包的繞線槽，第一次級骨架和第二次級骨架上均設置限位凸臺，第 一次級骨架和第二次級骨架上均開設出線槽和出線固定限位孔。
[0009] 所述固定結構單元由固定鋼蓋、PCB固定電木、PCB支撐電木、引出銅排限位夾板、 電木壓塊、電木限位支撐塊和變壓器底支架組成，所述整流板由PCB固定電木、PCB支撐電木 固定在次級線包的前面，所述超微晶成型磁芯、初級骨架、初級線包、次級骨架、次級線包由 固定鋼蓋、變壓器底支架共同固定支撐。
[0010] 所述次級骨架的兩側與超微晶成型磁芯的兩側之間留有安全距離d，所述次級骨 架的長度是超微晶成型磁芯的單邊繞線長度與兩倍的安全距離d之差，其中安全距離d是變 壓器最高電壓輸出端與壓鑄成型超微晶磁芯的電氣安全距離;所述次級線包的總匝數N2為 變壓器輸出最高電壓U2除以初級電壓U再乘以初級線包的匝數N，即：
[0012] 所述整流板上焊接整流電路，所述整流電路為橋式整流電路。
[0013] 所述電木壓塊位于初級骨架和次級骨架的上方，所述電木限位支撐塊位于初級骨 架和次級骨架的下方，電木壓塊和電木限位支撐塊相對布置，且二者上均設置限位凸臺，所 述電木壓塊、電木限位支撐塊和壓板共同將初級骨架和次級骨架壓緊;所述固定鋼蓋固設 在電木壓塊上，所述電木限位支撐塊固設在變壓器底支架上，所述整流板固設在PCB固定電 木上，PCB固定電木固設在PCB支撐電木上，PCB支撐電木、引出銅排限位夾板均固設在固定 鋼蓋上，所述固定鋼蓋、電木壓塊、電木限位支撐塊和變壓器底支架上均開設供尼龍螺桿穿 過的尼龍螺桿孔。
[0014] 所述初級線包的阻數N的計算公式為：
[0016] 其中，N為初級線包的匝數，U為變壓器初級電壓，f為變壓器工作頻率，Bm為超微晶 成型磁芯的峰值，Ae為超微晶成型磁芯的有效橫截面積。
[0017] 由上述技術方案可知，本實用新型采用超微晶成型磁芯，大大減小了磁芯體積，降 低了成本和電磁干擾;此外，本實用新型采用模塊化、多組合式設計思路，根據所需變壓器 輸出電壓不同等級，調整次級線包匝數、調整整流方式，從而實現高壓、正或負高壓輸出、多 種功率組合式大功率高頻高壓整流變壓器。
【附圖說明】
[0018] 圖1、2均為本實用新型的結構示意圖；
[0019] 圖3為第一初級骨架的結構示意圖；
[0020] 圖4為初級骨架、次級骨架和超微晶成型磁芯的安裝結構示意圖；
[0021 ]圖5、6均為次級骨架的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]如圖1、2所示，一種高頻高壓大功率整流變壓器，包括超微晶成型磁芯1，其兩個磁 芯臂上均套設初級骨架2,初級骨架2上纏繞初級線包，次級骨架3套設在初級線包的外側， 次級骨架3和初級線包之間設置絕緣層14,次級線包纏繞在次級骨架3上，初級骨架2和次級 骨架3的上、下兩端均設置壓板4,超微晶成型磁芯1的上、下兩端設置固定結構單元，整流板 5通過固定結構單元固定在次級線包的外側。所述超微晶成型磁芯1的整體上纏繞布帶和杜 邦紙，所述初級骨架2位于布帶和杜邦紙的外側。所述整流板5上焊接整流電路，所述整流電 路為橋式整流電路。
[0023] 如圖3、4所示，所述初級骨架2由結構相同且相對布置的第一初級骨架2a和第二初 級骨架2b組成，第一初級骨架2a和第二初級骨架2b上均設置用于左、右限位的凸臺2c和凹 槽2d，凸臺2c和凹槽2d相對布置，也就是說，第一初級骨架2a的凸臺對準第二初級骨架2b的 凹槽布置，第一初級骨架2a的凹槽對準第二初級骨架2b的凸臺布置，第一初級骨架2a和第 二初級骨架2b上均上開設初級線包過線槽2e，所述初級骨架2的長度與超微晶成型磁芯1的 單邊繞線長度一致。
