CN105914014A - 一种单相大功率磁集成高频变压器 - Google Patents

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胡维生
张恒全
叶豪
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Abstract

本发明公开的一种单相大功率磁集成高频变压器，包括铁芯和初、次级线圈，其特征在于，所述初、次级线圈的绕线方式为内初、中次和外初并在所述次级线圈的输出端上套上至少一环形磁芯。本发明与目前高频变压器现有技术(分开绕制、单股导线、普通绕法)相比有下列优点：1)损耗降低30％以上；2)可靠性提高10％以上；3)体积缩小20％以上。

Description

一种单相大功率磁集成高频变压器
技术领域
本发明涉及高频变压器技术领域，特别涉及一种应用于大功率电力电子设备(逆变电路)单相大功率磁集成高频变压器。
背景技术
在常规的大功率高频电力电子设备(逆变电路)中一般有两个磁性元件，一个是承担电压转换功能的变压器，一个承担滤波功能的电抗器，电气原理如图1所示，图中G为直流母线电压，功率开关管Q1-Q4组成全桥逆变器(亦可为半桥或其他逆变拓扑)，高频变压器T的一次侧同逆变桥直接相联构成逆变回路，二次侧同滤波电路(L C)及负载构成回路，因为变压器磁耦合的原理，达到了逆变电路和负载之间的功率传递和电气隔离。可根据变压器一次侧、二次侧的匝比得到满足负载需要的电参数，即具有电参数变换的功能。由于是两个分立元件，需要分别做相应的图纸及规格书。在整机装配中需要对这两个元件做分别的安装及连接及说明，调试也需要对两个元件是参数做分别监控。这样就增加了整机的复杂性，降低了整机装配效率和可靠性。
发明内容
本发明的目的是通过针对常规的大功率高频电力电子设备(逆变电路)所存在的上述技术问题而提供一种单相大功率磁集成高频变压器，该单相大功率磁集成高频变压器利用变压器漏感并在变压器输出端增加环形磁芯以代替输出电抗器，从而保证电路输出电感量、减少接线、降低损耗、减少安装空间以提高功率密度及系统的可靠性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种单相大功率磁集成高频变压器，包括铁芯和初、次级线圈，其特征在于，所述初、次级线圈的绕线方式为内初、中次和外初并在所述次级线圈的输出端上套上至少一环形磁芯。
在本发明的一个优选实施例中，所述初、次级线圈采用多股漆包线或多股利兹线绞合绕制而成或采用铜箔绕制而成。
在本发明的一个优选实施例中，所述环形磁芯由非晶材料或纳米晶材料制成。
由于采用了如上的技术方案，本发明与现有的高频变压器相比，具有如下改进之处：
1)变压器初次级导线采用多股漆包线绞合(利兹线)或采用铜箔，因为导线在高频下会产生趋肤效应(电流沿导体表面流动)，如用普通单根或几根漆包线则损耗会增加3-10倍，带满载后温升会超出标准值。
2)变压器绕线方式由普通层式(内初外次)改成三明治层式(内初中次外初)，这样可以降低漏感以减少变压器损耗30％以上。
3)取消电抗器线圈，利用变压器本身就存在的漏感，再加上在变压器输出端套上环形磁芯以满足系统对感量的要求，磁芯由非晶或纳米晶组成，在高频下具有高导磁低损耗的性能。
通过实际测试，本发明与目前高频变压器现有技术(分开绕制、单股导线、普通绕法)相比有下列优点：
1)损耗降低30％以上；
2)可靠性提高10％以上；
3)体积缩小20％以上。
附图说明
图1为大功率高频电力电子设备(逆变电路)的电气原理示意图。
图2为本发明的电气原理示意图。
图3为本发明的线圈结构示意图。
图4为现有高频变压器和电抗器的线圈结构示意图。
图5为本发明的整体结构示意图
图6为图5的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实例对本发明作进一步的描述：
参见图2，图中给出的是一种单相大功率特殊线圈结构的高频变压器电气原理图，初、次级线圈各排列两层。
参见图3，图中所示的一种单相大功率磁集成高频变压器，包括铁芯1、初级线圈2和4、次级线圈3和5、绝缘纸6(包括铁芯绝缘、初级绝缘、次级绝缘)、电抗器铁芯7、电抗器线圈8，变压器线圈在改进前初、次级是分开绕制，初次间平均距离为两层线圈再加绝缘层的厚度(参见图4)，改进后的平均距离为单层线圈加绝缘层的厚度，缩短了50％。电抗器在改进前独立于变压器(参见图4)，改进后和变压器合为一体，使用多个小环形磁芯套在变压器输出线上。
参见图5和图6，铁芯1在最内侧，用绝缘纸6包裹后绕初级线圈2，接下来包绝缘纸6后绕次级线圈3，然后又包绝缘纸6再绕初级线圈4，继续包绝缘纸6再绕次级线圈5，最后整体再包绝缘纸6。初级线圈2和4、次级线圈3和5为多股漆包线绞合绕制(利兹线)或铜箔，变压器铁芯材质为非晶或铁氧体，电抗器的小环形磁芯7为非晶或纳米晶，绝缘层为杜邦TM 或复合纸。

Claims (3)

1.一种单相大功率磁集成高频变压器，包括铁芯和初、次级线圈，其特征在于，所述初、次级线圈的绕线方式为内初、中次和外初并在所述次级线圈的输出端上套上至少一环形磁芯。
2.如权利要求1所述的一种单相大功率磁集成高频变压器，其特征在于，所述初、次级线圈采用多股漆包线或多股利兹线绞合绕制而成或采用铜箔绕制而成。
3.如权利要求1或2所述的一种单相大功率磁集成高频变压器，其特征在于，所述环形磁芯由非晶材料或纳米晶材料制成。
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