EP2284848B1 - Transmitter - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Übertrager mit einem Primärkern mit einer Primärwicklung, einem ersten Sekundärkern mit einer ersten Sekundärwicklung und einem zweiten Sekundärkern mit einer zweiten Sekundärwicklung.The invention relates to a transformer having a primary core with a primary winding, a first secondary core with a first secondary winding and a second secondary core with a second secondary winding.
Aus der Interface-Technik sind elektronische Bauelemente, wie beispielsweise modulare Konverter für die Mess-, Steuer- und Regelungstechnik, und insbesondere Trennverstärker bekannt. Derartige Trennverstärker können zur galvanischen Trennung, Umsetzung, Verstärkung und/oder Filterung von Standard-, Normsignalen und Anpassung analoger Signale benutzt werden. Die Trennverstärker sind vielfach im Eingangs-, Ausgangs- und/oder Versorgungskreis galvanisch voneinander getrennt. Durch die Trennung wird die Beeinflussung verschiedener Sensor- und Aktorkreise untereinander dadurch vermieden, dass die Erdschleifen, die durch Erdung der verschiedenen Stromkreise entstehen, unterbrochen werden.From the interface technology electronic components, such as modular converters for measurement and control technology, and in particular isolation amplifier known. Such isolation amplifiers can be used for galvanic isolation, conversion, amplification and / or filtering of standard, standard signals and adaptation of analog signals. The isolation amplifiers are often galvanically isolated from each other in the input, output and / or supply circuit. The separation avoids the influence of different sensor and actuator circuits among each other by interrupting the ground loops caused by grounding of the various circuits.
Die galvanische Trennung erfolgt dabei beispielsweise durch induktive passive Bauelemente, welche die Eigenschaft besitzen, elektrische Energie zu übertragen. Ein aus dem Stand der Technik bekanntes passives Bauelement ist beispielsweise der Transformator, der das Herauf- oder Heruntertransformieren von Wechselspannungen ermöglicht. Ein Transformator, der nicht zur Energieübertragung benutzt wird, sondern zu analogen Informationsübertragung eingesetzt wird, wird im Stand der Technik als Übertrager bezeichnet. Ein derartiger Übertrager kann für die Übertragung von Energie und/oder von Signalen eingesetzt werden, wobei beide vorgenannten elektronischen Bauteile nach dem gleichen Prinzip eines induktiven Bauelements funktionieren. Vielfach sind die elektronischen Bauteile von Trennverstärkern, insbesondere des Übertragers, auf Leiterplatten montiert, wobei die Leiterplatte in einem Isolierstoffgehäuse angeordnet und mit Schraub-, Steck- oder Federanschlusstechnik ausgestattet ist. Derartige Isolierstoffgehäuse sind auf Tragschienen nach EN 50022 aufrastbar und somit beispielsweise in Schaltschränken montierbar.The galvanic isolation is carried out for example by inductive passive components, which have the property to transmit electrical energy. A well-known from the prior art passive device is, for example, the transformer that allows the up or down transforming AC voltages. A transformer, which is not used for energy transmission, but is used for analog information transmission, is referred to in the art as a transformer. Such a transformer can be used for the transmission of energy and / or signals, wherein both aforementioned electronic components according to the same principle of an inductive component function. In many cases, the electronic components of isolation amplifiers, in particular of the transformer, mounted on printed circuit boards, wherein the circuit board is arranged in an insulating material and equipped with screw, plug or spring connection technology. Such Isolierstoffgehäuse can be snapped onto mounting rails to EN 50022 and thus mounted, for example, in cabinets.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Übertrager weisen in der Regel einen Kern und mehrere Wicklungen auf dem Kern auf. Dabei ist der Kern beispielsweise als ein Magnetkern aus einem weichmagnetischen Material ausgeführt, also beispielsweise ein Ferrit, während die Wicklung vorzugsweise aus einem isolierten Draht ausgeführt ist. Der Ausgangsstrom bzw. die Ausgangsspannung werden bei derartigen Übertragern, die in der Regel hochohmig abgeschlossen sind, bzw. bei als Stromwandlern ausgeführten Übertragern, die üblicherweise im Ausgang kurzgeschlossen sind, über das Wicklungsverhältnis bestimmt. Vielfach weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Übertrager mehrere Sekundärwicklungen auf, so dass die Ausgangsspannung an allen Sekundärwicklungen ansteht, unabhängig davon, ob der Ausgang belastet wird oder nicht. Dabei variiert jeder einzelne Ausgangsstrom je nach Belastung und ist unabhängig von der Belastung des Nachbarausgangs.The known from the prior art transformers usually have a core and a plurality of windings on the core. In this case, the core is designed, for example, as a magnetic core of a soft magnetic material, that is, for example, a ferrite, while the winding is preferably made of an insulated wire. The output current or the output voltage are determined by the winding ratio in such transformers, which are usually high-impedance, or when designed as current transformers transformers that are usually short-circuited in the output. In many cases, the known from the prior art transformer several secondary windings, so that the output voltage is present at all secondary windings, regardless of whether the output is loaded or not. Each individual output current varies depending on the load and is independent of the load of the neighboring output.
