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Die Erfindung betrifft einen Transformator und ein Verfahren zum Betrieb eines Transformators. Der Transformator ist insbesondere Bestandteil eines Leistungsschalters. Die Erfindung betrifft ferner einen Leistungsschalter.
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Industrieanlagen weisen üblicherweise eine Anzahl von Sensoren und Aktoren auf, beispielsweise Elektromotoren, mittels derer Prozesse ausgeführt werden, wie beispielsweise die Herstellung eines bestimmten Produkts. Hierbei wird mittels der Aktoren ein Schritt des Prozesses ausgeführt, der mittels der Sensoren überwacht wird. Bei einer Änderung des Prozesses, beispielsweise aufgrund einer Umstellung des Produkts, oder aber aufgrund des Prozessablaufes selbst, ist es erforderlich, die mittels der einzelnen Aktoren ausgeführten Prozessschritte anzupassen. Um diese Flexibilität gewährleisten zu können, und um den Datenaustausch zwischen den Aktoren und den Sensoren zu gewährleisten, sind die Aktoren und Sensoren signaltechnisch gekoppelt, z.B. mittels eines EtherCat-Systems.
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Die Steuerung des Prozesses ist innerhalb einer Systemsteuerung integriert, die ebenfalls Bestandteil des auf diese Weise gebildeten Netzwerks ist. Die Systemsteuerung ist mittels einer speicherprogrammierbaren Steuerung realisiert, was eine flexible Anpassung der Industrieanlage an unterschiedlichste Prozesse und eine Veränderung derselben ermöglicht. So ist ein Umstellen der Industrieanlage mittels Umprogrammieren der speicherprogrammierbaren Steuerung ohne eine vergleichsweise kostenintensive Umstellung der Hardware möglich. Hierbei wird mit der speicherprogrammierbaren Steuerung üblicherweise Leistungsschalter betätigt, die zur Stromversorgung der einzelnen Aktoren dienen. Mittels der Leistungsschalter werden daher vergleichsweise hohe elektrische Ströme und/oder elektrische Spannungen geschalten. Zur Verhinderung von Lichtbögen bei dem jeweiligen Schaltvorgang weisen die Leistungsschalter üblicherweise Halbleiterschalter, die mittels einer Treibersteuerung angesteuert werden. Um eine korrekte Funktionsweise der mit der Treibersteuerung elektrisch kontaktierten speicherprogrammierbaren Steuerung zu gewährleisten, ist es erforderlich, die Halbleiterschalter galvanisch von der für den Halbleiter benötigten Treibersteuerung zu trennen, die mittels der speicherprogrammierbaren Steuerung mit Steuersignalen beaufschlagt wird.
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Um auch unter widrigsten Umständen einen Ausfall der speicherprogrammierbaren Steuerung zu vermeiden, ist hierbei beispielsweise gemäß der DIN EN 61010 bei elektrischen Spannungen bis 150 Volt eine Isolationswirkung der galvanischen Trennung bis zu einer Prüfspannung von 2.700 VAC für 1 Minute gefordert. Eine derartige Isolationswirkung wird beispielsweise mittels eines Fotodioden-Arrays realisiert, das meist mit dem Halbleiterschalter vergossen wird. Eine Alternative hierzu ist ein diskret aufgebauter Trenntransformator. Dieser weist üblicherweise eine Primärspule und eine Sekundärspule auf, die mittels eines beispielsweise U- oder E-förmigen ferromagnetischen Kerns magnetisch gekoppelt sind. Hierbei ist auch eine Transformation der Eingangsspannung in eine zu dem Leistungshalbleiter korrespondierende Ausgangsspannung möglich. Das vergleichsweise aufwendige Verfahren zur Wicklung der beiden Spulen auf den Kern sowie der hierfür benötigte Kupferlackdraht bedingen vergleichsweise hohe Kosten zur Herstellung eines derartigen Leistungsschalters.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Transformator, ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb eines Transformators sowie einen besonders geeigneten Leistungsschalter mit einem Transformator anzugeben, wobei die Herstellungskosten bevorzugt verringert und eine Isolationswirkung zweckmäßigerweise erhöht ist.
