CN105469952B - 高频开关电源变压器 - Google Patents

Abstract

高频开关电源变压器。设导电导热有内水冷两者绝缘的左、右护套,绕原边线圈的环形铁芯置于两护套形成的灌满硅胶内圆腔内。铁芯中孔内放左、右两组绝缘的多股漆包线绞合而成的高频电磁绞合线。两绞合线上、下端分别焊接或压接固定在两线圈上、下铜排上；且左上铜排、抽头铜排分别固定在左、右护套顶面,两下铜排分别固定在两护套底面,形成副边。漆包线有效排除趋肤、涡流效应的发热,提高过电流能力和可靠性,功率加大或体积小。高导热硅胶吸收热量加速传递到内水冷护套上,散热大大改善。解决了国家自然科学基金项目公开的变压器发热、损耗大的问题,且效率易提高,匹配更优化。用于电解、电加热、电动汽车等低压大电流半波、全波、单相整流的高频开关电源变压器。

Description

高频开关电源变压器

技术领域

高频开关电源变压器,一般用于生产多晶硅、电镀、电解、电动汽车充电等行业的低压大电流高频开关电源变压器。属变压器类(H01F)。

背景技术

现有低压大电流高频整流变压器原理及结构见图6-图8。见图6,原边线圈1环绕在环形铁芯2上,变压器副边线圈3是一匝，现有一般是采用通过铁芯中柱加导电座体的结构形成。副边的形成:见图6,采用串联两个线圈3.1N、3.2N中心抽头为30点,形成两并联的串有整流二极管的两支路。副边两电流分别为i31、i32；原边电流为i1；其波形见图7。

国家自然科学资助基金项目(50475046)中公开了一种<新型一体化开放式高频功率变压器>,其结构为:把带中心抽头的变压器与现有散热器合二为一,以散热器本身替代导线及副边。其具体结构见图8示意:在绕有原边线圈1的环形铁芯2环形内空腔形成的左、右半圆中柱5.1N、5.2N从环形铁芯穿过作为变压器副边，分别与左、右散热器4.1N、4.2N连为两串联副边线圈,通过中心抽头4.2N形成一匝副边线圈。其优点在于半圆柱副边与散热器座4N、5N采用同一材料连为一体，形成无物理断开的整体结构,散热器半圆柱是变压器副边，结构简洁，通过散热器导出副边热量。现存在的问题是:1)半圆柱截面与散热器过电截面形成突变，半圆中柱5.1N、5.2N截面电流密度趋大,该处发热。2)两个半圆中柱间由于结构原因，散热差。3)同时见上述图6、图7,高频开关电源中间抽头,变压器两个副边线圈电流i31、i32在正负半周间交替工作,在半周内不工作(即不通过工作电流)的线圈导体仍会感应出邻近涡流损耗。由于趋肤效应、涡流效应，穿过铁芯的半圆中柱发热严重，特别是上端面5.1M处无法加大接触截面积，接触面电流密度大大超过散热器座4N电流密度。在通过大电流时，端部螺丝紧固面长期发热形成微小间隙，促使发热进一步加剧，形成恶性循环，最后产生微火花烧蚀端面，导致接触不良，接触电阻增加，变压器损耗增加。

发明内容

本发明提供的高频开关电源变压器，其目的就是解决国家自然科学资助基金项目(50475046)中公开的现有一体化开放式高频功率变压器存在的如下问题:1)由于趋肤效应、涡流效应半圆中柱发热严重。2)由结构原因两半圆中柱散热差。3)半圆中柱和散热器座接触面发热、烧蚀端面、接触电阻增加，变压器损耗增加。

技术方案如下:

高频开关电源变压器,包括:在变压器环形铁芯2上环绕原边线圈1；其特征是：

1)设由导电导热材料制成的含有内冷水管的左护套3.1、右护套3.2,两护套之间有绝缘层；左、右护套均为长方形,内有等径半圆腔,分别有含半圆形左、右底面3.11、3.21的左、右底座；含左、右顶面3.12、3.22的左、右半圆柱；两个护套组合成一个带内圆腔的正方体；每个护套内冷水管由底座内的一个水平U形管和护套半圆柱内的两个L形水管组成。2)绕原边线圈的环形铁芯整体置于两护套内圆腔内；且内圆腔内灌满高导热硅胶6,并形成各处的绝缘层。3)副边带中心抽头的左、右线圈如下形成:环形铁芯中心孔两半圆柱空腔内分别竖放穿过中心孔的左、右两组高频电磁绞合线5.1、5.2,两组电磁绞合线间有绝缘层,高频电磁绞合线采用多股绝缘漆包线绞合而成。左线圈由顺次电连接的左上铜排4.12、左护套3.1、左下铜排4.11、左高频电磁绞合线5.1、抽头铜排4.0组成。左上铜排4.12通过左通孔7.12用螺钉连接固定在左护套的左顶面3.12上,左下铜排4.11通过左下通孔7.11用螺钉连接固定于左护套的左底面3.11；左高频电磁绞合线5.1下、上端分别焊接或压接固定在左下铜排4.11和抽头铜排4.0的各小通孔内。右线圈由顺次电连接的抽头铜排4.0、右护套3.2、右下铜排4.21、右高频电磁绞合线5.2、右上铜排4.22组成；抽头铜排4.0通过右通孔7.0用螺钉连接固定在右护套右顶面3.22上；右下铜排4.21通过右下通孔7.21用螺钉连接固定于右护套的右底面3.21；右高频电磁绞合线5.2下、上端分别焊接或压接固定在右下、上铜排4.21、4.22各小通孔内。左上铜排4.12内端为左线圈引出端3M,右上铜排4.22外端为右线圈引出端3N,整个抽头铜排4.0长度内均可作为两线圈中点抽头端30。