Aus der
Ein anderer Übertrager ist aus der
bekannten und beispielsweise oben erwähnten Übertragern, sind die Ausgangsströme der Sekundärwicklungen des Übertragers der
known and, for example, above-mentioned transformers, the output currents of the secondary windings of the transformer are the
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Übertrager zur Verfügung zu stellen, der wenigstens zwei Ausgänge aufweist, die auf verlässliche Weise den gleichen Strom liefern.The invention has for its object to provide a transformer which has at least two outputs that reliably deliver the same power.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved according to the invention by the features of the independent claim. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Demnach erfolgt die Lösung der Aufgabe durch einen Stromwandler mit einem Primärkern mit einer Primärwicklung, einem ersten Sekundärkern mit einer ersten Sekundärwicklung und einem zweiten Sekundärkern mit einer zweiten Sekundärwicklung, wobei der Primärkern, der erste Sekundärkern und der zweite Sekundärkern über eine Kurzschlusswicklung miteinander verbunden sind und die erste Sekundärwicklung und die zweite Sekundärwicklung bei gleicher Windungszahl im Kurzschluss betreiben sind. Erfindungsgemäß wird damit ein Übertrager bzw. ein Stromwandler angegeben, der als "Verdoppler" ein Eingangssignal an zwei Ausgängen derart zur Verfügung stellt, dass - bei gleicher Windungszahl der ersten Sekundärwicklung und der zweiten Sekundärwicklung - an beiden Ausgängen das gleiche Signal zur Verfügung steht. Überraschenderweise wurde gefunden, dass der erfindungsgemäße Übertrager auf besonders einfache Weise die Bereitstellung des gleichen Stromes an den beiden Ausgängen erlaubt, wobei sich die Ströme nicht, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Lasten, ungleichmäßig aufteilen. Dadurch, dass sich beide Sekundärwicklungen in einer Reihenschaltung befinden, ist der Strom in beiden Sekundärwicklungen bei gleichen Windungszahlen gleich groß. Bei unterschiedlichen Windungszahlen der Sekundärwicklungen verhalten sich die Ausgangströme der Sekundärwicklungen entsprechend dem Verhältnis der Windungszahlen der Sekundärwicklungen.Accordingly, the object is achieved by a current transformer having a primary core with a primary winding, a first secondary core with a first secondary winding and a second secondary core with a second secondary winding, wherein the primary core, the first secondary core and the second secondary core are connected to each other via a short-circuit winding and the first secondary winding and the second secondary winding are operated at the same number of turns in a short circuit. According to the invention, a transformer or a current transformer is specified, which provides an input signal at two outputs as "doubler" such that - with the same number of turns of the first secondary winding and the second secondary winding - the same signal is available at both outputs. Surprisingly, it has been found that the transformer according to the invention in a particularly simple manner the provision of the same current at the two outputs allowed, wherein the currents do not divide unevenly, for example due to different loads. Due to the fact that both secondary windings are connected in series, the current in both secondary windings is the same for the same number of turns. For different number of turns of the secondary windings, the output currents of the secondary windings behave in accordance with the ratio of the number of turns of the secondary windings.
