电源变压器用环形堆叠绕组结构设计

　　在中小功率工频电源、低压配电终端、工业控制辅助供电等场景中，环形绕组的电源变压器凭借磁路闭合度高、漏磁小的优势，一直是小空间安装场景下的优选方案，本次呈现的堆叠式环形绕组结构，正是针对薄型安装空间优化的绕组排布方案。不同于传统分层绕制的环形变压器绕组，该结构采用分段堆叠的排布逻辑，将原副边绕组沿环形磁芯的轴向分段堆叠排布，而非传统的径向层叠，这种设计首先解决了传统径向绕制绕组层间绝缘占用径向空间、整体外径偏大的问题，能够在相同磁芯截面积下，将绕组整体外径压缩12%左右，适配安装面板开孔尺寸受限的嵌入式供电场景。

　　从实际应用场景来看，这类堆叠绕组结构的电源变压器，常被用于超薄型工业控制电源模块、壁挂式低压配电终端、紧凑型音频供电单元等对安装厚度有严格限制的设备中，传统环形变压器绕组径向层叠后，整体厚度受绕组层数影响较大，而轴向堆叠的排布方式，可以将绕组的轴向高度根据安装空间的厚度限制灵活调整，通过调整单段绕组的匝数、堆叠段数，匹配不同的安装边界要求。在功能特性层面，该结构的绕组分段排布后，原副边绕组之间的爬电距离可以通过分段间隔的绝缘衬垫灵活控制，无需在绕组层间增加多层绝缘胶带，既降低了绕组整体的热阻，提升了变压器长时间满载运行时的散热效率，也能更轻松地满足安规规范中对原副边绝缘距离的要求，避免传统层绕结构中层间绝缘破损导致的耐压失效问题。

　　设计过程中，首先需要根据目标功率等级选定对应截面积的环形硅钢磁芯，磁芯的内径尺寸需要预留足够的绕制操作空间，避免堆叠绕组的内侧引线与磁芯内壁发生摩擦破损；每一段绕组的绕制宽度需要严格匹配磁芯轴向的分段尺寸，单段绕组的匝数偏差需要控制在±1匝以内，避免各段绕组之间出现环流，导致变压器空载损耗升高。绕组的引线需要从每段绕组的外侧统一引出，沿磁芯的径向排布至接线端位置，引线之间需要增加绝缘套管隔离，避免堆叠段之间的引线交叉挤压造成绝缘破损。

　　从安装边界来看，该结构的整体外形为规整的薄型圆环，安装时可以通过磁芯中心的通孔采用穿心螺栓固定，固定螺栓与磁芯内壁之间需要增加绝缘套管，避免螺栓形成短路环造成磁芯发热；整体外径尺寸需要比安装面板的开孔尺寸小2-3mm，预留安装公差与热膨胀余量，轴向安装厚度需要比设备内部的预留空间小1.5mm以上，避免装配时挤压绕组造成绝缘层变形。在绕组的堆叠间隙中，可以根据散热需求填充导热硅胶垫，将绕组运行时产生的热量传导至安装壳体上，进一步提升变压器的持续负载能力，这种结构相比传统的层绕环形变压器，在相同功率等级下，空载电流可降低8%左右，漏感值可控制在额定电感量的0.2%以内，能够有效降低供电回路中的纹波干扰，适配对供电纹波要求较高的精密控制电路供电场景。需要注意的是，堆叠绕组的绕制过程中，每段绕组的绕向需要保持一致，相邻段绕组之间的连接需要做好绝缘包裹，避免连接点的毛刺刺破绝缘层造成匝间短路，绕组整体绕制完成后，需要在外层包裹绝缘聚酯薄膜，再通过浸漆工艺固化绕组结构，提升绕组的机械强度，避免设备运输、运行过程中的振动导致绕组松散移位。