注塑式安全隔离电子变压器及其制作方法与流程

本发明涉及一种注塑式安全隔离电子变压器，以及一种该注塑式安全隔离电子变压器的制作方法，属于变压器制作技术领域。

背景技术：

当前电子变压器应用领域越来越多，但符合电子产品强制认证要求的安全隔离电子变压器，毫无例外均采用大尺寸一次注塑支撑骨架、挡墙胶带、特氟龙套管、绝缘胶带、灌封或三层绝缘线六种方式的一种或几种组合应用作为加强绝缘或双重绝缘来设计制作。但这种传统绝缘方式的安全隔离电子变压器磁芯窗口填充系数低、体积大，输出功率密度低，生产效率低下。因此，开发设计一种全新加强绝缘方式的安全隔离电子变压器，使之既可以满足各国安全强制认证要求，同时亦适合自动化生产且一并取代现有六种绝缘方式来制作的安全隔离电子变压器，是非常必要和迫切的。

众所周知，目前安全隔离电子变压器必须符合各国安全强制认证的要求，例如我国《GB8898-2011音频、视频及类似电子设备安全要求》第48页、49页：在300V_AC以下，220V_AC市电输入时的安全隔离电子变压器输入绕组与输出绕组的电气间隙需要满足至少6mm加强绝缘的电气间隙距离(必要时，还需累加0.2mm～1.0mm附加绝缘电气间隙距离。因此总体电气间隙距离为6mm～7mm)。当满足加强绝缘电气间隙的电子变压器，依照《GB8898-2011音频、视频及类似电子设备安全要求》第38页、39页所述，变压器的输入绕组与输出绕组之间应相应承受3.0KVac 2mA 60s的抗电强度无飞弧，击穿。

美国UL标准对应的抗电强度：输入绕组---输出绕组施加3.5KV_AC 2mA 60s无飞弧，击穿。

德国VDE标准对应的抗电强度：输入绕组---输出绕组施加3.750KV_AC 2mA 60s无飞弧，击穿。

这里先解释下述专业名词，基本绝缘：为防电击提供基本保护而对带电零部件所加的绝缘。附加绝缘：除基本绝缘以外所加的独立的绝缘，以便在基本绝缘一旦失效时减小电击危险。双重绝缘：同时具有基本绝缘和附加绝缘的绝缘。加强绝缘：对危险带电零部件所加的单一绝缘，其防电击等级相当于双重绝缘。隔离变压器：在输入绕组与输出绕组之间具有保护隔离的变压器。电气间隙：在两个导电零部件之间空气中的最短距离(参考文献：《GB8898-2011音频、视频及类似电子设备安全要求》第12、13页)。

综上所述，这里所指的安全隔离电子变压器定义为：市电输入电压300V_AC以下，在输入绕组与输出绕组之间具有双重绝缘或加强绝缘的变压器。

安全隔离电子变压器常用的基本原材料及发明专利样品具体厂商型号：

(1)绝缘类材料(参考文献：《GB8898-2011音频、视频及类似电子设备安全要求》第30页)。

绕组支撑骨架：材质：住友E4100(n)；UL等级：94V-0UL黄卡号：E54705；壁厚大于0.8mm时，属于加强绝缘材料

挡墙胶带：材质：亚华WF*(c)(h)；UL黄卡号：E165111；属于基本或附加绝缘材料

绝缘胶带(薄膜类)：材质：亚华CT*(c)(g)；UL黄卡号：E165111；3层叠加属于加强绝缘材料；

特氟龙套管(聚四氟乙烯)：材质：长园CB-TT-S UL黄卡号：E180908；属于加强绝缘材料；

三层绝缘线：材质：湘湘TKW-B；UL黄卡号：E308908；属于加强绝缘材；

环氧树脂灌注料：属于基本或附加绝缘材料。

(2)导电类材料：漆包线绕组，CP线针，磁芯等。

现有安全隔离电子变压器常用的加强绝缘设计制造的种类

下面我们详细解述220V_AC市电输入时的安全隔离电子变压器输入绕组与输出绕组达到7mm电气间隙的具体图示(我国《GB8898-2011音频、视频及类似电子设备安全要求》第48页、49页)。