Unter Eingang bzw. Ausgang werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Primärwicklung bzw. die erste Sekundärwicklung und/oder die zweite Sekundärwicklung verstanden. Eine Eingangsspannung liegt demnach beispielsweise an der Primärwicklung an, während eine Ausgangsspannung an einer Sekundärwicklung anliegt.In the context of the present invention, input or output is understood to be the primary winding or the first secondary winding and / or the second secondary winding. Accordingly, an input voltage is applied, for example, to the primary winding, while an output voltage is applied to a secondary winding.
Der Primärkern, der erste Sekundärkern und/oder der zweite Sekundärkern können als ein beliebiger Kern für ein - in Zusammenwirkung mit einer Wicklung - beliebiges induktives Bauelement ausgebildet sein. Vorzugsweise weist der Primärkern, der erste Sekundärkern und/oder der zweite Sekundärkern einen Magnetkern aus einem weichmagnetischen Material auf, ganz besonders bevorzugt jedoch einen Ferritkern. Die Primärwicklung, die erste Sekundärwicklung, die zweite Sekundärwicklung und/oder die Kurzschlusswicklung sind/ist vorzugsweise als ein elektrischer Leiter, wie ein Draht, jedoch ganz besonders bevorzugt als ein isolierter Draht ausgeführt. Grundsätzlich lässt sich ein beliebiger Strom an die Primärwicklung, die erste Sekundärwicklung und/oder die zweite Sekundärwicklung anlegen. Bevorzugter Weise wird der Übertrager jedoch mit einem Strom von 0 bis 5, 10, 20, 50 und/oder 100 mA an der Primärwicklung und/oder an einer Sekundärwicklung betrieben.The primary core, the first secondary core and / or the second secondary core may be formed as any core for - in cooperation with a winding - arbitrary inductive component. Preferably, the primary core, the first secondary core and / or the second secondary core comprises a magnetic core of a soft magnetic material, but most preferably a ferrite core. The primary winding, the first secondary winding, the second secondary winding and / or the short-circuit winding are / is preferably designed as an electrical conductor, such as a wire, but most preferably as an insulated wire. In principle, any current can be applied to the primary winding, the first secondary winding and / or the second secondary winding. Preferably, however, the transformer is with a current of 0 to 5, 10, 20, 50th and / or 100 mA at the primary winding and / or at a secondary winding.
Wie vorab erwähnt, kann die Kurzschlusswicklung beliebig ausgestaltet sein. Ganz besonders bevorzugt ist die Kurzschlusswicklung jedoch in sich abgeschlossen, also beispielsweise eine in sich geschlossene Wicklung aufweist. Weiterhin ist bevorzugt, dass die Kurzschlusswicklung eine, zwei, fünf oder zehn Wicklungen aufweist.As mentioned above, the short-circuit winding can be configured as desired. Most preferably, however, the short-circuit winding is self-contained, that is, for example, has a self-contained winding. Furthermore, it is preferred that the short-circuit winding has one, two, five or ten windings.
Grundsätzlich kann die Windungszahl der ersten Sekundärwicklung und/oder der zweiten Sekundärwicklung beliebig sein. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Windungszahl der ersten Sekundärwicklung gleich der Windungszahl der zweiten Sekundärwicklung. Durch eine derartige Ausgestaltung wird erreicht, dass die Ströme in den beiden Sekundärwicklungen, also in der ersten Sekundärwicklung und der zweiten Sekundärwicklung, gleich groß sind, sich also auch bei ungleichmäßiger Last an der ersten Sekundärwicklung und an der zweiten Sekundärwicklung sich nicht ungleichmäßig aufteilen sondern gleich sind.In principle, the number of turns of the first secondary winding and / or the second secondary winding can be arbitrary. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the number of turns of the first secondary winding is equal to the number of turns of the second secondary winding. By such a configuration it is achieved that the currents in the two secondary windings, ie in the first secondary winding and the second secondary winding are the same size, so even with uneven load on the first secondary winding and the second secondary winding is not divided unevenly but the same are.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen der Primärkern, der erste Sekundärkern und der zweite Sekundärkern jeweils ein Mittelloch auf, wobei die Primärwicklung, die erste Sekundärwicklung und die zweite Sekundärwicklung durch das jeweilige Mittelloch geführt sind und die Kurzschlusswicklung durch das jeweilige Mittelloch geführt ist. Derartig ausgestaltet, bilden der Primärkern, der erste Sekundärkern und der zweite Sekundärkern jeweils ein induktives Bauelement aus, wobei der Primärkern, der erste Sekundärkern und der zweite Sekundärkern vorzugsweise einen Magnetkern aus einem weichmagnetischen Material aufweisen und die Primärwicklung, die erste Sekundärwicklung und die zweite Sekundärwicklung sowie die Kurzschlusswicklung vorzugsweise aus isoliertem Draht ausgeführt sind. Die Dimensionierung der Primärwicklung, der ersten Sekundärwicklung, der zweiten Sekundärwicklung und/oder der Kurzschlusswicklung kann dabei hinsichtlich der zu erwartenden Spannungen, Ströme und der Windungszahlen erfolgen.According to a further preferred embodiment of the