CN114914064A - 平面差分变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种平面差分变压器，包括：第一磁芯、第二磁芯、平面绕组和固定结构；平面绕组为中空环形结构，包括初级平面绕组和次级平面绕组；初级平面绕组和次级平面绕组之间通过垫片隔开；第一磁芯和第二磁芯为RM型结构；平面绕组安装在第一磁芯和第二磁芯之间；通过固定结构对第一磁芯和第二磁芯进行固定。通过对RM型铁氧体磁芯和平面绕组的结构进行设计，有效降低了平面变压器的漏感、平面绕组的分布电容以及交流电阻，从而降低平面变压器的总损耗，实现平面变压器的高品质因数。本发明可应用于超高精度电容位移传感电路，能够满足星载静电悬浮加速度计和空间惯性传感器差分电容测量噪声的需求。
Description
技术领域
本发明涉及空间科学测量技术领域，特别涉及一种平面差分变压器。
背景技术
星载静电悬浮加速度计和空间惯性传感器是在空间科学实验中应用较为广泛的测量仪器，其核心测量技术是电容位移传感器，能够将测试质量相对于航天器位置与姿态的变化转换为输出电压的变化，具有精度高的优点。科学实验中电容位移传感测量***主要包括敏感结构和差分电容检测电路两个部分。敏感结构主要由测试质量和传感电极两个部分组成，用于敏感外界非保守力的作用。当给测试质量施加高频激励信号后，测试质量与其正对的两个电极构成一对差分电容，差分电容值将随着测试质量位移的变化而发生变化。差分电容检测电路主要包括差分变压器桥路和前置放大电路两个部分，差分变压器桥路将差分电容信号调制到高频载波电流信号上，再由前置放大电路将电流信号放大成电压信号。差分变压器桥路主要由差分电容、电路调谐电容以及差分变压器三个部分组成，应用差分变压器可以达到提高信噪比、消除一阶共模噪声以及防止接地回路的目的。当差分变压器桥路谐振频率与高频载波信号频率相等时，差分变压器桥路输出阻抗最大，差分电容检测电路电容测量噪声最小。在满足设计指标要求的前提下，差分电容检测电路的差分变压器品质因数越高，差分电容测量噪声越小。如何提高Q值是电容位移传感***差分变压器的发展方向。
发明专利CN102243918A公开了一种平面变压器，特征包括有磁芯、初级绕组和次级绕组，初级绕组和次级绕组的其中一个绕组为扁平绝缘线绕制，另一个绕组为印刷电路板绕组。该专利在保证其体积依然非常小巧紧凑的前提下，使得初级绕组与次级绕组均可承载较大的电流，但是采用扁平绝缘线绕制绕组不仅会降低变压器的再现性，而且也会降低变压器的精度。
发明专利CN105304296A公开了一种印制电路板平面变压器，变压器原、副边绕组采用平面多层叠放结构，使绕组间耦合更加紧密，减小了变压器体积；采用105μm厚的铜箔作为绕组，充分利用导体的趋肤效应，提高了铜箔的导电利用率，提升了绕组的电流密度。该专利在使绕组间更加紧密的同时也增大了绕组间的分布电容，降低了绕组的自谐振频率；在充分利用导体趋肤效应的同时也增大了绕组的交流损耗。
发明专利CN106328357A公开了一种基于双面印刷电路板的平面变压器，特征包括磁芯、印刷电路板，磁芯环绕在印刷电路板的***，每层印刷电路板的正、反面均设置有图案层；图案层包括线圈区、引线结点以及连接点。该专利的初级绕组或次级绕组具有丰富的组合方式，但是该连接方式不利于高精度变压器的实现，而且在没有绝缘的情况下会增大绕组间的分布电容；且位于图案层的引线结点和连接点将会降低绕组的空间利用率。
发明专利CN105590735A公开了一种平面变压器，特征包括上磁芯、下磁芯以及设置在上下磁芯之间的多个扁平线圈，相邻扁平线圈之间绝缘，每个扁平线圈是由多匝盘绕成螺旋形状的金属导体构成，每个扁平线圈的每匝线圈宽度按照每个线圈中心向外侧方向改变。该专利可以按照实际需求调整平面变压器的漏感和交流电阻，但是扁平线圈存在增大绕组直流损耗、增加绕组间分布电容以及降低绕组空间利用率的缺点。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种平面差分变压器，通过对RM型铁氧体磁芯和平面绕组的结构进行设计，有效降低了平面变压器的漏感、平面绕组的分布电容以及交流电阻，从而降低平面变压器的总损耗，实现平面变压器的高品质因数。本发明可应用于超高精度电容位移传感电路，能够满足星载静电悬浮加速度计和空间惯性传感器差分电容测量噪声的需求。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提供一种平面差分变压器，包括：第一磁芯、第二磁芯、平面绕组和固定结构；
