平板磁芯高頻脈衝變壓器的製造方法
2023-12-01 16:28:56 2
平板磁芯高頻脈衝變壓器的製造方法
【專利摘要】本發明所涉及的平板磁芯高頻脈衝變壓器，採用鐵氧體軟磁絕緣材料製作平面變壓器線圈繞組的基板，利用離子濺射、真空蒸鍍、網版印刷……等工藝，在鐵氧體絕緣基板上製作單層平面線圈，將次級繞組的平面線圈嵌入到初級繞組層間，並使相鄰初級繞組層間電流反相，就可利用初級繞組的層間合成磁通向次級繞組傳輸能量，而產生電磁幹擾的變壓器外部合成磁通被大幅度削弱，從而有效抑制了電磁幹擾(EMI)，將傳輸能量的磁通與產生電磁幹擾的磁通完全剝離開來，在有效提升變壓器傳輸效率和功率密度的同時，大幅降低雜散輻射所造成的電磁幹擾。
【專利說明】平板磁芯高頻脈衝變壓器
【技術領域】
[0001] 本發明涉及高頻脈衝變壓器技術。尤其涉及平板磁芯高頻脈衝變壓器。
【背景技術】
[0002] 隨著二次電源技術的不斷進步，平面高頻脈衝變壓器以其優良的高頻性能日益受 到界內的重視，然而平面高頻脈衝變壓器也難以逾越鄰近效應的技術瓶頸，而且體積的緊 湊和頻率的升高使得鄰近效應的影響更加嚴重，其性能的提升受到制約；同時高昂的成本 限制了平面高頻脈衝變壓器的普及應用。
[0003] 迄今為止，平面變壓器仍然沿用傳統變壓器的磁芯結構--主要以"E"形為主；繞 組的分布和電流流動方向也與傳統變壓器基本相同。這些設計和結構無法擺脫傳統變壓器 所遇到的鄰近效應、漏磁……等技術難題，所以，平面脈衝變壓器雖然較好地解決了趨膚效 應、熱點……等問題，使得高頻脈衝變壓器的性能得到了明顯的提升，但是仍然存在很大的 技術提升空間。
【發明內容】
[0004] 本發明所涉及的平板磁芯高頻脈衝變壓器，採用鐵氧體軟磁絕緣材料製作平面變 壓器線圈繞組的基板2-1，利用離子濺射、真空蒸鍍、網版印刷……等工藝，在鐵氧體絕緣基 板上製作單層平面線圈2-2,將次級繞組的平面線圈嵌入到初級繞組層間，並使相鄰初級繞 組層間電流反相，就可利用初級繞組的層間合成磁通4-5向次級繞組傳輸能量，而產生電 磁幹擾的外部合成磁通4-7被大幅度削弱，從而有效抑制了電磁幹擾（EMI)，將傳輸能量的 磁通4-5與產生電磁幹擾的磁通4-7完全剝離開來，在有效提升變壓器傳輸效率和功率密 度的同時，大幅降低雜散輻射所造成的電磁幹擾。
[0005] 根據安培定則，可以簡單判斷出單層結構的平面變壓器在將初級繞組的層間電流 反相後，其層間的內部磁通4-5是相互增強的，層間的外部磁通4-4相互抵消，將只有最頂 層和最底層繞組的合成磁通4-6是相互增強的，會產生繞組的外部磁通4-7--該磁通是 產生電磁幹擾的根源；將次級繞組設計在初級繞組的層間，就可以充分利用初級繞組層間 增強了的磁通4-5傳輸能量，而傳輸電磁幹擾的外部磁通4-7不參與能量傳輸，實現了傳輸 能量的磁通4-5與產生電磁幹擾的磁通4-7完全剝離。
[0006] 通過進一步的分析，單層平面繞組作為一組線圈，它們的匝間磁通4-2相互抵消， 外部磁通4-3相互增強。將單層平面繞組疊加，並使相鄰層間電流反相，這兩層平面繞組之 間的層間磁通4-5相互增強，而層間的外部磁通4-4相互抵消，繞組外部的合成磁通比單層 繞組時有所減弱，這就是本發明的理論基礎。將次級繞組嵌入到兩組單層的平面初級繞組 之間，就可以利用初級繞組的層間合成磁通4-5向次級繞組傳輸能量；此時，初級繞組的外 部合成磁通4-7已不參與能量傳輸，並且已被大幅度削弱，還可以根據需要進行屏蔽和抑 制。
