DE19711815A1 - Transformer for switching network - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator für ein Schaltnetzteil, wobei die ser Transformator verteilte Wicklungen (Primär- und Sekundärwicklung) aufweist, die sich auf einer Spulenkörper-Konfiguration befinden und sich dabei gegenüber liegen und wobei eine Transformatorkern-Konfiguration den magnetischen Fluß führt. Das mit einem derartigen Transformator bestückte Schaltnetzteil kann bei spielsweise bei IGBT-Gate-Drives eingesetzt werden, bei denen eine Potentialtren nung von beispielsweise 10 bis 20 kV erforderlich ist.The invention relates to a transformer for a switching power supply, the this transformer has distributed windings (primary and secondary windings), that are on a bobbin configuration and face each other lie and wherein a transformer core configuration the magnetic flux leads. The switching power supply equipped with such a transformer can can be used for example with IGBT gate drives in which a potential isolation voltage of, for example, 10 to 20 kV is required.
Üblicherweise werden für derartige Einsatzzwecke Transformatoren mit Röhren- oder Scheibenwicklungen verwendet, wenn eine geringe Streuinduktivität gefordert wird. Bedingt durch die hohe Potentialtrennung und die damit verbundene Isolati onsanforderung werden derartige Transformatoren jedoch in nachteiliger Weise re lativ voluminös. Bei Resonanz-Schaltnetzteilen mit weichen Schaltvorgängen müs sen Transformatoren mit höheren Streuinduktivitäten verwendet werden, da die Streuinduktivitäten gezielt als Resonanzelemente für die Resonanzkreise eingesetzt werden.Typically, transformers with tubular or disc windings are used when low leakage inductance is required becomes. Due to the high potential isolation and the associated isolati However, transformers of this type are disadvantageously re relatively voluminous. With resonance switching power supplies with soft switching operations transformers with higher leakage inductances can be used because the Stray inductors are used specifically as resonance elements for the resonance circuits will.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transformator für ein Resonanz- Schaltnetzteil anzugeben, der sehr hohen Isolationsanforderungen genügt und da bei kompakt aufgebaut ist. The invention has for its object to provide a transformer for a resonance Specify switching power supply that meets very high insulation requirements and there at is compact.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Transformator für ein Schaltnetz teil mit einer aus zwei Spulenkörpern gebildeten Spulenkörper-Konfiguration gelöst, wobei jeder Spulenkörper einen die Primärwicklung oder die Sekundärwicklung tra genden Röhrenabschnitt und sich beidseitig daran anschließende Seitenabschnitte aufweist und über Bohrungen und Ausnehmungen zur Aufnahme von Transforma torkern-Abschnitten verfügt und wobei die Spulenkörper über ihre Seitenabschnitte aneinanderstoßen, so daß sich eine quadratische, rechteckige, kreisringförmige oder ovale Spulenkörper-Konfiguration ergibt. Die Transformatorkern-Konfiguration wird aus zwei Kernabschnitten gebildet, wobei die Kernabschnitte in die Bohrungen und Ausnehmungen der Spulenkörper eingreifen und über ihre Enden aneinander stoßen, so daß sich eine quadratische, rechteckige, kreisringförmige oder ovale Transformatorkern-Konfiguration ergibt. Die mit Wicklungen und Kernen bestückten Spulenkörper sind mittels einer Vergußmasse in einem Gehäuse eingebettet.This object is achieved by a transformer for a switching network partially released with a coil former configuration formed from two coil formers, where each coil former travels the primary winding or the secondary winding pipe section and adjoining side sections on both sides has and through holes and recesses for receiving transforma has core sections and the bobbin has its side sections abut each other so that there is a square, rectangular, circular or oval coil body configuration results. The transformer core configuration is formed from two core sections, with the core sections in the holes and engage recesses of the bobbin and each other via their ends butt so that there is a square, rectangular, circular or oval Transformer core configuration results. Those equipped with windings and cores Coil bodies are embedded in a housing by means of a casting compound.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der vorgeschlagene Transformator im Hinblick auf die erzielte Spannungsfestigkeit äu ßerst kompakt aufgebaut ist. Infolge der vorgeschlagenen Konfiguration mit konse quenter Ummantelung des aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehenden Transformatorkerns mittels der Spulenkörper befinden sich die Primär- und Sekun därwicklung in voneinander elektrisch isolierten Kammern mit zur Beherrschung der hohen Potentialdifferenzen dienenden zusätzlich eingefügten Kriechwegen.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that the proposed transformer with regard to the dielectric strength achieved is extremely compact. As a result of the proposed configuration with konse quente sheathing of the consisting of an electrically conductive material Transformer core by means of the coil former are the primary and secondary Därwick in mutually electrically insulated chambers to master the high potential differences serve additionally inserted creepage distances.
