CN101675488A - 具有板的平面变压器 - Google Patents
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Abstract
用于将初级信号转换为次级信号的变压器(1)包括包含具有线匝的板(11－14，21－23)的初级和次级部分。通过在例如任何一对相邻板(11－14，21－23)之间插入大于零的间距，变压器(1)的寄生电容得以减小，并且次级信号可包含具有上升时间＞1kV/μsec的相对快/高的电压脉冲。为了减少邻近效应和任何作为结果发生的损耗，可以以交替的方式堆叠初级和次级板(11－14，21－23)。该夹层结构减少漏电感。在特定的方向上，随后的初级板(11－14，21－23)之间的间距和初级及次级板(11－14，21－23)的随后的组合之间的距离将被增加以进一步减少该特定方向上的电容损耗。在相对靠近的板(11－14，21－23)之间可能出现相对低的电压差，而在彼此距离相对远的板(11－14，21－23)之间可能出现相对高的电压差。
Description
技术领域
本发明涉及用于将初级信号变换为次级信号的变压器，并且还涉及包含该变压器的设备以及涉及用于制造该变压器的方法。
背景技术
US6211767B1的名称中公开了一种平面变压器，且在其附图13中公开了包含一个初级印刷电路板和两个次级印刷电路板的平面变压器。该初级印刷电路板夹在次级印刷电路板之间。与初级印刷电路板平行地设置的铜隔离片使次级印刷电路板互相连接。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于将初级信号变换为次级信号的变压器，该次级信号可包含相对快的脉冲和/或相对高的电压脉冲。该脉冲例如包含上升时间＞1kV/μsec。
本发明的另外的目的是提供包含该变压器的设备、以及提供用于制造该变压器的方法。
根据本发明的第一方面，用于将初级信号变换为次级信号的变压器由包含用于接收初级信号的初级部分和用于提供次级信号的次级部分的变压器来定义，该初级和次级部分中的每一个均包含至少一个板，每个板包含至少一个线匝的至少一部分，两个相邻的板之间的间距大于零。
通过在例如任何一对相邻板之间引入大于零的间距，变压器的寄生电容得以减小。从而，次级信号可包含具有上升时间＞1kV/μsec的相对快的脉冲和/或相对高的电压脉冲。
例如，诸如具有铜线匝的印刷电路板或诸如具有绝缘层和导电层的另一板的每个板包含至少一个线匝的至少一部分。该线匝例如由一个或多个图案化的导电线路(例如铜)构成。线路例如形成几乎封闭的圆形图案，以便产生由线形成的绕组的线匝(或回路)的电磁等效。图案可以是C的形状，其中C的端点是接线点。
根据变压器的实施例，该变压器由包含至少第一和第二板的初级和次级部分中的一个以及包含至少另一板的初级和次级部分中的另一个来限定，并且所述另一板至少部分地位于所述第一和第二板之间。
通过以交替的方式堆叠初级和次级板，换言之，通过创建初级和次级板的夹层结构，邻近效应被减少且由该邻近效应产生的损耗被减少。
根据变压器的实施例，该变压器由包含至少第一和第二和第三板的初级和次级部分中的一个以及包含至少第四和第五板的初级和次级部分中的另一个来限定，所述第四板至少部分地位于第一和第二板之间，且第五板至少部分地位于第二和第三板之间。
通过以交替的方式堆叠初级和次级板，换言之，通过创建初级和次级板的夹层结构，邻近效应被减少且由该邻近效应产生的损耗被减少。
上面定义的以交替的方式的堆叠(夹层结构)减少了变压器的漏电感。与例如任何一对邻近的板之间的大于零的间距结合，所述次级信号则可以包含甚至更快的脉冲和/或甚至更高的电压脉冲。
根据变压器的实施例，该变压器由小于第二和第三板之间间距的第一和第二板之间的间距来限定。
通过在特定的方向上增加随后的初级板之间的间距，在该特定方向上电容损耗被进一步减少。
根据变压器的实施例，该变压器由小于第四和第二板之间间距的第一和第四板之间的间距来限定。
通过在特定的方向上增加初级板和次级板的随后的组合之间的间距，在该特定方向上电容损耗被进一步减少。