[0007] 根據上面的分析，傳輸能量的磁通在初級繞組的層間傳導，利用鐵氧體軟磁絕緣 材料製作平面變壓器單層平面繞組的基材，把繞組製作在平板軟磁材料表面，不僅不影響 繞組的正常製作，在利用基板的導磁性能增強繞組間耦合的同時，還可以通過控制鐵氧體 基材的厚度有效削弱繞組層間鄰近效應的影響。採用本發明技術製作的平面變壓器可以工 作在100kHz?30MHz頻率範圍。
[0008] 可以採用離子濺射鍍膜、真空蒸發鍍膜、物理氣相沉積、化學氣相沉積……等多種 工藝在鐵氧體軟磁絕緣基板上製作平面線圈，這些工藝均可以嚴格控制鍍膜的厚度；也可 以採用網版印刷工藝、塗敷工藝製作石墨材料的線圈。線圈的導體可以根據需要有多種選 擇，例如：金、銀、銅……等金屬材料，也可以是石墨系材料或四氯化錫等高導電率的金屬氧 化物非金屬材料，但成膜溫度必須低於鐵氧體材料的居裡溫度。
[0009] 單層平面線圈堆疊後製作層間過孔，過層間孔製作根據工藝需要，可以在全部平 面線圈堆疊完成後進行，或者在平面線圈堆疊過程中進行。過孔的製作工藝通常採用沉銅 法或填充法，也可以採用焊接、壓接......等方法。
[0010] 根據電磁屏蔽的需要，在線圈總成的最頂層和最底層分別設計有屏蔽層，該屏蔽 層是徑向留有絕緣縫隙的導體，該絕緣縫隙可以防止被屏蔽的磁通電流產生閉合環路，屏 蔽層設計有接地端子，該接地端子可以根據需要接地或者懸空。
[0011] 在單層平面線圈堆疊過程中，每層之間實施必要的絕緣措施，堆疊完成後的線圈 總成，裝入到專門設計的鐵氧體軟磁材料外盒中，該外盒可以有效保護線圈電路，同時也是 線圈外部合成磁通的通路，可以起到抑制電磁輻射的作用。
[0012] 製作完成的平板磁芯高頻脈衝變壓器外部預留有線圈電極，變壓器內部線圈通過 電極與電路連接。電極的材質通常為銅、銅鍍金、銅鍍銀……等金屬材料。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1 :傳統平面變壓器結構示意圖
[0014] 1-平面線圈；
[0015] 1-1--初級繞組；
[0016] 1-2--次級繞組；
[0017] 1-3 電極；
[0018] 3-1-磁芯。
[0019] 圖2 :單層繞組合成磁通示意圖
[0020] 4-1-單導線磁通；
[0021] 4-2--導線匝間合成磁通；
[0022] 4-3-導線外部合成磁通。
[0023] 圖3 :層間電流反相繞組的結構及磁通示意圖
[0024] 4-1-單導線磁通；
[0025] 4-2--導線匝間合成磁通；
[0026] 4-4-層間外部合成磁通；
[0027] 4-5--層間內部合成磁通；
[0028] 4-6--繞組頂層及底層合成磁通；
[0029] 4-7-總合成磁通。
[0030] 圖4 :層間電流反相繞組磁通合成示意圖
[0031] 4-1-單導線磁通；
[0032] 4-2--導線匝間合成磁通；
[0033] 4-4--層間外部合成磁通；