Dabei sind die einzelnen Baukomponenten des Transformators - wie insbesondere die Wicklungen und deren Anschlußtechnik - bzw. ihre Anordnung zueinander kon sequent derart gestaltet, daß eine gleichförmige Ausbildung des elektrischen Feldes gewährleistet ist. Da sich die beiden Wicklungen unter Einhaltung der erforderlichen Isolationsstrecke direkt gegenüberliegen, ergibt sich bereits hieraus eine homogene elektrische Feldverteilung.Here are the individual components of the transformer - as in particular the windings and their connection technology - or their arrangement to each other kon sequentially designed such that a uniform formation of the electric field is guaranteed. Since the two windings comply with the required Insulation distance directly opposite, this results in a homogeneous electrical field distribution.
Die relativ hohe Streuinduktivität des Transformator ist für die Verwendung bei ei nem Resonanz-Schaltnetzteil erwünscht, wobei die Streuinduktivität relativ genau berechenbar bzw. einstellbar ist, was bei Verwendung als Resonanzelement von Vorteil ist. Der Transformator ist unter Einsatz einfacher maschineller Verarbeitung äußerst kostengünstig herstellbar.The relatively high leakage inductance of the transformer is for use with egg nem resonant switching power supply desired, the leakage inductance is relatively accurate is calculable or adjustable, which when used as a resonance element of Advantage is. The transformer is using simple machine processing extremely inexpensive to manufacture.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the embodiment shown in the drawing Examples explained. Show it:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau des Transformators, Fig. 1 shows the basic construction of the transformer,
Fig. 2 eine Seitenansicht auf einen Spulenkörper, Fig. 2 is a side view of a coil bobbin,
Fig. 3 eine Sicht auf die Stirnseite eines Spulenkörpers. Fig. 3 is a view of the end face of a bobbin.
In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau des Transformators dargestellt. Der Transforma tor weist zwei Spulenkörper auf, nämlich einen Spulenkörper 1 für die Primärwick lung 3 und einen Spulenkörper 2 für die Sekundärwicklung 4. Bei der Draufsicht ge mäß Fig. 1 ist zu erkennen, daß jeder der Spulenkörper im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist, wobei sich die Wicklungen auf den Basisschenkeln befinden und die Seitenschenkel der beiden Spulenkörper aneinanderstoßen, so daß sich eine qua dratische oder rechteckige Spulenkörper-Konfiguration ergibt. Jeweils an den Ecken des gebildeten Quadrates oder Rechteckes befinden sich die Primärwicklungsan schlüsse 5, 6 bzw. die Sekundärwicklungsanschlüsse 7, 8. Vorzugsweise sind diese Anschlüsse als Lötstifte ausgebildet. Rippen 9 an den Seitenschenkeln der Spulen körper 1, 2 dienen zur Kriechwegverlängerung.In Fig. 1, the basic construction of the transformer is shown. The transformer has two bobbins, namely a bobbin 1 for the primary winding 3 and a bobbin 2 for the secondary winding 4th In the plan view accelerator as Fig. 1 it can be seen that each of the coil body is formed like U-essentially, wherein the windings are located on the base legs and the side legs of the two bobbin abut each other so that a qua dratische or rectangular Spulenkörper- Configuration results. The primary winding connections 5 , 6 and the secondary winding connections 7 , 8 are located at the corners of the square or rectangle formed. These connections are preferably designed as solder pins. Ribs 9 on the side legs of the coil body 1 , 2 serve to extend the creepage distance.
