[发明专利]一种纳米非晶合金高频脉冲变压器及其应用

说明书

技术领域

本发明是一种纳米非晶合金高频脉冲变压器，适用于新型电力电子器件IGCT的驱动供电领域，能够实现高压系统与驱动电源所处低压系统间的隔离。

背景技术

目前新型电力电子器件IGCT器件在实际应用中多采用15kHz-100kHz的交流电为驱动供电，为解决高压系统与驱动电源所处低压系统间的隔离问题，一般采用集成内部隔离的一体化驱动电源，体积大成本高，且一体化电源需要就近安装，不利于IGCT单元模块化。而低压电源加高频脉冲隔离变压器成为一种很好的替代方式，高频脉冲隔离变压器成为一种很好的替代方式，高频脉冲隔离变压器可实现高电压隔离，体积小可集成于IGCT单元中，而体积相对较大的低压电源则不需要就近安装，便于实现模块化。常见的采用铁氧体、硅钢等铁芯材料的脉冲变压器在15kHz-100kHz的工作频率下，损耗大且输出波形严重失真。

发明内容

本发明所要解决的正是目前的新型电力电子器件IGCT器件驱动供电的隔离问题。

本发明的一种纳米非晶合金高频脉冲变压器及其应用，所述的变压器包括磁芯、磁芯护套、初级线圈、次级线圈、铜柱和外壳，所述的磁芯护套包覆在磁芯外侧，与磁芯构成为一个紧密的整体。所述磁芯护套为带有挡墙的磁芯护套结构。初级线圈和次级线圈分别扇形对绕在磁芯护套挡墙的两侧。绕制完成的初级线圈和次级线圈的端头焊接在铜柱上。所述的磁芯、磁芯护套、初级线圈和次级线圈位入塑料外壳内，并用环氧树脂浇注封装。铜柱位于外壳外。

所述的变压器可以用于电力电子器件IGCT器件驱动供电电源的隔离。

本发明有如下优点：

1、与铁氧体、硅钢作为磁性材料的变压器相比，纳米非晶合金高频脉冲变压器铁损低，高频性能优异，可节能60～70％。

2、结构紧凑，体积小，额定工作频率高，便于实现器件模块化设计；且其可方便地实现电力电子器件所在的高压系统与驱动供电的低压系统间的隔离，尤其适合工作电压较高的新型电力电子器件IGCT驱动供电领域中使用。

附图说明

图1是本发明的纳米非晶铁芯的磁滞回线。图中曲线包围的封闭面积代表磁性材料在磁场交替循环中以热的形态散失的能量。

图2是本发明的纳米非晶合金高频脉冲变压器电压波形图。图中Ch1、Ch2分别为脉冲变压器初次级电压，频率为70kHz。

图3是本发明的纳米非晶合金高频脉冲变压器的外观结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

如图3所示，本发明提供一种纳米非晶合金高频脉冲变压器，所述的变压器包括磁芯1、磁芯护套2、初级线圈3、次级线圈4、铜柱5和外壳6，所述的磁芯护套2包覆在磁芯1外侧，与磁芯1构成为一个紧密的整体。所述磁芯护套2为带有挡墙的磁芯护套结构。初级线圈3和次级线圈4分别扇形对绕在磁芯护套2挡墙的两侧。绕制完成的初级线圈3和次级线圈4的端头焊接在铜柱5上。所述的磁芯1、磁芯护套2、初级线圈3和次级线圈4位入塑料外壳6内，并用环氧树脂浇注封装。铜柱5位于外壳6外。

所述磁芯1为纳米非晶合金材料。

所述初级线圈3匝数37，次级线圈4匝数24，绕制线圈铜线直径为1mm。额定工作频率为15kHz～100kHz。

如图1和图2，分别是本发明的纳米非晶合金磁芯的磁滞回线和电压波形图。图1中曲线包围的封闭面积代表磁性材料在磁场交替循环中以热的形态散失的能量，可以看出相较于硅钢片类材料，纳米非晶铁芯具有优异的综合磁性能，即高磁感、高导磁率、低损耗。

图2中上方曲线1和下方曲线2分别为脉冲变压器初次级电压，初次级电压均为50V，频率为70kHz，可以看出高频条件下变压器电压输出几乎无失真，完全满足高频应用要求。

作为IGCT驱动电源的隔离变压器，工作频率提高至15kHz-100kHz，传统的铁芯材料硅钢已不能满足使用要求；而铁氧体虽高频损耗低，但因饱和磁感应值较低导致铁芯的体积和重量较大，同时热稳定性也较差。采用纳米非晶铁芯的变压器体积小、重量轻、损耗低，可在-55℃～130℃长期稳定工作。本发明中的脉冲变压器容量160VA，尺寸80mm×60mm×50mm，重量约300g，便于与IGCT单元的模块化集成设计，并大幅降低应用成本。