同轴结构高效能超高频电子变压器制造技术

本发明专利技术涉及一种同轴结构高效能超高频电子变压器，本发明专利技术的关键在于：重新分布初级绕组和次级绕组的相对位置，并控制初级绕组内每一匝导线电流的方向，颠覆了传统变压器通过初级绕组外部合成磁通向次级绕组传输能量的模式，利用初级绕组的匝间磁通向次级绕组传输能量——即初、次级绕组能量的传输是在绕组内部的磁通间进行的，而产生电磁干扰的外部合成磁通完全不参与能量传输，实现了能量传输与电磁干扰两个磁通完全剥离，在有效提升变压器传输效率和功率密度的同时，大幅削弱和抑制电磁干扰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高频电子变压器技术。尤其涉及同轴结构高效能超高频电子变压器。
技术介绍
随着电源技术的不断进步，采用开关技术的二次电源的应用几乎渗透了各个领域，开关电源的核心器件之一是高频电子变压器，而高频电子变压器的技术瓶颈限制了开关电源的进步，可以毫不夸张的说——高频电子变压器的性能决定了开关电源的总体性能。到目前为止，传统的高频电子变压器已经难以满足高效能、大功率转换电源的需要。其关键的技术瓶颈在于：1、高频电子变压器的功率容量与变压器的体积成正比，在体积一定的条件下，想要加大变压器的功率容量，只能通过提升转换电源的工作频率来实现。而频率的提高会增强导线的趋肤效应和临近效应，同时，磁芯的损失也会随之加大，对于传统变压器来说，频率的提升是有局限性的；2、高频电子变压器的传输效率限制了它的功率密度，传统的大功率高频电子变压器的转换效率很难突破90％，这样一来不仅造成了能源浪费，增加了制造成本，而且也制约了体积的减小；3、高频电子变压器的能量传输是通过初级绕组的合成磁通耦合到次级绕组来进行的，而这个磁通同时也会产生电磁干扰，进行能量传输的磁通与产生电磁干扰的磁通是同一个磁通，传输的功率越大产生的电磁干扰也就越强；4、开关电源变压器传输的是前后沿陡峭的脉冲信号，其高频谐波非常丰富，在传输有效能量的同时所产生的杂散电磁辐射会造成很强的电磁干扰，而且随着功率的加大干扰呈几何级数增强。
技术实现思路
<br>变压器的绕组是由若干匝导线组成，绕组通电时每一条导线的周围都会产生磁场，磁场的强度与电流成正比，磁通的方向遵循右拳定则。传统高频电子变压器的绕组采用集束式绕制，单条导线产生的磁通1-2相互合成后形成合成磁通1-3，传统集束绕制的初级绕组匝间合成磁通1-2相互抵消不参与能量传输，外部合成磁通1-3通过磁芯的耦合向次级绕组传输能量；传输能量的初级绕组外部合成磁通1-3在传输能量的同时，也会产生电磁干扰，即：传输能量与产生电磁干扰是同一个磁通。通过简单的分析可以看出，传统变压器效率低、干扰大的根本原因在于：初次级间进行能量传输的磁通与产生电磁干扰的磁通是同一个磁通；且仅有占初级线圈总匝数比例很少的绕组外围的导线参与这一磁通的合成，而绝大多数的绕组内部导线的磁通相互抵消根本不参与能量传输。因此变压器的能量传输效率低下，功率密度无法提高，更严重的是随着变压器功率的加大，伴之而来的电磁干扰也随之加大。本专利技术的关键在于：重新分布初级绕组和次级绕组的相对位置，并控制初级绕组内每一匝导线电流的方向，颠覆了传统变压器通过初级绕组的合成磁通向次级绕组传输能量的模式，利用初级绕组的匝间磁通向次级绕组传输能量——即初、次级绕组能量的传输是在绕组内部的磁通间进行的，而产生电磁干扰的外部合成磁通完全不参与能量传输，实现了能量传输与电磁干扰两个磁通完全剥离，在有效提升变压器传输效率和功率密度的同时，从根本上削弱和抑制电磁干扰。可以采用同轴结构制作高频电子变压器，同轴导线的内导体3-1为变压器的初级绕组，外导体3-2为变压器的次级绕组，导线间平行分布；控制初级绕组的接线，使得相邻导线的电流反相，就可以保证每匝导线间内部合成磁通3-4相互增强，外部磁通相互抵消；由于次级绕组同轴分布在初级绕组外面与初级绕组强耦合，利用导线的内部合成磁通3-4传输能量，外部磁通与能量传输无关且相互抵消。在绕组总成的层间嵌入屏蔽层4-1可以更有效地抑制已经大幅削弱了的电磁干扰；屏蔽层设计有绝缘缝隙4-2，防止产生闭合涡流；屏蔽层设计有电气连接端子，实际应用时根据具体情况接地或悬空。附图说明图1：传统变压器初级绕组结构及磁通分布示意图1-1——初级导线；1-2——单匝导线磁通；1-3——绕组合成磁通。图2：层间电流反相绕组的磁通分布示意图1-1——初级导线；1-2——单匝导线磁通；1-3——绕组合成磁通；14——层间合成磁通。图3：匝间电流反相绕组的磁通分布示意图2-1——单匝导线；2-2——单匝导线磁通；2-3——导线间合成磁通。图4：采用同轴结构且初级绕组匝间电流反相的磁通分布示意图3-1——同轴导线内导体(初级绕组)；3-2——同轴导线外导体(次级绕组)；3-3——单匝导线磁通；3-4——导线间合成磁通。图5：初次级绕组为同轴结构的高频电子变压器结构示意图3-1——同轴导线内导体(初级绕组)；3-2——同轴导线外导体(次级绕组)。图6：带屏蔽层的同轴结构大功率高频电子变压器径向截面示意图3-1——同轴导线内导体(初级绕组)；3-2——同轴导线外导体(次级绕组)；3-3——单匝导线磁通；3-4——导线间合成磁通；4-1——层间屏蔽层；4-2——屏蔽层绝缘缝隙。具体实施方式初次级绕组为同轴结构且初级绕组匝间电流反相的超低EMI大功率高频电子变压器。采用同轴导线制作大功率高频电子变压器，其结构为圆柱状——同轴导线分布的径向截面是圆形，且绕组的层间内嵌屏蔽层，屏蔽层沿轴向开有贯通的缝隙，防止屏蔽层的感应电流形成环流，屏蔽层单端有导线接出，供应用时接地使用。利用同轴导线的芯线作为变压器的初级绕组，将同轴导线的外导体作为变压器的次级绕组，采取合适的接线方式，保证初级绕组中相邻导线电流反相，就可以充分利用初级绕组的匝间磁通相互增强的性能最大限度地提高初次级绕组间能量传输的效率。此时初级绕组内部的匝间磁通相互增强，在圆柱径向的外部合成磁通相互抵消几乎为零，再加之屏蔽层的作用保证其杂散辐射几乎为零，电磁干扰因此可以降到最低。本文档来自技高网...