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Hinsichtlich des Transformators wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 7, hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 8 und hinsichtlich des Leistungsschalters durch die Merkmale des Anspruchs 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Der Transformator ist zweckmäßigerweise Bestandteil eines Leistungsschalters und weist eine Leiterplatte mit einer ersten Lage und einer zweiten Lage auf. Jede Lage umfasst zweckmäßigerweise ein elektrisch isolierendes Trägermaterial, auf das Leiterbahnen aufgebracht sind. Die Leiterbahnen sind hierbei zweckmäßigerweise aus einer elektrisch leitenden Schicht geätzt, gedruckt oder gefräst. Alternativ sind diese in einer Stanztechnik erstellt. Die elektrisch leitende Schicht ist beispielsweise eine Kupferschicht. Das elektrisch isolierende Trägermaterial ist zweckmäßigerweise ein mit Epoxidharz verstärktes Glasfasergewebe, insbesondere FR4.
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Beispielsweise beträgt die Stärke jeder Lage zwischen 0,2 mm und 0,4 mm. Die erste Lage ist zweckmäßigerweise auf die zweite Lage gestapelt, wobei insbesondere die leitenden Elemente der beiden Lagen mittels des elektrisch isolierenden Trägermaterials zumindest einer der Lagen zueinander galvanisch getrennt sind. Mit anderen Worten sind die elektrisch leitenden Bestandteile der ersten Lage galvanisch von der zweiten Lage getrennt. Insbesondere ist die erste Lage direkt benachbart zur zweiten Lage. Mit anderen Worten ist die erste Lage in direktem mechanischem Kontakt mit der zweiten Lage. Bevorzugt befinden sich zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage keine weiteren Bauteile.
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Die erste Lage weist eine Windung einer Primärspule des Transformators und die zweite Lage eine Windung einer Sekundärspule auf. Bei Betrieb wird die erste Windung mit einem Wechselstrom beaufschlagt, was zur Erzeugung eines Magnetfelds um die erste Windung der Primärspule führt. Dieses Magnetfeld durchdringt zumindest teilweise die Windung der Sekundärspule, was zu einer induzierten elektrischen Spannung innerhalb der Windung der Sekundärspule führt, und was bei einer etwaig vorhandenen und an der Sekundärspule elektrisch angeschlossenen Last zu einem elektrischen Stromfluß führt. Aufgrund der elektrisch isolierenden Eigenschaften des Trägermaterials der jeweiligen Lage sind die Windung der Primärspule und die Windung der Sekundärspule zueinander galvanisch getrennt und es ist kein weiteres Material vonnöten. Zudem sind die beiden Lagen zueinander bei Erstellung der Leiterplatte fixiert, so dass der Transformator auch bei etwaigen Erschütterungen oder dergleichen betreibbar ist. Zusammenfassend sind die Windung der Primärspule und die Windung der Sekundärspule auf unterschiedlichen Lagen einer Leiterplatte angeordnet, was zu einer vergleichsweise hohen Isolationsspannungsfestigkeit führt. Zweckmäßigerweise sind die jeweiligen Windungen parallel zur Ebene der Leiterplatte.
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Beispielsweise umfasst die Primärspule und/oder die Sekundärspule lediglich die jeweilige Windung. Zweckmäßigerweise ist zumindest eine der Windungen nach Art eines geöffneten Rechtecks oder einer Spirale gebildet. Beispielsweise sind die beiden Windungen bei einer Draufsicht deckungsgleich. Zumindest überdeckt sich vorzugsweise mehr als die Hälfte der mit der jeweiligen Windung umschlossenen Fläche, was zu einem vergleichsweise hohen Wirkungsgrad führt. Beispielsweise bestehen die Primärspule und/oder die Sekundärspule lediglich aus der jeweiligen Windung. Infolgedessen wird die Induktivität der jeweiligen Spule lediglich mittels der Geometrie der jeweiligen Windung bestimmt. Auf diese Weise ist eine vergleichsweise kostengünstige Erstellung der Primär- bzw. Sekundärspule ermöglicht.