invention, the primary core, the first secondary core and the second secondary core each have a center hole, wherein the primary winding, the first secondary winding and the second secondary winding are guided through the respective center hole and the short-circuit winding is passed through the respective center hole. Thus configured, the primary core, the first secondary core and the second secondary core each form an inductive component, wherein the primary core, the first secondary core and the second secondary core preferably comprise a magnetic core of a soft magnetic material and the primary winding, the first secondary winding and the second secondary winding and the short-circuit winding are preferably made of insulated wire. The dimensioning of the primary winding, the first secondary winding, the second secondary winding and / or the short-circuit winding can be carried out with regard to the expected voltages, currents and the number of turns.
Grundsätzlich kann der Übertrager als ein beliebiges elektrisches Bauelement in einer beliebigen aus dem Stand der Technik bekannten Fertigungsweise hergestellt werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass der Übertrager ein Substrat zum Vorsehen auf einer Leiterplatte aufweist, das Substrat eine Leiterbahn aufweist und der Primärkern, der erste Sekundärkern und/oder der zweite Sekundärkern auf dem Substrat derart befestigbar sind, dass die Leiterbahn die Kurzschlusswicklung ausbildet. Dadurch lässt sich ein Übertrager in besonders platzsparender Weise mit geringer Bauhöhe herstellen, der besonders einfach auf aus dem Stand der Technik bekannten Leiterplatten montierbar ist.In principle, the transmitter may be manufactured as any electrical component in any manner known in the art. According to a particularly preferred embodiment of the invention, however, it is provided that the transmitter has a substrate for provision on a printed circuit board, the substrate has a conductor track and the primary core, the first secondary core and / or the second secondary core can be fastened to the substrate such that the Ladder forms the short circuit winding. This makes it possible to produce a transformer in a particularly space-saving manner with low overall height, which is particularly easy to mount on known from the prior art circuit boards.
Ganz besonders bevorzugt ist der erfindungsgemäße Übertrager weiterhin derart ausgestaltet, dass die Anforderungen für die Luft- und Kriechstrecken gemäß den Normen zur Sicherstellung der Eigensicherheit, auch EX-Normen genannt, erfüllt sind, wie der Normen EN 60079-11 oder EN 60079-0, also der Primärkern mit der Primärwicklung, der erste Sekundärwicklung mit der ersten Sekundärwicklung, der zweite Sekundärkern mit der zweiten Sekundärwicklung und die Kurzschlusswicklung entsprechend den EX-Normen auf dem Substrat dimensioniert und positioniert sind. Ebenfalls ist bevorzugt, dass die Leiterbahn entsprechend der zu erwartenden Ströme und/oder Spannungen der Kurzschlusswicklung dimensioniert ist. Dabei ist weiterhin bevorzugt, dass die Leiterbahn innerhalb des Substrats vorgesehen ist, so dass das Substrat die Isolierung für die Leiterbahn ausbildet. Das Substrat kann ebenfalls als eine aus dem Stand der Technik bekannte Leiterplatte zum Aufnehmen des Primärkerns sowie der Sekundärkerne ausgestaltet sein.Most preferably, the transformer according to the invention is further configured such that the requirements for clearance and creepage distances according to the standards for ensuring intrinsic safety, also called EX standards, are met, such as the standards EN 60079-11 or EN 60079-0, that is, the primary core with the primary winding, the first secondary winding with the first secondary winding, the second secondary core with the second secondary winding and the short-circuit winding according to the EX standards dimensioned and positioned on the substrate. It is also preferred that the Conductor is dimensioned according to the expected currents and / or voltages of the short-circuit winding. It is further preferred that the conductor track is provided within the substrate, so that the substrate forms the insulation for the conductor track. The substrate can also be configured as a circuit board known from the prior art for receiving the primary core and the secondary cores.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine zweite Leiterbahn auf dem Substrat und/oder auf der Leiterplatte vorgesehen ist und die Leiterbahn mit der zweiten Leiterbahn zur Ausbildung der Kurzschlusswicklung verbunden ist. Ganz besonders bevorzugt wird durch eine derartige Ausgestaltung eine abgeschlossene Kurzschlusswicklung bereitgestellt. Das Vorsehen einer zweiten Leiterbahn auf dem Substrat und/oder auf der Leiterplatte ermöglicht also eine besonders einfache Ausbildung der Kurzschlusswicklung.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that a second conductor track is provided on the substrate and / or on the circuit board and the conductor track is connected to the second conductor track for forming the short-circuit winding. Most preferably, a completed short-circuit winding is provided by such a configuration. The provision of a second conductor on the substrate and / or on the circuit board thus allows a particularly simple design of the short-circuit winding.