Der Transformatorkern ist aus zwei jeweils U-förmigen Kernabschnitten 10, 11 zu sammengesetzt. Diese beiden Kernabschnitte weisen vorzugsweise einen kreisför migen Querschnitt auf und bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Hochfrequenz- Ferrit. Die Kernabschnitte greifen in entsprechende Bohrungen und Ausnehmungen (siehe Ziffern 17, 18, 19 gemäß Fig. 2) der Spulenkörper ein, so daß ihre Seiten schenkel aneinanderstoßen und sich eine quadratische oder rechteckige Transfor matorkern-Konfiguration ergibt. Die Stoßfugen der Kernabschnitte sind in Fig. 1 nicht zu erkennen, da sie im Bereich der Primärwicklung und Sekundärwicklung lie gen und deshalb verdeckt sind.The transformer core is composed of two U-shaped core sections 10 , 11 . These two core sections preferably have a circular cross-section and consist of an electrically conductive high-frequency ferrite. The core sections engage in corresponding bores and recesses (see paragraphs 17 , 18 , 19 in FIG. 2) of the bobbin, so that their sides abut each other and result in a square or rectangular transformer core configuration. The butt joints of the core sections cannot be seen in FIG. 1, since they lie in the area of the primary winding and secondary winding and are therefore covered.
Der Transformator mit Spulenkörpern 1, 2, Primärwicklung 3, Sekundärwicklung 4 sowie den Kernabschnitten 10, 11 ist in ein aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff bestehendes Gehäuse 13 eingelegt und in einer elektrisch isolierenden Vergußmasse 12, vorzugsweise einer Weichvergußmasse, eingebettet. Die Primär wicklungsanschlüsse 5, 6 und die Sekundärwicklungsanschlüsse 7, 8 durchstoßen die Vergußmasse im offenen Bodenteil des Gehäuses.The transformer with coil formers 1 , 2 , primary winding 3 , secondary winding 4 and the core sections 10 , 11 is inserted into a housing 13 made of an electrically insulating plastic and embedded in an electrically insulating casting compound 12 , preferably a soft casting compound. The primary winding connections 5 , 6 and the secondary winding connections 7 , 8 penetrate the sealing compound in the open bottom part of the housing.
In Fig. 2 ist eine Seitenansicht des aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff be stehenden Spulenkörpers 2 dargestellt. Der Spulenkörper weist einen den Ba sisschenkel bildenden mittleren Röhrenabschnitt 14 auf, der beidseitig von Seiten abschnitten 15, 16 (Seitenschenkel) begrenzt wird, so daß sich - wie bereits vorste hend erwähnt - eine U-förmige Anordnung ergibt. Auf den Röhrenabschnitt 14 ist die Sekundärwicklung einlagig gewickelt. Zwischen Wicklungsanfang bzw. Wicklungs ende und jedem Seitenabschnitt sind die bereits erwähnten Rippen 9 angeordnet. Der Röhrenabschnitt 14 weist eine zentrale Bohrung 17 zur Durchführung der Kern abschnitte auf. In ähnlicher Weise sind die beiden Seitenabschnitte 15, 16 mit seitli chen Ausnehmungen 18, 19 versehen, in welche ebenfalls die Kernabschnitte ein greifen.In Fig. 2 is a side view of the bobbin 2 made of an electrically insulating plastic be shown. The bobbin has a Ba sis leg forming central tube section 14 , the sections on both sides of sides 15 , 16 (side leg) is limited, so that - as mentioned above vorste - results in a U-shaped arrangement. The secondary winding is wound in one layer on the tube section 14 . The ribs 9 already mentioned are arranged between the beginning or end of the winding and each side section. The tube section 14 has a central bore 17 for carrying out the core sections. In a similar manner, the two side sections 15 , 16 are provided with recesses 18 , 19 in the side, into which the core sections also engage.
An beiden Seitenabschnitten 15, 16 sind Anschlußträger 20, 21 angeformt, welche mit Bohrungen 22, 23 zur Bildung der Wicklungsanschlüsse versehen sind. In diese Bohrungen 22, 23 sind vorzugsweise Metallstifte eingesteckt, welche einerseits für den Lötanschluß von Wicklungsanfang und Wicklungsende innerhalb des Transfor mators geeignet sind und andererseits - wie bereits erwähnt - den Gehäuseboden durchstoßen und mit externen Leiterplattenanschlüssen verlötbar sind. Die An schlußträger 20, 21 ragen über den Röhrenabschnitt 14 in unmittelbarer Nähe der Rippen 9, so daß Wicklungsanfang und Wicklungsende in geradliniger Weise an schließbar sind. Dies ist für die gleichförmige Ausbildung des elektrischen Feldes von Wichtigkeit und verhindert örtliche Feldstärkeerhöhungen.On both side sections 15 , 16 , connection carriers 20 , 21 are formed, which are provided with bores 22 , 23 to form the winding connections. In these holes 22 , 23 are preferably inserted metal pins, which are suitable for the solder connection of the winding start and winding end within the transformer and on the other hand - as already mentioned - pierce the bottom of the housing and can be soldered to external circuit board connections. At the circuit carrier 20 , 21 protrude beyond the tube section 14 in the immediate vicinity of the ribs 9 , so that the beginning and end of the winding can be closed in a straight line. This is important for the uniform formation of the electric field and prevents local increases in field strength.