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Zweckmäßigerweise ist die Windung der Primärspule und/oder der Sekundärspule mittels einer Leiterbahn der jeweiligen Lage gebildet. Mit anderen Worten wird die jeweilige Windung aus beispielsweise einer Kupferschicht herausgeätzt, -gefräst oder -gestanzt. Hierbei sind zweckmäßigerweise mit der die jeweilige Windung bildenden Leiterbahn weitere elektrische oder elektronische Bauteile kontaktiert, wie z.B. Widerstände, Kondensatoren oder integrierte Schaltungen. Auf diese Weise ist die Erstellung der jeweiligen Spulen vergleichsweise einfach und kostengünstig. Zudem erfolgt die Erstellung der jeweiligen Spule insbesondere in einem Arbeitsschritt mit der Erstellung von weiteren Leiterbahnen der jeweiligen Lage, sodass die Zeit für die Erstellung des Transformators verkürzt ist.
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Beispielsweise umfasst die Leiterbahn eine dritte Lage, die ebenfalls eine Windung der Sekundärspule aufweist. Mit anderen Worten umfasst die Sekundärspule zumindest zwei Windungen, wobei eine der Windungen Bestandteil der zweiten Lage und die weitere Windung Bestandteil der dritten Lage ist. Zwischen der zweiten und dritten Lage ist die erste Lage angeordnet. Mit anderen Worten ist die erste Lage von der zweiten und der dritten Lage umgeben, wobei die Lagen insbesondere direkt an der ersten Lage anliegen. Die beiden Windungen der Sekundärspule sind miteinander elektrisch kontaktiert. Auf diese Weise ist die Induktivität der Sekundärspule erhöht, was zu einer erhöhten induzierten elektrischen Spannung führt. Insbesondere ist die Windung der dritten Lage mittels einer Leiterbahn erstellt und vorzugsweise ist das Layout der zweiten Lage im Wesentlichen gleich dem der dritten Lage, was die Herstellungskosten reduziert. Vorzugsweise ist die Windung der zweiten Lage mit der Windung der dritten Lage durch die erste Lage durchkontaktiert. Mit anderen Worten weist die erste Lage eine Aussparung auf, durch die ein Pin oder dergleichen der Sekundärspule zur Verbindung der beiden Windungen geführt ist. Folglich ist die Verbindung zwischen den beiden Windungen der Sekundärspule innerhalb der Leiterplatte angeordnet.
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Alternativ oder in Kombination hierzu umfasst die Leiterplatte eine vierte Lage, die auf der der ersten Lage gegenüberliegenden Seite der zweiten Lage positioniert ist, und die insbesondere an der zweiten Lage anliegt. Die vierte Lage weist eine Windung der Primärspule auf, die mit der Windung der ersten Lage elektrisch kontaktiert ist. Beispielsweise ist die zweite Lage durchkontaktiert, so dass die Verbindung der beiden Windungen der Primärspule mittels eines durch die zweite Lage geführten Leiters erfolgt. Infolgedessen ist die Induktivität der Primärspule erhöht. Vorzugsweise umfasst die Leiterplatte eine Anzahl weiterer Lagen, die jeweils eine Windung umfassen, die zweckmäßigerweise mittels einer Leiterbahn erstellt ist. Insbesondere sind die jeweiligen Lagen aufeinander gestapelt, wobei sich Lagen mit einer der Windungen der Primärspule und Lagen mit einer der Windungen der Sekundärspule abwechseln. Insbesondere erfolgt die elektrische Verbindung der jeweiligen Windungen mittels Durchkontaktierung der jeweils dazwischen liegenden Lage. Zweckmäßigerweise sind die jeweiligen Windungen parallel zur Ebene der Leiterplatte.