Grundsätzlich kann die Primärwicklung, die Sekundärwicklung, die zweite Sekundärwicklung und/oder die Kurzschlusswicklung mit beliebigen aus dem Stand der Technik bekannten Mitteln kontaktiert werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass das Substrat Kontaktflächen zum Kontaktieren der Leiterplatte und/oder zum Kontaktieren der Primärwicklung, der ersten Sekundärwicklung, der zweiten Sekundärwicklung und/oder der Kurzschlusswicklung aufweist. Die Kontaktflächen können beispielsweise metallisch ausgeführt sein, so dass durch Löten, Bonden oder anderen aus dem Stand der Technik bekannten Mitteln elektrisch leitende Verbindungen zwischen der Leiterplatte, der Leiterbahn, der Primärwicklung, der ersten Sekundärwicklung, der zweiten Sekundärwicklung, der Kurzschlusswicklung und/oder externen Kontakten herstellbar sind. Über derartige Kontaktflächen kann beispielsweise auf besonders einfache Weise ein elektrisch leitender Kontakt zu einer Ansteuerschaltung für den Übertrager hergestellt werden.In principle, the primary winding, the secondary winding, the second secondary winding and / or the short-circuit winding can be contacted with any means known from the prior art. According to a further preferred embodiment of the invention, however, it is provided that the substrate has contact surfaces for contacting the printed circuit board and / or for contacting the primary winding, the first secondary winding, the second secondary winding and / or the short-circuit winding. The contact surfaces may be metallic, for example, so that by soldering, bonding or other known from the prior art means electrically conductive connections between the circuit board, the conductor track, the primary winding, the first Secondary winding, the second secondary winding, the short-circuit winding and / or external contacts can be produced. About such contact surfaces, for example, in a particularly simple manner, an electrically conductive contact to a drive circuit for the transformer can be made.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Substrat Stege zum Aufnehmen des Primärkerns, des ersten Sekundärkerns und/oder des zweiten Sekundärkerns auf, wobei die Leiterbahn in dem Steg vorgesehen ist. Weiterhin ist bevorzugt, dass das Substrat zwei entgegengesetzt angeordnete Stege aufweist, der Primärkern auf dem ersten Steg angeordnet ist und der erste Sekundärkern und der zweite Sekundärkern auf dem zweiten Steg angeordnet sind. Ganz besonders bevorzugt sind der erste Steg und der zweite Steg zueinander beabstandet angeordnet. Weiterhin ist bevorzugt, dass die Leiterbahn von mindestens 0,5 mm Isoliermaterial, also beispielsweise dem Substrat, umgeben ist. Derart ausgestaltet sind die Anforderungen der EX-Normen realisierbar. Weiterhin können durch entsprechende Anordnung der Primärwicklung, der ersten Sekundärwicklung und der zweiten Sekundärwicklung, die zur Einhaltung der EX-Normen notwendigen Abstände, sowie Luft- und Kriechstrecken zur sicheren galvanischen Trennung, durch Anordnung auf entgegengesetzt ausgerichteten Stegen gewährleistet werden. Ganz besonders bevorzugt ist die Kurzschlusswicklung gleichmäßig auf beiden Seiten der entgegengesetzt angeordneten Stege verteilt, was zu einer verbesserten Kopplung der derart ausgebildeten induktiven Bauelemente führt.According to another preferred embodiment of the invention, the substrate has webs for receiving the primary core, the first secondary core and / or the second secondary core, wherein the conductor track is provided in the web. Furthermore, it is preferred that the substrate has two oppositely arranged webs, the primary core is arranged on the first web and the first secondary core and the second secondary core are arranged on the second web. Most preferably, the first web and the second web are arranged spaced from each other. Furthermore, it is preferred that the conductor track of at least 0.5 mm insulating material, so for example, the substrate is surrounded. In this way, the requirements of the EX standards can be realized. Furthermore, by appropriate arrangement of the primary winding, the first secondary winding and the second secondary winding, the necessary to comply with the EX standards distances, and clearance and creepage distances for safe galvanic isolation, be ensured by arranging on oppositely oriented webs. Most preferably, the short-circuit winding is uniformly distributed on both sides of the oppositely disposed webs, resulting in an improved coupling of the inductive components thus formed.
