專利名稱：抑制過高功率傳輸的信號隔離變壓器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種變壓器，尤其是控制變壓器。
背景技術：
目前，在各種通信設備中大量使用各種信號控制變壓器，其中的隔離變壓器較常用，如同軸傳輸設備、網絡設備、電腦網絡接口設備等均有應用，是一種廣泛使用的模擬器件。通常而言，這種信號變壓器主要采用截面積相同的環形磁芯，其設計主要功能是滿足正常的信號交換傳輸，并具有隔離直流抗干擾的作用。傳統信號隔離變壓器因需要滿足信號的低損耗耦合傳輸，所設計變壓器磁芯——也叫鐵芯的磁路橫截面積較大，磁芯飽和所需的能量較高。當輸入端線路出現高能量干擾時，將有部分分量的高功率的脈沖、諧波等在隔離變壓器磁芯未飽和前被電磁轉換到輸出端，從而導致信號隔離變壓器輸出側電路損壞。 因此，在一些應用中采用相關保護方法來抑制線路上的高能量干擾脈沖或諧波，但都要增加額外的防護元件及電路來實現，無疑增加電路的復雜程度和成本。
實用新型內容為克服上述缺陷和不足，本實用新型的目的是提供一種抑制過高功率傳輸的信號隔離變壓器，適用于各種耦合傳輸，確保在線路上保持低功率電磁交換而抑制過高功率的電磁交換。為達上述目的，本實用新型的具體技術方案是一種抑制過高功率傳輸的信號隔離變壓器，它包括環形磁芯及纏繞在磁芯上的輸入和輸出線圈，其特征在于所述的磁芯包含至少一個截面面積大和一個截面面積小的磁路，而且截面面積大的磁路與截面面積小的磁路長度不等。所述截面面積大的磁路長度大于截面面積小的磁路。優選地，截面面積小的磁路長度遠遠短于截面面積大的磁路。優選地，從最大截面面積的磁路對稱尖銳形變至最小截面面積的磁路。優選地，截面面積小的磁路形狀呈對稱弧形的磁芯。優選地，所述的輸入和輸出線圈允許有不同的電感參數和匝數比。優選地，線圈之間的絕緣耐壓強度大于275V以上。上述的技術方案的技術效果在于在低于限定功率的信號傳輸狀態，變壓器的磁芯未飽和，變壓器線性工作，信號無損耗傳輸；在高于限定功率的干擾出現狀態下，變壓器至少有截面面積小的磁路部分磁芯飽和，變壓器非線性工作，其輸入端與輸出端之間的交換功率大小被限制。
圖1是本實用新型磁芯截面面積較小的磁路形狀呈對稱弧形的結構示意圖。[0015]圖2是本實用新型磁芯截面面積小的磁路形狀呈臺階形的結構示意圖。圖3是本實用新型磁芯截面面積小的磁路形狀呈對稱尖銳變形的結構示意圖。在圖中，輸入線圈1，截面面積大的磁路2，呈對稱弧形的小截面面積磁路3，輸出線圈4，呈臺階形的小截面面積磁路5，呈對稱尖銳形的小截面面積磁路6。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例，對本實用新型專利做進一步地詳細說明。根據變壓器的結構原理可知u^E = 4. 44'f'N'B'S 而 P=I · U · cosCp=I · 4.44 · f · N · B · S所以，功率p=4.44*f ·Ν ·Β -S ·Ι .cosCp;其中，υ-電壓，I-電流，cosCp-功