[0024] 如圖5、6所示，所述次級骨架3由結構相同且相對布置的第一次級骨架3a和第二次 級骨架3b組成，第一次級骨架3a和第二次級骨架3b的中間位置均開設散熱孔3c，第一次級 骨架3a和第二次級骨架3b的兩側均設置用于纏繞次級線包的繞線槽3d，第一次級骨架3a和 第二次級骨架3b上均設置限位凸臺3e，第一次級骨架3a和第二次級骨架3b上均開設出線槽 3f和出線固定限位孔3g。
[0025] 如圖1、2所示，所述固定結構單元由固定鋼蓋6、PCB固定電木7、PCB支撐電木8、引 出銅排限位夾板9、電木壓塊10、電木限位支撐塊11和變壓器底支架12組成，所述整流板5由 PCB固定電木7、PCB支撐電木8固定在次級線包的前面，所述超微晶成型磁芯1、初級骨架2、 初級線包、次級骨架3、次級線包由固定鋼蓋6、變壓器底支架12共同固定支撐。所述電木壓 塊10位于初級骨架2和次級骨架3的上方，所述電木限位支撐塊11位于初級骨架2和次級骨 架3的下方，電木壓塊10和電木限位支撐塊11相對布置，且二者上均設置限位凸臺，所述電 木壓塊10、電木限位支撐塊11和壓板4共同將初級骨架2和次級骨架3壓緊;所述固定鋼蓋6 固設在電木壓塊10上，所述電木限位支撐塊11固設在變壓器底支架12上，所述整流板5固設 在PCB固定電木7上，PCB固定電木7固設在PCB支撐電木8上，PCB支撐電木8、引出銅排限位夾 板9均固設在固定鋼蓋6上，所述固定鋼蓋6、電木壓塊10、電木限位支撐塊11和變壓器底支 架12上均開設供尼龍螺桿穿過的尼龍螺桿孔13。
[0026] 如圖1、2所示，所述次級骨架3的兩側與超微晶成型磁芯1的兩側之間留有安全距 離d，所述次級骨架3的長度是超微晶成型磁芯1的單邊繞線長度與兩倍的安全距離d之差， 其中安全距離d是變壓器最高電壓輸出端與壓鑄成型超微晶磁芯的電氣安全距離;所述次 級線包的總匝數N2為變壓器輸出最高電壓U2除以初級電壓U再乘以初級線包的匝數N，即：
[0028]所述初級線包的阻數N的計算公式為：
[0030]其中，N為初級線包的匝數，U為變壓器初級電壓，f為變壓器工作頻率，Bm為超微晶 成型磁芯1的峰值，Ae為超微晶成型磁芯1的有效橫截面積。
[0031 ]以下結合圖1至6對本實用新型作進一步的說明。
[0032] 超微晶成型磁芯1的壓鑄成型超微晶磁芯為VITROPERM 500F，初級骨架2套設在超 微晶成型磁芯1的左右兩側的磁芯臂上，在其表面裹上兩層杜邦紙，由內向外繞制初級線 包，繞制完成后銅帶從電木壓塊10左側矩形槽引出，經引出銅排限位夾板9固定；
[0033] 次級骨架3套設在初級線包的外圍，并與初級線包留有一定的距離，即為絕緣層 14,次級線包繞制在次級骨架3的繞線槽3d內上，繞制完成后經由出線固定限位孔3g引出線 頭，次級骨架3上下兩端用壓板4固定，然后在其上下兩端用電木壓塊10和電木限位支撐塊 11固定住，不讓其隨意移動；
[0034] 最后在電木壓塊10的上表面放置固定鋼蓋6、引出銅排限位夾板9,在電木限位支 撐塊11下表面放置變壓器底支架12并使用4根尼龍螺桿穿過尼龍螺桿孔13進行整體固定， 使用尼龍螺母旋緊，組裝完畢后將整流板5固定在PCB支撐電木8和PCB固定電木7上。
