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高频变压器的绝缘防护

高频变压器是开关电源的心脏,开关电源一方面通过它传输和储存功率,实现输入输出电压基础转换;另一方面,开关电源还通过它来进行输入和输出端的高压隔离,以增强用户使用的安全性。要通过高频变压器实现开关电源的高压隔离,高频变压器的绝缘防护必不可少。

通常来讲,高频变压器的绝缘防护主要分为:匝间隔离、层间隔离、(绕)组间隔离和绕组与磁芯隔离。下面分别阐述:

1)匝间隔离,即高频变压器单一绕组内相邻绕线匝之间的隔离,比如,绕组A共绕制10匝,第6匝与相邻第5和第7匝之间的隔离,即是匝间隔离。多数情况下,使用漆包线即可实现常规的匝间隔离,可通过所设计变压器的V/匝(每匝承受的电压)来选择合适的漆包线。当然,实际使用过程中,漆包线的绝缘层易受高温影响而破损,所以设计过程中,除了上述的V/匝外,还应依据绕组损耗和温升来进一步选取。

2)层间隔离,即高频变压器单一绕组不同绕线层之间的隔离,比如,绕组B共绕制3层,第2层与相邻的第1层和第3层之间的隔离,即层间隔离。依靠每层之间的漆包线自有绝缘层已可以实现一定程度的层间隔离,还可在层间包裹高温绝缘胶带进一步加强层间绝缘。设计过程中,同上可依据V/层和工作温升来选择合理的层间绝缘方式。当然,为节省变压器的绕线窗口面积,非必要的时候不建议每层间均包裹绝缘胶带,这样会造成变压器绕组臃肿,增加绕制难度。

3)(绕)组间隔离,即高频变压器不同绕组之间的隔离。比如变压器共包含A、B、C三个绕组,绕组AB、AC、BC间的隔离,即组间隔离。组间隔离是高频变压器实现输入输出隔离的主要环节,要实现很好的组间隔离需要注意下面几个方面:

相邻接触面之间隔离,比如,绕组A绕着完成后继续绕制绕组B,在绕组A结束绕制的绕线层和绕组B开始绕制的绕线层之间,应进行绝缘防护。通常通过包裹多层高温绝缘胶带来完成,具体绝缘胶带层数是绕组之间的绝缘等级而定。在绝缘防护等级较高的场合,可通过配套骨架上的挡墙从物理上实现绕组之间的隔离。高频变压器常见的绝缘等级有1.5KV2KV3KV等。

相邻接触面端面之间隔离,同上绕组AB接续绕制,绕组AB的两个端面大体处在同一平面上,不利于两个绕组之间的隔离,为此在绕制过程中,要有意识将两个绕组的端面错位,可将绕组B向内缩进若干mm已实现该目的。当然,还需在缩进的区域填充绕制绝缘对应宽度的绝缘胶带,已实现后续绕组的平整。

绕组引出端隔离。无论如何绕制,相邻绕组之间的引出端总要邻近穿越上述两个绕组绝缘面,这一点往往在实际绕制过程中被忽略。可通过将绕组引出端附加绝缘套管的方式来实现绕组引出端隔离。同时,在引出端和骨架引针焊接过程中,要注意莫将绝缘套管损坏。

    4)绕组与磁芯之间隔离,多数情况下,绕组绕制在骨架上,通过骨架已经初步实现了绕组与磁芯之间的隔离,但对于绕制比较饱满的变压器,磁芯的窗口利用率偏高,最外层的绕线层与磁芯距离较近,不利于绕组与磁芯之间隔离。此时,建议重新调整和计算变压器,着重优化窗口利用率。如实在难以优化,可在磁芯侧柱或骨架绕线最外层包裹绝缘胶带。

    当然,除了上述绝缘处理外,变压器整体真空浸泡绝缘漆也是增强其绝缘防护水平的重要工艺,生产和设计中,应依据实际情况选择恰当的绝缘方式。


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