CN108538556A - 一种隔离变压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种隔离变压器，包括：磁芯、至少两组变压器绕组、至少一层屏蔽层、屏蔽层电位引线，所述屏蔽层位于两组变压器绕组之间，屏蔽层与屏蔽层电位引线的连接点位于本屏蔽层的两端之间。本发明既可以解决隔离变压器共模干扰较大的问题，减少寄生电容在绕组之间产生的电耦合，又可降低屏蔽层两端感生电压对其他绕组的影响，消除屏蔽层本身产生的共模干扰，满足高速高精度的电气隔离测试测量系统的需求。

Description

一种隔离变压器

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种隔离变压器。

背景技术

高速高精度的电气隔离测试测量系统，不仅需要直流低频电气隔离，还需要良好的高频电气隔离。高速高精度的电气隔离测试测量系统对共模干扰非常敏感，往往要求共模干扰在几十毫伏以下才不会对高速精密测试造成影响，这就需要对共模干扰采取抑制手段。众所周知，在隔离系统两个隔离地之间加入旁路电容会减小共模干扰，但加入的电容会牺牲高频电气隔离特性，对于高速高精度的电气隔离测试测量系统并不适用。而变压器作为隔离供电元件所引入的共模干扰往往占较大比重，所以解决变压器引入的共模干扰变得尤为重要。

传统变压器的绕组之间没有屏蔽，因此共模干扰可以通过寄生电容在绕组之间电耦合；目前较先进的隔离变压器中，屏蔽层被加入到绕组之间，使绕组之间的共模干扰通过寄生电容旁路到屏蔽层，减少了绕组之间的电耦合。然而目前较先进的隔离变压器的屏蔽层与电位引线的连接位置处于屏蔽层的一端，由引线引出变压器连接屏蔽电位，此种连接方式只考虑了绕组之间的共模干扰耦合，未考虑到绕组屏蔽层也会有磁通量变化从而屏蔽层两端产生感生电压，由于寄生电容的存在，所述感生电压会影响其他绕组，产生共模干扰，成为新的噪声源。由于以往的屏蔽方法并没有认识到屏蔽层成为新的共模干扰源，因此，经测试共模干扰往往达到几伏，不能满足高速高精度的电气隔离测试测量系统的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种隔离变压器，既可以解决隔离变压器共模干扰较大的问题，减少寄生电容在绕组之间产生的电耦合，又可降低屏蔽层两端感生电压对其他绕组的影响，消除屏蔽层本身产生的共模干扰，满足高速高精度的电气隔离测试测量系统的需求。

本发明采用的技术方案为，一种隔离变压器，其特征在于，包括：磁芯、至少两组变压器绕组、相邻变压器绕组之间具有两端未闭合成环状的屏蔽层、屏蔽层与屏蔽层电位引线电连接，其特征在于，屏蔽层与屏蔽层电位引线的连接点位于本屏蔽层的两端之间。

由上，传统变压器的绕组之间没有屏蔽，共模干扰可以通过寄生电容在绕组之间电耦合，通过在变压器绕组之间设置屏蔽层，可有效降低共模干扰的影响，但屏蔽层本身的绕组也会有磁通量变化从而屏蔽层两端产生感生电压，影响其他绕组，产生共模干扰，通过将接地电位引线连接在屏蔽层两端之间，可在屏蔽层两端分别产生一正电压和一负电压，该正电压和负电压都小于屏蔽层两端的电位差，且方向相反，相互抵消，因此屏蔽层两端的电压抵消之后对绕组的影响都小于两端电压单独对绕组的影响，从而有效降低了屏蔽层的感生电压对其他绕组的影响。

