一种大功率高频高压变压器模块的制作方法

本实用新型涉及脉冲功率源技术领域，尤其涉及一种大功率高频高压变压器模块。

背景技术：

高频高压变压器在高频高压电源系统当中，占据着重要的地位，是整个系统的关键组成部分，工作过程为先通过逆变后经升压变压器整流输出，高频高压变压器起绝缘隔离和升压的作用。随着高频高压变压器的工作电压不断提高，要求变压器的升压比不断增加，变压器次级绕组的匝比也不断增加，匝数比高、电压高使绝缘难于处理，漏感和分布电容等寄生参数给前级功率开关管造成浪涌电压和浪涌电流，使电压电流波形畸变，并增加开关损耗。同时工作电压的提高，使得输出整流滤波的硅堆和电容体积大幅增加，进而使得电源的体积大幅增加。影响电源的小型化、紧凑型结构设计。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提出一种大功率高频高压变压器模块，具体的，包括N个环形变压器和N个整流滤波电路，以及中心定位支撑杆、变压器外筒和绝缘灌封材料，所述N个环形变压器依次重叠连接在一起，且每个环形变压器的输出端电连接一个整流滤波电路的输入端，N个整流滤波电路的输出端依次串联连接。采用N个环形变压器组合，使输出电压和功率提高N倍，减小了绕组匝间电压分布，降低了整流滤波电路元件的耐压要求，使得整流滤波电路的硅堆和电容体积减小。所述中心定位支撑杆设置于N个环形变压器的中心，实现定位和固定，所述N个环形变压器和N个整流滤波电路设置于变压器外筒内，并由绝缘灌封材料封装，提高了绝缘强度和机械强度，同时减小了整体体积，还避免了高压裸露在空气中。

进一步的，所述环形变压器包括绕组骨架、初级绕组、次级绕组、中心定位孔、环形磁芯和绝缘材料，所述初级绕组和次级绕组设置于绕组骨架上，所述中心定位孔设置于绕组骨架中心，且中心定位支撑杆穿过中心定位孔，从而实现定位和固定，所述环形磁芯和绝缘材料设置于绕组骨架内。

作为优选实施方式，所述N个整流滤波电路按照从低到高的顺序串联连接并从顶端输出。

作为优选实施方式，所述变压器外筒的底端设置有输入端口，顶端设置有输出端口。

作为优选实施方式，所述整流滤波电路包括全桥硅堆整流电路和高频电容滤波电路，所述环形变压器的次级绕组、全桥硅堆整流电路和高频电容滤波电路分别依次电连接。所述全桥硅堆整流电路实现将环形变压器输出的高频交流电压转换为脉动直流电压，所述高频电容滤波电路用于对全桥硅堆整流电路输出的电压进行滤波，滤除其中的高频交流电压分量。

作为优选实施方式，所述全桥硅堆整流电路为4只高频高压硅堆连接组成的一个桥式整流电路，并用于对次级绕组的输出电压进行全波整流。

作为优选实施方式，所述高频电容滤波电路包括高频高压瓷片电容。

作为优选实施方式，所述环形变压器的初级绕组采用多线单层并绕，以增加绕组耦合系数，增加绕组截面积，增加通流能力，减小绕组发热，减小漏感。

作为优选实施方式，所述环形变压器的次级绕组采用三层绝缘线分段绕制，可提高耦合系数，减小次级绕组的电容。

作为优选实施方式，所述中心定位支撑杆为有机玻璃杆，所述变压器外筒为圆柱形有机玻璃桶，所述绝缘灌封材料为有机硅凝胶GN521。由于有机硅凝胶GN521进行真空灌封固化后，绝缘强度很高，因此环形变压器的初级级绕组之间的绝缘距离可适当减小，使得环形变压器耦合系数得到提高，漏感减小。

作为优选实施方式，所述绕组骨架由高分子聚乙烯材料制成，以提高绝缘强度。由于非晶材料具有磁导率高、损耗小等优点，故所述环形磁芯采用环形非晶材料磁芯。此外，所述绝缘材料为环氧胶。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型采用N个环形变压器组合而成，实现大功率高电压输出，将N个环形变压器初级并联作为输入，每个环形变压器次级输出经过整流滤波后再从下到上串联输出，实现输出电压和功率提高N倍，采用这种方式的大功率高频高压变压器模块，减小了次级绕组分布电容，提高了变压器的能量传输效率。此外，还降低了对整流硅堆和滤波电容电阻元件的耐压要求，元件体积大幅减小，使得变压器体积减小。采用机硅凝胶GN521对变压器进行整体灌封，提高其绝缘强度和机械强度，同时减小了变压器的体积。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构示意图；

