CN113315346A - 一种高绝缘性能的微型高压电源 - Google Patents

一种高绝缘性能的微型高压电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高绝缘性能的微型高压电源，涉及微型高压电源技术领域，解决了现有微型高压电源因局部强场分布引起的局部放电及漏电流较大等现象导致其绝缘性能较差，从而引起的安全隐患和设备的可靠性降低等问题。其技术方案要点是：倍压模块靠近高压馈电柱的端部同轴设置有屏蔽件，屏蔽件的曲率半径大于倍压模块的曲率半径；外部绝缘层包括内过渡层和至少一个外绝缘层，内过渡层、外绝缘层由内而外依次同轴设置，内过渡层的介电常数大于外绝缘层的介电常数；屏蔽件布设在内过渡层内。本发明有效抑制和消除局部较大场强分布，进而在保证结构紧凑的前提下能够有效消除放电，保证安全和设备的可靠性。

Description

一种高绝缘性能的微型高压电源
技术领域
本发明涉及微型高压电源技术领域，更具体地说，它涉及一种高绝缘性能的微型高压电源。
背景技术
微型高压电源在工业检测、仪器设备、医疗和射线管等领域具有的广泛应用，特别是随着系统和设备小型化、便携化的发展趋势，其具有很大的应用前景。微型高压电源的绝缘性能是决定其性能的关键因素之一。
如图1所示，微型高压电源中一般包含变压器和倍压模块，其中倍压模块包含低压端和高压端。由于高压端的电压高至几十千伏至几百千伏，因此在某些区域极易形成局部强电场分布，可能会产生放电通道，特别是尖端部分极易产生局部放电、打火等现象，降低了电源的绝缘性能，进而损坏电源及设备，或者产生很大的漏电流。
然而，现有微型高压电源通常采用灌封绝缘胶等材料的方式进行绝缘处理。但是由于微型高压电源对结构紧凑、小型化的要求，因此高压输出端以及可能存在的尖端部分绝缘仍然不够，局部场强过大导致漏电流较大及放电的现象不能有效抑制和消除，不仅存在安全隐患，还导致设备的可靠性降低。因此，如何研究设计一种高绝缘性能的微型高压电源是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种高绝缘性能的微型高压电源。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高绝缘性能的微型高压电源，包括内置有变压器、倍压模块、外部绝缘层的微型高压模块，变压器输入端通过变压输入引线外接控制模块，变压器输出端与倍压模块的低压端通过倍压输入引线连接，倍压模块的高压端通过高压馈电柱外接器件负载，所述倍压模块靠近高压馈电柱的端部同轴设置有屏蔽件，屏蔽件的曲率半径大于倍压模块内电子元件的曲率半径；
所述外部绝缘层包括内过渡层和至少一个外绝缘层，内过渡层、外绝缘层由内而外依次同轴设置，内过渡层的介电常数大于外绝缘层的介电常数。
进一步的，所述屏蔽件为位于倍压模块、高压馈电柱连接处的屏蔽帽，屏蔽帽和倍压模块的高压端处于同一电位；屏蔽帽呈杯状结构、筒状结构或碗状结构；屏蔽帽的外沿、底部呈圆角设置。
进一步的，所述屏蔽件为至少一个与倍压模块套接的屏蔽环，靠近高压馈电柱的屏蔽环与倍压模块的高压端处于同一电位。
进一步的，所述屏蔽环为整体呈螺旋结构的多层线圈，多层线圈处于和倍压模块的高压端相同的高电位。
进一步的，所述屏蔽环为相互分离的多线圈结构；
所有线圈的电位处于和倍压模块的高压端相同的电位；
或，多线圈结构电位呈与倍压电路的电位变化趋势一致的逐级降低电位分布。
进一步的，所述屏蔽件为呈圆筒形的屏蔽电阻，屏蔽电阻的两端完全覆盖倍压模块的对应端部；
屏蔽电阻的一端连接倍压模块的低压端，另一端连接倍压模块的高压端；
屏蔽电阻的电位分布和倍压电路的阶梯变化趋势一致，且与倍压电路之间形成阶梯分布的电场。
进一步的，所述外绝缘层由内而外设置有多个，多个外绝缘层的介电常数由内而外逐渐减小。
进一步的，所述倍压模块内的电子元器件引脚外部套设有导电屏蔽管道，且导电屏蔽管道与引脚之间采用球形焊接头进行焊接。
进一步的，所述导电屏蔽管和引脚处于同一电位，导电屏蔽管直径为电子元器件引脚直径的1.5-20倍。
进一步的，所述球形焊接头的曲率半径为0.2mm-20mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明在倍压模块的高压端引入曲率半径较大的结构来降低高压电源外高压的场强分布和匀场，有效抑制和消除局部较大场强分布，进而在保证结构紧凑的前提下能够有效消除放电，保证安全和设备的可靠性；
2、本发明采用多层灌封，通过调控内层灌封材料的介电常数改善内部电场分布，抑制局部强场的产生，从而降低漏电流大小；