进一步改进，所述屏蔽层与屏蔽层电位引线的连接点至屏蔽层一个端点的屏蔽层长度与连接点至屏蔽层另一个端点的屏蔽层长度的比值小于10且大于0.1。

原因在于，当采用传统屏蔽电位引线接在屏蔽层任意一端时，设屏蔽电位为0V，则屏蔽层一端的电位为0V，另一端的电位为V1＝ΔV1。由于寄生电容的作用，屏蔽层一端的电位V1会对绕组产生干扰，即两端的电位差全部对其他绕组产生干扰，当采用本发明将屏蔽电位引线接在屏蔽层两端之间时，设屏蔽层两端的电位分别为V2、V3，则V2、V3方向相反且V3-V2＝ΔV1，对比可得，V2<V1、V3<V1，并且V2、V3方向相反，产生抵消，V2、V3抵消后对绕组的影响要小于V2、V3单独对绕组的影响，因此本发明有效减小了屏蔽层的感生电压对其他绕组的影响。

或者，所述屏蔽层中电位与屏蔽电位相同的点在屏蔽层中的位置，至屏蔽层一个端点的屏蔽层长度与所述位置至屏蔽层另一个端点的屏蔽层长度的比值小于10且大于0.1。

原因在于，电位引线从屏蔽层引出，通过变压器出线口连接到外部的接地端，设接地端电位为0V，则变压器出线口处映射到屏蔽层的点，即为与屏蔽电位相同的点，该点电位为0V，当该映射点处于屏蔽层的两端之间时，即使例如电位引线环绕变压器内部连接到屏蔽层的任意一端，由于变压器内部方向的一致性，电位引线在变压器内部的引线部分会产生磁通量变化，在电位引线与屏蔽层连接点处产生一感生电压，但此连接点到变压器出线口处映射到屏蔽层的点的屏蔽绕组部分也会产生一与电位引线相反的感生电压，两感生电压相互抵消，因此，仍可有效减小屏蔽层的感生电压对其他绕组的影响。

进一步改进，所述屏蔽层将变压器绕组包裹。

由上，通过屏蔽层对变压器绕组进行包裹，可使初级绕组与次级绕组之间产生的耦合噪声通过屏蔽层旁路到屏蔽电位。

进一步改进，所述屏蔽层将变压器绕组引线包裹。

由上，变压器产生的电压通过引线连接至外部负载，屏蔽层将变压器绕组引线包裹可降低对引线导出的电压的干扰。

进一步改进，所述隔离变压器具有至少三组变压器绕组，相邻变压器绕组之间的所述屏蔽层为一层。

由上，在应用测试中，变压器内可在初级绕组相邻设置两个或两个以上的次级绕组，此种设置可获取不同的电压，供测试设备使用，同时还可节省空间，节约成本。在相邻的变压器绕组之间设置屏蔽层，可有效降低绕组之间的共模干扰。

进一步改进，所述各屏蔽层的未闭合处的位置相同；

或者，所述各屏蔽层的未闭合处的位置周向均匀分布；

或者，所述至少两屏蔽层的未闭合处的位置对称分布。

由上，由于屏蔽层绕组存在一个缺口，当有多个屏蔽层时，为保证安装方便，可使缺口方向一致，但该缺口漏的电场、磁场也会产生电耦合，因此为保证最大程度的屏蔽效果，可使屏蔽层缺口方向周向均匀安装或者成180度对称安装，使各个屏蔽层缺口达到互为屏蔽的效果。

通过本发明，既可以解决变压器共模干扰较大的问题，又实现了消除屏蔽层本身产生的共模干扰，使其只存在毫伏以下的极微小影响，满足高速高精度的电气隔离测试测量系统的需求。

附图说明

图1是本发明隔离变压器的结构示意图；

图2是本发明绕组上下排布时屏蔽层电位引线位置示意图；

图3是本发明隔离变压器内两层屏蔽层的结构示意图；

图4是本发明隔离变压器内屏蔽层中电位与屏蔽电位相同的点的位置示意图；

图5是本发明绕组内外排布时的屏蔽层引线位置示意图；

图6是绕组内外排布时传统的屏蔽层引线位置示意图。

具体实施方式

如图6所示，传统隔离变压器屏蔽层300与引线400连接位置303位于屏蔽层一端301，由引线400引出变压器连接屏蔽电位。屏蔽层300作为变压器中的一匝线圈，其磁通量的变化导致屏蔽层两端301、302产生感生电压ΔV1。设屏蔽电位为0V，则屏蔽层一端301的电位为0V，另一端302的电位为V1＝ΔV1。由寄生电容的作用，屏蔽层一端302的电位V1会对绕组100、200产生干扰，经测试，这种共模干扰往往可达到几伏，不能满足高速高精度的电气隔离测试测量系统的需求。