根据变压器的实施例，该变压器由小于第二和第五板之间间距的第四和第二板之间的间距以及小于第五和第三板之间间距的第二和第五板之间的间距来限定。
通过在特定的方向上增加初级板和次级板的随后的组合之间的间距，在该特定方向上电容损耗被进一步减少。
根据变压器的实施例，该变压器由彼此串联耦合的第一、第二和第三板的线匝，彼此串联耦合的第四和第五板的线匝，以及第一和第四板中的至少之一的作为接地点的一点进行限定。
优选地，所述特定的方向是垂直于板的方向，并且起始于第一(第四)板且朝向第二和第三(第五)板延伸。然后，通过将第一(第四)板连接到地，在相对靠近的板之间将出现相对低的电压差，而在彼此距离相对远的板之间将出现相对高的电压差。这样的变压器包括三个不同的改进(在例如任何一对邻近板之间的大于零的间距+夹层结构+增加间距以增加电压)并能够将初级信号转换为次级信号，该次级信号包含具有上升时间＞10kV/μsec的脉冲。
根据变压器的实施例，该变压器由下述变压器限定，所述变压器进一步包含具有一内部芯柱和两个外部芯柱的芯体、作为基本平行的和/或基本平面的印刷电路板的板、被印制在所述印刷电路板上且包围所述内部芯柱并被所述外部芯柱包围的线匝，所述变压器被注入导热且电压隔离的树脂，且所述变压器进一步包含充当散热器以及用于所述板的电磁干扰屏蔽的铝容器。
上述芯体可以通过组合两个E80芯体来实现。两个相邻板之间的间距可以被设立在(多个)芯体中和/或附近。该变压器可以在多个不同的功率水平(诸如低于100瓦特的功率水平，或从100到10,000瓦特的功率水平，或高于10,000瓦特的功率水平)工作。可以通过基本上垂直于初级板的另一个板来使初级板串联地互相连接。可以通过引脚来使次级板串联地互相连接。
根据本发明的第二方面，包含变压器的设备由这样的设备来限定，该设备进一步包含用于产生初级信号的源和/或用于接收次级信号的负载。
所述源例如包含半桥或全桥。所述负载例如包含介质阻挡放电灯。
根据本发明的第三方面，用于制造变压器的方法由包含以彼此之间的间距安装两个相邻板的步骤的方法来限定。
一个深刻的见解可能在于包含具有线匝的板的变压器的漏电感和寄生电容取决于这些板和线匝的位置。基本思想可能在于在例如任何一对邻近板之间应当存在大于零的间距，以获得相对快的脉冲和/或相对高的电压脉冲。
提供用于将初级信号转换为次级信号(该次级信号可包含相对快的脉冲和/或相对高的电压脉冲)的变压器的问题得以解决。进一步的优点可能在于该变压器是相对小型的且具有相对低的功率损耗。
通过参照下文中所描述的(多个)实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见且明晰。
附图说明
在附图中：
图1示出了根据本发明的变压器的顶视图照片，
图2示出了根据本发明的变压器的侧视图照片，
图3示出了根据本发明的变压器的侧视图，以及
图4用图解法示出了包含根据本发明的变压器的根据本发明的设备。
具体实施方式
在图1中，示出了根据本发明的变压器的顶视图照片。可清楚地辨认的是(初级)上板和位于所述上板下方的(次级)板，它们被两个芯体包围。上板包括一个线匝，或者更精确地，上板包括图案化(以接近封闭圆的图案形式)的导电线路，以便产生由线形成的绕组的线匝(或回路)的电磁等效。位于上板下方的所述板包括多于一个的线匝。
在图2中，示出了根据本发明的变压器的侧视图照片。可清楚地辨认的是以交替方式堆叠并被两个芯体包围的四个(初级)板和三个(次级)板。该四个(初级板)通过基本垂直于该四个(初级)板的另一个板串联地互相连接。该三个(次级)板通过引脚串联地互相连接。
与图2一致，在图3中，示出了根据本发明的变压器1的侧视图。变压器1在其初级侧(左)、在向上的方向上包括具有例如一个线匝的板11、具有例如两个线匝的板12、具有例如两个线匝的板13、具有例如一个线匝的板14。变压器1在其次级侧(右)、在向上的方向上包括具有例如15个线匝的板21、具有例如14个线匝的板22和具有例如15个线匝的板23.变压器1还包括例如两个芯体31-32，每个芯体具有例如两个外部芯柱和一内部芯柱。所述线匝例如包围内部芯柱并被外部芯柱包围。
