CN113871173A - 一种固体绝缘磁集成高频变压器及其屏蔽环设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于固体绝缘磁集成高频变压器及其屏蔽环设计方法，包括：确定变压器的基本结构；在仿真软件中构建不含屏蔽环的变压器模型，确定满足绝缘要求的固体材料填充范围；选择绝缘介质与铁芯相邻的两个表面上添加屏蔽环，以屏蔽环体积最小为设计目标，选取满足耐压标准下的所述屏蔽环尺寸参数；结合谐振电路对磁集成高频变压器漏感的需求，修改屏蔽环尺寸，使其同时满足绝缘和漏感的要求。本发明通过设计屏蔽环解决了固体绝缘变压器中铁芯棱角附近由尖端效应带来的空气击穿问题，增大了变压器漏感以满足LLC谐振电路中谐振漏电感的需求，同时有效提高了变压器的散热能力，减小了变压器外形尺寸，提高了功率密度。

Description

一种固体绝缘磁集成高频变压器及其屏蔽环设计方法

技术领域

本发明涉及变压器绝缘设计领域，具体地，涉及一种能够改善绝缘结构的固体绝缘磁集成高频变压器及其屏蔽环设计方法。

背景技术

采用磁集成技术的固体绝缘高频变压器作为DC-DC变换电路的核心器件，由于具有功率密度高，效率高的优势，并能与谐振软开关技术相结合，因此广泛应用于新能源并网电路中。但随着开关频率的逐步提升，变压器的体积也在逐渐缩小，由于高压尖端效应的影响，铁芯棱角附近电场会有击穿空气的风险；而高压工作环境使固体绝缘设计难以兼顾耐压和散热的要求，需要对其进行特殊处理。

现有技术通常是增大绝缘介质的填充范围，这样做一方面可以增大绕组线圈与铁芯棱角的距离，降低铁芯棱角附近电场强度大小，另一方面可以用绝缘材料填充铁芯棱角周围空间，降低了空气被击穿的风险，但缺点是增大了变压器的体积，降低了功率密度，并且在上百千伏的高电压等级时仍然需要利用变压器油进行绝缘设计，使变压器更加笨重庞大，结构复杂；也有采用屏蔽环的设计方式，但都放置在绝缘材料中紧邻绕组线圈的位置，不仅散热困难，而且没有考虑裸露在空气中的铁芯棱角周围尖端效应的影响，应用在结构紧凑且电压等级高的固态变压器中不能起到良好的屏蔽效果。

经检索，中国发明专利CN200710103027.3公开了一种具有屏蔽环的高压变压器、屏蔽环及屏蔽环的制造方法，但是并没有给出具体屏蔽环的设计方法。另外，中国发明专利CN202010536188.7公开一种千兆级网络汇流环的屏蔽设计方法，但是该专利中设计方法无法适用于固体绝缘高频变压器的屏蔽环设计。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种用于固体绝缘磁集成高频变压器及其设计方法。

本发明的第一目的，提供一种固体绝缘磁集成高频变压器的屏蔽环设计方法，包括：

S1,结合变压器的具体工作环境，确定变压器的基本结构；

S2,在仿真软件中搭建上述S1确定的所述变压器模型，铁芯接地，在无屏蔽环的情况下考察绝缘材料内部的耐压能力，确定满足绝缘要求的固体材料填充范围；

S3,在S2得到的所述变压器模型的绝缘介质与铁芯相交的外表面上添加屏蔽环，所述屏蔽环能在提供静电屏蔽的同时提高散热能力，再依次将所述屏蔽环的长、宽、圆角半径和厚度作为单一变量，观察由所述变压器模型和所述屏蔽环构成的仿真模型中变压器周围空气的场强分布情况，确定不同变量对所述变压器周围空气最大电场强度的影响程度，并以所述屏蔽环体积最小为设计目标，选取满足耐压标准下的所述屏蔽环尺寸参数；