率因數，f"輸入信號頻率，N-線圈匝數，B-鐵心中磁感應強度最大值，S-磁芯截面積。從變壓器功率P的公式中可知，在f、N、B和I基本不變或變化不大的情況下，功率P與S-磁芯截面積成正比。功率越大，所需磁芯的截面積就越大，反之，亦然。因此，通過控制磁芯截面積S能抑制過高的功率傳輸信號。在變壓器中，輸入和輸出線圈都纏繞在環形的磁芯上，當有電信號輸入時，設線圈產生的磁力線/磁通量都在磁芯中構成回路，即磁力線在磁芯中所經過的線路為磁路；磁芯構成磁路。實施例一圖1所示，是本實用新型磁芯截面面積較小的磁路形狀呈對稱弧形的結構示意圖。圖中所示的是本實用新型的一種抑制過高功率傳輸的信號隔離變壓器，它主要由輸入線圈1、環形磁芯和輸出線圈4組成。其中，環形磁芯包含兩個截面大小和磁路長度不等的磁路，即一個截面面積大的磁路2和一個截面面積小的磁路3 ；截面面積小的磁路3的磁路長度遠遠小于截面面積大的磁路2的。所述的截面面積小的磁路3的形狀呈對稱弧狀。磁芯的兩上分別纏繞有輸入線圈1和輸出線圈4。當圖1所示的信號隔離變壓器接于線路中，輸入線圈1有電流流動，將在磁芯上產生磁通，因磁芯的磁路上有大小不同截面的磁路2和磁路3，相同的磁通量在磁芯的磁回路截面積最小的有源部分產生的磁感應強度最強。隨著輸入線圈1的電流增大，磁芯內各有源部分的磁通量相應增大，磁場強度也將增大，此時磁芯仍未飽和，變壓器處于線性傳輸狀態。當輸入線圈1的電流增大到限定值時，磁芯的截面積最小的磁路3有源部分將因磁場強度最強首先飽和，輸出線圈4所輸出的功率限定在一個值上。若輸入線圈1的電流超過限定值并繼續增大時，磁路截面積最小的磁路3有源部分的磁芯飽和區域將向對稱弧狀的兩端擴大，磁路飽和長度擴大導致磁阻擴大，輸出線圈4所輸出的功率反而降低。當輸入線圈1電流增大令整個磁芯全部處于飽和狀態時，輸出線圈4輸出功率進一步降至很低。輸出功率受到抑制。實施例二圖2所示，是本實用新型磁芯截面面積小的磁路形狀呈臺階形的結構示意圖。在圖中，變壓器的磁芯上，分別纏繞輸入線圈1和輸出線圈4。所述磁芯的磁路包含兩個截面大小及長度不等的磁路磁路5和磁路6。其中，截面面積小的磁路6的磁路長度遠遠短于截面面積大的磁路5的。從圖2中可看到，所述的磁路6是在磁路5的基礎上被截去了一
4個凹形的塊，只剩下一小塊弧形的磁路，從磁通路來看象上了一個臺階往上走。在圖2結構的變壓器中，隨著輸入線圈1的電流增大，磁芯內各有源部分的磁通量相應增大，磁場強度也將增大，磁芯呈凹狀的有源部分磁場強度最大，此時磁芯仍未飽和， 變壓器處于線性傳輸狀態。若輸入線圈的電流不斷增大到限定值時，磁芯的磁路截面積最小的磁路6將因磁場強度最強首先飽和，輸出線圈4所輸出的功率成階躍狀降低。當輸入線圈電流增大令整個磁芯全部處于飽和狀態時，輸出線圈輸出功率進一步降至很低。輸出功率得到抑制。實施例三圖3所示，是本實用新型磁芯截面面積小的磁路形狀呈對稱尖銳形的結構示意圖。從圖中可知，在該離變壓器的磁芯上，分別纏繞輸入線圈1和輸出線圈4。所述磁芯的磁路截面大小及長度都不等，從最大截面面積的磁路7對稱尖銳形變至最小截面面積的磁路8。其中，磁路8的長度最短。該結構的磁路與圖1、2所示的一樣，結構原理相同，也具有確保低功率正常交換及抑制高功率交換的功能。考慮到各種應用環境及要求，上述的變壓器輸入輸出線圈，其各個線圈間允許有不同的電感參數和匝數比。在特殊的線路要求情況下，為了確保變壓器輸入輸出比值 1 1，避免纏繞線圈導致參數出現不匹配，可以將繞制該線圈的絕緣導線與繞制其他線圈的絕緣導線相互絞扭后均勻纏繞在磁芯上。為了提高絕緣耐壓，允許兩個線圈分開纏繞在磁芯的橫截面積相當且對稱的有源部分上，增加兩個線圈之間的絕緣強度。線圈之間的絕緣耐壓應大于275V以上。依據功能需要，允許線圈有抽頭。