平面绕组安装在第一磁芯和第二磁芯之间；平面绕组为中空环形结构，包括初级平面绕组和次级平面绕组；初级平面绕组和次级平面绕组之间通过垫片隔开；
第一磁芯和第二磁芯为RM型结构；
通过固定结构对第一磁芯和第二磁芯进行固定。
优选地，通过粘合剂将平面绕组和垫片进行粘合固定。
优选地，第一磁芯和第二磁芯为铁氧体磁芯，第一磁芯和第二磁芯的中心柱为实心结构。
优选地，第一磁芯和第二磁芯的背部分别对称设置有安装槽。
优选地，固定结构包括第一固定件和第二固定件；第一固定件和第二固定件为U形结构；
第一固定件安装在第一磁芯和第二磁芯一侧的安装槽内；
第二固定件安装在第一磁芯和第二磁芯另一侧的安装槽内。
优选地，平面绕组中的任一个平面绕组包括：印制电路板；
印制电路板为中空环形结构，印制电路板的内部包含层压板，每层层压板的顶层和底层设置有线圈，顶层和底层上的线圈通过盲孔进行电气连接，顶层和底层上的线圈位置相错开。
优选地，印制电路板向外延伸有连接端；连接端上设置有通孔；
相邻层压板之间通过连接端上的通孔进行电气连接。
优选地，相邻层压板之间设置有绝缘层，绝缘层的材料与印制电路板的材料相同。
优选地，基板的材料与垫片的材料相同。
与现有的技术相比，通过对RM型铁氧体磁芯和平面绕组的结构进行设计，有效降低了平面变压器的漏感、平面绕组的分布电容以及交流电阻，从而降低平面变压器的总损耗，实现平面变压器的高品质因数。本发明可应用于超高精度电容位移传感电路，能够满足星载静电悬浮加速度计和空间惯性传感器差分电容测量噪声的需求。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的平面差分变压器的立体结构示意图。
图2是根据本发明实施例提供的平面差分变压器的分解结构示意图。
图3是根据本发明实施例提供的平面差分变压器的平面绕组的结构示意图。
图4是根据本发明实施例提供的谐振电桥电路的示意图。
图5是根据本发明实施例提供的谐振电桥电路的谐振电桥电路开路电压频率特性曲线示意图。
图6是根据本发明实施例提供的谐振电桥电路的谐振电桥电路等效阻抗频率特性曲线示意图。
其中的附图标记包括：第一磁芯1、次级平面绕组2、第一垫片3-1、第二垫片3-2、第二磁芯4、第一固定件5-1、第二固定件5-2、第一初级平面绕组6-1和第二初级平面绕组6-2。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
图1示出了根据本发明实施例提供的平面差分变压器的立体结构。
图2示出了根据本发明实施例提供的平面差分变压器的分解结构。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的平面差分变压器包括：第一磁芯1、次级平面绕组2、第一垫片3-1、第二垫片3-2、第二磁芯4、第一固定件5-1、第二固定件5-2、第一初级平面绕组6-1和第二初级平面绕组6-2。
第一磁芯1、第二磁芯4为结构、材料相同的铁氧体磁芯，均采用低温度系数、低损耗的铁氧体材料。
第一磁芯1和第二磁芯4均为RM型结构，RM型磁芯的中心柱为实心结构，以提高平面绕组的空间利用率和磁芯的电感因数。第一磁芯1和第二磁芯4的背部分别设置有两个安装槽，两个安装槽对称设置。
第一固定件5-1和第二固定件5-2均为U形结构；
第一固定件5-1安装在第一磁芯1和第二磁芯4一侧的安装槽内；
第二固定件5-2安装在第一磁芯1和第二磁芯4另一侧的安装槽内；
第一固定件5-1和第二固定件5-2用于对第一磁芯1和第二磁芯4进行固定，以保证平面差分变压器的可靠性和精确装配。
第一初级平面绕组6-1、第二初级平面绕组6-2、次级平面绕组2、第一垫片3-1和第二垫片3-2分别安装在第一磁芯1和第二磁芯4的内部，从上到下的放置顺序依次为：第一初级平面绕组6-1、第一垫片3-1、次级平面绕组2、第二垫片3-2、第二初级平面绕组6-2并使用低出气粘合剂将上述组件粘合在一起。