[0034] 4-5-層間內部合成磁通；
[0035] 4-6--繞組頂層及底層合成磁通。
[0036] 圖5 :平板磁芯變壓器下斜視結構示意圖
[0037] 1-平面線圈；
[0038] 1-3--銅電極；
[0039] 2-1--鐵氧體軟磁絕緣基板；
[0040] 2-2-平面線圈；
[0041] 2-3--層間過孔；
[0042] 2-4--定位孔。
[0043] 圖6 :平板磁芯變壓器上斜視結構示意圖
[0044] 1-平面線圈；
[0045] 1-3--銅電極；
[0046] 2-1--鐵氧體軟磁絕緣基板；
[0047] 2-2-平面線圈；
[0048] 2-3--層間過孔；
[0049] 2-4--定位孔。
[0050] 圖7 :平板磁芯變壓器總體結構示意圖
[0051] 1-平面線圈；
[0052] 1-3--銅電極；
[0053] 2-1--鐵氧體軟磁絕緣基板；
[0054] 5-1--鐵氧體軟磁絕緣材料外盒。
【具體實施方式】
[0055] 實施例一:離子濺射工藝製作平板磁芯高頻脈衝變壓器。
[0056] 採用鐵氧體軟磁絕緣材料製作平面變壓器單層平面線圈的基板，該鐵氧體基板上 預留有層間過孔、電極裝配孔、定位孔……等工藝孔；利用離子濺射工藝在鐵氧體基板上制 作一層厚度滿足要求的導電膜；再利用雷射、蝕刻等工藝將導電膜切割成平面螺旋線圈； 採用沉銅工藝在鐵氧體基板的層間過孔表面沉積一定厚度的銅導電層；線圈堆疊過程中， 採用焊接工藝將需要連通的層間過孔進行電氣連接；線圈的堆疊遵循初級一次級一初級的 原則，最頂層和最底層均為初級線圈。
[0057] 在單層平面線圈堆疊過程中，每層之間實施必要的絕緣措施，堆疊完成後的線圈 總成，裝入到專門設計的鐵氧體軟磁材料外盒中，該外盒可以有效保護線圈電路，同時也是 線圈外部合成磁通的通路，可以起到抑制電磁輻射的作用。
[0058] 根據與次級繞組層相鄰的初級繞組層電流反相的原則連接初級繞組的層間接線， 保證初級繞組內部層間磁通在次級繞組平面為相互增強。此時，初級繞組的外部層間磁通 相互抵消，只有最頂層外部磁通和最底層的外部磁通是相互增強的，這部分磁通不參與能 量轉換，只會產生雜散輻射，應該儘可能減小。
[0059] 次級繞組共有（總層數-1) +2層，次級繞組可以有多種連接方式，根據輸出電壓 和輸出功率的要求，設定次級繞組的連接方式。
[0060] 實施例二：網版印刷工藝製作石墨線圈平板磁芯高頻脈衝變壓器。
[0061] 採用鐵氧體軟磁絕緣材料製作平面變壓器單層平面線圈的基板，該鐵氧體基板上 預留有層間過孔、電極裝配孔、定位孔……等工藝孔；採用網版印刷工藝在鐵氧體基板上制 作一層厚度滿足要求的石墨導電平面螺旋線圈；採用填充工藝在鐵氧體基板的層間過孔內 填充滿石墨導體；線圈的堆疊遵循初級一次級一初級的原則，最頂層和最底層均為初級線 圈。
[0062] 在單層平面線圈堆疊過程中，每層之間實施必要的絕緣措施，堆疊完成後的線圈 總成，裝入到專門設計的鐵氧體軟磁材料外盒中，該外盒可以有效保護線圈電路，同時也是 線圈外部合成磁通的通路，可以起到抑制電磁輻射的作用。