上面就幾種典型且容易獲得的磁芯形狀和線圈纏繞特點等進行了分析，基于本實用新型原理，還可以將磁芯制作成其他各種非均勻的形狀，將線圈設計呈所需要的要求，可根據實際需要進行選擇。本實用新型能抑制過高功率傳輸的原因是，磁芯的磁路上存在截面積大小不等的有源部分，磁路截面積大的有源部分的磁回路很長，繞在其上的線圈有良好的等效阻抗，確保信號正常傳輸；磁路截面積最小的有源部分首先滿足低于限定值的功率交換不會出現飽和。當輸入線圈流過電流逐漸增大時磁回路截面積最小的有源部分也逐漸接近飽和，當輸入線圈流過的電流值達到限定值時磁路截面積最小的有源部分出現飽和區域，磁芯呈現飽和特性，輸入線圈電流增大而輸出線圈的電流不再增大。從而阻止了高于限定功率的能量交換傳輸到二次側。該方案用于所需要的應用中可極大降低電路對過高功率干擾脈沖、諧波的防護成本和設計難度。本實用新型的精華是利用專門設計的磁芯內磁回路截面積和形狀差異的鐵芯獲得了不同的磁芯磁飽和狀態，所涉設計的磁芯磁飽和狀態用于控制信號隔離變壓器輸入與輸出的匹配，達到滿足正常信號傳輸與抑制過高功率的傳輸。以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明或范圍，對于本實用新型所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演、變化、修飾或替換，都應當視為屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種抑制過高功率傳輸的信號隔離變壓器，它包括環形磁芯及纏繞在磁芯上的輸入和輸出線圈，其特征在于所述的磁芯包含至少一個截面面積大和一個截面面積小的磁路，而且截面面積大的磁路與截面面積小的磁路長度不等。
2.根據權利要求1所述的抑制過高功率傳輸的信號隔離變壓器，其特征在于 所述截面面積大的磁路長度大于截面面積小的磁路。
3.根據權利要求1所述的抑制過高功率傳輸的信號隔離變壓器，其特征在于 截面面積小的磁路(6)長度遠遠短于截面面積大的磁路(5)。
4.根據權利要求1所述的抑制過高功率傳輸的信號隔離變壓器，其特征在于 從最大截面面積的磁路(7)對稱尖銳形變至最小截面面積的磁路(8)。
5.根據權利要求1所述的抑制過高功率傳輸的信號隔離變壓器，其特征在于 截面面積小的磁路C3)形狀呈對稱弧形的磁芯。
6.根據權利要求1所述的抑制過高功率傳輸的信號隔離變壓器，其特征在于 所述的輸入線圈(1)和輸出線圈(4)有不同的電感參數和匝數比。
7.根據權利要求1所述的抑制過高功率傳輸的信號隔離變壓器，其特征在于 線圈之間的絕緣耐壓強度大于275V以上。
專利摘要本實用新型公開了一種抑制過高功率傳輸的信號隔離變壓器，它包括環形磁芯及纏繞在磁芯上的輸入和輸出線圈，其特征在于所述的磁芯包含至少一個截面面積大和一個截面面積小的磁路，而且截面面積大的磁路與截面面積小的磁路長度不等。所述截面面積大的磁路長度大于截面面積小的磁路。該變壓器在低于限定功率的信號傳輸狀態，變壓器的磁芯未飽和，變壓器線性工作，信號無損耗傳輸；在高于限定功率的干擾出現狀態下，變壓器至少有截面面積小的磁路部分磁芯飽和，變壓器非線性工作，其輸入端與輸出端之間的交換功率大小被限制。適用于各種電路。
文檔編號H01F27/28GK202183293SQ201120180238
公開日2012年4月4日 申請日期2011年5月31日 優先權日2011年5月31日
發明者王戰, 王海濤, 陳偉雄, 陳彪, 黃興英 申請人:黃興英