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In einer Alternative hierzu wechseln sich die die einzelnen Windungen der Spulen aufweisenden Lagen nicht oder nur teilweise ab. So sind beispielsweise die zweite Lage zwischen der ersten Lage und der dritten Lage und/oder die erste Lage zwischen der vierten Lage und der zweiten Lage angeordnet, sofern diese vorhanden sind. Folglich sind zumindest zwei die Windungen der gleichen Spule aufweisenden Lagen zueinander direkt benachbart. In diesem Fall ist bei geeigneter Wahl der Materialien der einzelnen Lagen auch ein ausreichender Spannungsschutz, und insbesondere Abstand, zwischen der Primär- und Sekundärspule realisiert. Beispielsweise ist die erste Lage direkt benachbart zur vierten Lage, wobei diese beiden lagen zwischen der zweiten und dritten Lage angeordnet sind, sofern die Leiterplatte zumindest vier Lagen aufweist.
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Vorzugsweise ist die Oberfläche der Leiterplatte mittels einer fünften Lage gebildet, die frei von der Primärspule und frei von der Sekundärspule ist. Insbesondere weist die Leiterplatte zwei derartige fünfte Lagen auf, die die beiden Oberflächen der Leiterplatte bilden, also die zweckmäßigerweise parallel zur ersten und zweiten Lage sowie etwaigen weiteren Lagen angeordnet sind. Insbesondere ist zumindest eine der fünften Lagen in direktem mechanischem Kontakt mit einer Lage, die eine Windung entweder der Primär- oder der Sekundärspule aufweist, beispielsweise mit der ersten oder der zweiten Lage. Infolgedessen sind die Primär- und Sekundärspule im Wesentlichen im Inneren der Leiterplatte positioniert, so dass eine Robustheit des Transformators aufgrund eines Schutzes vor mechanischen Beschädigungen der beiden Spulen erhöht ist.
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Beispielsweise ist die fünfte Lage magnetisch isolierend ausgestaltet, sodass eine Beeinflussung des mittels der Primärspule erstellten Magnetfelds sowie des mittels der Sekundärspule erstellten induzierten elektrischen Stroms im Wesentlichen ausgeschlossen ist. Auch ist was den Wirkungsquerschnitt des Transformators erhöht. Beispielsweise weist die fünfte Lage eine elektrisch leitende Schicht auf, die auf einem bestimmten Potential, beispielsweise Masse liegt. Alternativ erfolgt die Isolierung mittels einer geeigneten Materialwahl der fünften Lage oder eines Bestandteils hiervon. Alternativ oder in Kombination hierzu weist die fünfte Lage eine Schaltung auf, mittels derer zweckmäßigerweise eine Bestromung der Primärspule oder ein Abgreifen des mittels der Sekundärspule induzierten elektrischen Stroms erfolgt. Auf diese Weise ist der Transformator vergleichsweise kompakt, und es wird keine weitere Leiterplatte sowie eine Montage derselben bezüglich der die Primär- und Sekundärspule aufweisenden Leiterplatte benötigt.
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Zweckmäßigerweise weist der Transformator keinen Kern auf, ist also kernlos. Mit anderen Worten ist weder innerhalb der Primär- noch Sekundärspule ein Kern aus einem ferromagnetischen Material angeordnet, mittels dessen die beiden Spulen gekoppelt sind. Auf diese Weise ist die Induktion der jeweiligen Spule lediglich von der gewählten Geometrie der jeweiligen Windung abhängig. Infolgedessen ist die Entstehung von Sättigungsproblemen verhindert, wobei der Wirkungsquerschnitt des Transformators zwar verringert ist. Insbesondere bei einer Verwendung zum Ansteuern eines Halbleiterschalters, also bei einer Verwendung als Bestandteil eines Leistungsschalters, ist jedoch lediglich ein vergleichsweise geringer Leistungsübertrag erforderlich, so dass die Verringerung des Wirkungsquerschnitts im Wesentlichen zu keiner signifikanten Verringerung des Wirkungsquerschnitts des Leistungsschalters führt. Aufgrund der Abwesenheit des Kerns ist zudem keine galvanische Trennung der jeweiligen Windungen zu dem Kern erforderlich, was zu einer weiter erhöhten Isolationsspannungsfestigkeit führt.