如图7所示，第一类加强绝缘组合示例：利用3.5mm挡墙胶带、特氟龙套管、绝缘胶带和绕组支撑骨架组合达到。缺点：材料品种多，工序繁杂，生产效率低下，线包体积大，磁芯窗口铜填充系数约为0.35，输出功率一般。图7中五处最短电气间隙dA(3.5mm+3.5mm)，dB(3.5mm+3.5mm)，dC(7.0mmMIN)，dD(7.0mmMIN)，dE(7.0mmMIN)同时大于或等于7.0mm，满足这种结构加强绝缘要求，符合安全隔离电子变压器安全认证在电气间隙上的距离要求。

如图8所示，第二类加强绝缘组合示例：利用3.5mm、7.0mm挡墙胶带，绝缘胶带，绕组支撑骨架组合达到。缺点：材料品种多，工序繁杂，生产效率低，线包体积最大，磁芯窗口铜填充系数约为0.3，输出功率小。图8中五处最短电气间隙dA(3.5mm+3.5mm)，dB(7.0mm)，dC(7.0mm)，dD(7.0mmMIN)，dE(7.0mmMIN)同时大于或等于7.0mm，满足这种结构加强绝缘要求，符合安全隔离电子变压器安全认证在电气间隙上的距离要求。

如图9所示，第三类加强绝缘组合示例：利用大尺寸的输入绕组支撑骨架和输出绕组支撑骨架内外套件达到。缺点：线包体积大，磁芯窗口铜填充系数约为0.3，输出功率小。优点：材料品种少，原材料成本降低，工序简单，生产效率高。图9中五处最短电气间隙dA，dB，dC，dD和dE同时大于或等于7.0mm，满足这种结构加强绝缘要求，符合安全隔离电子变压器安全认证在电气间隙上的距离要求。

如图10所示，第四类加强绝缘组合示例：利用输入绕组或输出绕组采用属于加强绝缘的三层绝缘线绕制、特氟龙套管和绕组支撑骨架组合达到。缺点：三层绝缘线成本较高。优点：材料品种较少，工序相对简单，生产效率较高；线包体积较小，磁芯窗口铜填充系数约为0.45，输出功率较大。因为三层绝缘线属于加强绝缘材料，在变压器线包内部即使电气间隙很小，都足已满足加强绝缘要求。因此只需图10中三处最短电气间隙dC，dD和dE同时大于或等于7.0mm，就符合安全隔离电子变压器安全认证在电气间隙上的距离要求。

第五类加强绝缘组合：在变压器线包内部，对输入绕组和输出绕组采用高绝缘性能的环氧树脂灌注和绕组支撑骨架组合达到。缺点：环氧树脂灌注成本太高，增加工序，降低生产效率。优点：线包体积较小，磁芯窗口铜填充系数约为0.4，输出功率较大。在工业生产中，一般不采用此种设计(属于特种变压器范畴，非本发明专利中涉及的大批量工业自动化生产的安全隔离电子变压器领域)，因此，此类变压器不再附上图示。

实际生产中会采用以上五类交叉应用。但均属于上述分类。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种材料品种少、工序简单、自动化程度高、生产效率高、线包体积小、输出功率大的注塑式安全隔离电子变压器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：注塑式安全隔离电子变压器，包括磁芯、绕组支撑骨架、输入绕组、输出绕组，输入绕组在内、输出绕组在外绕制在绕组支撑骨架上，磁芯固定在绕组支撑骨架上，并与输入绕组、输出绕组相配合，输入绕组的进出线、输出绕组的进出线分别连接CP线针，输入绕组与输出绕组之间设置有分隔板，分隔板与绕组支撑骨架用热塑性塑料通过化学交联制作成一体化结构。

进一步的是，输出绕组包括输出绕组A、输出绕组B,输出绕组A、输出绕组B通过横向隔板分隔开，横向隔板与分隔板用热塑性塑料通过化学交联制作成一体化结构。

进一步的是，绕组支撑骨架外侧为开口结构，使得输出绕组外露。

进一步的是，该注塑式安全隔离电子变压器采用宽EE型磁芯结构。

上述注塑式安全隔离电子变压器的制作步骤为：

步骤一、采用热塑性塑料，一次注塑形成输入绕组的支撑骨架；骨架各处壁厚均大于0.8mm；注塑料可采用E4100(n)材料；

步骤二、采用漆包线绕制输入绕组，并把输入绕组的进出线与CP线针焊接；

步骤三、采用热塑性塑料进行二次注塑，对输入绕组进行整体包裹的同时，并形成输出绕组的支撑骨架；骨架各处壁厚均大于0.8mm；注塑料可采用E4100(n)材料，另外，为了有利于输入绕组散热，注塑料E4100(n)中可适量添加部分既散热又具备良好绝缘性能的材料；

