谐振变压器及采用其的高频电刀设备的制作方法

本发明属于电外科手术设备领域，具体涉及一种谐振变压器及采用其的高频电刀设备。

背景技术：

常规的谐振变压器寄生参数大、应用在谐振电路中杂波大，导致设备输出波形畸变、采样精度差。例如，如图1所示，一种常规的谐振变压器采用多卧槽骨架以将变压器初次级线圈从物理上分开，这种方案在实际生产时给组装绕线带来很大便利，但严重影响谐振变压器的电气特性，导致初次级线圈电磁耦合性差、变压器寄生参数变大等问题，在谐振电路中引入大量高频杂波，影响产品特性。如图2所示，另一种常规的谐振变压器采用先初级后次级或先次级后初级的绕法，这种绕法初次级线圈电磁耦合较好，但如果初次级均为多层线圈，极易引入趋肤效应，导致线圈阻抗增大，线圈发热从而影响整机效率，同时增大层间分布电容，从而引入高频杂波。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种谐振变压器及采用其的高频电刀设备，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种谐振变压器，其特征在于，所述初级绕组分成m组，所述次级绕组分成n组，所述初级绕组和次级绕组的这些组之间采用依次相叠、同级绕组不相邻的三明治缠绕方式，其中，m、n为自然数。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种高频电刀设备，其特征在于，所述高频电刀设备的功率转换单元采用如上所述的谐振变压器，所述谐振变压器的初级绕组与电容串联谐振电路在mosfet关断期间完成半周期谐振，所述谐振变压器将初级能量按匝比传输到次级绕组，次级滤波单元对波形选频，最终输出为与开关频率相同的基波部分，即所述高频电刀设备的输出波形；

其中，所述高频电刀设备的频率高于350khz。

基于上述技术方案可知，本发明的谐振变压器具有如下有益效果：

(1)谐振变压器采用三明治绕法，可增强初次级磁通耦合，极大的减小变压器漏感引起的电压尖峰；

(2)变压器初级线圈采用多股漆包线，有效减小趋肤效应，减少线圈温升，提高变压器能量传递效率；

(3)由于在初级之间加入次级绕组，同时在次级之间加入初级绕组，极大的减少了初级层间分布电容和次级层间分布电容，从而使谐振电路的寄生振荡减少，采样电路稳定可靠，同时提高整机的emc特性。

附图说明

图1是现有技术的谐振变压器的一种初次级绕组的结构示意图；

图2是现有技术的谐振变压器的另一种初次级绕组的结构示意图；

图3为本发明的高频电刀设备的电气示意图；

图4为本发明的高频电刀设备功率转换单元的电气原理图；

图5为本发明的谐振变压器的电气原理示意图；

图6是本发明的谐振变压器的初次级绕组的结构示意图。

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，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明涉及电外科手术设备、高频电刀(高频手术器)设备、电刀内部功率发生电路、高频谐振变压器等多个技术领域，具体地，本发明公开了一种谐振变压器及采用其的高频电刀设备，可以增强初次级线圈之间的电磁耦合，避免趋肤效应。

本发明的谐振变压器包括初级绕组、次级绕组和磁芯，其中所述初级绕组分成m组，所述次级绕组分成n组，所述初级绕组和次级绕组的这些组之间采用依次相叠、同级绕组不相邻的三明治缠绕方式，其中，m、n为自然数。从而，本发明的谐振变压器的次级绕组和初级绕组例如可以形成3夹2、3夹3、5夹4、5夹5、……等多种形式，如图6所示，即为3夹2的形式。

其中，该初级绕组例如采用多股漆包线，以便于分成多组；作为优选，该初级绕组所用漆包线的有效截面积为0.2～1mm²，载流量为1.4～7a。

其中，该次级绕组例如可以采用三层绝缘线，或者更多层绝缘线，每一层为一个组，或者也可以如初级绕组一样采用多股漆包线，每一股为一组；作为优选，该次级绕组的有效截面积为0.2～0.5mm²，载流量为1.4～3.5a，强化绝缘电压大于等于3000vac。