上述绞合的多股绝缘漆包线5.1、5.2的股数、规格可按变压器交变频率、副边电流选择。上述制作左、右护套的导电导热材料可采用铜、铝合金。上述全部铜排可采用最后进行了防氧化处理的单层或者多层铜板。

本发明有益效果：

1)由于电磁绞合线采用多股绝缘漆包线绞合而成，在电磁感应过程中可以有效解决现有变压器副边半圆柱导电柱的趋肤效应、涡流效应带来的副边线圈的发热、损耗。与现有半圆柱相比,导电截面相同时，发热大大减小，提高了变压器副边的过电流能力和使用可靠性。由此也可以使变压器的功率更大,或者在同样功率下，变压器体积更小。2)在护套形成的圆柱腔内，灌满高导热硅胶，并形成绝缘层,对护套腔体内的磁环、原边线圈、副边高频电磁绞合线等产生的热量进行吸收并传递到护套上。左右护套内的L型U型水路将热量由内冷水带走。使变压器整体散热得到良好改善，铁芯、原边线圈、副边线圈热传导速度加快。3)电磁绞合线的两端连接到铜排后再固定在护套上，因此副边的电磁绞合线的规格，如线径、绞合线数、导电材料处理可以根据变压器不同的交变频率进行不同的配置，更有利于提高变压器效率。对不同频率状态下变压器匹配更优化。4)由于副边采用左、右护套和左、右电磁绞合线,上、下铜排等结构,可方便实现提供多种变压器:即变比N(原边匝数)/1的半波、全波整流变压器和单相桥式整流变压器,均可应用在高频开关电源中。

附图说明

图1高频开关电源变压器总体结构正剖视示意图。

图2图1中总体俯视图。主要示出了从上至下第一层铜排:左线圈上部铜排4.12、右线圈上部铜排4.22俯视形状及连接结构。

图3图1中第二层铜排俯视图。主要示出了从上至下第二层铜排:抽头铜排4.0俯视形状及连接结构。

图4图1中第三层铜排俯视图。主要示出了从上至下第三层铜排:左线圈下部铜排4.11、右线圈下部铜排4.21俯视形状及连接结构。

图5左护套3.1立体图。

图6低压大电流高频整流变压器原理图(有中间抽头)。

图7为图6中原边线圈电流I.1、副边两线圈电流i.31、i.32波形图。

图8现有公开的<新型一体化开放式高频功率变压器>结构示意图。

具体实施方式

下面对照附图说明本实施例高频开关电源变压器的组成。

1)见图1,图2,设由铜、铝合金制成的左护套3.1、右护套3.2,两护套之间为由高导热硅胶6形成的绝缘层。见图1,除左护套左顶面3.12比右护套右顶面3.22高外,两护套结构形状尺寸相同。这里以左护套3.1为例说明。见图5,左护套3.1为长方形,内有等径半圆腔,有含半圆形左底面3.11的左底座3A；有含左顶面3.12的半圆柱3B。左底座内设连通的一个水平U形水管3U和半圆柱内的两个L形水管3L,形成内冷水管。两L形水管端口分别装固定于左护套侧面的进、出两个水嘴3W1。见图2,右护套也有进、出两个水嘴3W2,左、右护套水嘴串联成进出水通路。

2)见图2,左、右护套3.1、3.2组合成一个带内圆腔的正方体。绕原边线圈1的环形铁芯2整体置于两护套内圆腔内。且内圆腔内灌满高导热硅胶6,并形成各处的绝缘层。

3)副边带中心抽头的左、右线圈如下组成:

见图1,环形铁芯2中心孔两半圆柱空腔内分别竖放穿过中心孔的左、右两组高频电磁绞合线5.1、5.2,两组电磁绞合线间填满高导热硅胶6绝缘层。高频电磁绞合线采用多股绝缘漆包线绞合而成。

见图1,左线圈由顺次电连接的左上铜排4.12、左护套3.1、左下铜排4.11、左高频电磁绞合线5.1、抽头铜排4.0组成。见图1、见图2,左上铜排4.12通过左通孔7.12用螺钉连接固定在左护套的左顶面3.12上。见图2,左上铜排4.12内有8个通孔5.12用于连接接整流管的铜排。见图1、图4,左下铜排4.11通过左下通孔7.11用螺钉连接固定于左护套的左底面3.11(左底面3.11可同时见图5),左下铜排4.11形状与左底面3.11完全相同,均为半圆形。左高频电磁绞合线5.1下端5.11焊接或压接固定在左下铜排4.11的各小通孔内。见图1、图3,左高频电磁绞合线5.1四股绝缘漆包线上端5.0焊接或压接固定在抽头铜排4.0的各小通孔内。由上述电连接组成左线圈。