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种隔离变压器，通过将屏蔽电位引线连接在屏蔽层两端之间，既可以解决隔离变压器共模干扰较大的问题，减少寄生电容在绕组之间产生的电耦合，又可使屏蔽层两端的感生电压互相抵消，降低屏蔽层两端感生电压对其他绕组的影响，消除屏蔽层本身产生的共模干扰，满足高速高精度的电气隔离测试测量系统的需求。

下面参照如下实施例，对本发明进行详细说明。

实施例一

如图1所示，本发明的一最佳实施例提供了一种绕组上下排布的隔离变压器，包括：磁芯、磁芯盖板500、磁芯底座600、初级绕组100、次级绕组200、屏蔽层300、屏蔽层电位引线400，次级绕组200位于磁芯底座600，其上依次排布屏蔽层300、初级绕组100和磁芯盖板500，所述屏蔽层300与屏蔽层电位引线400的连接点303位于本屏蔽层两端301、302之间；

具体安装时，初级绕组100与次级绕组200的匝数比为2:1，初级绕组100与次级绕组200之间设有屏蔽层300，屏蔽电位接地，磁芯盖板500与磁芯底座600采用圆柱形设计，在磁芯盖板500与磁芯底座600的接触面上可设置有卡接结构，保证磁芯盖板500与磁芯底座600能够稳固盖合，所述初级绕组100、屏蔽层300及次级绕组200依次卡接在磁芯盖板500与磁芯底座600组成的壳体内，所述磁芯盖板500和磁芯底座600两端留有出线口，当磁芯盖板500与磁芯底座600盖合后，次级绕组200的输入端与输出端从出线口伸出，与变压器负载连接，同时，此出线口还可供屏蔽电位引线400伸出与外部接地线连接，此时当初级绕组100施加1KHz、50Vrms的正弦激励信号时，屏蔽层两端301、302分别产生一电位相反的感生电压，设屏蔽电位为0V，设屏蔽层两端301、302的电位分别为V2、V3，此时，V2与V3可相互抵消，使测量次级绕组200的共模噪声在10mV以下，满足高速高精度的电气隔离测试测量系统的系统需求，相对于以往的变压器，具有更好的效果。

如图2所示，初级绕组100与次级绕组200之间设有屏蔽层300，屏蔽电位接地，初级绕组100与次级绕组200的匝数比为2:1，所述屏蔽层300与屏蔽层电位引线400的连接点303至屏蔽层一个端点301的屏蔽层长度与连接点303至屏蔽层另一个端点302的屏蔽层长度的比值小于10且大于0.1。

本实施例中，由于在初级绕组与次级绕组之间增加了屏蔽层，使得初级绕组与次级绕组之间的距离增加，初级绕组与次级绕组之间的耦合电容的大小与初级绕组和次级绕组之间的距离成反比，因此初级绕组与次级绕组之间的寄生电容减小，且初级绕组与次级绕组之间产生的耦合噪声通过屏蔽层旁路到屏蔽电位，减小了变压器对电子设备的共模干扰。

优选的，为保证屏蔽效果，所述初级绕组100与次级绕组200之间设有多层屏蔽层，且各屏蔽层的所述未闭合的位置相同或周向均匀分布，如图3所示，当初级绕组100与次级绕组200之间设有两层屏蔽层300、310时，屏蔽层300与屏蔽层310上下叠加安装，且屏蔽层300的两个端点301、302组成的缺口与屏蔽层310的两个端点311、312组成的缺口方向相反，采用此种方式布置屏蔽层，可使屏蔽层缺口达到互为屏蔽的效果，防止屏蔽层缺口漏掉的电场、磁场产生的电耦合对绕组产生干扰，且屏蔽层内产生的寄生电容通过每层屏蔽层的屏蔽电位引线接地，因屏蔽层缺口对称，因此接地端也对称，使屏蔽层的感生电压均衡分布，降低对其他绕组的干扰。

