非焊接低损耗集成电流采样变压器设计方法及其变压器技术

本发明专利技术公开了一种非焊接低损耗集成电流采样变压器设计方法及其变压器，属于变压器设计领域，包含步骤：根据客户指定的输入输出电压，设计电路结构，调整输入侧电压利用率，以实现满足所需输入、输出电压的变比时，次级线圈匝数为1圈；将所述的次级线圈采用定型铜排进行设计。该变压器,主要可应用于车载DC/DC，实现了功率变换变压器次级采用铜排设计，并能借此在次级中集成采样环，所述变压器次级可耐受的温度更高，次级采样损耗更小，同时还可以减少器件数量，便于物料管控。另外，由于本发明专利技术所述变压器采用铜排后可采用固定螺钉固定，从而免除了焊接，便于操作，并可规避出现虚焊冷焊的风险。

【技术实现步骤摘要】
非焊接低损耗集成电流采样变压器设计方法及其变压器
本专利技术涉及变压器领域，尤指一种非焊接低损耗集成电流采样变压器设计方法及其变压器。
技术介绍
如图1及图2所示，其为现有变压器及采样电路的两种示意图。现有的变压器的线圈的传统方式一般是采用丝包线和多层印制板，其适合应用在电流较小场合下，但在电流较大大场合下，如果仍然采用丝包线和多层印制板，此时，为满足通流量，通常线包会很大，线径会很粗或需采用多股绕制，其进行焊接时，线径粘焊锡后会很硬，从而导致不便成型，同时也不利于散热；而一些特殊变压器，如电焊机，其是采用了定型铜排，能适合于大电流输出应用场合，且便于绕制和利于散热，但不适合次级匝数较多的场合(主要是铜排定型难度大)。目前，随着新能源汽车的发展，车载DC/DC产品需求量越来越大，然而由于车载DC/DC产品输出多为低压大电流(有些电流可达130A)，由于上述技术的限制，目前其所用的变压器次级多是采用丝包线或多层印制板，并且因受所述述材质的影响，该些产品耐高温性较差，不能应用于温度较高的工作环境，上述变压器次级采用多股丝包线绕制时，目前采用的丝包线耐温多为150℃和180℃，在此使用情况和电流境况下，经测试，次级线包温度，最高可达135℃，相对丝包线的耐温，余量较小。同时，如图1及图2所示，由于上述现有的产品的输出电流采样，多是采用借助采样电阻(图2)或者是直接通过电流的电流变压器(图1)的方式进行，并且由于此类采样方式因为其上有大电流通过，从而会使所述产品上产生较大的损耗。具体来说，如图2所示，由于其是直接在输出回路中串入采样电阻，一般来说此电阻多为贴片电阻，例如如果在输出130A的回路中，采用4个0.5mΩ电阻并联，则其等效电阻为0.125mΩ，而其产生的损耗应为I*I*R＝2.1125W，由此，该损耗将导致在贴片上会产生较高的热量，因而会影响可靠性。同时，设计时为了减少损耗，通常选定的阻值很小(因阻值越大，损耗越大)，所以其上面产生的电压降很小U＝IR＝0.01625V，导致此电压不能被直接采用，仍需要额外增加与之匹配的放大电路，以对此信号进行放大处理；同时，对放大电路的放大倍数和响应速度和精度均需有较高要求，否则会导致电流显示和电流保护异常。而如图1所示，在使用采样电流变压器时，由于其是直接串联在次级回路中，由此在回路的一次侧会直接流过电流，因此，在电流变压器中会产生损耗，会导致器件温升过高，影响可靠性。并且因上述方案的主变压器外部需额外增加采样变压器或采样电阻，也增加了物料数量和管理成本。另外，所述现有产品的元器件安装基本还是那采用焊接的连接方式进行，其安装过程不但不便于操作，而且也会存在产生虚焊或冷焊缺陷的风险。为此专利技术人针对上述问题及其弊端，进行了进一步研发。上述变压器次级采用多股丝包线绕制，目前采用的丝包线耐温多为150℃和180℃，在此使用情况和电流境况下，经测试，次级线包温度，最高可达135℃，相对丝包线的耐温，余量较小。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术主要目的在于，提供一种非焊接低损耗集成电流采样变压器设计方法及其变压器。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种非焊接低损耗集成电流采样变压器设计方法，其包含步骤：1)根据客户指定的输入输出电压，设计电路结构，调整输入侧电压利用率，使实现所需的输入、输出电压的变比时所需要的次级线圈匝数为1圈；其设计方法需要综合结合体积要求、散热要求、电压要求等具体选择适合的方式；2)将所述的次级线圈采用定型铜排进行设计，以提升次级绕组耐受高温的能力，并方便绕制和利于散热。其中，进一步的，所述的步骤1)是在网络拓扑确定的情况下，确定输入电压利用率后，进行如下设计：根据需要，优化变压器参数，对所设计的变压器磁芯大小、磁材、气隙、窗口面积的设定进行优化、和选择，以实现在确定了需要的初级侧线圈匝数(N1)的情况下，能达到需要的电感量，以实现次级匝数(N2)为1圈的技术方案。或者是，所述的步骤1)在压器参数，即变压器磁芯芯大小、磁材、气隙、窗口面积已经确认的情况下,在满足一定电感量的状态下，此时其初级侧线圈匝数(N1)的圈数基本确定：在此情况下，需要调整或优化电路模式以调整输入电压(U入)；所述的调整或优化方法为：在电路前端增加升压电路或降压电路，以对输入电压进行调整。其中，较佳的是，所述次级线圈采用螺钉固定方式连接。所述设计方法将变压器次级线圈上设置有采样环。其中，较佳的是，所述变压器包含分别工作的上部线圈和下部线圈，上部线圈和下部线圈均设有采样环以分别采集上半周期和下半周期的回路电流。或者进一步改进为所述上部线圈和下部线圈的次级端子同时穿过同一个采样环，使该采样环在上下周期中，均能采集到相应的电流，并通过全桥整流输出。本专利技术还提供了一种非焊接低损耗集成电流采样变压器,其主要是能应用于车载DC/DC，所述变压器的次级是由匝数为1圈的定型铜排构成。较佳的是，所述变压器前端设有输入电压进行调整的升压电路或降压电路。进一步的可以在所述变压器的次级线圈上均设有采样环。或者是：所述变压器包含分别工作的上部线圈和下部线圈，所述上部线圈和下部线圈的次级端子同时穿过同一个采样环，使该采样环在上下周期中，均能采集到相应的电流，并通过全桥整流输出。本专利技术有益效果在于，利用上述技术方案，本专利技术的设计方法实现了功率变换变压器次级采用铜排的设计，并能借助在次级中集成采样环，采用本专利技术的创新技术后，本专利技术的所述变压器次级可耐受的温度更高，次级采样损耗更小，同时还可以减少器件数量，便于物料管控。另外，由于本专利技术所述变压器采用铜排后可采用固定螺钉进行固定，从而免除了焊接，以便于操作，并可规避出现虚焊冷焊的风险。附图说明图1为现有变压器及用采样电流变压器作为采样的电路示意图；图2为现有变压器及直接在输出回路中串入用采样电阻的电路示意图；图3为本专利技术的一种非焊接低损耗集成电流采样变压器设计方法及其变压器的变压器原理示意电路图；图4为本专利技术的一种非焊接低损耗集成电流采样变压器设计方法及其变压器的变压器结构示意图。其中：II1、II2次级端子I1主回路一次侧电流N1一次侧圈数I2二次侧电流N2二次侧圈数1，2采样环。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案做进一步具体的说明。为了实现上述效果及其优越性，本专利技术的一种非焊接低损耗集成电流采样变压器设计方法及其变压器主要是直接采用铜排作为次级线圈，没有耐温差的丝线等其耐受温度更高。采用铜排后，进一步的优化了结构，将安装方式优化为螺钉固定，免除焊接的问题，更便于安装，更加可靠，而且通过在变压器次级穿过采样环以替代现有的采样方式。其主要技术构思在于：1、采用铜排作为次级线圈，以避免现有技术中采用多股丝包线或多层印制板等传统方式。由于在现有的输出低压大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非焊接低损耗集成电流采样变压器设计方法，其特征在于，包含步骤：/n1)根据客户指定的输入输出电压，设计电路结构，调整输入侧电压利用率，使实现所需的输入、输出电压的变比时所需要的次级线圈匝数为1圈或2圈；/n2)将所述的次级线圈采用定型铜排进行设计。/n