替代于使用两个芯体31-32，可以使用一个更大的芯体或三个或更多的芯体。板11-14和21-23是例如基本平行的板和/或例如基本平面的印刷电路板。所述线匝可以印制在印刷电路板上。变压器1可以被注入导热且电压隔离的树脂，且变压器1可进一步包括充当散热器以及用于板11-14和21-23的电磁干扰屏蔽的铝容器。
在图4中，概略地示出了包括根据本发明的变压器1的根据本发明的设备2。此处以等效电路的形式示出了变压器1。该电路包括芯体33，该芯体33例如与前面所讨论的芯体31-32一致。该电路还包括四个初级电感器或初级线匝组15-18、线匝组15(例如一个线匝)位于板11上，线匝组16(例如两个线匝)位于板12上，线匝组17(例如两个线匝)位于板13上，线匝组18(例如一个线匝)位于板14上。该电路还包括三个次级电感器或次级线匝组24-26，线匝组24(例如15个线匝)位于板21上，线匝组25(例如14个线匝)位于板22上，以及线匝组26(例如15个线匝)位于板23上。变压器1的初级侧耦合到诸如半桥或全桥之类的源3，该源3进一步被耦合到例如DC(直流)电源。变压器1的次级侧进一步被耦合到例如负载(未示出)。
变压器1将源自于源3的初级信号转换为去往负载的次级信号。变压器1包括用于接收初级信号的初级部分和用于提供次级信号的次级部分。这些初级和次级部分中的每个都包含至少一个板11-14和21-23，并且每个板都包含至少一个线匝的至少一部分。通过在例如任何一对相邻板11-14和21-23之间插入大于零的间距，变压器1的寄生电容得以减小。从而，次级信号可包含具有上升时间＞1kV/μsec的相对快的脉冲和/或相对高的电压脉冲。
例如，初级和次级部分中的一个包含至少两个板11-12，而初级和次级部分中的另一个包含至少一个板21，且板21至少部分地位于板11-12之间。或者，例如，初级和次级部分中的一个包含至少三个板11-13，而初级和次级部分中的另一个包含至少两个板21-22，板21至少部分地位于板11-12之间，且板22至少部分地位于板12-13之间。这样，以交替的方式堆叠了初级和次级板。换言之，创建了初级和次级板的夹层结构以减少邻近效应以及由该邻近效应产生的损耗。这减少了变压器的漏电感。
板11-12之间的间距小于板12-13之间的间距。通过在特定的方向上增加随后的初级板之间的间距，在该特定方向上电容损耗被进一步减少。板11和21之间的间距小于板21和12之间的间距。
通过在特定的方向上增加初级板和次级板的随后的组合之间的间距，在该特定方向上电容损耗被进一步减少。板21和12之间的间距小于板12和22之间的间距并且板12和22之间的间距小于板22和13之间的间距，等等。通过在特定的方向上增加初级板和次级板的随后的组合之间的距离，在该特定方向上电容损耗被进一步减少。
板11和21中的至少一个的一点为接地点。然后，该板11和/或21连接到地，且在相对靠近的板之间将出现相对低的电压差，而在彼此距离相对远的板之间将出现相对高的电压差。这样的变压器包括三个不同的改进(在例如任何一对邻近板之间的大于零的间距+夹层结构+增加间距以增加电压)并能够将初级信号转换为次级信号，该次级信号包含具有上升时间＞10kV/μsec的脉冲。
根据本发明的变压器(基于具有例如其上用铜印制有绕组的平面印刷电路板或PCB的结构)具有好的热偶以及低的漏电感。通过以交替的方式堆叠初级和次级绕组PCB，避免了携带相同电流的很多绕组PCB彼此接近(使在一个方向上存在的峰值安培匝数的数量保持相对低以便限制邻近效应)。在所有初级绕组层被彼此堆叠且所有次级绕组层也被彼此堆叠的情况下，邻近效应损耗将按指数规律地增加，其导致太高的铜功率损耗。
为了最小化铜功率损耗和漏电感，将使用相对低数量的绕组线匝，并且将使用相对大的芯体截面(例如彼此靠着的两个E80芯体对)。
为了减少初级-次级杂散电容，当次级电压增大时交替的初级-次级PCB之间的间距被扩大，从而使得具有最高次级电压的PCB位于距离初级PCB最大的间距处。(水平)初级PCB通过在左侧的(垂直)PCB互相连接，而次级PCB通过垂直引脚互相连接。
初级板的初级数量和次级板的次级数量可以在两个相邻板之间的距离大于零的条件下任意地选择。
