DE102011012199A1 - High current transformer for use in high power application such as electric welding process, has semiconductor switch e.g. MOSFET is provided at downstream of secondary winding for synchronous rectification of output voltage - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Für die Erzeugung eines hohen Gleichstroms bei einer kleinen Ausgangsspannung werden Transformatoren mit einem hohen Übersetzungsverhältnis eingesetzt. Dabei wird mit Hilfe eines Inverters aus einer hohen Gleichspannung eine Wechselspannung mit hoher Frequenz erzeugt. Diese wird durch den Transformator herunter transformiert und auf der Sekundärseite gleichgerichtet.For the generation of a high DC current at a low output voltage transformers are used with a high transmission ratio. In this case, an alternating voltage with high frequency is generated by means of an inverter from a high DC voltage. This is transformed down by the transformer and rectified on the secondary side.
Die Sekundärspannung des Transformators wird mit Dioden in Form von Presspack-Dioden oder Diodenmodulen gleichgerichtet. Da diese Dioden einen stromabhängigen Spannungsabfall von 1 bis 2 Volt verursachen, fallen bei der Gleichrichtung erhebliche Verluste an, die in vielen Fällen nur durch eine Wasserkühlung abgeführt werden können. Bei einer sehr kleinen Ausgangsspannung, von z. B. 2 Volt für Mikroschweißungen, ist dem erreichbaren Wirkungsgrad eine, Grenze gesetzt. Die Speicherladung der Dioden verursacht zusätzliche Verluste.The secondary voltage of the transformer is rectified with diodes in the form of press pack diodes or diode modules. Since these diodes cause a current-dependent voltage drop of 1 to 2 volts, fall in the rectification significant losses, which can be dissipated in many cases only by a water cooling. At a very low output voltage, z. B. 2 volts for microwelding, the achievable efficiency is a limit set. The storage charge of the diodes causes additional losses.
Der Transformator besteht aus einem mit Primär- und Sekundärwicklung bewickelten Kern. Die hohe Streuinduktivität des mit Litzen oder Kupferbändern bewickelten Kerns verursacht einen induktiven Spannungsabfall, der die zur Verfügung stehende Ausgangsspannung reduziert und induktive Blindleistung verursacht. Dadurch werden die Effizienz von Transformator und Gleichrichtung und die maximale Arbeitsfrequenz reduziert. Eine niedrige Arbeitsfrequenz ist verantwortlich für das große Volumen von Transformator und Gleichrichter. Durch die geringe Arbeitsfrequenz und die hohe Streuinduktivität sind der Regeldynamik Grenzen gesetzt.The transformer consists of a wound with primary and secondary winding core. The high leakage inductance of the core wound with strands or copper tapes causes an inductive voltage drop, which reduces the available output voltage and causes inductive reactive power. This reduces the efficiency of the transformer and rectification and the maximum operating frequency. A low operating frequency is responsible for the large volume of transformer and rectifier. Due to the low operating frequency and the high stray inductance, the control dynamics are limited.
Die konventionelle Bauweise ist somit verantwortlich für einen schlechten Wirkungsgrad, ein großes Einbauvolumen und erfordert in vielen Fällen eine Wasserkühlung.The conventional design is thus responsible for a poor efficiency, a large installation volume and in many cases requires water cooling.
Die im Folgenden beschriebene Erfindung erreicht einen deutlich höheren Wirkungsgrad und ermöglicht die Erhöhung der Arbeitsfrequenz. Auf eine Wasserkühlung kann verzichtet werden. Ein geringeres Gewicht und Bauvolumen ermöglichen z. B. die Integration in einen Roboterarm oder in ein Handschweißgerät. Die höhere Arbeitsfrequenz und die geringere Streuinduktivität erlauben eine höhere Regeldynamik und reduzieren die Anregelzeiten.The invention described below achieves a significantly higher efficiency and makes it possible to increase the operating frequency. On a water cooling can be omitted. A lower weight and volume allow z. As the integration in a robotic arm or in a hand welder. The higher operating frequency and the lower stray inductance allow a higher control dynamics and reduce the settling times.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Die Erfindung betrifft einen Hochstromtransformator mit synchroner Gleichrichtung, wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben. Durch den Einsatz der im Folgenden beschriebenen synchronen Gleichrichtung können die Verluste gegenüber der Gleichrichtung mit konventionellen Dioden deutlich reduziert werden. Der Transformator kann als gewickelter Transformator ausgeführt werden, für den z. B. zwei E-Kerne oder eine Kombination aus U- und I-Kern eingesetzt werden können. Die mögliche Konstruktion des Transformators in Planartechnik eliminiert nahezu die negativen Effekte der Streuinduktivität. Dadurch kann die Arbeitsfrequenz erhöht und das Kernvolumen reduziert werden. Außerdem wird durch die Verkleinerung der Streuinduktivität die induktive Blindleistung minimiert, wodurch sich die Verluste im Transformator weiter verringern. Durch eine deutliche Reduzierung der Verluste kann auf eine Wasserkühlung verzichtet werden. Eine weitere Optimierung des Transformators ist durch die Verringerung der Wicklungszahl möglich. Bei gleichem Wicklungsverhältnis wird ein Minimum der im Wicklungsraum untergebrachten Wicklungen erreicht, wenn die Sekundärwicklung als halbe Wicklung realisiert wird.The invention relates to a high-current transformer with synchronous rectification, as described in the preamble of
Die Vorteile der Erfindung kommen insbesondere in Anwendungsfällen mit keinen Ausgangsspannungen und höhen Strömen zum Tragen. Dies sind insbesondere die Anwendungen als Schweißtransformator für das Widerstandschweißen, als Gleichstromquelle für die Galvanik und als Gleichstromquelle für die Batterieladung.The advantages of the invention are particularly useful in applications with no output voltages and high currents to bear. These are in particular the applications as a welding transformer for resistance welding, as a DC power source for electroplating and as a DC power source for battery charging.