第一垫片3-1和第二垫片3-2分别用于减小次级平面绕组2与第一初级平面绕组6-1、第二初级平面绕组6-2之间的分布电容。通过增加绝缘垫片的方式，能够增大电容极板之间的距离，从而降低绕组之间的分布电容值。
图3示出了根据本发明实施例提供的平面差分变压器的平面绕组结构。
第一初级平面绕组6-1和第二初级平面绕组6-2用于差分输入。
第一初级平面绕组6-1、第二初级平面绕组6-2和次级平面绕组2的结构、材料均相同，均包括中空环形的印制电路板和连接端。
印制电路板向外延伸有连接端，连接端上设置有若干个通孔。印制电路板包括单面板、双面板、四层板、六层板以及多层板等。
印制电路板内部包含多个层压板，每层层压板的顶层和底层均设置有线圈，顶层和底层上安装的线圈通过盲孔进行电气连接，顶层和底层的线圈略微错开，能够减小电容极板之间的有效面积，从而降低线圈之间的分布电容值。错开线圈还能够减小线圈之间邻近效应的影响，从而降低交流电阻。相邻层压板之间放置有一定厚度的绝缘层，绝缘层材料与印制电路板的材料相同。
相邻层压板之间利用位于连接端上的通孔进行电气连接，以节省印刷电路板环绕第一磁芯和第二磁芯圆形部分的匝数空间。
基板是印制电路板中的绝缘部分。平面绕组的电气功能是通过基板上的布线和钻孔实现的。基板材料与第一垫片3-1和第二垫片3-2采用同种相对介电常数较低的材料，用于减小同不同层压板的线圈之间的分布电容。
本发明还提供一种利用平面差分变压器制备的谐振电桥电路，包括：一对差分输入电容、两个调谐电容和一个差分变压器。
为了提高输出信噪比，电路谐振时，电路的等效阻抗与输出电压值最大。同时，为了提升电路的热稳定性、降低电路的电压热噪声，从材料选择、线圈漏感抑制、分布电容降低和交流电阻减小四个方面考虑，对平面变压器的结构进行设计，有效降低了平面变压器的总损耗，最终实现平面变压器的超高品质因数。本发明应用于差分电容位移传感技术，能够达到优于
超高电容检测分辨率。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种平面差分变压器，其特征在于，包括：第一磁芯、第二磁芯、平面绕组和固定结构；
所述平面绕组安装在所述第一磁芯和所述第二磁芯之间；所述平面绕组为中空环形结构，包括初级平面绕组和次级平面绕组；所述初级平面绕组和所述次级平面绕组之间通过垫片隔开；
所述第一磁芯和所述第二磁芯为RM型结构；
通过所述固定结构对所述第一磁芯和所述第二磁芯进行固定。
2.根据权利要求1所述的平面差分变压器，其特征在于，通过粘合剂将所述平面绕组和所述垫片进行粘合固定。
3.根据权利要求2所述的平面差分变压器，其特征在于，所述第一磁芯和第二磁芯为铁氧体磁芯，所述第一磁芯和第二磁芯的中心柱为实心结构。
4.根据权利要求3所述的平面差分变压器，其特征在于，所述第一磁芯和第二磁芯的背部分别对称设置有安装槽。
5.根据权利要求4所述的平面差分变压器，其特征在于，所述固定结构包括第一固定件和第二固定件；所述第一固定件和第二固定件为U形结构；
所述第一固定件安装在所述第一磁芯和第二磁芯一侧的安装槽内；
所述第二固定件安装在所述第一磁芯和第二磁芯另一侧的安装槽内。
6.根据权利要求5所述的平面差分变压器，其特征在于，所述平面绕组中的任一个平面绕组包括：印制电路板；
所述印制电路板为中空环形结构，所述印制电路板的内部包含层压板，每层层压板的顶层和底层设置有线圈，所述顶层和底层上的线圈通过盲孔进行电气连接，所述顶层和底层上的线圈位置相错开。
7.根据权利要求6所述的平面差分变压器，其特征在于，所述印制电路板向外延伸有连接端；所述连接端上设置有通孔；
相邻所述层压板之间通过所述连接端上的通孔进行电气连接。
8.根据权利要求7所述的平面差分变压器，其特征在于，相邻所述层压板之间设置有绝缘层，所述绝缘层的材料与所述印制电路板的材料相同。
9.根据权利要求8所述的平面差分变压器，其特征在于，所述基板的材料与所述垫片的材料相同。
10.一种利用如权利要求1-9任一项所述平面差分变压器制备的谐振电桥电路，包括：一对差分输入电容、两个调谐电容和平面差分变压器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220816 |