当变压器内设有多于两层的屏蔽层时，所述屏蔽层采用上述方式，缺口方向对称布置，以此达成屏蔽层之间互为屏蔽的效果。

如图4所示，电位引线400连接屏蔽层300的任意一点303，在变压器内部的电位引线绕到变压器出线口连接到外部的接地端，设接地端电位为0V，则电位引线在变压器出线口的电位也为0V，此处映射到屏蔽层的点304，即为与屏蔽电位相同的点，该点电位为0V，当该映射点304处于屏蔽层的两端301、302之间时，即使电位引线400绕到变压器内部连接到屏蔽层的任意一点303，由于变压器内部方向的一致性，电位引线400在变压器内部的引线部分会产生磁通量变化，在电位引线与屏蔽层连接点303处产生一感生电压，但此连接点303到变压器出线口处映射到屏蔽层的点304的屏蔽绕组部分也会产生一与电位引线相反的感生电压，两感生电压相互抵消，因此，仍可有效减小屏蔽层的感生电压对其他绕组的影响。

实施例二

如图5所示，本发明的另一实施例提供了一种绕组内外排布时的引线位置，包括初级绕组100、次级绕组200、屏蔽层300、屏蔽层电位引线400，所述次级绕组200位于变压器的最外侧，由外至内依次为屏蔽层300、初级绕组100，所述屏蔽层300与屏蔽层电位引线400的连接点303位于本屏蔽层两端301、302之间，屏蔽电位引线400另一端连接接地端。

具体的，本实施例二中涉及的绕组内外排布的隔离变压器，其工作原理与上述实施例一中涉及的绕组上下排布的隔离变压器的工作原理相同，当屏蔽层300与屏蔽层电位引线400的连接点303位于本屏蔽层两端301、302之间时，屏蔽层两端产生的感生电压方向相反，可相互抵消，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隔离变压器，其特征在于，包括：磁芯、至少两组变压器绕组(100)(200)、相邻变压器绕组之间具有两端未闭合成环状的屏蔽层(300)、屏蔽层(300)与屏蔽层电位引线(400)电连接，其特征在于，屏蔽层(300)与屏蔽层电位引线(400)的连接点(303)位于本屏蔽层的两端(301)、(302)之间。

2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述屏蔽层(300)与屏蔽层电位引线(400)的连接点(303)至屏蔽层一个端点(301)的屏蔽层长度与连接点(303)至屏蔽层另一个端点(302)的屏蔽层长度的比值小于10且大于0.1。

3.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述屏蔽层(300)中电位与屏蔽电位相同的点在屏蔽层(300)中的位置，至屏蔽层一个端点(301)的屏蔽层长度与所述位置至屏蔽层另一个端点(302)的屏蔽层长度的比值小于10且大于0.1。

4.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述屏蔽层(300)将变压器绕组包裹。

5.根据权利要求4所述的变压器，其特征在于，所述屏蔽层(300)将变压器绕组引线包裹。

6.根据权利要求1任一所述的变压器，其特征在于，相邻变压器绕组之间的所述屏蔽层(300)为至少两层。

7.根据权利要求1任一所述的变压器，其特征在于，所述隔离变压器具有至少三组变压器绕组，相邻变压器绕组之间的所述屏蔽层(300)为一层。

8.根据权利要求6或7所述的变压器，其特征在于，所述各屏蔽层的未闭合处的位置相同。

9.根据权利要求6或7所述的变压器，其特征在于，所述各屏蔽层的未闭合处的位置周向均匀分布。

10.根据权利要求6或7所述的变压器，其特征在于，所述至少两屏蔽层的未闭合处的位置对称分布。