S4,在S3得到的满足耐压要求的屏蔽环结构基础上，根据谐振电路对磁集成变压器的漏感需求，仿真观察不同参数对变压器漏感大小的影响，并根据仿真情况对所述屏蔽环的参数进行修改，获得满足耐压和漏感要求的屏蔽环结构。

可选地，S2中，所述在无屏蔽环的情况下考察绝缘材料内部的耐压能力，其中，对变压器绕组施加满足国家耐压标准要求的最高电压，观察绝缘介质内的电场强度分布情况，并确定满足绝缘要求的固体材料填充范围。

可选地，所述符合耐压标准要求的最高电压是指根据国家标准规定的不同电压等级下变压器承受的额定短时工频电压峰值，并以直流电压的形式施加在变压器绕组与铁芯之间，据此观察变压器内部及周围空间中的电场强度分布情况。

可选地，所述固体材料填充范围是指变压器的绝缘距离设计，包括绕组线圈的匝间绝缘距离，高低压绕组间绝缘距离，高低压绕组与铁芯间绝缘距离以及绕组对周围空气的固体绝缘厚度。

可选地，S3中，所述在S2得到的所述变压器模型的绝缘介质与铁芯相交的外表面上添加屏蔽环，其中，所述屏蔽环的本体在绝缘介质内部，其边缘被绝缘介质包裹，但保留一个与空气接触的外表面，以提高变压器的散热能力。

可选地，设置所述屏蔽环的平面至少有两个，根据仿真观察到的铁芯棱角附近的尖端效应和变压器的具体结构确定设置所述屏蔽环的平面。

可选地，所述屏蔽环的尺寸，仿真过程包括：

初始时，所述屏蔽环的大小覆盖整个绝缘介质面，以改善铁芯上的尖端效应对空气绝缘的影响；

随后将所述屏蔽环的尺寸逐步缩小，并依次观察长、宽、厚度和尖端的圆弧角半径对变压器周围电场强度分布情况的影响；

将所述屏蔽环的体积最小化作为设计目标，选定在符合耐压标准要求下最优的绝缘尺寸。

可选地，采用控制变量法确定所述屏蔽环的尺寸，其中：

每次只变化长、宽、厚度和圆角半径中的其中一个，并观察不同变量影响能力的大小，选取尺寸n为一个基本单元，若某变量变化n前后，变压器周围空气中的最大场强有显著改变，则该变量为影响能力高的变量，否则为影响能力低的变量；

为实现屏蔽环体积最小化的设计目标，对于影响能力低的变量，应尽可能取较小的值，以有效降低屏蔽环的体积；对于影响能力高的变量，在降低取值时应该密切关注电场强度大小的变化情况，以确保变压器内部绝缘介质和周围空气的耐压能力可以符合要求。

可选地，S4中,满足漏感要求的屏蔽环结构，是指在消除尖端效应并保证耐压能力符合要求的前提下，通过增大屏蔽环的体积来增强线圈周围的漏磁场强度，提高变压器漏感大小，以满足外部电路对谐振的要求。

可选地，S4中,所述根据仿真情况对所述屏蔽环的参数进行修改，其中：以所述变压器能提供的漏感值不低于谐振电路所要求的谐振电感大小为原则，对屏蔽环的尺寸参数进行修改。

本发明的第二目的，提供一种固体绝缘磁集成高频变压器，包括由上述设计方法得到的屏蔽环。

与现有技术相比，本发明实施例具有如下至少一种有益效果：

本发明上述设计方法和变压器，其中屏蔽环与铁芯共同接地，且所用的材料也完全相同，在变压器制作过程中不会引入额外过多的任务，而且设定屏蔽环的底端与绝缘介质表面等高，保证了实物制作的准确性与可靠性。

本发明上述设计方法和变压器，其中屏蔽环解决了固体绝缘变压器中铁芯棱角附近的尖端效应带来的空气击穿问题，在不增大变压器体积，也不改变绝缘结构的基础上有效提升了变压器的绝缘耐压能力；

本发明上述设计方法和变压器，其中屏蔽环增大了变压器漏感，有利于在谐振软开关电路中的应用，同时提高了变压器的散热能力。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例的固体绝缘磁集成高频变压器的屏蔽环设计方法流程图；

