[发明专利]变压器

说明书

本发明提供一种变压器，包括：至少一个磁芯，其中每一个所述磁芯具有至少一个窗口；一个一次侧绕组，穿过所有所述磁芯的至少一个窗口，其中形成所述一次侧绕组的导线沿所述导线的径向方向由内向外依次覆盖有第一固体绝缘层、接地屏蔽层和第二固体绝缘层，所述接地屏蔽层接一参考地；以及至少一个二次侧绕组，其中每一个所述二次侧绕组穿过对应的一个所述磁芯的至少一个窗口，其中，所述一次侧绕组对所述参考地具有第一电压，所述二次侧绕组对所述参考地具有第二电压，所述第二电压是所述第一电压的50倍以上。本发明提供的变压器仅有一级绝缘隔离，占用较小空间体积，同时，整体电场分布也要更加均匀，优化了整体绝缘配合。

技术领域

本发明涉及电气元件，特别涉及一种变压器。

背景技术

随着数据量急剧爆发、数据价值陡然提升、云计算飞速发展，最近几年数据中心规模一直保持高速增长态势，无论是全球市场还是中国市场，数据中心的市值、用电量等皆体现了数据中心的未来发展态势及其重要性。另一方面，在政策和市场双驱动下，新能源汽车产销持续高涨。车桩相随、智能高效的充电基础设施体系也是所要发展的重要技术。

电力电子变换器以其效率高和模块化的优势，是未来数据中心和充电桩供电的发展方向。其中，辅助电源是电力电子变换器非常重要的组成部件。对于辅助电源，传统的做法是采取从模块内部取电，其基本需求是对模块内部供电，且需要适应搭配模块数目增减。但是这一做法无法满足未来的新增需求，比如热插拔操作时系统侧旁路开关需要的供电等，系统需要中压隔离的外部独立辅助供电，以应对未来新增需求。

在电压应用等级不断提升的趋势下，为了将中压模块和外部独立辅助电源进行有效隔离，以保护人身安全，要求设计具有较高安全隔离等级的变压器。同时，为提高设备的功率密度，要求隔离变压器占用空间体积更小。

对于辅助电源的隔离变压器设计，现有两种供电方案：

1)第一种是通过两级磁性元件隔离，构成双重绝缘，这种结构占用空间体积较大，同时也影响系统的效率。

该方案的结构示意图如图1所示。最左侧标号103为SELV(safety extra-lowvoltage，安全低压)电路板，最右侧标号105为多个HV(highvoltage，高压)模块。中间部分的每一级磁性元件(第一级磁性元件101及第二级磁性元件102)为基本绝缘隔离。两级磁性元件串联，构成双重绝缘结构。该结构由两级磁性元件(第一级磁性元件101及第二级磁性元件102)组成；原边线(连接第一级磁性元件101及第二级磁性元件102)为普通绝缘线(普通绝缘线由导电线芯及包裹导电线芯的绝缘层构成)，原边线同时穿过多个磁性元件；第一级磁性元件101中，副边同时穿过多个磁性元件104；第二级磁性元件102中，副边穿过单个磁性元件104。

第一种方案的不足之处为：(1)有两级磁性元件绝缘，每一级磁性元件之间(比如l4)、每一级磁性元件到周围环境(比如l1和l2)及第一级磁性元件101到SELV电路板之间(比如l3)均需留出安全距离和爬电距离；第一级磁性元件101为多个磁性元件104堆叠，对绝缘距离要求相较于单个磁性元件104的要求要高，导致磁性元件104体积较大。(2)受限于第一级磁性元件101设计(如散热考虑)，第二级磁性元件102允许串联的负载数目较少。因此，为了完成对所有负载的供电，系统需要配置较多个SELV电路板103。(3)两级磁性元件串联结构，降低变压器效率。

2)第二种是将两级磁性元件隔离优化为一级隔离，这种供电采用接地铝管106和磁性元件的组合，构成接地金属屏蔽+基本绝缘方案，该方案也存在一些不足之处。

该方案的结构如图2所示。最左侧为SELV电路板103，最右侧为多个HV模块105，中间仅一级磁性元件隔离101。其中，接地铝管106穿过磁性元件104并与磁性元件104同心，初级线穿过接地铝管106，构成基本绝缘及接地金属屏蔽绝缘结构。