CN107025990B - 光纤激光电源用高功率密度变压器 - Google Patents

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Abstract

一种光纤激光电源用高功率密度变压器，由初级线圈、次级线圈和磁芯组成，是一个平面变压器，所有的绕线都制作在线路板内。本发明变压器能有效降低光纤激光电源体积，降低变压器发热，提高变压器效率和光纤激光电源的生产效率。该变压器具有体积小、功率大、损耗小的优点。

Description

光纤激光电源用高功率密度变压器
技术领域
本发明涉及变压器，特别是一种光纤激光电源用高功率密度变压器。
技术背景
光纤激光器作为新兴的半导体大功率激光器，具有体积小，效率高，稳定性好等独特的优点近几年发展迅猛。光纤激光器对电源的稳定度和可靠性有很高需求，光纤激光电源用高功率密度变压器是光纤激光电源的关键技术。传统的平面变压器功率密度低，传统的PCB板以实现，
本发明中给出的该方法相较于传统平面变压器的设计方法具有层间寄生电容小，漏感小，副边耦合度好、功率密度高等优点。本发明有效降低光纤激光电源体积，降低变压器发热，提高变压器效率和光纤激光电源的生产效率。
发明内容
本发明的目的在于给出一种光纤激光电源用高功率密度变压器，该变压器的功率密度高达55千瓦/分米3，同时该变压器生产方便，寄生参数稳定。该变压器能有效降低光纤激光电源体积，降低变压器发热，提高变压器效率和光纤激光电源的生产效率。该变压器具有体积小、功率大、损耗小的优点。
本发明的技术解决方案如下：
一种光纤激光电源用高功率密度变压器，由初级线圈、次级线圈和磁芯组成，其特征在于所述的初级线圈、次级线圈均采用双线并绕的方法，所述的初级线圈有两个引出端子共10匝，初级线圈采用双线并绕先并后串，首尾相连的方法，分布在两个10层板上，其中初级线圈的1至5匝通过印刷线路方法集成在一块10层PCB上，初级线圈的6-10匝在另一块10层PCB板上；所述的次级线圈是两个2匝的交替工作的线圈，共有3个引出端子，次级线圈采用先并联再交叉串联的方法，分布在两个8层板上，所述的次级线圈的1、3、5、7匝在一块8层PCB板上，次级线圈的2、4、6、8匝在另一块8层PCB板上，四块PCB板套在磁芯的中柱上，中间是两块初级线圈PCB板，底层和顶层是两块次级线圈PCB板形成的叠层结构。
所述的变压器的磁芯采用铁氧体EIR型，饱和磁通0.54T，磁芯的截面积为1156mm2，磁芯的整体尺寸为98mm*74mm*33mm。
本发明的技术效果：
本发明变压器的线圈为叠层结构，其中底层和顶层是次级线圈，中间是初级线圈。是一个平面高功率密度变压器，将绕线做在印刷电路板上，使得变压器性能稳定，生产可控。本发明具有体积小、功率大、损耗小、漏感和寄生电容小的特点。
附图说明
图1为光纤激光电源用高功率密度变压器的绕线示意图；
图1中初级为两个引出端子，次级为2个线圈交替工作的线圈，有3个引出端子，中间端子为公共端；
具体实施方式
图1为本发明光纤激光电源用高功率密度变压器的绕线示意图，本发明光纤激光电源用高功率密度变压器，由初级线圈、次级线圈和磁芯组成，所述的初级线圈、次级线圈均采用双线并绕的方法，所述的初级线圈有两个引出端子共10匝，初级线圈采用双线并绕先并后串，首尾相连，分布在两个10层板上，其中初级线圈的1至5匝通过印刷线路方法集成在一块10层PCB上，初级线圈的6-10匝在另一块10层PCB板上；所述的次级线圈是两个2匝的交替工作的线圈，共有3个引出端子，次级线圈采用先并联再交叉串联的方法，分布在两个8层板上，所述的次级线圈的1、3、5、7匝在一块8层PCB板上，次级线圈的2、4、6、8匝在另一块8层PCB板上，四块PCB板套在磁芯的中柱上，中间是两块初级线圈PCB板，底层和顶层是两块次级线圈PCB板形成的叠层结构。
下面是一个实施例的具体参数：
初次线圈组均采用双线并绕，因为是高功率密度板，故初次级的铜厚为0.175mm，铜宽为22mm(即外圈半径减去内圈的半径，外圈半径37.2，内圈半径15.2)，即1-10和1’-10’匝的宽度为22mm之间，考虑到在22mm的铜宽上能够均流，所以将22mm的铜宽分成两个11mm的铜并联使用，即在同一PCB层上将第1匝的1分成1-1和1-2，第1匝的1’分成1’-1和1’-2，第2匝的2分成2-1和2-2，第2匝的2’分成2’-1和2’-2，以此类推。
下面以初级线圈为例加以说明；
在PCB的TOP层，1-1走内圈，1-2走外圈，在第二层，2-1走外圈，2-2走内圈，然后将1-1的末端和2-1的首端连接起来，1-2的末端和2-2的首端连接起来，在第三层，3-1走内圈，3-2走外圈，然后将2-1的末端和3-1的首端相连，2-2的末端和3-2的首端相连，以此类推。这样可以保证电流的路径长度一致。
图1为本发明光纤激光电源用高功率密度变压器绕线图，其中初级线圈1-5匝在一块10层的PCB线路板上，1在top层，1’在bottom层，将1和1’并联；2在第2层，2’在第9层，将2和2’并联，然后和1和1’串联；3在第3层，3’在第8层，先将3和3’并联，再与2和2’串联；4在第4层，4’在第7层，先将4和4’并联，再与3和3’串联；5在第5层，5’在第6层，先将5和5’并联，再与4和4’串联，这样布局主要可以减小变压器初级线圈之间的寄生电容，也可以减小连接线圈之间过孔的电流，降低热量。初级线圈6-10匝的布局与线圈1-5的相同，两个10层PCB采用拼板的方式加工，减少加工成本。次级线圈1、3、5、7匝在一块8层的PCB线路板上，其中1在top层，1’在第4层，将1和1’并联；3在第2层，3’在第3层，将3和3’并联，再与1和1’串联；7在第5层，7’在bottom层，将7和7’并联；5在第6层，5’在第7层，将5和5’并联，再与7和7’串联，这样布局主要可以减小变压器次级线圈之间的寄生电容，也可以减小连接线圈之间过孔的电流，降低热量，次级线圈2、4、6、8匝的布局与1、3、5、7匝相同，两个8层PCB板采用拼板方式加工，减少加工成本。
由于是本发明高功率密度变压器，所以PCB的铜厚为0.175mm，线圈的总宽度约为22mm(即外圈半径减去内圈的半径，外圈半径37.2，内圈半径15.2)，过孔的孔铜厚度也要达到50um以上，才能满足热量的要求，初次级线圈的电密都在8A/mm2以下，考虑到在整个变压器内电流的均流效果，故线圈在内部1圈被分成了两部分，外圈和内圈，电流走一圈内圈绕后走一圈外圈然后再走内圈，以此类推。
实验表明，本发明光纤激光电源用高功率密度变压器能有效降低光纤激光电源体积，降低变压器发热，提高变压器效率和光纤激光电源的生产效率。该变压器具有体积小、功率大、损耗小的优点。

