模块化变压器及其制造方法与流程

本发明涉及一种模块化变压器，并且特别地，涉及一种适用于高功率应用领域的模块化变压器结构。

背景技术：

1、图形处理器（gpu）、神经处理单元（npu）以及其他芯片技术的快速发展，推动了电动汽车自动驾驶、机器人、无人机等智能应用的广泛发展。这些技术正以前所未有的速度改变着现代生活，并带来了显著的科技生产力提升。然而，人工智能（ai）计算能力需求的激增也带来了对电力消耗的相应增长，使得电力供应成为ai能力发展的关键瓶颈之一。

2、为支持这些高性能芯片，电能通常需从电网的高压交流电转换为800v或400v的高压直流电。该高压直流电之后通过隔离型高频直流-直流（dc-dc）转换器降压至约50v的中间电压。随后，一个或多个功率转换级继续将该电压降至适合图形处理器和神经处理单元直接使用的1v以下的电平，同时提供大电流输出。这种多级电能转换架构构成了现代数据中心供电体系的核心。

3、限制上述dc-dc转换器提升功率转换效率和功率密度的主要技术瓶颈之一，是用于将800v/400v直流总线电压降至50v的高频功率变压器。为解决这一问题，目前广泛采用电感-电感-电容（llc）及双有源桥（dab）变换拓扑结构。这些拓扑所使用的变压器一般支持数千瓦至数万瓦的功率等级，工作频率为几十到几百千赫兹。这类高频变压器通常采用铁氧体磁芯，其高压侧原边绕组线圈使用具有加强绝缘皮膜的励磁线。50v低压侧的副边绕组线圈则一般为励磁线或铜板材料组成。

4、传统的变压器制造工艺对绕组的散热能力存在显著限制。因此，千瓦级高频变压器的尺寸在电源转换装置中占据大量空间，成为进一步提升功率密度的主要障碍之一。

技术实现思路

1、为克服上述限制，本公开提出了一种新型高频变压器制造工艺，旨在实现超大功率密度。通过在变压器内部设计高效的热传导路径，并采用如聚对苯二甲酸丁二酯（pbt）和聚苯硫醚（pps）等树脂材料进行一体成型封装工艺，本公开的多个实施例显著提高了绕组的热传导能力。绕组产生的热量可直接传导至高导热性外部部件，例如铜板、铝板或陶瓷片。本新型变压器结构因此可实现比传统变压器功高出数倍以上的功率密度。

2、本公开的优选实施例通过提供一种用于高功率应用的模块化变压器，通常可解决或规避上述问题，并实现技术上的优势。

3、根据本公开的一个实施方式，提供一种变压器，该变压器包括：磁芯中柱，包括接触磁芯部分、垂直部分和延伸部分的第一内置散热片，其中接触磁芯包覆磁芯中柱的第一部分，绕设在磁芯中柱上的第一绕组，其中第一内置散热片的接触磁芯部分位于第一绕组与磁芯中柱之间，绕设在磁芯中柱上的第二绕组，其中第一绕组位于第二绕组与磁芯中柱之间，位于第二绕组之上的第一外散热片，其中第一内置散热片的垂直部分邻近第一绕组和第二绕组的最外圈匝，第一内置散热片的延伸部分与第一外散热片直接接触，以及多个磁芯部件，多个磁芯部件位于第二绕组的外周围，其中磁芯中柱和多个磁芯部件构成变压器的磁通路径。

4、根据本公开的另一个实施方式，提供一种功率转换器，该功率转换器包括：主侧开关网络，其与输入电压源连接，次侧开关网络，其与滤波器连接，以及模块化变压器，其具有第一端子和第二端子，连接至主侧开关网络，以及第三端子和第四端子，连接至次侧开关网络，其中模块化变压器包括磁芯中柱，第一内置散热片，其包括接触磁芯部分、垂直部分和延伸部分，其中接触磁芯包覆磁芯中柱的第一部分，绕设在磁芯中柱上的第一绕组，其中第一内置散热片的接触磁芯部分位于第一绕组与磁芯中柱之间，绕设在磁芯中柱上的第二绕组，其中第一绕组位于第二绕组与磁芯中柱之间，在第二绕组之上的第一外散热片，其中第一内置散热片的垂直部分邻近第一绕组和第二绕组的最外圈匝，第一内置散热片的延伸部分与第一外散热片直接接触，以及位于第二绕组的外周围的多个磁芯部件，其中磁芯中柱和多个磁芯部件构成变压器的磁通路径。

5、根据本公开的又一实施方式，提供一种制造方法，包括：将第一内置散热片包覆在磁芯中柱上， 将第一导线绕设在磁芯中柱上，以形成第一绕组， 将第二导线绕设在磁芯中柱上，位于第一绕组之上，以形成第二绕组， 将第一外散热片安装在第二绕组上方， 通过执行压制工艺和第一次注塑成型工艺形成一个绕组部分，其中在压制工艺中，第一绕组第二绕组被压制成期望形状，第一内置散热片的可弯折部分被弯折以与第一外散热片直接接触，第一次注塑成型工艺中，第一注塑材料被施加于绕组部分中以封装组件并填充绕组部分内的间隙，以及通过执行第二次注塑成型工艺，形成一个包括绕组部分和包围绕组部分的多个磁芯部件的模块化变压器，其中在第二次注塑成型工艺中，第二注塑材料封装绕组部分和多个磁芯部件，并填模块化变压器内的间隙，且第一注塑材料和第二注塑材料可以相同也可以不同。

6、前文较为概括地列出了本公开的特点和技术优点，旨在使随后对本公开的详细描述能够更易于理解。将在下文中描述本公开的其他特点和优点，这些构成本公开权利要求的主题。 本领域技术人员应当理解，此处所公开的构思和具体实施方式可作为修改或设计其他结构或工艺的基础，以实现本公开相同的目的。 本领域技术人员还应当明白，此类等效构造并不脱离所附权利要求所限定的本公开的精神和范围。

1.一种变压器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，进一步包括：

3. 根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，进一步包括：

4.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，其中：

5.根据权利要求4所述的变压器，其特征在于，进一步包括：

6.根据权利要求5所述的变压器，其特征在于，其中：

7.根据权利要求6所述的变压器，其特征在于，其中：

8. 根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，其中：

9.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，其中：

10.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，其中：

11.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，其中：

12.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，其中：

13.一种功率转换器，其特征在于，包括：

14.根据权利要求13所述的功率转换器，其特征在于，进一步包括：

15. 根据权利要求13所述的功率转换器，其特征在于，其中：

16.一种变压器的制造方法，其特征在于，包括：

17. 根据权利要求16所述的变压器的制造方法，其特征在于，其中：

18.根据权利要求16所述的变压器的制造方法，其特征在于，进一步包括：

19.根据权利要求18所述的变压器的制造方法，其特征在于，其中：

20. 根据权利要求18所述的变压器的制造方法，其特征在于，进一步包括：