3、本发明提供的微型高压电源的倍压电路中，通过在电子元器件的引脚外部设置直径较大的导电屏蔽管道，并在焊接处采用球形焊接头进行引脚焊接，降低局部的强场分布，从而有效消除可能存在的局部放电等现象，有效降低漏电流，保证高压电源的可靠工作。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是现有微型高压电源的结构示意图；
图2是本发明实施例中微型高压电源采用屏蔽帽的结构示意图；
图3是本发明实施例中微型高压电源采用屏蔽环的结构示意图；
图4是本发明实施例中微型高压电源采用屏蔽电阻的结构示意图；
图5是本发明实施例中微型高压电源多层灌封的结构示意图；
图6是本发明实施例中倍压模块的电子元器件引脚连接示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1、控制模块；2、微型高压模块；3、器件负载；4、变压器；5、倍压模块；51、电容；52、二极管；53、电子元器件引脚；54、导电屏蔽管道；55、球形焊接头；6、外部绝缘层；61、内过渡层；62、外绝缘层；7、屏蔽帽；8、屏蔽环；9、屏蔽电阻；10、高压馈电柱；11、倍压输入引线；12、变压输入引线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图1-6，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1：一种高绝缘性能的微型高压电源，如图2与图5所示，包括内置有变压器4、倍压模块5、外部绝缘层6的微型高压模块2，变压器4输入端通过变压输入引线12外接控制模块1，变压器4输出端与倍压模块5的低压端通过倍压输入引线11连接，倍压模块5的高压端通过高压馈电柱10外接器件负载3。其中，控制模块1通过变压输入引线12对微型高压模块2进行参数设置和控制。倍压模块5靠近高压馈电柱10的端部同轴设置有屏蔽件，屏蔽件的曲率半径大于倍压模块5内电子元件的曲率半径。外部绝缘层6包括内过渡层61和至少一个外绝缘层62，内过渡层61、外绝缘层62由内而外依次同轴设置，内过渡层61的介电常数大于外绝缘层62的介电常数。屏蔽件布设在内过渡层61内。
需要说明的是，若外绝缘层62由内而外设置有多个，则多个外绝缘层62的介电常数由内而外逐渐减小。
此外，若倍压模块5为非圆柱形，则倍压模块5的曲率半径表示倍压模块5的外切圆的曲率半径。
屏蔽件为位于倍压模块5、高压馈电柱10连接处的屏蔽帽7，屏蔽帽7和倍压模块5的高压端处于同一电位；屏蔽帽7呈杯状结构、筒状结构或碗状结构；屏蔽帽7的外沿、底部呈圆角设置，保证无毛刺和尖端。屏蔽帽7采用导电良好的材料，如金属材料等。
由于屏蔽帽7的曲率半径较大，且和倍压模块5的高压端处于同一高电位，因此可以有效降低倍压模块5高压端的电场强度，并且可以使电场比较均匀，从而有效抑制倍压模块5高压端的尖端放电等现象，从而保证安全，降低漏电流，提升设备可靠性。
一般地，微型高压模块2通常采用单层灌封的方式形成外部绝缘层6。由于灌封材料通常采用介电常数较小的绝缘材料，因此靠近中间的高压电位处会产生强场分布，易产生尖端放电等现象，导致漏电流较大。本申请采用多层灌封结构，靠近中间的内部灌封材料采用介电常数较大的材料作为过渡层，向外灌封材料的介电常数逐渐减小保证绝缘性能。同时，本发明再结合屏蔽件和多层灌封方式，通过调控内层灌封材料的介电常数改善内部电场分布，进一步抑制局部强场的产生，从而降低漏电流大小。
实施例2：一种高绝缘性能的微型高压电源，如图3所示，实施例2与实施例1的不同之处在于：屏蔽件为至少一个与倍压模块5套接的屏蔽环8，靠近高压馈电柱10的屏蔽环8与倍压模块5的高压端处于同一电位。
作为优选的一种实施方式，屏蔽环8为整体呈螺旋结构的多层线圈，多层线圈处于和倍压模块5的高压端相同的高电位。
作为优选的一种实施方式，屏蔽环8还可为相互分离的多线圈结构。所有线圈的电位处于和倍压模块5的高压端相同的电位；或，多线圈结构电位呈与倍压电路的电位变化趋势一致的逐级降低电位分布。
线圈的曲率半径大于倍压模块5的径向尺寸，因此可以起到降低电场和匀场的作用，有效抑制尖端放电、漏电流较大等现象。
实施例3：一种高绝缘性能的微型高压电源，如图4所示，实施例3与实施例1的不同之处在于：屏蔽件为呈圆筒形的屏蔽电阻9，屏蔽电阻9的两端完全覆盖倍压模块5的对应端部。屏蔽电阻9的一端连接倍压模块5的低压端，另一端连接倍压模块5的高压端。屏蔽电阻9的电位分布和倍压电路的阶梯变化趋势一致，且与倍压电路之间形成阶梯分布的电场。
由于屏蔽电阻9的曲率半径较大，可以有效降低场分布，避免局部强场分布产生。屏蔽电阻9的阻值根据实际应用需求进行调整，选取范围从MΩ-GΩ，既要保证具有良好的内部电场屏蔽效果，又要保证漏电流小。