图2为本发明一较优实施例的含屏蔽环的固体绝缘磁集成变压器的系统工作电路原理图；

图3为本发明一较优实施例的含屏蔽环的固体绝缘磁集成变压器的主视图；

图4为本发明一较优实施例的含屏蔽环的固体绝缘磁集成变压器的俯视图；

图5为本发明一较优实施例的含屏蔽环的固体绝缘磁集成变压器的左视图；

图6为本发明一较优实施例的含屏蔽环的固体绝缘磁集成变压器的主视剖面图；

图中：1为变压器铁芯；2为屏蔽环；3为变压器的固体绝缘介质；4为变压器绕组；5为固体绝缘灌封的棱边(受工艺限制，非直角)；21为放置在变压器上底面的屏蔽环；22为放置在变压器下底面的屏蔽环；31为变压器铁芯窗口内的固体绝缘介质；32为变压器铁芯外围的固体绝缘介质；41为变压器副边绕组；42为变压器原边绕组；s1为屏蔽环长边与变压器固体绝缘外壁距离；s2为屏蔽环短边与变压器固体绝缘外壁距离；r1为屏蔽环的圆角半径；r2为变压器固体绝缘棱边的圆倒角半径；h为屏蔽环厚度。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

图1为本发明一实施例的用于固体绝缘磁集成高频变压器的屏蔽环设计方法流程图。参照图1所示，本实施例中，用于固体绝缘高频变压器的屏蔽环设计方法，可以按照以下步骤执行：

S100，结合变压器的具体工作环境，确定变压器的基本结构；

具体的，变压器的基本结构可以包括但不限于磁芯材料类型及具体结构参数，绕线方式和导体线圈直径，绝缘材料类型等，具体可以根据变压器的工作环境需求来选择。

比如，为DC-DC变换电路选定变压器，结合工作条件选择合理的固体绝缘材料，并确定变压器铁芯的形状参数以及绕组的结构参数，其中，固体绝缘材料是指可以在变压器正常工作温度条件下不会发生熔化或变形的固体材料；铁芯的形状参数包括铁芯截面长和宽，窗口截面的高度、宽度和纵向深度；绕组的结构参数包括原边绕组层宽度、高度和周长，副边绕组层宽度、高度和周长。

S200，在无屏蔽环的情况下考察绝缘材料内部的耐压能力，在仿真软件中搭建上述确定的变压器模型，铁芯接地，对绕组施加满足国家耐压标准要求的最高电压，观察绝缘介质内的电场强度分布情况，并确定满足绝缘要求的固体材料填充范围；

本实施例中，固体材料的填充范围包括原边绕组与铁芯之间，副边绕组与原边绕组之间，以及包裹绕组的外部空间，其目的是防止绕组电压击穿空气；

本实施例中，屏蔽环的初始边缘与绝缘介质边缘齐平，比如可以初始厚度2mm。

S300，在上述结构模型中，选取绝缘介质与铁芯相交的外表面上添加屏蔽环，以确保在提供静电屏蔽的同时提高散热能力。依次将屏蔽环的长、宽、圆角半径和厚度作为单一变量，观察仿真模型中变压器周围空气的场强分布情况，确定不同变量对变压器周围空气最大电场强度的影响程度，以屏蔽环体积最小为设计目标，选取满足耐压标准下合理的尺寸参数。

本实施例中，屏蔽环为放置于绝缘介质内部的带圆角矩形，其底面裸露于空气中。同时再次观察绝缘介质内部电场，并根据需要增大绝缘介质的填充范围。

本实施例中，其中屏蔽环与铁芯共同接地，且所用的材料也完全相同，在变压器制作过程中不会引入额外过多的任务，而且设定屏蔽环的底端与绝缘介质表面等高，保证了实物制作的准确性与可靠性。

