高隔離耐壓電源制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種高隔離耐壓電源的制造技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，由于高電壓大功率的功率管(IGBT、IGCT等等)價(jià)格昂貴，且供應(yīng)周期長(zhǎng)，故很多公司都在考慮使用IGBT串聯(lián)的方式來(lái)節(jié)省成本。但是IGBT串聯(lián)使用時(shí)母線電壓很高，這就為IGBT的驅(qū)動(dòng)帶來(lái)了難題。同時(shí)，隨著供電電壓等級(jí)的不但升高，很多用電設(shè)備找不到合適的高隔離耐壓電源，從而不得不提高成本，用一個(gè)體積龐大的工頻變壓器進(jìn)行降壓后在使用。但是隨著人們對(duì)功率密度的要求越來(lái)越高，對(duì)產(chǎn)品的成本控制越來(lái)越嚴(yán)格，變壓器降壓供電的方式已經(jīng)滿足不了人們使用的需要。這些尖銳的問(wèn)題使得高隔離耐壓電源有其存在的必要。
[0003]而在設(shè)計(jì)方面，電源一般在輸出采用TL431加光耦的反饋方式。就光耦反饋方式而言，普通光耦的隔離強(qiáng)度最高為5000VAC，在特定的情況下最高能達(dá)到7500VAC，這也就限制了此類電源的隔離強(qiáng)度:最高不能超過(guò)7500VAC (而且要求隔離變壓器能達(dá)到7500VAC的隔離強(qiáng)度)。因此，輸出采用TL431加光耦的反饋方式做出的電源不能用在隔離強(qiáng)度要求大于7500VAC的地方，否則將會(huì)帶來(lái)用電設(shè)備的用電事故。
[0004]在某些特殊的領(lǐng)域中(如航空航天)，光耦反饋不再適用，電源會(huì)使用磁反饋。這種方式主要是利用一個(gè)小型的反饋?zhàn)儔浩鱽?lái)代替光耦，實(shí)現(xiàn)輸出反饋。只要變壓器的隔離強(qiáng)度足夠，這種反饋方式也能做到很高的隔離電壓。但是因?yàn)橥瑫r(shí)存在隔離變壓器和反饋?zhàn)儔浩?，所以此類產(chǎn)品若要做到很高的隔離電壓，就需要有很大體積的兩個(gè)變壓器，這樣就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品具有很大的體積，給使用造成不便。
[0005]因此，目前急需設(shè)計(jì)出一種隔離強(qiáng)度高、體積小，同時(shí)還能提供足夠功率的高隔離耐壓電源來(lái)滿足用電設(shè)備的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是:為克服現(xiàn)有技術(shù)中高隔離耐壓電源設(shè)計(jì)方式的不足，從變壓器制造工藝方面進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，提供一種高隔離耐壓變壓器及其制造方法，進(jìn)而采用這種變壓器制造高隔離耐壓電源，從而為滿足高電壓等級(jí)場(chǎng)合中各類用電設(shè)備對(duì)供電電源的需求提供支持。
[0007]具體地說(shuō)，本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明公開(kāi)的高隔離耐壓變壓器的制造方法，包括如下步驟:
1)選用臥式骨架的E28規(guī)格磁芯作為變壓器的磁芯，并將臥式骨架的出針全部拔除；
2)在骨架上依次繞制3個(gè)繞組，構(gòu)成原邊自反饋結(jié)構(gòu)，其中第一繞組NI作為輸入繞組，第二繞組N2作為原邊反饋繞組，第三繞組N3作為輸出繞組，具體繞制過(guò)程如下:
先在骨架上纏繞至少5層聚酰亞胺薄膜膠帶，然后使用絕緣線進(jìn)行第一繞組NI的繞制，單線繞多圈；
完成第一繞組NI的繞制后，在第一繞組NI上繼續(xù)纏繞1-2層聚酰亞胺薄膜膠帶，接著使用絕緣線進(jìn)行第二繞組N2的繞制，雙線并繞多圈；
完成第二繞組N2的繞制后，在第二繞組N2上繼續(xù)纏繞至少10層聚酰亞胺薄膜膠帶，接著使用絕緣線進(jìn)行第三繞組N3的繞制，雙線并繞多圈；
完成第三繞組N3的繞制后，在第三繞組N3上繼續(xù)纏繞至少5層聚酰亞胺薄膜膠帶；上述繞制各繞組的絕緣線的絕緣能力在5KV以上，直徑不超過(guò)0.3mm ;在繞制各繞組時(shí)，對(duì)繞組留出線頭，用于與外部電路連接；繞制時(shí)將第一繞組NI的電感量控制在1200uH±10%的范圍內(nèi)；