[0035] 實施例一
[0036] 超微晶成型磁芯1采用VITROPERM 500F，超微晶成型磁芯1的截面積Ae為6.0cm2， 單邊繞線長度為265mm，其窗口繞線的有效面積為437.25cm2，初級骨架2采用環氧桶加工而 成，初級線包的紫銅皮繞制在初級骨架2上，初級共2個線包，分別在磁芯的兩個初級骨架2 上各繞兩個一樣的線包（繞制時注意同名端，方便兩個包就近串聯）。每個線包用0.5*200 (100mm 2)紫銅皮繞制5匝，分5層。繞制時，銅皮起始處焊接2*40*390的銅帶引出，層間絕緣 層使用2層0.25mm絕緣紙，最外層用8層絕緣紙并用布纏緊，結尾處同樣焊接2*40*390的銅 帶引出；焊接處光滑無毛刺。兩個初級間用2*40*270的銅帶短接（短接處用M10的螺釘固 定），最終構成1個初級。絕緣層采用油浸式絕緣，同時控制次級線包單元組的兩端與超微晶 成型磁芯1的距離。
[0037] 次級骨架3采用環氧桶加工而成，次級骨架3套設在初級線包外圍，并與初級線包 留有一定的距離，即為絕緣層14。然后分別在磁芯的兩個次級骨架3上各繞制10個包。每個 包的起頭和末頭由骨架尺寸確定。引出長度在200mm附近，并與初級的出線隔著磁芯(或者 說在磁芯的另外一側）。每個包66匝，直徑1.2mm導線繞制；每個包分10層繞制，每層繞制7 匝，繞制寬度為11_附近，高度在18mm以內。并注意，次級的層間絕緣按照最低600V設計。每 段次級線包單元組的兩個出線頭加固處理，經出線固定限位孔引出，便于連接整流板。
[0038] 變壓器初級線包接通交流電源，在繞組內流過交變流電產生磁感應電動勢，于是 在閉合磁芯中就有交變磁通，初、次級繞組切割磁力線，在次級就能感應相同的頻率的交流 電，變壓器的初、次級繞組的匝數比等于電壓比，當變壓器中有多個次級繞組和抽頭時便可 以產生多個輸出電壓，通過橋式整流電路后可得到所需的直流電壓，因此，通過增加或減少 初、次級導線線徑、次級線包繞組個數和改變整流方式，從而實現可浮動高壓、正負高壓輸 出、多種功率組合式大功率高頻高壓整流。
[0039] 綜上所述，本實用新型采用模塊化、多組合式設計思路，根據所需變壓器輸出電壓 不同等級，調整次級線包匝數、調整整流方式，從而實現高壓、正或負高壓輸出、多種功率組 合式大功率高頻高壓整流變壓器。
【主權項】
1. 一種高頻高壓大功率整流變壓器，其特征在于:包括超微晶成型磁芯（I)，其兩個磁 芯臂上均套設初級骨架(2)，初級骨架(2)上纏繞初級線包，次級骨架(3)套設在初級線包的 外側，次級骨架(3)和初級線包之間設置絕緣層（14)，次級線包纏繞在次級骨架(3)上，初級 骨架(2)和次級骨架(3)的上、下兩端均設置壓板(4)，超微晶成型磁芯（1)的上、下兩端設置 固定結構單元，整流板(5)通過固定結構單元固定在次級線包的外側。2. 根據權利要求1所述的高頻高壓大功率整流變壓器，其特征在于:所述超微晶成型磁 芯（1)的整體上纏繞布帶和杜邦紙，所述初級骨架(2)位于布帶和杜邦紙的外側。3. 根據權利要求1所述的高頻高壓大功率整流變壓器，其特征在于:所述初級骨架（2) 由結構相同且相對布置的第一初級骨架(2a)和第二初級骨架(2b)組成，第一初級骨架(2a) 和第二初級骨架（2b)上均設置用于左、右限位的凸臺（2c)和凹槽（2d)，凸臺（2c)和凹槽 (2d)相對布置，第一初級骨架(2a)和第二初級骨架(2b)上均上開設初級線包過線槽(2e)， 所述初級骨架(2)的長度與超微晶成型磁芯（1)的單邊繞線長度一致。