S400，得到满足耐压要求下的屏蔽环结构后，结合谐振电路对磁集成变压器提出的漏感需求，进一步仿真观察不同参数对变压器漏感大小的影响。作为优选，在放置屏蔽环后，变压器能提供的漏感值不应低于谐振电路所要求的谐振电感大小，依据此原则可对屏蔽环的尺寸参数进行修改以获取满足耐压和漏感要求的屏蔽环结构。

本步骤中，可以观察变压器周围空气的电场分布情况，逐步将屏蔽环的长和宽、圆角半径和厚度作为单一变量，结合仿真结果绘制空气中最大场强与该变量的对应关系曲线，并在当前变量取得最优结果的基础上仿真分析下一个变量的影响情况，最终得到该屏蔽环合理的尺寸结构。

本实施例中，符合耐压要求的最高电压是指根据电气绝缘国家标准要求的额定短时工频电压峰值，而不是雷电冲击耐受电压或是操作冲击耐受电压；具体的，根据国家标准规定的不同电压等级下变压器承受的额定短时工频电压峰值，并以直流电的形式施加在变压器绕组上，据此观察变压器内部及周围空间中的电场强度分布情况。这是因为直流电压产生的是恒定的电场，周围的电场强度可以方便地观察到。选择工频电压峰值是为了产生最大的电场强度，依次观察对绝缘要求最高的位置，并以此确定相应的绝缘设计方案。

本实施例中，固体材料填充范围是指变压器的绝缘距离设计，包括绕组线圈的匝间绝缘距离，高低压绕组间绝缘距离，高低压绕组与铁芯间绝缘距离以及绕组对空气的绝缘距离。上述绝缘距离共同限制变压器的体积大小，并影响变压器的运行效率和功率密度。确定绝缘设计的过程就是在给定的绝缘材料的情况下逐步确定各个位置上合适的绝缘距离，并尽可能减小变压器的体积，从而提高功率密度。

在一些实施例中，在绝缘介质与铁芯相交的外表面上添加屏蔽环，是指屏蔽环的本体在绝缘介质内部，其边缘被绝缘介质包裹，但保留一个与空气接触的面，以提高变压器的散热能力。传统屏蔽环通常完全包裹在绝缘材料内部，不具备良好的散热能力；或者完全暴露在空气中，其边缘处也有产生尖端效应的风险。考虑到铁芯通常贯穿绝缘介质，因此在铁芯与绝缘介质相交的平面上设置屏蔽环可以有效降低屏蔽环需要占据的空间。传统工频变压器的屏蔽层往往设置在铁芯的上下铁轭上，需要占据额外的空间范围，而本专利所针对的高频变压器，由于体积的大幅减小，如果同样采用和传统变压器一致的屏蔽环安置方式，则会降低变压器周围空间的利用效率。另外，设置屏蔽环的平面通常有两个，但并不唯一确定，需要结合仿真观察到的铁芯棱角附近的尖端效应和变压器的具体结构对需要设置屏蔽环的平面进行确定。例如多绕组结构的矩阵形变压器，铁芯和绝缘介质或许有两个以上的相交平面，此时对可能产生尖端效应的铁芯周围都需要放置屏蔽环。

在一些实施例中，屏蔽环的尺寸的确定首先需要保证能够有效改善铁芯上的尖端效应对空气绝缘的影响，因此初始大小需要覆盖整个绝缘介质面；随后将屏蔽环的尺寸逐步缩小，并依次观察长、宽、厚度和尖端的圆弧角半径对变压器周围电场强度分布情况的影响。由于屏蔽环距离变压器绕组很近，对变压器周围的漏磁场影响较大，因此其体积大小会对变压器整体漏感有显著影响。在不考虑外部电路需求的情况下，应当尽可能减小变压器的漏感，即尽可能缩小屏蔽环的体积，因此选择将屏蔽环的体积最小化作为设计目标，选定在符合耐压标准要求下最优的绝缘尺寸。

在一些实施例中，对屏蔽环尺寸的确定采用控制变量法，每次只变化长、宽、厚度和圆角半径中的其中一个，并观察该变量的变化对变压器周围空气中的场强大小的影响能力。为实现屏蔽环体积最小化的设计目标，对于影响能力低的变量，应尽可能取较小的值，以有效降低屏蔽环的体积；对于影响能力高的变量，在降低取值时应该密切关注电场强度大小的变化情况，以确保变压器内部绝缘介质和周围空气的耐压能力可以符合要求。

