一种高频变压器的制作方法

本申请涉及变压器领域，尤其涉及一种高频变压器。

背景技术：

随着开关电源技术的不断发展，电源装置向小型化、轻量化方向发展，电源的开关频率也逐渐高频化，但在传统硬开关方式下，易使开关损耗增加，影响效率。软开关技术的出现则在一定程度上缓解上述矛盾。llc谐振变换器以其效率高、功率密度大、控制精度高等诸多优点在通讯电源领域备受关注，广泛应用于航天、电子、通信等领域。近年来，随着电动汽车的崛起与发展，开关电源在电动汽车充电站方面得到广泛的发展与推广。

llc谐振变换器中的谐振网络，需要使用谐振电感和高频变压器。图1所示出的是传统的谐振网络，可以看出，传统的谐振网络中的谐振电感lr和高频变压器为独立分开的器件，这样不仅浪费空间，而且电磁干扰大，导致产品效率低、体积增加。

为了解决上述问题，现有的谐振网络采用如图2所示出的谐振网络，将谐振电感lr简单地集成在高频变压器内，利用高频变压器的漏感做谐振电感使用，并且气隙柱集中在中柱上，具体参见图3，这样的结构造成单个气隙厚度大，气隙衍射效应明显，线圈损耗较大，产生大量热量，缩短产品的使用寿命。

技术实现要素：

本申请提供了一种高频变压器，以解决现有变压器的线圈在单个气隙厚度大，气隙衍射效应明显，线圈损耗较大，产生大量热量，缩短产品的使用寿命的问题。

本申请提供了一种高频变压器，包括壳体，以及至少一组由多个变压器单体组成的变压器组；

所述壳体内设有多个分别沿壳体的长度方向和宽度方向排布的隔板，以使壳体内形成若干个容置腔，所述容置腔用于容置变压器单体；

每个所述变压器单体包括磁芯和绕组线圈；

所述绕组线圈包括初级线圈绕组和次级线圈绕组；

所述磁芯包括上轭铁、下轭铁和三个气隙柱；

所述上轭铁与下轭铁相互平行设置，且所述三个气隙柱设置于所述上轭铁与下轭铁之间，且每个所述气隙柱均与所述上轭铁和下轭铁相垂直；

所述初级线圈绕组和次级线圈绕组绕制在位于中间的气隙柱上；

所述初级线圈绕组、次级线圈绕组以及位于两侧的气隙柱分别与容置腔的内壁相接触。

进一步地，每组所述变压器组的多个变压器单体的初级线圈绕组采用星型连接方式连接，且次级线圈绕组也采用星型连接方式连接。

进一步地，每个所述气隙柱由多个磁单体与绝缘纸交替粘接而成。

进一步地，所述绝缘纸的厚度为0.15mm。

进一步地，所述初级线圈绕组绕制的层数由以下公式进行计算：

其中，lk为初级线圈绕组的漏感，np为初级线圈绕组的总匝数，l为窗口宽度，m为总层数，tn为初级线圈绕组第n层厚度，rn为初级线圈绕组的第n层绕线匝数与总匝数之比，kn为初级线圈绕组第n层的能量系数，μ0为真空磁导率，lavn为是第n层初级线圈绕组的平均匝长。

进一步地，每个所述变压器单体的初级线圈绕组和次级线圈绕组与位于中间的气隙柱之间设有绝缘层。

进一步地，所述绝缘层为亚胺胶带。

进一步地，所述壳体采用铝板制成。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种高频变压器，采用三个气隙柱，降低单个气隙的厚度，有效降低气隙衍射效应，进而降低初级线圈绕组和次级线圈绕组的损耗，来降低线圈所产生的热量。并且初级线圈绕组、次级线圈绕组以及位于两侧的气隙柱分别与容置腔的内壁相接触，更加利于散热，延长产品的使用寿命，而且无需填充导热材料，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的llc谐振变换器的一实施例的电路原理图；

图2为现有技术的llc谐振变换器的另一实施例的电路原理图；

图3为现有技术的磁芯的结构示意图；

图4为本申请中的磁芯的结构示意图；

图5为本申请中的变压器单体的结构示意图；

图6为本申请中的壳体的结构示意图；

图7为现有技术中的变压器的绕制原理图；

图8为现有技术的变压器的结构示意图；

图9为pq型磁芯的结构示意图；

图10为现有技术中的壳体的结构示意图；

图11为本申请提供的一种高频变压器一实施例的结构示意图；

图12为现有技术的变压器的绕制方式的示例图；

图13为本申请提供的高频变压器的绕制方式的示例图。

其中，1-气隙，2-上轭铁，3-绝缘纸，4-磁单体，5-下轭铁，6-气隙柱，7-容置腔的内壁，8-线圈绕组，9-壳体，10-隔板，11-骨架，12-初级线圈绕组，13-次级线圈绕组，14-磁芯，15-初级线圈绕组的接线头，16-次级线圈绕组的接线头。

