[发明专利]高压隔离耐压平板变压器及其高压绝缘方法

说明书

本发明属于平板变压器技术领域，具体涉及了一种高隔离耐压平板变压器及其高压绝缘及其高压绝缘方法，旨在解决传统变压器体积庞大，而现有平板变压器无法应用于隔离耐压要求较高的场合的问题。本发明包括：低压和高压绕组间设绝缘介质，用于高频电流流通并产生高频交变磁场，实现电能的隔离传输；低压绕组连接至低压侧连接端，高压绕组通过高压绕组出线端连接至高压侧连接端；低压与高压绕组环形中空部分设磁芯；PCB应力控制单元控制高压绕组出线端周围的电场分布；均压元件组提供高压绕组出线端和低压绕组之间梯度变化的电位。本发明变压器电场分布均匀、空气中的电场强度小、减少局部放电、减少电磁干扰、体积小、结构简单、功率密度大、成本低。

技术领域

本发明属于平板变压器技术领域，具体涉及了一种高隔离耐压平板变压器及其高压绝缘方法。

背景技术

近年来，电力电子变压器由于具有交直流电压变换、电气隔离、功率调节与控制等一系列功能优势，受到越来越广泛的研究，在电力机车牵引、交直流混合配电网/微电网、新能源直流并网、电动汽车充电站、数据中心供电电源等领域可显著提升系统的性能、效率和可靠性，具有很大的应用潜力。

大容量高耐压高频隔离变压器是电力电子变压器中隔离型DC-DC变换器的关键核心部件，用于实现高低压电气隔离、电压等级变换、功率传输等核心功能。高频变压器的转换效率、功率密度及可靠性对于变换器及系统的安全、稳定、高效运行至关重要。随着电力电子变压器在中高压交直流电网中应用的不断深入，对高频变压器提出了“高隔离耐压”、“高效率”、“高功率密度”、“高可靠性”的应用需求，以全面提升系统的经济性和适用性。

传统高压隔离变压器在结构方面通常是将铜线圈绕制在磁芯上装配而成，其体积一般较大，并且相关寄生参数较难控制，在生产过程中也较难保证产品参数的一致性，对于模块化变换器的均压、均流控制带来极大挑战；在绝缘设计方面，通常采用环氧树脂灌封、变压器油浸泡等绝缘手段实现高、低压绕组之间的主绝缘，大部分应用中很少考虑变压器磁芯的接地和出线端子的绝缘设计，这样虽然可实现高、低压绕组之间的隔离耐压，但实际上是将高压绝缘问题转移到了系统设计中，导致电力电子变压器整体体积庞大，严重制约了其应用。

在高隔离耐压变压器出线端子的绝缘设计方面，目前有通过增加绝缘间隙或直接采用高压电缆终端的方法。然而，增加绝缘间隙进一步导致了变压器体积的增加，且无法解决出线端电场应力集中的问题。高压电缆终端通常采用应力锥结构或采用高介电常数材料包覆的方法控制电缆终端处的电场应力，这两种方法存在体积大、结构复杂、工艺条件要求高等缺点，无法直接应用于高频变压器出线端子的设计中。

平板变压器是高频变压器的较新型的结构形式，其采用扁平化的结构，采用EI型、RM型等平板磁芯，绕组方面通常采用铜箔或PCB堆叠构成。平板变压器较常规变压器在高度方面得到了极大降低，由于PCB或铜箔匝数的限制，其通常用于频率较高(≥100kHz)的小功率(≤3kW)应用中。由于平板变压器体积小、结构紧凑，原副边绕组之间的绝缘距离有限，目前主要应用于隔离耐压要求较低(≤4kV)的应用中。

总的来说，本领域还急需一种可以用于隔离耐压要求较高的场合的高隔离耐压平板变压器。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即传统变压器体积庞大，而现有平板变压器无法应用于隔离耐压要求较高的场合的问题，本发明提供了一种高隔离耐压平板变压器，该变压器包括低压侧连接端、低压绕组、高压绕组、高压绕组出线端、高压侧连接端、绝缘介质、磁芯、PCB应力控制单元、均压元件组以及应力控制带；

所述低压侧连接端，用于所述变压器与外部低压电路的连接；

所述低压绕组，连接至所述低压侧连接端；所述高压绕组通过所述高压绕组出线端连接至所述高压侧连接端；

所述高压侧连接端，用于所述变压器与外部高压电路的连接；

所述绝缘介质，用于所述低压绕组与所述高压绕组之间的高压隔离；