[0063] 根據與次級繞組層相鄰的初級繞組層電流反相的原則連接初級繞組的層間接線， 保證初級繞組內部層間磁通在次級繞組平面為相互增強。此時，初級繞組的外部層間磁通 相互抵消，只有最頂層外部磁通和最底層的外部磁通是相互增強的，這部分磁通不參與能 量轉換，只會產生雜散輻射，應該儘可能減小。
[0064] 次級繞組共有（總層數-1) +2層，可以有多種連接方式，根據輸出電壓和輸出功 率的要求，設定次級繞組的連接方式。
【權利要求】
1. 平板磁芯高頻脈衝變壓器。其特徵是：採用鐵氧體軟磁絕緣材料製作平面變壓器線 圈繞組的基板，鐵氧體基板上預留有工藝孔，利用離子濺射、真空蒸鍍、網版印刷……等工 藝，在鐵氧體絕緣基板上製作低電阻率導體的單層平面繞組，將次級繞組的平面繞組嵌入 到初級繞組層間，並使相鄰初級繞組層間電流反相，就可利用初級繞組的層間合成磁通向 次級繞組傳輸能量，而產生電磁幹擾的變壓器外部合成磁通被大幅度削弱，從而有效抑制 了電磁幹擾（EMI)，將傳輸能量的磁通與產生電磁幹擾的磁通完全剝離開來，在有效提升變 壓器傳輸效率和功率密度的同時，大幅降低雜散福射所造成的電磁幹擾。 在單層平面線圈堆疊過程中，每層之間實施必要的絕緣措施，堆疊完成後的線圈總成， 裝入到專門設計的鐵氧體軟磁材料外盒中，該外盒可以有效保護線圈電路，同時也是線圈 外部合成磁通的通路，可以起到抑制電磁輻射的作用。
2. 按照權利要求1所述的鐵氧體軟磁絕緣材料。其特徵是：具有較高的居裡溫度，其 居裡溫度點> 180°C。
3. 按照權利要求1所述的鐵氧體基板上預留有工藝孔。其特徵是：鐵氧體基板上預留 有層間過孔、電極裝配孔、定位孔……等工藝孔。
4. 按照權利要求1所述的在鐵氧體絕緣基板上製作單層平面繞組。其特徵是：利用離 子濺射、真空蒸鍍、網版印刷……等工藝，在鐵氧體絕緣基板的表面製作低電阻率導體的單 層平面繞組。
5. 按照權利要求1所述的低電阻率導體。其特徵是：低電阻率導體包括：金、銀、銅…… 等金屬材料，也可以是石墨系材料或四氯化錫等高導電率的金屬氧化物非金屬材料，但成 膜溫度必須低於鐵氧體材料的居裡溫度。
6. 按照權利要求1所述的將次級繞組的平面繞組嵌入到初級繞組層間。其特徵是： 線圈的堆疊遵循初級一次級一初級的原則，最頂層和最底層均為初級線圈；初級繞組共有 (總層數-1)+2+1層，次級繞組共有（總層數-1)+2層。在單層平面線圈堆疊過程中，每 層之間實施必要的絕緣措施。
7. 按照權利要求1所述的使相鄰初級繞組層間電流反相，就可利用初級繞組的層間合 成磁通向次級繞組傳輸能量。其特徵是：初級繞組與次級繞組是相間堆疊，所以與每一層次 級繞組相鄰的初級繞組電流反相，就可滿足相鄰初級繞組層間電流反相的要求。
8. 按照權利要求1所述的堆疊完成後的線圈總成，裝入到專門設計的鐵氧體軟磁材料 外盒中。其特徵是：按照產品的規格，設計專用的鐵氧體軟磁材料外盒，該外盒可以有效保 護線圈電路，同時也是線圈外部合成磁通的通路，可以起到抑制電磁輻射的作用。
【文檔編號】H01F1/36GK104064329SQ201310095432
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月22日 優先權日:2013年3月22日
【發明者】王勇 申請人:王勇