本发明上述实施例中屏蔽环解决了固体绝缘变压器中铁芯棱角附近的尖端效应带来的空气击穿问题，在不增大变压器体积，也不改变绝缘结构的基础上有效提升了变压器的绝缘耐压能力。

在一些实施例中，满足漏感要求的屏蔽环尺寸，是指在消除尖端效应并保证耐压能力符合要求的前提下，通过适当增大屏蔽环的体积，以增强线圈周围的漏磁场强度，从而达到提高变压器漏感大小的目的，满足外部电路对谐振的要求。

本发明上述优选实施例，采用底面裸露在空气中、其余部分包裹在固体绝缘介质中的屏蔽环结构，不仅能压缩绝缘介质的填充空间，减小变压器体积以提高功率密度，而且能提高变压器的散热能力和运行效率。不同于传统变压器采用各种方式降低漏感，应用在软开关谐振电路中的磁集成变压器通常需要增大漏感以满足电路谐振电感集成需求，该屏蔽环的存在可以有效增大变压器的漏感参数。与铁芯相比，屏蔽环同样有棱角并采用与铁芯相同的接地方式，但屏蔽环的边缘可以被绝缘介质包裹，并将棱角处理为圆角结构，从而有效缓解屏蔽环边缘尖端效应的影响。

为了更好说明本发明上述技术方案，以下进一步结合具体变压器结构来进行说明，但以下实施例不用于限制本发明。

本优选实施例中的用于固体绝缘高频磁集成变压器的屏蔽环设计方法，在仿真软件中对结构确定的变压器增设屏蔽环，随后观察铁芯棱角附近边缘效应的改善情况。采用控制变量法逐步调整屏蔽环的相关尺寸参数，并设定屏蔽环体积最小化作为设计目标，从而确定合适的尺寸参数。在满足变压器耐压要求的前提下，结合谐振电路对磁集成变压器漏感的需求，再次修改屏蔽环的长、宽、厚度和圆角半径等尺寸参数，最后确定符合绝缘、谐振漏感和散热三方面要求的屏蔽环结构。

参照图2-5所示，图中，1为变压器铁芯；2为屏蔽环；3为变压器的固体绝缘介质；4为变压器绕组；5为固体绝缘灌封的棱边(受工艺限制，非直角)；21为放置在变压器上底面的屏蔽环；22为放置在变压器下底面的屏蔽环；41为变压器副边绕组；42为变压器原边绕组；s1为屏蔽环长边与变压器固体绝缘外壁距离；s2为屏蔽环短边与变压器固体绝缘外壁距离；r1为屏蔽环的圆角半径；r2为变压器固体绝缘棱边的圆倒角半径。

具体的，本实施例中含屏蔽环的固体绝缘磁集成变压器是多绕组的结构，其中屏蔽环的设计方法包括：

(1)选定变压器的结构和绝缘材料类型，并确定铁芯1及绕组的具体尺寸。

铁芯1棱角处尖端效应的大小以及变压器漏感的大小都与变压器的结构和所选绝缘材料类型相关，而屏蔽环2的覆盖范围与绕组的结构和尺寸密切联系，尤其是高压绕组的空间范围，会对绝缘介质的填充空间和铁芯1附近空气中的电场强度产生显著影响，进而对屏蔽环2的屏蔽能力提出要求。此外，本方法需要依靠仿真分析，确定变压器的基本结构参数是建模仿真的前提。

(2)在仿真软件中构建不含屏蔽环2的变压器模型，在只考虑绝缘介质内部电场的情况下设定满足变压器安全运行要求的绝缘尺寸；

确定变压器的基本结构参数后，即可建模仿真分析固体绝缘材料合适的填充范围。由于铁芯1棱角周围有边缘效应的影响，单纯依靠固体绝缘材料需要很大的填充空间，不仅会降低变压器的功率密度，而且不利于散热。因此，首先在不考虑铁芯1棱角周围电场强度的情况下，设计绝缘介质的填充空间，确保绕组间有足够的绝缘距离，同时高压绕组对空气的绝缘距离满足耐压要求。考虑到固体浇注灌封的工艺流程，固体绝缘介质3的需要有圆倒角(图3中的5和图4中的r2)。

