专利名称：高电压变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及高电压变压器。更具体地，其涉及用于级联连接的高电压变压器，其中，该高电压变压器包括初级绕组、高电压绕组、和变压器磁芯，并且其中，初级绕组和高电压绕组包围所述变压器磁芯的至少一部分。
背景技术：
说明书中，使用术语“好的高频质量”。其意指所谓的“脉冲变压器”在初级和次级绕组之间具有相对低的耦合电感，在相对高的频率在绕组中具有相对低的所谓的“趋肤效应”和“邻近效应”，在绕组内具有相对低的寄生电容以及在绕组之间和绕组与变压器磁芯之间具有相对低的电容。这特别涉及高电压绕组。所述物理参数是本领域技术人员公知的， 并且因此对其不做进一步的解释。对于运行于饱和附近的脉冲变压器，典型地对于逆变器(inverter)，使用实践表达式U = 4BsXfXnXAe其中，Bs =磁通密度(饱和)，U =绕组上的电压的顶(top)值，f =工作频率，η =匝数，以及A6 =变压器磁芯的有效横截面。根据该表达式，可以以高频、高饱和场强、大的铁横截面和许多匝获得高输出电压。在小的空间可用的情况下，通常最容易增大频率。为避免太大的涡流损耗，于是需要使用具有低的电导率的磁芯材料，诸如铁氧体、铁粉或所谓的“带绕磁芯(tape wound core)，，。用于给变压器馈入相对高的频率的方法包括所谓的SMPS— (开关模式电源)技术。输入功率被根据此技术转换为至高电压变压器的优选地为矩形脉冲的高频输入电压。如所提到的，归因于现有技术高电压变压器的操作模式，现有技术高电压变压器在次级绕组中具有相对高的匝数。这引起了增加的次级电容，因为具有许多相对薄的绕组线构成的层的绕组比绕组线具有较大直径的变压器中的绕组彼此具有小的相互平均距离。次级绕组的许多匝需要相对多的空间并由此导致变压器磁芯和初级绕组相对大。 另外，在高电压绕组、初级绕组和变压器磁芯之间需要大的绝缘距离。从而相对大的变压器导致变压器绕组中增大的损耗并且导致此类型的高电压变压器具有相对低的耦合因子。低耦合因子可以建模为相对大的耦合电感。原因是初级和次级绕组之间相对大的距离导致它们之间差的磁耦合。此非故意的且大体上不可避免的寄生耦合电感将以与次级电容相同的方式并与次级电容组合，影响变压器中的电流。通过限制高频电流的耦合电感，并且通过大多数此电流用于驱动次级绕组中的内部寄生电容，引起了高频时次级绕组的功率输出中的清楚的限制。此类型的高频变压器从而具有相对窄的带宽，即高频变压器能够用以工作的最高驱动频率。
已知的低电压SMPS技术能够产生高达Ikv的量级的电压。在较高电压，需要借助于作为电压倍增、级联耦合高频变压器、分层绕组技术或所谓的“共振开关”的本身已知的技术将变压器调整为补偿高频变压器中的相对窄的带宽。所有这些技术所公共的是它们仅在有限程度上克服了那些缺点，同时因为它们复杂，并由此提高了完整的高频转换器的价格。已知减小变压器中的层的数量能够获得改善的变压器性能。US专利7274观1处理用于诸如荧光灯管的放电灯的变压器，其中，变压器设置有可以由一个绕组层构成的两个串联连接的初级绕组。US 1680910描述用于级联连接的变压器。然而此技术不适合用于SMPS，因为其在绕组中具有高的电容并具有低的耦合因子。US 4518941示出了适合用于SMPS的变压器，但是其中，额定变压器比为一比一。 根据此文献的变压器不适合作为高电压变压器。US 36784 示出了用于级联耦合的高电压变压器，其中，除初级绕组和次级绕组外，还布置了用于级联耦合的绕组。归因于高电压绕组的设计，根据US 36784 的变压器不适合用于SMPS。US 3579078处理耦合至所谓的“电压四倍频器”的一阶(one-st印)变压器。然而，该变压器不解决相关技术问题，因为在一阶中不能实现足够高的电压。根据WO 2007045275，已知使用与所谓的“反激式变换器(flykick converter)" 级联耦合的两个次级绕组来实现每个级联阶中的稳定的输出电压。现有技术不呈现具有合适的高电压性质且同时适合用于级联耦合的变压器。