图2是本实用新型的环形变压器的结构示意图；

其中，1-环形变压器，2-整流滤波电路，11-绕组骨架，12-初级绕组，13-次级绕组，14-中心定位孔。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

一种大功率高频高压变压器模块，包括N个环形变压器1和N个整流滤波电路2，以及中心定位支撑杆、变压器外筒和绝缘灌封材料。如图1所示，N个环形变压器1依次重叠连接在一起，且每个环形变压器1的输出端电连接一个整流滤波电路2的输入端，N个整流滤波电路2的输出端依次串联连接。N个环形变压器1的初级并联作为输入，每个环形变压器1的次级输出经过整流滤波电路2后再从下到上串联输出。采用N个环形变压器1组合，使输出电压和功率提高N倍，减小了绕组匝间电压分布，降低了整流滤波电路2元件的耐压要求，使得整流滤波电路2的硅堆和电容体积减小。

此外，中心定位支撑杆设置于N个环形变压器1的中心，实现定位和固定，N个环形变压器1和N个整流滤波电路2设置于变压器外筒内，并由绝缘灌封材料封装，提高了绝缘强度和机械强度，同时减小了整体体积，还避免了高压裸露在空气中。

如图2所示，环形变压器1包括绕组骨架11、初级绕组12、次级绕组13、中心定位孔14、环形磁芯和绝缘材料，初级绕组12和次级绕组13设置于绕组骨架11上，中心定位孔14设置于绕组骨架11中心，且中心定位支撑杆穿过中心定位孔14，从而实现定位和固定，环形磁芯和绝缘材料设置于绕组骨架11内。

在本实施例中，环形变压器的工作频率20kHz，输入电压300V，输出电压10kV，单个变压器功率5kW。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上：

如图2所示，N个整流滤波电路2按照从低到高的顺序串联连接并从顶端输出。

实施例3

本实施例在实施例2的基础上：

变压器外筒的底端设置有输入端口，顶端设置有输出端口。

实施例4

本实施例在实施例1的基础上：

整流滤波电路2包括全桥硅堆整流电路和高频电容滤波电路，环形变压器1的次级绕组13、全桥硅堆整流电路和高频电容滤波电路分别依次电连接。全桥硅堆整流电路实现将环形变压器1输出的高频交流电压转换为脉动直流电压，高频电容滤波电路用于对全桥硅堆整流电路输出的电压进行滤波，滤除其中的高频交流电压分量。

实施例5

本实施例在实施例4的基础上：

全桥硅堆整流电路为4只高频高压硅堆连接组成的一个桥式整流电路，并用于对次级绕组13的输出电压进行全波整流。

实施例6

本实施例在实施例4的基础上：

高频电容滤波电路采用了高频高压瓷片电容。

实施例7

本实施例在实施例1的基础上：

环形变压器1的初级绕组12采用多线单层并绕，以增加绕组耦合系数，增加绕组截面积，增加通流能力，减小绕组发热，减小漏感。

实施例8

本实施例在实施例1的基础上：

环形变压器1的次级绕组13采用三层绝缘线分段绕制，可提高耦合系数，减小次级绕组13的电容。

实施例9

本实施例在实施例1的基础上：

中心定位支撑杆为有机玻璃杆，变压器外筒为圆柱形有机玻璃桶，绝缘灌封材料为有机硅凝胶GN521。由于有机硅凝胶GN521进行真空灌封固化后，绝缘强度很高，因此环形变压器1的初级级绕组之间的绝缘距离可适当减小，使得环形变压器1耦合系数得到提高，漏感减小。

实施例10

本实施例在实施例1的基础上：

绕组骨架11由高分子聚乙烯材料制成，以提高绝缘强度。由于非晶材料具有磁导率高、损耗小等优点，故环形磁芯采用环形非晶材料磁芯。此外，绝缘材料为环氧胶。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“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，或者是本实用新型使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是有线连接，也可以是无线连接。