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Die Primärspule des Transformators wird zweckmäßigerweise mit einem Wechselstrom beaufschlagt, so dass ein zeitlich variierendes Magnetfeld mittels der Primärspule erschaffen wird. Das Magnetfeld durchdringt die Windung der Sekundärspule, innerhalb derer aufgrund der zeitlichen Veränderung des Magnetfelds ein elektrischer Strom induziert wird, wobei die Primärspule galvanisch von der Sekundärspule getrennt ist. Vorzugsweise wird die Frequenz einer Eigenschwingung der Primärspule bestimmt, was zweckmäßigerweise mittels Heranziehung des elektrischen Widerstandes der Primärspulen und deren Induktivität erfolgt. Insbesondere wird als Frequenz des Wechselstroms, mittels dessen die Primärspule beaufschlagt wird, die Frequenz der Eigenschwingung der Primärspule herangezogen. Mit anderen Worten wird die Primärspule in Resonanz betrieben. Folglich ist die Eigendämpfung der Primärspule auf den Wechselstrom vergleichsweise gering. Infolgedessen ist das mittels der Primärspule erstellte Magnetfeld vergleichsweise stark ausgeprägt, was zu einem erhöhten elektrischen Stromfluss innerhalb der Sekundärspule führt. Alternativ oder in Kombination hierzu wird als Frequenz die Frequenz einer Eigenschwingung der Sekundärspule herangezogen. Auf diese Weise ist der Betrag der induzierten elektrischen Spannung erhöht, sodass lediglich eine vergleichsweise geringe Anzahl an Windungen der Sekundärspule zur Erzeugung einer bestimmten induzierten elektrischen Spannung verwendet werden müssen. Sofern die Windungen auf unterschiedliche Lagen der Leiterplatte verteilt sind, ist folglich eine vergleichsweise dünne Leiterplatte zur Erzielung einer bestimmten induzierten elektrischen Spannung erforderlich.
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Beispielsweise weist der Wechselstrom, mittels dessen die Primärspule beaufschlagt wird, lediglich eine einzige Richtung auf. Beispielsweise ist hierfür eine Diode in Reihe mit der Primärspule geschalten. Vorzugsweise weist hierbei der Transformator keinen Kern auf, ist also kernlos. Folglich ist es nicht erforderlich, etwaige Sättigungen mittels Umpolung der Primärspule zu verringern, so dass auch bei Heranziehung lediglich eines in eine einzige Richtung fließenden Wechselstroms die Funktion des Transformators gegeben ist, wobei die Ansteuerung jedoch vergleichsweise kostengünstig aufgebaut werden kann. Beispielsweise wird als Wechselstrom ein sägezahnförmiger oder gepulster elektrischer Strom herangezogen.
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Der Leistungsschalter ist vorzugsweise Bestandteil einer Industrieanlage mit einer speicherprogrammierbaren Schaltung. Zumindest jedoch ist der Leistungsschalter mittels einer speicherprogrammierbaren Schaltung angesteuert. Der Leistungsschalter umfasst einen Halbleiterschalter, insbesondere einen Transistor. Vorzugsweise wird als Halbleiterschalter ein MOSFET herangezogen. Der Leistungsschalter umfasst ferner einen Transformator mit einer Leiterplatte, die eine erste Lage mit einer Windung einer Primärspule und eine zweite Lage mit einer Windung einer Sekundärspule aufweist. Insbesondere ist der Halbleiterschalter mittels des Transformators angesteuert, und geeigneterweise wird eine Gate-Spannung des Halbleiterschalters mittels des Transformators eingestellt. Insbesondere weist die Leiterplatte eine Treiberschaltung auf, mittels derer die Gate-Spannung des Halbleiterschalters eingestellt wird. Vorzugsweise ist die Treiberschaltung an einer Oberfläche der Leiterplatte positioniert und mittels an der Leiterplatte angebundenen elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen realisiert. Vorzugsweise sind die Bauteile mit Leiterbahnen der Leiterplatte elektrisch kontaktiert, von denen vorzugsweise zumindest eine mit einer der Spulen der ersten und/oder zweiten Lage elektrisch kontaktiert ist. Insbesondere wird eine speicherprogrammierbare Schaltung zur Ansteuerung des Leistungsschalters, insbesondere der Treiberschaltung des Leistungsschalters verwendet.