实施例4：一种高绝缘性能的微型高压电源，如图6所示，实施例4与实施例1的不同之处在于：倍压模块5内的电子元器件引脚53外部套设有导电屏蔽管道54，且导电屏蔽管道54与引脚之间通过采用球形焊接头55进行引脚焊接。
倍压模块5主要由电容51和二极管52等电子元器件组成，电子元器件引脚53在球形焊接头55进行连接，倍压模块5通过倍压输入引线11连接至变压器4，最后通过高压馈电柱10输出高压。由于电子元器件引脚53通常直径比较小，不同电位的引脚间容易产生局部强场分布，导致漏电流较大。另一方面，通常的引脚焊接头的曲率半径较小，且容易产生焊接尖端，也容易产生局部强场分布，导致放电等现象发生，从而降低电源可靠性，甚至导致电源无法正常工作。
在本实施例中，导电屏蔽管和引脚处于同一电位，导电屏蔽管直径为电子元器件引脚53直径的1.5-20倍。电子元器件引脚53直径大小可根据实际使用进行灵活调整。
在本实施例中，球形焊接头55的曲率半径为0.2mm-20mm，球形焊接头55的曲率半径可根据实际使用进行灵活调整。
本发明通过在电子元器件引脚53外部设置直径较大的导电屏蔽管道54，并在焊接处采用球形焊接头55进行引脚焊接，降低局部的强场分布，从而有效消除可能存在的局部放电等现象，有效降低漏电流，保证高压电源的可靠工作。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高绝缘性能的微型高压电源，包括内置有变压器(4)、倍压模块(5)、外部绝缘层(6)的微型高压模块(2)，变压器(4)输入端通过变压输入引线(12)外接控制模块(1)，变压器(4)输出端与倍压模块(5)的低压端通过倍压输入引线(11)连接，倍压模块(5)的高压端通过高压馈电柱(10)外接器件负载(3)，其特征是，所述倍压模块(5)靠近高压馈电柱(10)的端部同轴设置有屏蔽件，屏蔽件的曲率半径大于倍压模块(5)内电子元件的曲率半径；
所述外部绝缘层(6)包括内过渡层(61)和至少一个外绝缘层(62)，内过渡层(61)、外绝缘层(62)由内而外依次同轴设置，内过渡层(61)的介电常数大于外绝缘层(62)的介电常数。
2.根据权利要求1所述的一种高绝缘性能的微型高压电源，其特征是，所述屏蔽件为位于倍压模块(5)、高压馈电柱(10)连接处的屏蔽帽(7)，屏蔽帽(7)和倍压模块(5)的高压端处于同一电位；屏蔽帽(7)呈杯状结构、筒状结构或碗状结构；屏蔽帽(7)的外沿、底部呈圆角设置。
3.根据权利要求1所述的一种高绝缘性能的微型高压电源，其特征是，所述屏蔽件为至少一个与倍压模块(5)套接的屏蔽环(8)，靠近高压馈电柱(10)的屏蔽环(8)与倍压模块(5)的高压端处于同一电位。
4.根据权利要求3所述的一种高绝缘性能的微型高压电源，其特征是，所述屏蔽环(8)为整体呈螺旋结构的多层线圈，多层线圈处于和倍压模块(5)的高压端相同的高电位。
5.根据权利要求3所述的一种高绝缘性能的微型高压电源，其特征是，所述屏蔽环(8)为相互分离的多线圈结构；
所有线圈的电位处于和倍压模块(5)的高压端相同的电位；
或，多线圈结构电位呈与倍压电路的电位变化趋势一致的逐级降低电位分布。
6.根据权利要求1所述的一种高绝缘性能的微型高压电源，其特征是，所述屏蔽件为呈圆筒形的屏蔽电阻(9)，屏蔽电阻(9)的两端完全覆盖倍压模块(5)的对应端部；
屏蔽电阻(9)的一端连接倍压模块(5)的低压端，另一端连接倍压模块(5)的高压端；
屏蔽电阻(9)的电位分布和倍压电路的阶梯变化趋势一致，且与倍压电路之间形成阶梯分布的电场。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种高绝缘性能的微型高压电源，其特征是，所述外绝缘层(62)由内而外设置有多个，多个外绝缘层(62)的介电常数由内而外逐渐减小。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的一种高绝缘性能的微型高压电源，其特征是，所述倍压模块(5)内的电子元器件引脚(53)外部套设有导电屏蔽管道(54)，且导电屏蔽管道(54)与引脚之间采用球形焊接头(55)进行焊接。
9.根据权利要求8所述的一种高绝缘性能的微型高压电源，其特征是，所述导电屏蔽管和引脚处于同一电位，导电屏蔽管直径为电子元器件引脚(53)直径的1.5-20倍。
10.根据权利要求8所述的一种高绝缘性能的微型高压电源，其特征是，所述球形焊接头(55)的曲率半径为0.2mm-20mm。
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