其中，该初级绕组和次级绕组的不同层之间，以及挡墙之间采用合成薄膜胶带作为绝缘层。该合成薄膜胶带的单层耐压优选大于等于5kvac，该谐振变压器磁芯和线圈间的耐压优选不小于2000vac，初、次级绕组的耐压优选不小于8000vac。该合成薄膜胶带的厚度优选为0.1～0.3mm。作为具体实例，该合成薄膜胶带例如使用3m公司的绝缘胶带3m44，也可以使用3m1350-1玛拉胶带、3m#56聚酯薄膜胶带等，当然，也可以使用其它满足上述规格的绝缘薄膜胶带。

其中，所述绕组最外层的合成薄膜胶带优选采用3m#11的醋酸布胶带，能抵受105℃以上的高温。

其中，该磁芯为高频高磁导率铁氧体，频率范围为300～500khz，所述磁芯中心柱上开有气隙以降低平均磁导率，电感系数al＝200～220nh/n²。

本发明还公开了一种高频电刀设备，该高频电刀设备的功率转换单元采用如上所述的谐振变压器，谐振变压器的初级绕组与电容串联谐振电路在mosfet关断期间完成半周期谐振，谐振变压器将初级能量按匝比传输到次级绕组，次级滤波单元对波形选频，最终输出为与开关频率相同的基波部分，即该频电刀设备的输出波形；

其中，该高频电刀设备的频率高于350khz。

其中，该频电刀设备还包括ac/dc电源、v/i采样单元、主控制器和开关电源；其中，该频电刀设备通过ac/dc电源将交流电转换为电压幅值可调的直流电，通过功率转换单元将直流电转化为幅值可调的高频交流电；v/i采样单元采样输出电压和输出电流的均方根值并反馈给主控制器，主控制器根据系统设置的功率值和采样的电压电流值调整开关电源的输出，即功率转换单元的输入电压，确保功率设置和功率输出一致，即实现高频电刀的闭环控制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明的一些优选实施方式做进一步的详细说明：

图3为本发明的高频电刀设备的电气示意图，设备通过ac/dc电源将交流室电转化为电压幅值可调的直流电；通过功率转换单元将直流电转化为幅值可调的高频交流电，v/i采样单元采样输出电压和输出电流的均方根值并反馈给主控制器，主控制器根据系统设置的功率值和采样的电压电流值调整开关电源的输出，即功率转换单元的输入电压，确保功率设置和功率输出一致，即实现高频电刀的闭环控制。

图4为本发明的高频电刀设备功率转换单元的电气原理图，变压器初级t1和电容c1串联谐振电路在mosfet关断期间完成半周期谐振，变压器将初级能量按匝比比例传输到次级，次级滤波单元对波形选频，最终输出为与开关频率相同的基波部分，即电刀的输出波形。

变压器初级电感t1和谐振电容c1谐振周期的一半不小于mos关断时间，可确保mos在下一个周期零电压开通，极大的降低mosfet的发热量，从而提高整机的能量转换效率。

变压器初级线圈采用0.1*120p多股漆包线，有效截面积为0.94mm²，载流量可达到5a，有效减小趋肤效应，减少线圈温升。

变压器次级线圈采用tex-e1.0三层绝缘线，有效截面积为0.79mm²，载流量可达到4a，三层绝缘线耐电压特性优良，强化绝缘电压可达到3000vac。

本发明所选磁芯为高频高磁导率铁氧体，变压器极易达到最大磁通密度并饱和，为了防止磁芯出现磁饱和，必须在磁芯中心柱上开气隙以降低平均磁导率，电感系数调整到al＝200nh/n²。

图5为本发明的谐振变压器的电气原理示意图，初级线圈1和2在电气上并联，实际绕制时按图5分层，次级匝数较多，分三层绕制，每层12圈；变压器引脚1和3为初级同名端初始脚位，引脚18和16为初级线圈结束端，引脚9为次级同名端初始脚位，引脚10为次级线圈结束端。

由于在初级之间增加了一层次级绕组，此绕制方法可增强初次级磁通耦合，极大的减小变压器漏感引起的电压尖峰，极大减少初级层间分布电容和次级层间分布电容，从而使谐振电路的寄生振荡减少。

本发明不同层间和挡墙绝缘胶带均采用厚度为0.14mm的合成薄膜胶带3m#44，单层耐压为5.5kvac；从而确保线圈和磁芯耐压不小于2000vac，初次级耐压不小于8000vac。

本发明的变压器线圈最外层绝缘胶带使用3m#11醋酸布胶带包封，能抵受105℃的高温，并有效吸收树脂和绝缘漆。

以上所述的具体实施例，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，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，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。