(3)选择绝缘介质与铁芯1相邻的两个表面上添加矩形屏蔽环2，设定初始底面与绝缘介质面等大，随后仿真观察变压器周围空气的电场分布，并根据绝缘要求逐步确定屏蔽环2圆角半径、底面大小和厚度三方面关键尺寸；

确定固体绝缘材料的填充空间后，放置屏蔽环2以消除铁芯1棱角周围的尖端效应。铁芯1周围的电场本质上是由绕组产生的，因此屏蔽环2应完全覆盖高低压绕组的范围，同时尽可能减小对变压器体积的影响，否则会降低功率密度。基于上述原因，将屏蔽环2放置在绝缘介质与铁芯1相邻的两个表面上(图3中的21和22)。初始尺寸与绝缘介质面等大，这样既能起到良好的屏蔽效果，又不会占据额外的空间。添加屏蔽环2后，仿真观察绝缘介质内部和周围空气中的电场分布情况，并根据绝缘材料和空气的耐压能力，采用控制变量法，逐步调整屏蔽环2圆角半径(图4的r1)、底面大小和厚度的具体尺寸，并观察各变量对变压器周围电场强度的影响能力。其中，底面大小是通过逐步减小屏蔽环2边缘与固体绝缘介质边缘的距离(图4的s1，s2)来确定的。对影响能力高的变量，如变压器的长和宽，应当尽可能减小对其的调整，以充分满足对铁芯1棱角的尖端效应的改善要求；对影响能力低的变量，如厚度和圆角半径，可以增大对其调整幅度，以尽可能减小屏蔽环2的体积，避免造成额外损耗。进一步的，控制变量法中，每次只变化长、宽、厚度和圆角半径中的其中一个，并观察不同变量影响能力的大小，选取1mm为一个基本单元，若某变量变化1mm前后，变压器周围空气中的最大场强有显著改变，则该变量为影响能力高的变量，否则为影响能力低的变量。

(4)结合谐振电路对磁集成变压器漏感的需求，进一步修改屏蔽环2关键尺寸，使其同时满足绝缘和漏感的要求。

谐振电路是实现换流器件软开关的常见方式，为此可以将谐振电感集成于变压器漏感中以简化电路结构。由于屏蔽环2采用和铁芯1一样的铁氧体材料，且距离变压器绕组较近，对变压器周围的漏磁场影响较大，因此其体积大小会对变压器整体漏感有显著影响。在满足电路的耐压要求后，结合电路对谐振电感的需要，再次调整屏蔽环2的尺寸大小，增大磁集成高频变压器的漏感大小，满足电路软开关特性。本实施例屏蔽环2增大了变压器漏感，有利于在谐振软开关电路中的应用，同时提高了变压器的散热能力。

图6为本发明一较优实施例的含屏蔽环2的固体绝缘磁集成变压器的整体结构示意图。图中，31为变压器铁芯窗口内的固体绝缘介质；32为变压器铁芯外围的固体绝缘介质；h为屏蔽环厚度。

本发明通过设计屏蔽环2解决了固体绝缘变压器中铁芯1棱角附近由尖端效应带来的空气击穿问题，增大了变压器漏感以满足LLC谐振电路中谐振漏电感的需求，同时有效提高了变压器的散热能力，减小了变压器外形尺寸，提高了功率密度。本发明适用于带棱角的铁芯1的变压器，都可以考虑采用上述的设计方法来改善其绝缘设计。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。

Claims (10)