发明内容
本发明的目的是修复或减小至少一个现有技术缺点。根据本发明，通过以下描述和以下权利要求中阐述的特征实现了该目的。提供了一种用于级联耦合的高电压变压器，其中，所述高电压变压器包括初级绕组、高电压绕组和变压器磁芯，并且其中，所述初级绕组和所述高电压绕组同心地围绕所述变压器磁芯的至少一部分，并且所述高电压变压器的特征在于，所述高电压变压器设置有次级绕组，而所述高电压绕组包括一个单层或并联连接的多个单层。在根据本发明的高电压变压器中，所述初级和次级绕组上的电压相对于高电压绕组为低电压。次级绕组布置为比所述高电压绕组承载更大的功率。所述高电压绕组也是次级绕组，但是使用术语高电压绕组以更好地将此绕组与相对低电压的次级绕组区别开。通过以管状单层缠绕高电压绕组，高电压绕组中的内部寄生电容减小至实际最小。为减小高电压绕组中的电阻，数个层可以一个在另一个外地缠绕，其中，层随后并联连接，例如在高电压绕组的导体部分中。在层之间布置绝缘片可以是有利的，绝缘片例如是聚酰胺膜。在此类型的多层高电压绕组中，将仍然实现了使得内电容相对于已知的高电压绕组小，已知的高电压绕组被在串联连接的多层中来回缠绕。在初级和次级绕组之间，存在用于冷却流体用以通过的环形开口。绕组和变压器磁芯之间的该开口同时确保了必要的绝缘距离并导致绕组之间以及绕组与变压器磁芯之间的相对低的电容。通过使高电压绕组管状地缠绕并且轴向地在初级绕组外侧并且通常与初级绕组同心，实现了绕组之间的相对高的耦合因子。绕组之间的泄漏电感由此几乎可以忽略。变压器的串联共振频率fs由下式给出Ls_prim: = Lm(l_kp2)
权利要求
1.一种用于级联耦合的高电压变压器(1)，其中，所述高电压变压器(1)包括初级绕组 (8)、高电压绕组(16)和变压器磁芯G)，并且其中，所述初级绕组和所述高电压绕组(8， 16)同心地围绕所述变压器磁芯⑷的至少一部分，其特征在于，所述高电压变压器⑴设置有次级绕组(M)，而所述高电压绕组(16)包括一个单层或并联连接的多个单层。
2.根据权利要求1所述的高电压变压器(1)，其特征在于，所述次级绕组04)布置为比所述高电压绕组(16)传输更高的功率。
3.根据权利要求1所述的高电压变压器(1)，其特征在于，第一变压器O1)的所述次级绕组04》与第二变压器O2)的所述初级绕组(S2)串联连接。
4.根据权利要求3所述的高电压变压器(1)，其特征在于，第一变压器O1)的所述高电压绕组(Iei)与所述第二变压器O2)的所述高电压绕组(162)串联连接。
5.根据权利要求4所述的高电压变压器(1)，其特征在于，所述第一变压器O1)的所述高电压绕组(Ie1)与第一电压倍增器(56i)协同操作。
6.根据权利要求1所述的高电压变压器(1)，其特征在于，在所述初级绕组和所述高电压绕组(8，16)之间存在开口，冷却流体从所述开口通过。
7.根据权利要求1所述的高电压变压器(1)，其特征在于，所述高电压绕组(16)位于所述初级绕组(8)和所述次级绕组04)之间。
全文摘要
一种用于级联耦合的高电压变压器(1)，其中，所述高电压变压器(1)包括初级绕组(8)、高电压绕组(16)和变压器磁芯(4)，并且其中，所述初级绕组和所述高电压绕组(8，16)同心地围绕所述变压器磁芯(4)的至少一部分，并且其中，所述高电压变压器(1)设置有次级绕组(24)，而所述高电压绕组(16)包括一个单层或并联连接的多个单层。
文档编号H01F27/38GK102362322SQ201080013698
公开日2012年2月22日 申请日期2010年2月22日 优先权日2009年2月23日
发明者O·韦特兰德 申请人:獾式钻探器公司