Weiterhin ist bevorzugt, dass die erste Sekundärwicklung und die zweite Sekundärwicklung, welche vorzugsweise auf einem der entgegengesetzt angeordneten Stege nebeneinander angeordnet sind, durch eine Isolierung gegeneinander isoliert sind. Eine derartige Isolierung kann beispielsweise als eine kreisrunde Scheibe aus einem nichtleitenden Material ausgeführt sein, wobei die Isolierung vorzugsweise ein Mittelloch aufweist, so dass die Isolierung ebenfalls wie der erste Sekundärkern und der zweite Sekundärkern auf dem Steg angeordnet werden kann.Furthermore, it is preferred that the first secondary winding and the second secondary winding, which preferably on one of the oppositely arranged webs are arranged side by side, isolated by insulation against each other. Such insulation may be embodied, for example, as a circular disk made of a non-conductive material, wherein the insulation preferably has a center hole, so that the insulation can also be arranged on the web as the first secondary core and the second secondary core.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat als ein planares Substrat ausgeführt und/oder ist das Substrat auf der Leiterplatte in SMD-Technik befestigbar. Weiterhin ist bevorzugt, dass das Substrat eine Ansaugfläche aufweist, so dass eine Unterdruck-Saugeinrichtung das Substrat ansaugen, transportieren, über die Leiterplatte positionieren und ablegen kann. Durch Ausführung in SMD-Technik ist der Übertrager besonders platzsparend realisiert und auch bei begrenzten Platzverhältnissen einsetzbar.According to another preferred embodiment of the invention, the substrate is designed as a planar substrate and / or the substrate is mountable on the printed circuit board in SMD technology. Furthermore, it is preferable for the substrate to have a suction surface, so that a vacuum suction device can suck in, transport the substrate, position it over the printed circuit board and deposit it. By design in SMD technology, the transformer is realized in a particularly space-saving manner and can also be used in limited space.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kurzschlusswicklung wenigstens eine Wicklung auf. Weiterhin ist bevorzugt, dass der Primärkern, der erste Sekundärkern und/oder der zweite Sekundärkern jeweils als Ringkerne oder als rechteckige Kerne ausgeführt sind. Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Übertragers als Stromwandler.According to another preferred embodiment of the invention, the short-circuit winding has at least one winding. Furthermore, it is preferred that the primary core, the first secondary core and / or the second secondary core are each embodied as toroidal cores or as rectangular cores. Very particularly preferred is the use of a transformer according to the invention as a current transformer.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Übertrager wenigstens drei Sekundärkerne aufweist, wobei jeder Sekundärkern eine jeweilige Sekundärwicklung aufweist, und der Primärkern und die Sekundärkerne über die Kurzschlusswicklung miteinander verbunden sind. Demnach ist also bevorzugt, dass derAccording to another preferred embodiment it is provided that the transformer has at least three secondary cores, each secondary core has a respective secondary winding, and the primary core and the secondary cores are connected to each other via the short-circuit winding. Accordingly, it is therefore preferred that the
Übertrager zusätzlich zu dem ersten Sekundärkern und dem zweiten Sekundärkern wenigstens einen weiteren Sekundärkern mit einer jeweiligen weiteren Sekundärwicklung aufweist, wobei die weiteren Sekundärkerne sowie der Primärkern, der erste Sekundärkern und der zweite Sekundärkern ebenfalls über die Kurzschlusswicklung miteinander verbunden sind. Weitere Ausgestaltungen zu den weiteren Sekundärkernen bzw. weiteren Sekundärwicklungen ergeben sich in Analogie zu dem vorab Ausgeführten.Transmitter in addition to the first secondary core and the second secondary core has at least one further secondary core with a respective further secondary winding, wherein the other secondary cores and the primary core, the first secondary core and the second secondary core are also connected to each other via the short-circuit winding. Further embodiments of the other secondary cores or further secondary windings are obtained in analogy to the above.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings with reference to a preferred embodiment.