3)對(duì)變壓器進(jìn)行浸漆處理和灌封處理，完成變壓器的制造。
[0008]上述高隔離耐壓變壓器的制造方法，其進(jìn)一步特征在于，繞制各繞組的絕緣線為三層絕緣線。
[0009]上述高隔離耐壓變壓器的制造方法，其進(jìn)一步特征在于，，繞制第一繞組NI的絕緣線的直徑為0.28mm，繞制圈數(shù)為49圈；繞制第二繞組N2的絕緣線的直徑為0.25mm，繞制圈數(shù)為6圈；繞制第三繞組N3的絕緣線的直徑為0.25mm，繞制圈數(shù)為10圈。
[0010]上述高隔離耐壓變壓器的制造方法，其進(jìn)一步特征在于，各繞組的線頭的長(zhǎng)度為2_3cm0
[0011]上述高隔離耐壓變壓器的制造方法，其進(jìn)一步特征在于，采用擊穿電壓至少為25KV/mm的灌封膠對(duì)變壓器進(jìn)行灌封處理。
[0012]本發(fā)明公開(kāi)的高隔離耐壓變壓器，采用上述高隔離耐壓變壓器的制造方法制造。
[0013]本發(fā)明公開(kāi)的高隔離耐壓電源，包括以下部件:輸入整流濾波電路、輸出整流濾波電路、開(kāi)關(guān)器件、反饋電路、初級(jí)與次級(jí)側(cè)PWM控制器以及變壓器，其中變壓器為本發(fā)明公開(kāi)的高隔離耐壓變壓器，輸入電壓經(jīng)輸入整流濾波電路整流濾波后一部分為初級(jí)與次級(jí)側(cè)PWM控制器供電、另一部分通過(guò)開(kāi)關(guān)器件經(jīng)變壓器原邊的第一繞組NI傳遞給變壓器副邊的第三繞組N3再經(jīng)輸出整流濾波電路整流濾波后輸出，變壓器原邊的第二繞組N2的輸出電壓作為反饋信號(hào)經(jīng)反饋電路提供給初級(jí)與次級(jí)側(cè)PWM控制器，初級(jí)與次級(jí)側(cè)PWM控制器根據(jù)反饋信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)器件對(duì)電源輸出電壓進(jìn)行控制。
[0014]上述高隔離耐壓電源，其進(jìn)一步特征在于，所述初級(jí)與次級(jí)側(cè)PWM控制器的型號(hào)為L(zhǎng)NK6667E，電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用反激式拓?fù)洹?br>[0015]上述高隔離耐壓電源的制造方法如下:首先采用上述高隔離耐壓變壓器的制造方法制造變壓器，然后根據(jù)電源電路結(jié)構(gòu)將電源各部件安裝在PCB板上，其中變壓器各繞組的線頭直接焊接在PCB板上與相關(guān)部件連接，最后得到電源成品。
[0016]本發(fā)明的有益效果如下:
1、與現(xiàn)有產(chǎn)品相比，通過(guò)本發(fā)明方法制造的高隔離耐壓變壓器能夠在保持較小的體積下達(dá)到很高的耐壓強(qiáng)度。一般而言，變壓器要求高隔離并且小體積，這是一對(duì)相對(duì)矛盾的要求。但是，在本發(fā)明中，通過(guò)對(duì)變壓器制造工藝的重新設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，采用了 N1、N2、N3繞組依次繞制的繞制順序，并針對(duì)性的針對(duì)性選擇變壓器磁芯、繞制線、絕緣膠帶和灌封膠等材料，通過(guò)對(duì)變壓器進(jìn)行浸漆處理和灌封處理，最終能夠得到在較小的體積下同時(shí)具有良好的隔離耐壓能力的變壓器。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在50Hz的條件下，通過(guò)本發(fā)明方法制造的高隔離耐壓變壓器的平均耐壓強(qiáng)度在20KV以上，并可繼續(xù)上升到35KV的強(qiáng)度，從而可為在1KV的母線電壓上工作的小型設(shè)備提供35KV的隔離電源。