Claims (2)

1.一种光纤激光电源用高功率密度变压器，由初级线圈、次级线圈和磁芯组成，其特征在于所述的初级线圈、次级线圈均采用双线并绕的方法，所述的初级线圈有两个引出端子共10匝，初级线圈采用双线并绕先并后串，首尾相连的方法，分布在两个10层板上，每匝线圈由2个子线圈并联组成，其中初级线圈的1至5匝通过印刷线路方法集成在一块10层PCB上，1至5匝在印刷板上通过过孔首尾相连，初级线圈的6-10匝在另一块10层PCB板上,6至10匝在印刷板上通过过孔首尾相连，两块10层PCB通过母排相连；所述的次级线圈是两个2匝的交替工作的线圈，共有3个引出端子，次级线圈采用先并联再交叉串联的方法，分布在两个8层板上，所述的次级线圈的1、3、5、7匝在一块8层PCB板上，其中1、3匝通过过孔串联连接，5、7匝通过过孔串联连接，次级线圈的2、4、6、8匝在另一块8层PCB板上，其中2、4匝通过过孔串联连接，6、8匝通过过孔串联连接，两块8层PCB通过母排相连，四块PCB板套在磁芯的中柱上，中间是两块初级线圈PCB板，底层和顶层是两块次级线圈PCB板形成的叠层结构。
2.根据权利要求1所述的光纤激光电源用高功率密度变压器，其特征在于所述的变压器的磁芯采用铁氧体EIR型，饱和磁通0.54T，磁芯的截面积为1156mm2，磁芯的整体尺寸为98mm*74mm*33mm。
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