1.一种固体绝缘磁集成高频变压器的屏蔽环设计方法，其特征在于：包括：

S1，结合变压器的具体工作环境，确定变压器的基本结构；

S2，在仿真软件中搭建上述S1确定的所述变压器模型，铁芯接地，在无屏蔽环的情况下考察绝缘材料内部的耐压能力，确定满足绝缘要求的固体材料填充范围；

S3，在S2得到的所述变压器模型的绝缘介质与铁芯相交的外表面上添加屏蔽环，所述屏蔽环能在提供静电屏蔽的同时提高散热能力，再依次将所述屏蔽环的长、宽、圆角半径和厚度作为单一变量，观察由所述变压器模型和所述屏蔽环构成的仿真模型中变压器周围空气的场强分布情况，确定不同变量对所述变压器周围空气最大电场强度的影响程度，并以所述屏蔽环体积最小为设计目标，选取满足耐压标准下的所述屏蔽环尺寸参数；

S4，在S3得到的满足耐压要求的屏蔽环结构基础上，根据谐振电路对磁集成变压器的漏感需求，仿真观察不同参数对变压器漏感大小的影响，并根据仿真情况对所述屏蔽环的参数进行修改，获得满足耐压和漏感要求的屏蔽环结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S2中，所述在无屏蔽环的情况下考察绝缘材料内部的耐压能力，其中，对变压器绕组施加满足国家耐压标准要求的最高电压，观察绝缘介质内的电场强度分布情况，并确定满足绝缘要求的固体材料填充范围。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述符合耐压标准要求的最高电压是指根据国家标准规定的不同电压等级下变压器承受的额定短时工频电压峰值，并以直流电压的形式施加在变压器绕组与铁芯之间，据此观察变压器内部及周围空间中的电场强度分布情况。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述固体材料填充范围是指变压器的绝缘距离设计，包括绕组线圈的匝间绝缘距离，高低压绕组间绝缘距离，高低压绕组与铁芯间绝缘距离以及绕组对周围空气的固体绝缘厚度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S3中，所述在S2得到的所述变压器模型的绝缘介质与铁芯相交的外表面上添加屏蔽环，其中，所述屏蔽环的本体在绝缘介质内部，其边缘被绝缘介质包裹，但保留一个与空气接触的外表面，以提高变压器的散热能力。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：设置所述屏蔽环的平面至少有两个，根据仿真观察到的铁芯棱角附近的尖端效应和变压器的具体结构确定设置所述屏蔽环的平面。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述屏蔽环的尺寸，仿真过程包括：

初始时，所述屏蔽环的大小覆盖整个绝缘介质面，以改善铁芯上的尖端效应对空气绝缘的影响；

随后将所述屏蔽环的尺寸逐步缩小，并依次观察长、宽、厚度和尖端的圆弧角半径对变压器周围电场强度分布情况的影响；

将所述屏蔽环的体积最小化作为设计目标，选定在符合耐压标准要求下最优的绝缘尺寸。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：采用控制变量法确定所述屏蔽环的尺寸，其中：

每次只变化长、宽、厚度和圆角半径中的其中一个，并观察不同变量影响能力的大小，选取尺寸n为一个基本单元，若某变量变化n前后，变压器周围空气中的最大场强有显著改变，则该变量为影响能力高的变量，否则为影响能力低的变量；

为实现屏蔽环体积最小化的设计目标，对于影响能力低的变量，取较小的值，以有效降低屏蔽环的体积；对于影响能力高的变量，在降低取值时密切关注电场强度大小的变化情况，以确保变压器内部绝缘介质和周围空气的耐压能力符合要求。

9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于：S4：

满足漏感要求的屏蔽环结构，是指在消除尖端效应并保证耐压能力符合要求的前提下，通过增大屏蔽环的体积来增强线圈周围的漏磁场强度，提高变压器漏感大小，以满足外部电路对谐振的要求；

所述根据仿真情况对所述屏蔽环的参数进行修改，其中：以所述变压器能提供的漏感值不低于谐振电路所要求的谐振电感大小为原则，对屏蔽环的尺寸参数进行修改。

10.一种固体绝缘磁集成高频变压器，其特征在于，包括由权利要求1-10任一项方法设计的屏蔽环。

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