Synchrone GleichrichtungSynchronous rectification
Bei der Gleichrichtung einer Wechselspannung mit Dioden fällt je nach Amplitude des Stroms an den Dioden eine Spannung ab. Das Produkt aus Strom und Spannung ist die Verlustleistung, die aus der Diode abgeführt werden muss. Der Spannungsabfall von z. B. Silizium-Dioden beträgt ca. 0,7 bis 2 Volt. Bei einer Spannungsamplitude von 5 V wird der erreichbare Wirkungsgrad stark reduziert. Um die Verluste durch die Diodenflussspannung zu reduzieren, kann den Dioden ein geeigneter Halbleiterschalter parallel geschaltet werden. Dieser Halbleiterschalter muss in der gleichen Richtung wie die Diode Spannung übernehmen können und in der gleichen Richtung wie die Diode den Strom führen können. Mögliche Halbleiterschalter, die verwendet werden können, sind z. B. MOSFETs. Damit in dieser Konfiguration geringere Verluste anfallen, muss bei dem gleichen Strom durch den Halbleiterschalter oder einer Parallelschaltung mehrerer dieser Halbleiter eine geringere Spannung über diesen abfallen. Der Halbleiterschalter oder die Parallelschaltung mehrerer Halbleiterschalter wird eingeschaltet, wenn die Diode Strom führt und wird ausgeschaltet, wenn die Diode Spannung übernimmt. Der Zeitpunkt, an dem der Halbleiterschalter geschaltet wird, kann durch Messung der Dioden bzw. Schalterspannung bestimmt werden oder von der Eingangsspannung abgeleitet werden.When rectifying an alternating voltage with diodes, a voltage drops depending on the amplitude of the current at the diodes. The product of current and voltage is the power dissipation that must be dissipated from the diode. The voltage drop of z. B. silicon diodes is about 0.7 to 2 volts. At a voltage amplitude of 5 V, the achievable efficiency is greatly reduced. In order to reduce the losses due to the diode forward voltage, a suitable semiconductor switch can be connected in parallel with the diodes. This semiconductor switch must be able to take over voltage in the same direction as the diode and be able to carry the current in the same direction as the diode. Possible semiconductor switches that can be used are, for. B. MOSFETs. In order for lower losses to occur in this configuration, a lower voltage must drop across the same current through the semiconductor switch or a parallel connection of several of these semiconductors. The semiconductor switch or the parallel connection of a plurality of semiconductor switches is turned on when the diode is live and is turned off when the diode takes over. The time at which the semiconductor switch is switched can be determined by measuring the diodes or switch voltage or derived from the input voltage.
Planarer TransformatorPlanar transformer
Ein planarer Transformator unterscheidet sich gegenüber einem konventionell gewickelten Transformator nur durch die Geometrie der Wicklung. Während in einem konventionellen Transformator überwiegend Litzen, Kupferbänder oder Hohlleiter zum Einsatz kommen, besteht ein planarer Transformator aus flächigen Leitern. Durch die Verwendung von flächigen Leitern und Verschachtelung von Primär- und Sekundärwicklung in einem planaren Transformator kann eine sehr geringe Streuung erreicht werden. Diese Bauform ermöglicht die Integration der Gleichrichter in den Transformator, da einzelne oder parallel geschaltete Halbleiterschalter auf die flächigen Leiter der Sekundärwicklung aufgebracht werden können.A planar transformer differs from a conventionally wound transformer only by the geometry of the winding. Whereas in a conventional transformer mainly strands, copper strips or waveguides are used, a planar transformer consists of planar conductors. By using planar conductors and nesting of primary and secondary windings in a planar transformer, very little scattering can be achieved. This design allows the integration of the rectifier in the transformer, since individual or parallel-connected semiconductor switches can be applied to the planar conductors of the secondary winding.