【技术特征摘要】
1.一种非焊接低损耗集成电流采样变压器设计方法，其特征在于，包含步骤：
1)根据客户指定的输入输出电压，设计电路结构，调整输入侧电压利用率，使实现所需的输入、输出电压的变比时所需要的次级线圈匝数为1圈或2圈；
2)将所述的次级线圈采用定型铜排进行设计。


2.根据权利要求1所述的一种非焊接低损耗集成电流采样变压器设计方法，其特征在于，所述的步骤1)是在网络拓扑确定的情况下，确定输入电压利用率后，进行如下设计：
根据需要，优化变压器参数，对所设计的变压器磁芯大小、磁材、气隙、窗口面积的设定进行优化、和选择，以实现在确定了需要的初级侧线圈匝数(N1)的情况下，能达到需要的电感量，以实现次级匝数(N2)为1圈或2圈的技术方案。


3.根据权利要求1所述的一种非焊接低损耗集成电流采样变压器设计方法，其特征在于，所述的步骤1)在压器参数，即变压器磁芯芯大小、磁材、气隙、窗口面积已经确认的情况下,在满足一定电感量的状态下，此时其初级侧线圈匝数(N1)的圈数基本确定：在此情况下，需要调整或优化电路模式以调整输入电压(U入)；
所述的调整或优化方法为：
在电路前端增加升压电路或降压电路，以对输入电压进行调整。


4.根据权利要求1-3任一所述的一种非焊接低损...

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙，侯涛涛，宾文武，王菲，王勇江，张明辉，
申请(专利权)人：石家庄通合电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13