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in einer seitlichen Schnittdarstellung vereinfacht einen Leistungsschalter mit einem Halbleiterschalter und mit einem Transformator,
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2 die funktionalen Elemente des Leistungsschalters, und
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3 ein Verfahren zum Betrieb des Transformators.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist in einer seitlichen Schnittdarstellung schematisch vereinfacht ein Leistungsschalter 2 dargestellt, der mittels einer Datenleitung 4 von einer speicherprogrammierbaren Schaltung (SPS) 6 mit Steuerbefehlen beaufschlagt ist. Der Leistungsschalter umfasst einen Halbleiterschalter 8 in Form eines MOFETs und einen kernlosen Transformator 10, mittels dessen die speicherprogrammierbare Schaltung 6 galvanisch von dem Halbleiterschalter 8 getrennt ist. Der Transformator 10 weist eine Sekundärspule 12 auf, die mittels einer ersten Steuerleitung 14 mit dem Halbleiterschalters 8 elektrisch kontaktiert ist. Hierbei wird mittels der ersten Steuerleitung 14 ein Gate-Eingang 16 des Halbleiterschalters 8 mit elektrischer Spannung beaufschlagt. Der Transformator 10 umfasst ferner eine Primärspule 18, die mittels einer zweiten Steuerleitung 20 mit einer Treiberschaltung 22 elektrisch kontaktiert ist. Die Treiberschaltung 22 wiederum ist signaltechnisch mit der Datenleitung 4 gekoppelt.
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Der Transformator 10 weist eine Leiterplatte 24 auf, die eine erste Lage 26, eine zweite Lage 28, eine dritte Lage 30, eine vierte Lage 32, zwei fünfte Lagen 34 sowie eine sechste Lage 36 aufweist, die übereinander gestapelt sind. Die Leiterplatte 24 ist folglich siebenlagig ausgestaltet, wobei jede der Lagen 26, 28, 30, 32, 34, 36 ein elektrisch isolierendes Trägermaterial 38 und einer hierauf aufgebrachten Leiterbahnen 40 umfasst. Das Trägermaterial 38 besteht aus mittels Glasfasergewebe verstärktem Epoxidharz und weist eine Dicke von 3 mm auf. Die Leiterbahnen 40 sämtlicher Lagen mit Ausnahme der fünften Lagen 34 befinden sich jeweils zwischen zwei Trägermaterialien 38. Mit anderen Worten ist zwischen den Leiterbahnen 40 benachbarter Lagen 26, 28, 30, 32, 36 jeweils ein Trägermaterial 38 einer dieser Lagen angeordnet. Die fünften Lagen 34 bilden die beiden Oberflächen 42 der Leiterplatte 24 und sind magnetisch isolierend ausgestaltet. Eine der fünften Lagen 34 weist die Treiberschaltung 22 auf, die mittels einer Anzahl von elektrischen Bauteilen 44, wie Kondensatoren oder Widerständen, gebildet ist, die mittels einer der Leiterbahnen 40 eben dieser der fünften Lage 34 elektrisch kontaktier sind.
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Zwischen den beiden fünften Lagen 34 sind die weiteren Lagen in der Reihenfolge dritte Lage 30, erste Lage 26, zweite Lage 28, vierte Lage 32 und sechste Lage 36 aufeinander gestapelt, wobei sämtliche Lagen 26, 28, 30, 32, 34, 36 an der jeweils benachbarten Lage direkt anliegen, was die Stabilität der Leiterplatte 24 erhöht. Die Lagen 26, 28, 30, 32, 34, 36 sind bündig aufeinander gestapelt, so dass der Randbereich der Leiterplatte 24 im Gegensatz zu dem ausschnittsweise dargestellten Abschnitt der Leiterplatte 24 plan ist.
