[发明专利]平面差分变压器

说明书

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。

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系统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值是电容位移传感系统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外围，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。