In Fig. 3 eine Sicht auf die Stirnseite des Spulenkörpers 2 dargestellt. Es sind der Seitenabschnitt 15 mit Ausnehmung 18, der Röhrenabschnitt 14 mit zentraler Boh rung 17 und Rippen 9 sowie der Anschlußträger 20 mit Bohrung 22 zur Bildung des Sekundärwicklungsanschlusses zu erkennen. In Fig. 3 shows a view of the front side of the bobbin 2. There are the side portion 15 with recess 18 , the tube portion 14 with central Boh tion 17 and ribs 9 and the connector bracket 20 with bore 22 to form the secondary winding connection.
Die vorstehenden Ausführungen zum Spulenkörper 2 und zur Sekundärwicklung 4 gelten selbstverständlich sinngemäß in gleicher Weise auch für den weiteren Spu lenkörper 1 und die Primärwicklung 3.The above statements regarding the bobbin 2 and the secondary winding 4 naturally also apply in the same way to the further bobbin 1 and the primary winding 3 .
Allgemein gilt für den vorstehend beschriebenen Transformator mit verteilten Wick lungen, daß die hohen Isolationsanforderungen leichter als bei Transformatoren mit Röhren oder Scheibenwicklungen erfüllt werden. Dabei wird der Abstand a zwischen Primärwicklung 3 und Sekundärwicklung 4 (siehe Fig. 1) im wesentlichen in Abhän gigkeit der zwischen den beiden Wicklungen auftretenden Potentialdifferenz ge wählt, dementsprechend ergibt sich eine eher quadratische oder eher rechteckige Spulenkörper-Konfiguration mit entsprechend kürzeren oder längeren Seitenab schnitten 15, 16.In general, it applies to the transformer with distributed windings described above that the high insulation requirements are met more easily than with transformers with tubes or disk windings. The distance a between primary winding 3 and secondary winding 4 (see FIG. 1) is essentially ge depending on the potential difference occurring between the two windings ge, accordingly there is a more square or more rectangular coil body configuration with correspondingly shorter or longer sides from cut 15 , 16 .
Durch die Wahl der einlagigen Wicklungen mit geringer Leiterhöhe werden die durch den Skineffekt verursachten Verluste selbst bei hohen Schaltfrequenzen in tolerierbaren Grenzen gehalten.The choice of single-layer windings with a low conductor height means that losses caused by the skin effect even at high switching frequencies in tolerable limits.
Wichtig ist, daß die eingesetzten Isolations- und Vergußmaterialien - wie Material der Spulenkörper 1, 2, Vergußmasse 12, Material des Gehäuses 13 - hinsichtlich ihrer elektrischer Eigenschaften, beispielsweise der Elektrizitätskonstanten, genau aufeinander abgestimmt sind, um eine möglichst homogene Feldverteilung zu erzie len. Das Vergußmaterial muß vor allem im Isolationsbereich zwischen Primär- und Sekundärwicklung vollständig eindringen können und der Einschluß von Luftblasen muß ausgeschlossen werden, was beispielsweise durch einem Verguß unter Vaku um sichergestellt wird.It is important that the insulation and potting materials used - such as the material of the coil former 1 , 2 , potting compound 12 , material of the housing 13 - are precisely matched to one another in terms of their electrical properties, for example the electricity constants, in order to achieve the most homogeneous field distribution possible. The potting material must be able to penetrate completely, especially in the insulation area between the primary and secondary windings, and the inclusion of air bubbles must be excluded, which is ensured, for example, by potting under vacuum.