[0017]2、與現(xiàn)有產(chǎn)品相比，通過(guò)本發(fā)明方法制造的高隔離耐壓電源能夠在保證高隔離強(qiáng)度、體積小的情況下做到較高的輸出功率、精度和效率。本發(fā)明方法制造的高隔離耐壓電源在電路結(jié)構(gòu)上屬于原邊自反饋式方式。一般情況下，使用原邊自反饋方式的電源，在隔離強(qiáng)度高并且不采用輸出反饋的時(shí)候，多采用開(kāi)環(huán)控制，同時(shí)會(huì)控制原邊開(kāi)關(guān)管，使其保持固定占空比開(kāi)關(guān)。這樣方式會(huì)導(dǎo)致輸出功率不高一般在3-5W左右，若要強(qiáng)行將功率提高，則輸出電壓會(huì)被拉低，影響正常工作。同時(shí)精度也不高，原因在于靠變壓器變比來(lái)和固定輸入占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，會(huì)因?yàn)樽儔浩鞯碾x散因數(shù)(漏感、寄生電容等)導(dǎo)致每個(gè)電源個(gè)體的輸出存在很大差異，一般情況下輸出會(huì)偏差超過(guò)±20%。而由于通過(guò)本發(fā)明方法制造的高隔離耐壓變壓器本身具有良好的隔離耐壓性能，使得采用該變壓器的本發(fā)明的高隔離耐壓電源能夠較現(xiàn)有的原邊自反饋式電源在保證高隔離強(qiáng)度、體積小的情況下做到更高的輸出功率。如結(jié)合本發(fā)明采用的LNK6667E初級(jí)與次級(jí)側(cè)PffM控制器以及反激式拓?fù)涞碾娫赐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，其輸出功率可達(dá)20W-40W之間，輸出電壓控制在24V左右。如對(duì)輸出的24V再次進(jìn)行DC/DC變換(back拓?fù)?，便可得到IGBT驅(qū)動(dòng)所需要的+16V與-9V。同時(shí)，輸出精度能控制在±5%左右，甚至達(dá)到±3%或更高，輸出效率可在75%左右。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為高隔離耐壓變壓器的繞組結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為高隔離耐壓電源的電路原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面參照附圖并結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。但是本發(fā)明不限于所給出的例子。
[0021]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其目的是提供一種高隔離耐壓電源，要求能在保證高隔離強(qiáng)度、體積小的情況下做到較高的輸出功率、精度和效率。
[0022]為達(dá)此目標(biāo)，該實(shí)施例首先在電源電路上另辟蹊徑，放棄現(xiàn)有技術(shù)中常見(jiàn)的TL431加光親的反饋方式和磁反饋的反饋方式，而采用原邊自反饋方式，即去掉在光親反饋或磁反饋方式中由副邊反饋到原邊的路徑(在TL431加光耦的反饋方式中去掉TL431和光耦；磁反饋中去掉反饋?zhàn)儔浩?，將輸出由一組變?yōu)閮山M，并且兩組輸出的線圈都繞在同一個(gè)變壓器上，其中一組線圈作為原邊反饋繞組提供反饋信號(hào)，另一組線圈提供電壓輸出。具體的變壓器繞組結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1中的NI即為輸入繞組，N2即為原邊反饋繞組，N3即為輸出繞組。
[0023]具體而言，該實(shí)施例的高隔離耐壓電源的電路原理如圖2所示，包括輸入整流濾波電路、輸出整流濾波電路、開(kāi)關(guān)器件、反饋電路、初級(jí)與次級(jí)側(cè)PWM控制器以及變壓器。輸入電壓經(jīng)輸入整流濾波電路整流濾波后一部分為初級(jí)與次級(jí)側(cè)PWM控制器供電、另一部分通過(guò)開(kāi)關(guān)器件經(jīng)變壓器原邊的輸入繞組傳遞給變壓器副邊的輸出繞組再經(jīng)輸出整流濾波電路整流濾波后輸出，變壓器原邊反饋繞組的輸出電壓作為反饋信號(hào)經(jīng)反饋電路提供給初級(jí)與次級(jí)側(cè)PWM控制器，初級(jí)與次級(jí)側(cè)PffM控制器根據(jù)反饋信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)器件對(duì)電源輸出電壓進(jìn)行控制。在該實(shí)施例中，初級(jí)與次級(jí)側(cè)PWM控制器具體采用的是PowerIntegrat1ns公司出品的芯片LNK6667E，電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用反