【技术保护点】
同轴结构高效能超高频电子变压器。其特征是：根据安培定律及有关电磁学原理，合理分布电子变压器的初次级绕组及设定初级绕组中电流的流动方向，使得电子变压器初级绕组内部的匝间合成磁通相互增强，而外部合成磁通相互抵消，将传统变压器通过初级绕组的合成磁通向次级绕组进行能量传输的模式，更改为利用初级绕组的内部磁通向次级绕组传输能量。在有效提升变压器传输效率和功率密度的同时，大幅降低变压器因外部合成磁通而产生的电磁干扰。适当内嵌屏蔽层可以更加有效地降低残留的外部合成磁通产生的电磁辐射。

【技术特征摘要】
1.同轴结构高效能超高频电子变压器。其特征是：根据安培定律及有关电磁学原理，合理分
布电子变压器的初次级绕组及设定初级绕组中电流的流动方向，使得电子变压器初级绕组
内部的匝间合成磁通相互增强，而外部合成磁通相互抵消，将传统变压器通过初级绕组的
合成磁通向次级绕组进行能量传输的模式，更改为利用初级绕组的内部磁通向次级绕组传
输能量。在有效提升变压器传输效率和功率密度的同时，大幅降低变压器因外部合成磁通
而产生的电磁干扰。适当内嵌屏蔽层可以更加有效地降低残留的外部合成磁通产生的电磁
辐射。
2.按照权利要求1所述的合理分布电子变压器的初次级绕组，采用同轴导线制作初次级绕
组。其特征是：初次级绕组的导线为同轴结构，同轴导线的内导体为初级绕组，外导体为
次级绕组，变压器绕组的分布呈3D立体结构。
3.按照权利要求1所述的设定初级绕组中电流的流动方向具有显著特点。其特征是：同轴导
线结构的变压器，相邻的同轴导线内导体(初级绕组)电流反相。
4.按照权利要求1所述的同轴电子变压器初级绕组内部的匝间合成磁通相互增强，而外部合
成磁通相互抵消。其特征是：匝间耦合的同轴结构变压器由于相邻导线的电流反相，其匝
间合成磁通是相互增强的，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，
申请(专利权)人：深圳市高瓴科技有限公司，韩雨橙，
类型：发明
国别省市：广东;44