Wie bereits vorstehend angedeutet, sind die einzelnen Windungen der Wicklungen sehr dicht aneinander und ohne nennenswerte Zwischenräume einlagig angeordnet, um örtlich erhöhte Werte der elektrischen Feldstärke zu vermeiden. Um eine gleichmäßige Verteilung des elektrischen und des magnetischen Feldes zu gewähr leisten, ist dabei eine Wickel breite von mindestens sechs bis acht mm anzustreben.As already indicated above, the individual turns of the windings very close to each other and arranged in one layer with no significant gaps, to avoid locally increased values of the electric field strength. To one to ensure uniform distribution of the electric and magnetic fields to achieve a wrap width of at least six to eight mm.
Neben der im Ausführungsbeispiel eingesetzten UU-förmigen Transformatorkern- Konfiguration mit zwei U-förmigen Kernabschnitten, welche über ihre Seitenschenkel gegeneinanderstoßen, sind auch andere Konfigurationen einsetzbar, beispielsweise eine UI-Konfiguration mit einem U- und einem I-förmigen Kernabschnitt.In addition to the UU-shaped transformer core used in the exemplary embodiment, Configuration with two U-shaped core sections, which over their side legs butting, other configurations can be used, for example a UI configuration with a U and an I-shaped core section.
Zur Vermeidung örtlich erhöhter Feldstärken sind neben den vorstehend behandel ten eckigen Anordnungen insbesondere auch runde oder ovale Konfigurationen mit kreisringförmigen oder ovalen Spulenkörpern und kreisringförmigen oder ovalen Transformatorkernen von Vorteil.To avoid locally increased field strengths are treated in addition to the above ten square arrangements in particular also round or oval configurations toroidal or oval bobbins and toroidal or oval Transformer cores are an advantage.
Claims (5)
mit einer aus zwei Spulenkörpern (1, 2) gebildeten Spulenkörper-Konfiguration, wo bei jeder Spulenkörper einen die Primärwicklung (3) oder die Sekundärwicklung (4) tragenden Röhrenabschnitt (14) und sich beidseitig daran anschließende Seitenab schnitte (15, 16) aufweist und über Bohrungen (17) und Ausnehmungen (18, 19) zur Aufnahme von Transformatorkern-Abschnitten verfügt und wobei die Spulenkörper über ihre Seitenabschnitte aneinanderstoßen, so daß sich eine quadratische, recht eckige, kreisringförmige oder ovale Spulenkörper-Konfiguration ergibt,
mit einer aus zwei Kernabschnitten (10, 11) gebildeten Transformatorkern-Konfi guration, wobei die Kernabschnitte in die Bohrungen (17) und Ausnehmungen (17, 18) der Spulenkörper eingreifen und über ihre Enden aneinanderstoßen, so daß sich eine quadratische, rechteckige, kreisringförmige oder ovale Transformatorkern- Konfiguration ergibt,
wobei die mit Wicklungen und Kernen bestückten Spulenkörper mittels einer Ver gußmasse (12) in einem Gehäuse (13) eingebettet sind.1. transformer for a switching power supply,
with a coil former configuration formed from two coil formers ( 1 , 2 ), where each coil form has a tube section ( 14 ) carrying the primary winding ( 3 ) or the secondary winding ( 4 ) and adjoining Seitenab sections ( 15 , 16 ) on both sides and has bores ( 17 ) and recesses ( 18 , 19 ) for receiving transformer core sections and the bobbins abut one another via their side sections, so that a square, rectangular, circular or oval bobbin configuration results,
with a formed from two core sections ( 10 , 11 ) transformer core confi guration, the core sections engaging in the bores ( 17 ) and recesses ( 17 , 18 ) of the coil former and abutting each other via their ends, so that a square, rectangular, annular or oval transformer core configuration,
wherein the bobbins equipped with windings and cores are embedded by means of a casting compound ( 12 ) in a housing ( 13 ).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997111815 DE19711815A1 (en) | 1997-03-21 | 1997-03-21 | Transformer for switching network |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19711815A1 true DE19711815A1 (en) | 1998-09-24 |
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ID=7824126
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1997111815 Withdrawn DE19711815A1 (en) | 1997-03-21 | 1997-03-21 | Transformer for switching network |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19711815A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11380479B2 (en) * | 2019-06-13 | 2022-07-05 | Marshall Electric Corp. | High voltage ignition coil with improved insulating characteristics |
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DE1887800U (en) * | 1964-02-20 | |||
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US5534839A (en) * | 1995-04-05 | 1996-07-09 | Cramer Coil & Transformer Co., Inc. | Miniature transformer |
-
1997
- 1997-03-21 DE DE1997111815 patent/DE19711815A1/en not_active Withdrawn
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