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Die dritte Lage 30, die zweite Lage 28 und die sechste Lage 36 weisen jeweils eine Windung 46 der Sekundärspule 12 auf, die jeweils mittels einer der Leiterbahnen 40 der jeweiligen Lage 30, 28, 36 erstellt sind. Die Windungen 46 sind mittels einer ersten Durchkontaktierung (VIA) 48 miteinander elektrisch leitend verbunden, die folglich durch die erste Lage 26 und die vierte Lage 32 ragt. Die Windung 46 der sechsten Lage 36 ist elektrisch leitend mit der ersten Steuerleitung 14 verbunden, die teilweise mittels einer Durchkontaktierung durch die hierzu benachbarte fünfte Lage 34 gebildet ist. Die Sekundärspule 12 weist folglich drei Windungen 46 auf, die im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche 42 der Leiterplatte 24 sind.
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Die erste Lage 26 und die vierte Lage 32 weisen jeweils eine mittels der Leiterbahnen 40 gebildeten Windung 50 der Primärspule 18 auf, die mittels einer zweiten Durchkontaktierung 52 elektrisch leitend verbunden sind, die durch die zweite Lage 28 geführt ist. Die Primärspule 18 weist folglich zwei Windungen 50 auf, wobei die Windung 50 der ersten Lage 26 mit der Steuerleitung 20 elektrisch kontaktiert ist, die durch die zweite Lage 24 geführt ist. Die Windungen 50 der Primärspule 18 sind hierbei ebenfalls im Wesentlichen parallel zur Oberfläche 42 der Leiterplatte 24. Die Primärspule 18 und die Sekundärspule 12 sind jeweils mittels der fünften Lagen 34 von der Umgebung sowohl magnetisch als auch elektrisch abgeschirmt, wobei etwaige mittels der Primärspule 18 erzeugte Magnetfelder im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche 42 der Leiterplatte 24 innerhalb der jeweiligen Windungen 50 verlaufen.
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In 2 ist eine Signalkette 54 des Leistungsschalters 2 und der speicherprogrammierbaren Schaltung 6 dargestellt. Mittels der speicherprogrammierbaren Schaltung 6 wird ein Ansteuersignal 56 erstellt, mit welchem der Transformator 10 beaufschlagt wird. Infolgedessen wird mittels der Treiberschaltung 22 ein Wechselstrom I mit einer Frequenz f erstellt und die Primärspule 18 mit eben diesem Wechselstrom I beaufschlagt. Infolgedessen wird innerhalb der Sekundärspule 12 ein Wechselstrom induziert, der mittels der ersten Steuerleitung 14 dem Halbleiterschalter 18 an dessen Gate-Eingang 16 zugeführt wird. In einer Ausführungsform ist hierbei in die erste Steuerleitung 14 eine Diode 58 eingebracht, so dass der Halbleiterschalter 8 lediglich mit in eine Richtung fließendem Wechselstrom beaufschlagt wird.
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In 3 ist ein Verfahren 60 zum Betrieb des Transformators 10 dargestellt. In einem ersten Arbeitsschritt 62 wird eine Eigenfrequenz des Transformators 10, also eine Eigenfrequenz dessen Primär- und Sekundärspule 18, 12 bestimmt. Der erste Schritt 62 wird vorzugsweise lediglich einmal bei Erstellung des Transformators 10 ausgeführt. In einem zweiten Arbeitsschritt 64 wird die Primärspule 18 mit dem die Frequenz f aufweisende Wechselstrom I beaufschlagt, sofern das Ansteuersignal 56 vorhanden ist. Hierbei wird als Frequenz f des Wechselstroms I die Eigenfrequenz des Transformators 10 herangezogen, die im ersten Arbeitsschritte 62 bestimmt wurde. Zudem wird lediglich Wechselstrom I in eine Richtung herangezogen, also beispielsweise mittels Strompulsen erstellt. Infolgedessen weist der in der Sekundärspule 12 induzierte Strom ebenfalls lediglich eine einzige Richtung auf, weshalb die Diode 58 entfallen kann.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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