Halbe WicklungHalf winding
Um die Gesamtverluste des Hochstromtransformators mit synchroner Gleichrichtung gering zu halten, ist ein minimaler Wicklungswiderstand nötig. Eine Möglichkeit einen geringen Wicklungswiderstand zu erhalten ist es, die Wicklungszahl bei gleich bleibendem Übersetzungsverhältnis zu minimieren. Ein Minimum des Wicklungswiderstands kann erreicht werden, indem die Sekundärwicklung als halbe Wicklung ausgeführt wird. Eine Wicklungsanordnung, die eine symmetrische Aussteuerung des Kerns gewährleisten kann, ist in
Flussauslöschung im magnetischen KreisRiver extinction in the magnetic circuit
Umschließen eine oder mehrere Windungen den Mittelschenkel eines E-Kerns aus hochpermeablen Material und werden diese von Strom durchflossen, bildet sich im Kern ein magnetisches Feld aus. Die Feldlinien, die sich bei so einer Anordnung im Kern ausbilden, sind in
Beschreibung von AusführungformenDescription of embodiments
Eine mögliche Ausführungsform des Hochstromtransformators mit synchroner Gleichrichtung ist in
Der in
Der Ausgangsstrom des in
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3181284A1 (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-21 | Robert Bosch Gmbh | Frequency converter |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3032757A1 (en) * | 1980-08-30 | 1982-04-08 | Aeg-Elotherm Gmbh, 5630 Remscheid | DEVICE FOR SHORT-CUTTING OFF ELECTROLYTIC MACHINING DEVICES |
DE3609297A1 (en) * | 1986-03-19 | 1987-09-24 | Siemens Ag | Direct current supply in accordance with the current reversal method, especially for electrolytic baths for material deposition or material erosion |
US4897763A (en) * | 1987-08-03 | 1990-01-30 | H.A. Schlatter Ag. | Circuit arrangement having a plurality of electrical elements to be cooled |
AT406807B (en) * | 1996-09-27 | 2000-09-25 | Fronius Schweissmasch | Power section and secondary section for a transformer |
US6124778A (en) * | 1997-10-14 | 2000-09-26 | Sun Microsystems, Inc. | Magnetic component assembly |
US20050212640A1 (en) * | 2004-03-24 | 2005-09-29 | Chiang Man-Ho | Multi-layer printed circuit board transformer winding |
EP1610350A2 (en) * | 2004-06-25 | 2005-12-28 | Harms + Wende GmbH & Co. KG | Welding transformer |
US20070152795A1 (en) * | 2006-01-03 | 2007-07-05 | Delta Electronics Inc. | Transformer structure |
US7332993B1 (en) * | 2007-04-10 | 2008-02-19 | Bose Corporation | Planar transformer having fractional windings |
EP1301932B1 (en) * | 2000-07-21 | 2008-07-09 | Michel Roche | High frequency transformer with integrated rectifiers |
WO2008083838A1 (en) * | 2007-01-08 | 2008-07-17 | Robert Bosch Gmbh | Semiconductor module for connecting to a transformer winding, and transformer arrangement |
-
2011
- 2011-02-24 DE DE102011012199A patent/DE102011012199A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3032757A1 (en) * | 1980-08-30 | 1982-04-08 | Aeg-Elotherm Gmbh, 5630 Remscheid | DEVICE FOR SHORT-CUTTING OFF ELECTROLYTIC MACHINING DEVICES |
DE3609297A1 (en) * | 1986-03-19 | 1987-09-24 | Siemens Ag | Direct current supply in accordance with the current reversal method, especially for electrolytic baths for material deposition or material erosion |
US4897763A (en) * | 1987-08-03 | 1990-01-30 | H.A. Schlatter Ag. | Circuit arrangement having a plurality of electrical elements to be cooled |
AT406807B (en) * | 1996-09-27 | 2000-09-25 | Fronius Schweissmasch | Power section and secondary section for a transformer |
US6124778A (en) * | 1997-10-14 | 2000-09-26 | Sun Microsystems, Inc. | Magnetic component assembly |
EP1301932B1 (en) * | 2000-07-21 | 2008-07-09 | Michel Roche | High frequency transformer with integrated rectifiers |
US20050212640A1 (en) * | 2004-03-24 | 2005-09-29 | Chiang Man-Ho | Multi-layer printed circuit board transformer winding |
EP1610350A2 (en) * | 2004-06-25 | 2005-12-28 | Harms + Wende GmbH & Co. KG | Welding transformer |
US20070152795A1 (en) * | 2006-01-03 | 2007-07-05 | Delta Electronics Inc. | Transformer structure |
WO2008083838A1 (en) * | 2007-01-08 | 2008-07-17 | Robert Bosch Gmbh | Semiconductor module for connecting to a transformer winding, and transformer arrangement |
US7332993B1 (en) * | 2007-04-10 | 2008-02-19 | Bose Corporation | Planar transformer having fractional windings |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3181284A1 (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-21 | Robert Bosch Gmbh | Frequency converter |
CN106899220A (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-27 | 罗伯特·博世有限公司 | Rectification circuit |
US10493557B2 (en) | 2015-12-17 | 2019-12-03 | Robert Bosch Gmbh | Converter circuit |
CN106899220B (en) * | 2015-12-17 | 2020-12-29 | 罗伯特·博世有限公司 | Rectifying circuit |
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