Es zeigen
- Fig. 1
- einen erfindungsgemäßen Übertrager gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Ansicht,
- Fig. 2
- das Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen Übertragers gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- Fig. 3
- den erfindungsgemäßen Übertrager auf einem Substrat gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht.
- Fig. 1
- a transformer according to the invention according to a preferred embodiment of the invention in a schematic view,
- Fig. 2
- the equivalent circuit of the transformer according to the invention according to the preferred embodiment of the invention, and
- Fig. 3
- the transmitter according to the invention on a substrate according to the preferred embodiment of the invention in a plan view.
Aus
Ein derartiger Übertrager bzw. Stromwandler wird eingesetzt, um Energie oder Signale galvanisch getrennt zu übertragen. Die Windungszahlen N1, N2, N3 bestimmen dabei den Ausgangsstrom I2, I3 bzw. die Ausgangsspannung U2, U3, in Abhängigkeit des Eingangsstrom I1 bzw. der Eingangsspannung U1. Dabei werden Stromwandler in der Regel im Ausgang, also an der Sekundärwicklung 4, 6 kurzgeschlossen, während Spannungsübertrager im Ausgang hochohmig abgeschlossen werden.Such a transformer or current transformer is used to transmit power or signals galvanically isolated. The number of turns N1, N2, N3 determine the output current I2, I3 or the output voltage U2, U3, depending on the input current I1 or the input voltage U1. In this case, current transformers are usually short-circuited in the output, ie at the secondary winding 4, 6, while voltage transformers are terminated in the high-impedance output.
Bei der Verwendung des Übertragers als Stromwandler werden, wie vorab ausgeführt, die Sekundärwicklungen 4, 6 im Kurzschluss betrieben, so dass ein primärseitig eingeprägter Strom I1 in den Sekundärkreisen I2, I3 fließen kann. Wird also primärseitig ein Strom I1 in den Stromwandler eingeprägt, so wird er mit dem Übersetzungsverhältnis von N1 zu NK in die Kurzschlusswicklung 7 hochtransformiert.When using the transformer as a current transformer, as previously stated, the
Wie ebenfalls aus dem Ersatzschildbild des erfindungsgemäßen Übertragers in
Überraschenderweise wurde gefunden, dass bei gleicher Windungszahl der Wicklungen N2 und N3 in der ersten Sekundärwicklung 4 sowie in der zweiten Sekundärwicklung 6 die gleichen Ströme I2 bzw. I3 fließen. Der erfindungsgemäße Übertrager bzw. Stromwandler erlaubt also die galvanische Trennung eines Eingangssignals U1, I1 auf zwei Ausgangssignale U2, I2, U3, I3 derart, dass an beiden Ausgängen der gleiche Strom I2, I3 fließt und sich die Ströme I2, I3 bei gleicher Windungszahl der Wicklungen N2 und N3 nicht ungleichmäßig aufteilen.Surprisingly, it has been found that with the same number of turns of the windings N2 and N3 in the first secondary winding 4 and in the second secondary winding 6, the same currents I2 and I3 flow. The transformer according to the invention or current transformer thus allows the galvanic separation of an input signal U1, I1 to two output signals U2, I2, U3, I3 such that at both outputs of the same current I2, I3 flows and the currents I2, I3 at the same number of turns of Do not divide windings N2 and N3 unevenly.