步骤四、采用漆包线绕制输出绕组，并把输出绕组的进出线与CP线针焊接；

步骤五、磁芯装配及固定。

后面的工序按正常的安全隔离电子变压器，比如初步测试、浸渍、商标打码、CP线针校正、电性综合测试、外观检查、包装等进行完毕。

本发明的有益效果是：相比于传统安全隔离电子变压器，本发明主要优点如下：

1、变压器电参和结构思路革新：采用磁芯中心柱截面积的大A_e值思路进行电参设计，极低矮安装结构设计，绕组的整体漆包线用量明显降低20％MIN。

2、采用新的加强绝缘方式：二次注塑工艺属首次使用在安全隔离电子变压器制造领域。

3、全新设计散热系统，为注塑式安全隔离电子变压器可以提供更高电流密度和更高功率密度提供保证。

(1)二次注塑料E4100(n)中适量添加部分既散热又具备良好绝缘性能的材料，为变压器输入绕组的散热提供了便利。

(2)输出绕组A、输出绕组B外露，与空气直接进行热量交换(传统变压器最外一层绕组至少都有几层绝缘胶带包裹，内部的多层绕组更不利于热量传递出去)。这种输出绕组散热方式，为绕组线包整体散热起决定性作用。

(3)采用宽背面的EE型磁芯结构，可以明显增大磁芯表面积，有利于磁芯散热。

4、注塑式安全隔离电子变压器漆包线在磁芯窗口的铜填充系数高(传统安全隔离电子变压器铜填充系数0.45MAX)，本发明约为0.52，输出功率更大。

5、大幅提高输出与输入绕组之间的抗电强度：从3.75KV_AC提高到5.0KV_AC。因热塑性材料E4100(n)的绝缘性能优异，每毫米厚度可以承受的抗电强度8.0KV_ACMIN。

6、对传统安全隔离电子变压器实际产业形成强烈的冲击力甚至引领新一轮的变革：

(1)线圈体积明显变小：线包内输入、输出绕组之间的7mm电气间隙通过二次注塑的0.8mm壁厚支撑骨架隔断完全得到保证。换句话说，在绕组线径和匝数相同的情况下，注塑式安全变压器线包体积会小很多。

(2)大幅减少材料种类和用量：不再使用变压器安全绝缘材料特氟龙套管、挡墙胶带、三层绝缘线，同时可以大幅减少70％的绝缘胶带的用量。

(3)大幅提高生产效率：因传统安全隔离电子变压器为了满足产品设计时的加强绝缘要求，生产制造时通常使用多种材料组合，工序繁杂，自动化程度低。而注塑式安全变压器只使用一种材料作为加强绝缘的方式，且注塑机效率极高，因此变压器整体生产效率也随之明显提高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工序一示意图；

图3是本发明的工序二示意图；

图4是本发明的工序三示意图；

图5是本发明的工序四示意图；

图6是本发明的工序五示意图；

图7是现有技术的第一种结构示意图；

图8是现有技术的第二种结构示意图；

图9是现有技术的第三种结构示意图；

图10是现有技术的第四种结构示意图；

图中零部件、部位及编号：1-磁芯、2-绕组支撑骨架、3-输入绕组、4-输出绕组、5-CP线针、6-分隔板、7-横向隔板、8-绝缘胶带、9-挡墙胶带、10-特氟龙套管、21-输入绕组支撑骨架、22-输出绕组支撑骨架、41-输出绕组A、42-输出绕组B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，注塑式安全隔离电子变压器，包括磁芯1、绕组支撑骨架2、输入绕组3、输出绕组4，输入绕组3在内、输出绕组4在外地绕制在绕组支撑骨架2上，磁芯1固定在绕组支撑骨架2上，并与输入绕组3、输出绕组4相配合，输入绕组3的进出线、输出绕组4的进出线分别连接CP线针5，其特征在于：输入绕组3与输出绕组4之间设置有分隔板6，分隔板6与绕组支撑骨架2用热塑性塑料通过化学交联制作成一体化结构。图1中三处最短电气间隙dC，dD和dE同时大于或等于7.0mm，就符合安全隔离电子变压器安全认证在电气间隙上的距离要求。本发明只采用单一的小尺寸绕组支撑骨架通过巧妙的结构设计和工艺制造达到加强绝缘的要求。