4. 根據權利要求1所述的高頻高壓大功率整流變壓器，其特征在于:所述次級骨架(3) 由結構相同且相對布置的第一次級骨架(3a)和第二次級骨架(3b)組成，第一次級骨架(3a) 和第二次級骨架(3b)的中間位置均開設散熱孔(3c)，第一次級骨架（3a)和第二次級骨架 (3b)的兩側均設置用于纏繞次級線包的繞線槽(3d)，第一次級骨架（3a)和第二次級骨架 (3b)上均設置限位凸臺（3e)，第一次級骨架(3a)和第二次級骨架(3b)上均開設出線槽(3f) 和出線固定限位孔(3g)。5. 根據權利要求1所述的高頻高壓大功率整流變壓器，其特征在于:所述固定結構單元 由固定鋼蓋(6)、PCB固定電木(7)、PCB支撐電木(8)、引出銅排限位夾板(9)、電木壓塊（10)、 電木限位支撐塊（11)和變壓器底支架（12)組成，所述整流板(5)由PCB固定電木(7)、PCB支 撐電木(8)固定在次級線包的前面，所述超微晶成型磁芯（1)、初級骨架(2)、初級線包、次級 骨架(3)、次級線包由固定鋼蓋(6)、變壓器底支架(12)共同固定支撐。6. 根據權利要求1所述的高頻高壓大功率整流變壓器，其特征在于:所述次級骨架(3) 的兩側與超微晶成型磁芯（1)的兩側之間留有安全距離d，所述次級骨架(3)的長度是超微 晶成型磁芯（1)的單邊繞線長度與兩倍的安全距離d之差，其中安全距離d是變壓器最高電 壓輸出端與壓鑄成型超微晶磁芯的電氣安全距離;所述次級線包的總匝數N2為變壓器輸出 最高電壓U2除以初級電壓U再乘以初級線包的匝數N，即： NI = M0 L7. 根據權利要求1所述的高頻高壓大功率整流變壓器，其特征在于:所述整流板(5)上 焊接整流電路，所述整流電路為橋式整流電路。8. 根據權利要求5所述的高頻高壓大功率整流變壓器，其特征在于:所述電木壓塊（10) 位于初級骨架(2)和次級骨架(3)的上方，所述電木限位支撐塊（11)位于初級骨架(2)和次 級骨架(3)的下方，電木壓塊(10)和電木限位支撐塊（11)相對布置，且二者上均設置限位凸 臺，所述電木壓塊（10)、電木限位支撐塊(11)和壓板(4)共同將初級骨架(2)和次級骨架(3) 壓緊;所述固定鋼蓋(6)固設在電木壓塊(10)上，所述電木限位支撐塊(11)固設在變壓器底 支架（12)上，所述整流板(5)固設在PCB固定電木(7)上，PCB固定電木(7)固設在PCB支撐電 木(8)上，PCB支撐電木(8)、引出銅排限位夾板(9)均固設在固定鋼蓋(6)上，所述固定鋼蓋 (6)、電木壓塊（10)、電木限位支撐塊(11)和變壓器底支架（12)上均開設供尼龍螺桿穿過的 尼龍螺桿孔(13)。9.根據權利要求6所述的一種高頻高壓大功率整流變壓器，其特征在于:所述初級線包 的匝數N的計算公式為：其中，N為初級線包的匝數，U為變壓器初級電壓，f為變壓器工作頻率，Bm為超微晶成型 磁芯（1)的峰值，Ae為超微晶成型磁芯（1)的有效橫截面積。
【文檔編號】H01F27/42GK205451992SQ201521142592
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月31日
【發明人】付興, 于美東
【申請人】合肥雷科電子科技有限公司