见图1,右线圈由由顺次电连接的抽头铜排4.0、右护套3.2、右下铜排4.21、右高频电磁绞合线5.2、右上铜排4.22组成。见图1、图3,抽头铜排4.0通过右通孔7.0用螺钉连接固定在右护套右顶面3.22上。见图1、图4,右下铜排4.21通过右下通孔7.21用螺钉连接固定于右护套的右底面3.21；右下铜排4.21形状与右底面3.21完全相同,均为半圆形。见图1、图4,右高频电磁绞合线5.2下端5.21焊接或压接固定在右下铜排4.21各小通孔内。见图1、图2,右高频电磁绞合线5.2四股绝缘漆包线上端5.22焊接或压接固定在右上铜排4.22各小通孔内。由上述电连接组成右线圈。

见图1,左线圈上铜排4.12内端为左线圈引出端3M,右上铜排4.22外端为右线圈引出端3N,整个抽头铜排4.0长度内均可作为两线圈中点抽头端3.0。引出端3M、3N、中点抽头端3.0可同时见图6。

见图1,右线圈上铜排4.22和抽头铜排4.0间装绝缘块9支撑。见图2,右线圈上铜排4.22中大通孔9.22是用于固定绝缘块9的螺栓孔。见图1,图3,抽头铜排4.0上开一大通孔8是用于使右高频电磁绞合线5.2穿过大通孔8上行,此上行右高频电磁绞合线5.2与抽头铜排4.0及大通孔8没有电连接关系,均有硅胶绝缘层。

上述左、右高频电磁绞合线采用多股绝缘漆包线绞合而成；绞合的绝缘漆包线股数、规格按变压器交变频率、副边电流选择。

上述所有铜排采用最后需进行防氧化处理的单层或者多层铜板组成。

Claims (3)

1.高频开关电源变压器，包括：1)在变压器环形铁芯(2)上环绕原边线圈(1)；2)设由导电导热材料制成的左护套(3.1)、右护套(3.2)，两护套之间有绝缘层；左、右护套均为长方形，内有等径半圆腔，分别有含左、右底面(3.11、3.21)的左、右底座；含左、右顶面(3.12、3.22)的左、右半圆柱；3)副边带中心抽头的左、右线圈如下形成：左线圈由顺次电连接的左上铜排(4.12)、左护套、左下铜排(4.11)、左中心孔导电件、抽头铜排(4.0)组成；右线圈由顺次电连接的抽头铜排、右护套、右下铜排(4.21)、右中心孔导电件、右上铜排(4.22)组成；

其特征是：

1)两个护套组合成一个带内圆腔的正方体；内圆腔内灌满高导热硅胶(6)，并形成各处的绝缘层；每个护套设内冷水管，内冷水管由底座内的一个水平U形管和护套半圆柱内的两个L形水管组成；

2)绕原边线圈的环形铁芯整体置于两护套内圆腔内；所述左中心孔导电件、右中心孔导电件如下形成：环形铁芯中心孔两半圆柱空腔内分别竖放穿过中心孔的左、右两组高频电磁绞合线(5.1、5.2)，两组电磁绞合线间有绝缘层，高频电磁绞合线采用多股绝缘漆包线绞合而成；

3)电磁绞合线与上下铜排的电连接结构：左高频电磁绞合线(5.1)下、上端分别焊接或压接固定在左下铜排和抽头铜排的各小通孔内；右高频电磁绞合线(5.2)下、上端分别焊接或压接固定在右下、上铜排(4.21、4.22)各小通孔内；

4)铜排与护套的电连接结构：左上铜排通过左通孔(7.12)用螺钉连接固定在左护套的左顶面上，左下铜排通过左下通孔(7.11)用螺钉连接固定于左护套的左底面；左下铜排(4.11)形状与左底面(3.11)完全相同，均为半圆形；抽头铜排通过右通孔(7.0)用螺钉连接固定在右护套右顶面(3.22)上；右下铜排通过右下通孔(7.21)用螺钉连接固定于右护套的右底面(3.21)；右下铜排(4.21)形状与右底面(3.21)完全相同，均为半圆形；

左上铜排(4.12)内端为左线圈引出端(3M)，右上铜排(4.22)外端为右线圈引出端(3N)，整个抽头铜排(4.0)长度内均可作为两线圈中点抽头端(30)；

5)所述绞合的多股绝缘漆包线的股数、规格按变压器交变频率、副边电流选择。

2.按权利要求1所述高频开关电源变压器，其特征是导电导热材料采用铜、铝合金。

3.按权利要求1所述高频开关电源变压器，其特征是上述全部铜排采用最后进行了防氧化处理的单层或者多层铜板。