总之，用于将初级信号转换为次级信号的变压器1包含初级和次级部分，该初级和次级部分包含具有线匝的板11-14、21-23。通过在例如任何一对相邻板11-14，21-23之间插入大于零的间距，变压器1的寄生电容得以减小，并且次级信号可包含具有上升时间＞1kV/μsec的相对快/高的电压脉冲。为了减少邻近效应和任何导致的损耗，可以以交替的方式堆叠初级和次级板11-14，21-23。该夹层结构减少漏电感。在特定的方向上，随后的初级板11-14，21-23之间的间距和初级及次级板11-14，21-23的随后的组合之间的距离将被增加以进一步减少该特定方向上的电容损耗。在相对靠近的板11-14，21-23之间可能出现相对低的电压差，而在彼此距离相对远的板11-14，21-23之间可能出现相对高的电压差。
应该注意的是，上面提到的实施例阐明而不是限制本发明，并且本领域普通技术人员将能够在不偏离所附权利要求的范围的情况下设计许多替换实施例。在权利要求中，位于圆括号之间的任何附图标记不应当被理解为限制该权利要求。动词“包含”的使用及其结合不排除除了在权利要求中限定的那些之外的元件或步骤的存在。在元件之前的冠词“一”或“一个”不排除多个该元件的存在。在枚举了多个装置的设备权利要求中，多个这些装置可以由一个和同一项硬件来体现。在互相不同的从属权利要求中记述特定措施这一仅有的事实不表示这些措施的组合不能用于产生良好效果。
Claims (10)
1.一种用于将初级信号转换为次级信号的变压器(1)，其中，所述变压器(1)包括用于接收所述初级信号的初级部分和用于提供所述次级信号的次级部分，所述初级和次级部分中的每个都包括至少一个板(11-14，21-23)，每个板(11-14，21-23)都包括至少一个线匝的至少一部分，两个相邻板(11-14，21-23)之间的距离大于零。
2.根据权利要求1的变压器(1)，其中所述初级和次级部分中的一个包括至少第一和第二板(11-12)，而所述初级和次级部分中的另一个包括至少一个另外的板(21)，所述另外的板(21)至少部分地位于所述第一和第二板(11-12)之间。
3.根据权利要求1的变压器(1)，其中所述初级和次级部分中的一个包括至少第一和第二和第三板(11-13)，而所述初级和次级部分中的另一个包括至少第四和第五板(21-22)，所述第四板(21)至少部分地位于所述第一和第二板(11-12)之间，且所述第五板(22)至少部分地位于所述第二和第三板(12-13)之间。
4.根据权利要求3的变压器(1)，其中所述第一和第二板(11-12)之间的间距小于所述第二和第三板(12-13)之间的间距。
5.根据权利要求3的变压器(1)，其中所述第一和第四板(11，21)之间的间距小于所述第四和第二板(21，12)之间的间距。
6.根据权利要求5的变压器(1)，其中所述第四和第二(21，12)板之间的间距小于所述第二和第五板(12，22)之间的间距，且所述第二和第五板(12，22)之间的间距小于所述第五和第三板(22，13)之间的间距。
7.根据权利要求3的变压器(1)，其中所述第一和第二和第三板(11-13)的线匝彼此串联地耦合，所述第四和第五板(21-22)的线匝彼此串联地耦合，并且所述第一和第四板(11，21)中的至少一个的一点是接地点。
8.根据权利要求1的变压器(1)，其中所述变压器(1)还包括具有一内部芯柱和两个外部芯柱的芯体(31-32)，所述板(11-14，21-23)是基本平行的和/或基本平面的印刷电路板，所述线匝被印制在所述印刷电路板上且包围所述内部芯柱并被所述外部芯柱包围，所述变压器(1)被注入导热且电压隔离的树脂，且所述变压器(1)还包含充当散热器以及用于所述板(11-14，21-23)的电磁干扰屏蔽的铝容器。
9.包括根据权利要求1的变压器(1)的设备(2)，其中所述设备(2)还包括用于产生所述初级信号的源(3)和/或用于接收所述次级信号的负载。
10.用于制造根据权利要求1的变压器(1)的方法，其中所述方法包括以彼此之间的间距来安装两个相邻板(11-14，21-23)的步骤。
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