具体实施方式

参见图4-图6，本申请实施例提供了一种高频变压器，包括壳体9，以及至少一组由多个变压器单体组成的变压器组；

所述壳体9内设有多个分别沿壳体9的长度方向和宽度方向排布的隔板10，以使壳体9内形成若干个容置腔，所述容置腔用于容置变压器单体；

每个所述变压器单体包括磁芯14和绕组线圈；

所述绕组线圈包括初级线圈绕组12和次级线圈绕组13；

所述磁芯14包括上轭铁2、下轭铁5和三个气隙柱6；

所述上轭铁2与下轭铁5相互平行设置，且所述三个气隙柱6设置于所述上轭铁2与下轭铁5之间，且每个所述气隙柱6均与所述上轭铁2和下轭铁5相垂直；

所述初级线圈绕组12和次级线圈绕组13绕制在位于中间的气隙柱6上；

所述初级线圈绕组12、次级线圈绕组13以及位于两侧的气隙柱6分别与容置腔的内壁7相接触。

在现有技术中，具体参见图7，变压器单体的初级线圈绕组12绕制骨架11的一侧，次级线圈绕组13绕制在骨架11的另一侧，且如图8-图10所示，变压器单体中仅仅磁芯14与壳体9的内壁接触，为了增加散热速度，在初级线圈绕组12和次级线圈绕组13与壳体9内壁的间隙内填充导热材料，并且在壳体9底部增设水冷板，因此，现有技术中线圈大部分被封闭在磁芯14内，热量在线圈内部聚集，即使通过导热材料和水冷板，也很难快速将热量传导出去，易导致线圈烧毁。

而在本申请的实施例中，首先利用多个气隙柱6，降低单个气隙1的厚度，有效降低气隙1衍射效应，进而降低初级线圈绕组12和次级线圈绕组13的损耗；其次，初级线圈绕组12、次级线圈绕组13以及位于两侧的气隙柱6分别与容置腔的内壁7相接触，更加利于散热，延长产品的使用寿命，而且无需填充导热材料，降低成本。

进一步地，每组所述变压器组的多个变压器单体的初级线圈绕组12采用星型连接方式连接，且次级线圈绕组13也采用星型连接方式连接。

具体地，参见图11，以40kw充电机的高频电压器为例，图中采用两组变压器组，15为变压器单体的初级线圈绕组12的接线头，16为变压器单体的次级线圈绕组13的接线头，变压器单体t1-t3为一组，变压器t4-t6为一组，每组的变压器单体的初级绕组线圈和次级绕组线圈均采用星型连接方式连接。

进一步地，参见图3，每个所述气隙柱6由多个磁单体4与绝缘纸3交替粘接而成。作为气隙1材料，从生产角度，绝缘纸3的厚度可采用0.08mm、0.13mm、0.15mm、0.2mm和0.3mm。

利用以下公式可以看出气隙1厚度越小，衍射宽度越小，线圈与磁芯14避开距离就越小。因此，在使产品设计紧凑的前提下，线圈与磁芯14之间的绝缘层比较薄，线圈到磁芯14的绝缘距离为0.18mm。为了保证制作工艺的可操作性，气隙1不宜采用极薄的绝缘纸3，综合工艺和气隙1衍射宽度两方面的因素考虑，采用0.15mm厚度的绝缘纸3为最佳。

其中，w为气隙衍射宽度，δ为气隙厚度，b为磁单体的高度，一般取8mm。

进一步地，所述初级线圈绕组12绕制的层数由以下公式进行计算：

其中，lk为初级线圈绕组的漏感，np为初级线圈绕组的总匝数，l为窗口宽度，m为总层数，tn为初级线圈绕组第n层厚度，rn为初级线圈绕组的第n层绕线匝数与总匝数之比，kn为初级线圈绕组第n层的能量系数，μ0为真空磁导率，μ0＝4π×10^-7牛顿/安培²，lavn为是第n层初级线圈绕组的平均匝长。

在现有技术中，以初级线圈绕组12为14匝，次级线圈绕组13为10匝为例，如图12所示，现有的绕线方法将初级线圈绕组12和次级线圈绕组13绕制为3层，造成线圈绕制层数较多，散热面积较小，并且里层的线圈所产生的热量难以散发出来，导致热量的集中。

而在本申请实施例中，继续以初级线圈绕组12为14匝，次级线圈绕组13为10匝为例，如图13所示，利用上述的公式，对于参数l、tn、kn为定值，lk为满足设计需求，需要设置在一定范围内，因此，可由上述公式计算得到初级线圈绕组12的层数为2，因此，与现有技术相比，本申请实施例的绕线方法减小线圈绕制层数，增加散热面积，并且里层的线圈所产生的热量更加容易散发出来，有利于线圈的散热；并且该绕法还有效减少高频邻近效应，从而降低线圈的损耗，也就降低了线圈热量的产生。

进一步地，每个所述变压器单体的初级线圈绕组12和次级线圈绕组13与位于中间的气隙柱6之间设有绝缘层。优选地，所述绝缘层为亚胺胶带，亚胺胶带具有优良的耐高低温性、电气绝缘性、粘结性、耐辐射性、耐介质性、化学稳定性和阻燃性。

进一步地，所述壳体9采用铝板制成，铝板更利于变压器单体热量的传导，加快变压器单体的散热速度。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种高频变压器，采用三个气隙柱6，降低单个气隙1的厚度，有效降低气隙1衍射效应，进而降低初级线圈绕组12和次级线圈绕组13的损耗，来降低线圈所产生的热量。并且初级线圈绕组12、次级线圈绕组13以及位于两侧的气隙柱6分别与容置腔的内壁7相接触，更加利于散热，延长产品的使用寿命，而且无需填充导热材料，降低成本。