Wie ferner aus
Weiterhin ist eine Isolierung 10 zwischen der ersten Sekundärwicklung 4 und der zweiten Sekundärwicklung 6 vorgesehen, wobei die Isolierung 10 aus einem isolierenden Material ausgeführt ist.Furthermore, an
Das Substrat 8 weist zudem eine zweite Leiterbahn 11 auf, wobei die zweite Leiterbahn 11 und/oder eine auf der Leiterplatte vorgesehene Leiterbahn, nicht dargestellt, zur Ausbildung der geschlossenen Kurzschlusswicklung 7 verwendbar ist.The
Zum Kontaktieren der Leiterplatte und der Primärwicklung 2, der ersten Sekundärwicklung 4, der zweiten Sekundärwicklung 6, der Kurzschlusswicklung 7 sowie der zweiten Leiterbahn 11 sind metallische Kontaktflächen 12 vorgesehen, welche in aus dem Stand der Technik bekannter Weise, beispielsweise durch Löten, mit entsprechenden Kontakten der Leiterplatte verbindbar sind.For contacting the circuit board and the primary winding 2, the first secondary winding 4, the second secondary winding 6, the short-circuit winding 7 and the
Der erfindungsgemäße Übertrager erlaubt somit in besonders einfacher und kompakter Bauweise das Bereitstellen zweier gleicher sekundärseitiger Ströme I2, I3, welche bei gleicher Windungszahl der Wicklungen N2 und N3 unabhängig von der Last gleich sind.
Claims (14)
- A current transformer having a primary core (1) with a primary winding (2), a first secondary core (3) with a first secondary winding (4), and a second secondary core (5) with a second secondary winding (6), wherein the primary core (1), the first secondary core (3) and the second secondary core (5) are connected to one another via a squirrel-cage winding (7),
wherein the first secondary winding (4) and the second secondary winding (6) are operated in a short circuit with the same number of turns. - The current transformer according to claim 1, wherein the squirrel-cage winding (7) is closed in itself.
- The current transformer according to either one of the preceding claims, wherein the primary core (1), the first secondary core (3) and the second secondary core (5) each have a central hole, the primary winding (2), the first secondary winding (4) and the second secondary winding (6) are guided through said central holes respectively, and the squirrel-cage winding (7) is guided through the respective central holes.
- The current transformer according to any one of the preceding claims, wherein the transformer comprises a substrate (8) to be provided on a printed circuit board, the substrate (8) comprises a conductive track, and the primary core (1), the first secondary core (3) and/or the second secondary core (5) can be secured to the substrate in such a way that the conductive track forms the squirrel-cage winding (7) .
- The current transformer according to claim 4, wherein a second conductive track (11) is provided on the substrate and/or on the printed circuit board, and the conductive track is connected to the second conductive track (11) in order to form the squirrel-cage winding (7).
- The current transformer according to either one of claims 4 or 5, wherein the substrate (8) has contact faces (12) for contacting the printed circuit board and/or for contacting the primary winding (2), the first secondary winding (4), the second secondary winding (6) and/or the squirrel-cage winding (7).
- The current transformer according to any one of claims 4 to 6, wherein the substrate (8) has arms (9) for receiving the primary core (1), the first secondary core (3) and/or the second secondary core (5), and the conductive track is provided in the arm (9).
- The current transformer according to claim 7, wherein the substrate (8) has two oppositely arranged arms (9), the primary core (1) is arranged on the first arm (9) and the first secondary core (3) and the second secondary core (5) are arranged on the second arm (9).
- The current transformer according to claim 8, wherein the first arm (9) and the second arm (9) are arranged at a distance from one another.
- The current transformer according to any one of the preceding claims, wherein the first secondary winding (4) and the second secondary winding (6) are insulated with respect to one another by insulation (10).
- The current transformer according to any one of claims 4 to 10, wherein the substrate (8) is a planar substrate and/or the substrate (8) can be secured on the printed circuit board by means of SMD technology.
- The current transformer according to any one of the preceding claims, wherein the squirrel-cage winding (7) has at least one winding.
- The current transformer according to any one of the preceding claims, wherein the primary core (1), the first secondary core (3) and/or the second secondary core (5) are each embodied as ring cores or as rectangular cores.
- The current transformer according to any one of the preceding claims, having at least three secondary cores (3, 5), wherein each secondary core (3, 5) has a corresponding secondary winding (4, 6), and the primary core (1) and the secondary cores (3, 5) are connected to one another via the squirrel-cage winding (7).
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