输出绕组4包括输出绕组A41、输出绕组B42,输出绕组A41、输出绕组B42通过横向隔板7分隔开，横向隔板7与分隔板6用热塑性塑料通过化学交联制作成一体化结构。绕组支撑骨架2外侧为开口结构，使得输出绕组4外露。该注塑式安全隔离电子变压器采用宽EE型磁芯结构。

上述注塑式安全隔离电子变压器的制作步骤为：

步骤一、如图2所示，采用热塑性塑料，一次注塑形成输入绕组3的支撑骨架，即为图中的输入绕组支撑骨架21；骨架各处壁厚均大于0.8mm；注塑料可采用E4100(n)材料；

步骤二、如图3所示，采用漆包线绕制输入绕组3，并把输入绕组3的进出线与CP线针5焊接；输入绕组3可采用QZ-2的漆包线；

步骤三、如图4所示，采用热塑性塑料进行二次注塑，对输入绕组3进行整体包裹的同时，并形成输出绕组4的支撑骨架，二次注塑时包括分隔板6、横向隔板7和输出绕组支撑骨架22；骨架各处壁厚均大于0.8mm；注塑料可采用E4100(n)材料，另外，为了有利于输入绕组散热，注塑料E4100(n)中可适量添加部分既散热又具备良好绝缘性能的材料；这时一次注塑骨架与二次注塑骨架经过高温熔合，采用化学交联的方式构成一个单一的骨架整体，这时支撑骨架把输入与输出绕组完全隔断，因此我们就可以判定线包内部满足加强绝缘的要求；

步骤四、如图5所示，采用漆包线绕制输出绕组4，并把输出绕组4的进出线与CP线针5焊接；输出绕组4可采用QA-1的漆包线；

步骤五、如图6所示，磁芯1装配及固定。

后面的工序按正常的安全隔离电子变压器，比如初步测试、浸渍、商标打码、CP线针校正、电性综合测试、外观检查、包装等进行完毕。

实施例：

一、首先根据变压器的功率容量确定磁芯的功率容积，采用大A_e值思路进行电参设计，且设计成散热良好的宽EE型磁芯结构，最后确定磁芯的中心柱面积、窗口尺寸等全部参数。样品磁芯宽EE33，由磁芯厂开模完成，并采用功耗较小的PC44材质。

二、依照客户指标：单端反激开关电源，工作频率65KH_Z,输入电压110V_AC/220V_AC,输出一45V_DC/1.2A，输出二12V_DC/3A。经过计算，样品变压器的各种参数如下：

输入绕组电感量350uH；

漏感值10uHMAX；

输入绕组匝数和线径：采用的漆包线绕制23匝；

反馈绕组匝数和线径：采用的漆包线绕制3匝；

输出绕组A匝数和线径：采用根的漆包线绕制8匝；

输出绕组B匝数和线径：采用的漆包线绕制2匝；

验算绕组温升、磁芯温升，验算工作磁通密度。测试输入绕组1.5A时DC直流叠加不饱和。

三、依照变压器参数设计指标和宽EE33磁芯尺寸，设计出相应匹配绕组支撑骨架。骨架设计好后交骨架厂开模完成，骨架材料采用相对耐高温变形小的E4100(n)材料压制成型。

四、按设计好的变压器参数遵循变压器工艺流程完成试制(输入绕组和反馈绕组均当成输入绕组绕制)，经过变压器静态参数检测、电源整机测试，所有性能指标完全满足设计要求，实测变压器实际整机满载温升仅仅36℃。

本发明可以应用于所有安全隔离电子变压器。只要输入绕组在市电输入电压300V_AC以下，工作频率在20KH_Z～500KH_Z，安全认证抗电强度不高于3.75KV_AC的所有不同电路工作方式的电子变压器，本发明均适用。