DE19818132C2 - Transformator füe ein Gleichstromumformer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator für einen Gleichstromumformer nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein solcher Transformator ist zum Beispiel in der DE-A-195 40 525 offenbart.

Die Erfindung ist insbesondere auf dem Gebiet der Kraftfahr­ zeugtechnik einsetzbar, um ausgehend von einer vorgegebenen Batteriespannung oder Bordnetzspannung eine höhere oder niedrigere regelbare Gleichspannung zur Versorgung unterschiedlicher Verbraucher zu erzeugen.

In Kraftfahrzeugen wird heute üblicherweise eine Batterie mit einer Nennspannung von 12 Volt verwendet, um verschiedene Verbraucher, wie die Lichtanlage, Klimaanlage, Heizung, Radio etc., zu versorgen. Einige dieser Verbraucher, insbesondere die Heizeinrichtungen, benötigen Spannungen über 12 Volt und vergleichsweise hohe Leistungen bis zu etwa 1 kW.

In Kraftfahrzeugen werden daher Leistungs- Gleichstromumformer, welche ausgehend von der Batteriespannung oder Bordnetzspannung eine geregelte Leistung (Strom/Spannung) an ausgewählte Verbraucher abgeben können. Diese geregelten Leistungs-Gleichstromumformer haben den Vorteil, dass eine gewählte Temperatur schneller erreicht werden kann als mit den bekannten schaltenden Ein/AUS- Steuerungen.

Die elektrischen Heizeinrichtungen, wie Scheibenheizung oder Sitzheizung, benötigen eine Leistung im Bereich von etwa 300 bis 1000 Watt, und folglich muss der Gleichstromumformer für die damit einhergehenden hohen Ströme ausgelegt sein. Dies macht die Verwendung von Transformatoren mit Kupferdrähten großen Durchmessers notwendig. Um den Durchmesser der Wicklungsdrähte und resultierende Verluste dennoch auf ein vernünftiges Maß zu begrenzen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Versorgungsspannung für solche Verbraucher wie die Innenraumheizung oder Scheibenheizung zu erhöhen, um bei gleicher Leistung niedrigere Ströme zu erzielen.

Wegen der zunehmenden Komplexität und der Anzahl der Baugruppen in der Kraftfahrzeugtechnik und der damit einhergehenden erhöhten Anforderungen an eine kompakte Bauweise wird es zunehmend schwierig, großvolumige Transformatoren für die Hochleistungs-Gleichstromumformer insbesondere in Klein- und Mittelklassewagen unterzubringen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Transformator nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorzusehen, der eine geringe Baugröße hat und hohe Leistungen von bis zu 1 kW oder darüber hinaus übertragen kann.

Diese Aufgabe wird durch einen Transformator mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Insbesondere ist vorgesehen, den Gleichstromumwandler in Kraftfahrzeugen einzusetzen, um ausgehend von der Batteriespannung eine höhere oder niedrigere vom Verbraucher benötigte Spannung bei hoher Leistung zu erzeugen.

Die Erfindung betrifft einen Transformator für einen Gleichstromumformer. Der Transformator umfasst eine erste und eine zweite elektrisch leitende ebene Wicklung und einen Kern; die erste ebene Wicklung liegt in einer ersten Wicklungsebene, und die zweite ebene Wicklung liegt in einer zweiten Wicklungsebene, die zur ersten Wicklungsebene im wesentlichen parallel und benachbart ist. Die beiden Wicklungen grenzen eine zentrale Öffnung ein. Der Kern definiert einen magnetischen Weg durch diese zentrale Öffnung und umschließt die erste und die zweite ebene Wicklung. Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung ist wenigstens die erste oder die zweite ebene Wicklung aus einem Wicklungtsdraht aufgebaut, dessen Querschnitt in einer zur Wicklungsebene parallelen Richtung größer ist als in einer zur Wicklungsebene senkrechten Richtung. Durch diese Auslegung des Wicklungsdrahtes erhält man ein im Verhältnis zur Querschnittsfläche des Wicklungsdrahtes besonders flache ebene Wicklung und somit einen Transformator mit einer sehr geringen Bauhöhe. Der "Wicklungsdraht" kann in Form eines Flachdrahtes eines Mehrfachdrahtes oder eines Blechs ausgebildet sein. Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung sind die Wicklungsdrähte mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet. Dies ermöglicht es, die beiden ebenen Wicklungen ohne Zwischenschaltung eines isolierenden Spulenkörpers direkt übereinander anzuordnen und dennoch die nötige Isolation zwischen den Wicklungen vorzusehen. Auch dieses Merkmal trägt zu einer Verringerung der Bauhöhe des Transformators bei Maximierung der Querschnittsfläche der Wicklungsdrähte bei. Vorzugsweise werden diese beiden Aspekte der Erfindung in Kombination eingesetzt.

Aus der US-A-5,010,314 ist grundsätzlich ein Transformator mit einer ersten und einer zweiten elektrische leitenden, ebenen Wicklung und einem Kern bekannt, wobei die erste und die zweite ebene Wicklung in einer ersten bzw. einer zwei­ ten, zur ersten parallelen Wicklungsebene liegen und eine zentrale Öffnung eingrenzen, und wobei der Kern einen magne­ tischen Weg durch die zentrale Öffnung definiert und die erste und die zweite Wicklungsebene umschließt. Bei dem Transformator der US-A-5,010,314 sind zusätzlich zwischen der ersten und der zweiten Wicklung ein isolierender Spülen­ körper sowie weitere Isolationsschichten zwischen dem Kern, den beiden Wicklungen und dem Spulenkörper vorgesehen. Wei­ terhin ist vorgesehen, die erste und die zweite Wicklung jeweils als eine einzelne breite, gedruckte Leiterbahn auf einer Schaltungsplatte auszubilden, wodurch eine mehrschich­ tige Anordnung entsteht, die schwierig herzustellen ist. Um einen Transformator mit einer Primärwicklung (mit Mittelab­ griff) und einer Sekundärwicklung (mit Mittelabgriff) auf­ zubauen, benötigt die Anordnung der US-A-5,010,314, wie dort in Fig. 1 gezeigt, einen ersten dünnen dielektrischen Iso­ lator, eine erste planare Windung auf einer gedruckten Schaltungsplatte, eine zweite und eine dritte dünne dielek­ trische Isolationsschicht unter der Windung, einen ersten isolierenden Spulenkörper, eine zweite ebene Windung auf einer Schaltungsplatte, eine vierte dünne dielektrische Iso­ lationsschicht, eine dritte ebene Windung auf einer Schal­ tungsplatte, einen zweiten isolierenden Spulenkörper, eine fünfte und eine sechste dünne dielektrische Isolations­ schicht, eine vierte ebene Windung auf einer Schaltungsplat­ te, eine siebte dünne dielektrische Isolationsschicht und zwei E-förmige Ferritkernbauteile, welche die Packung aus den mehreren Schichten umgeben. Der in der US-A-5,010,314 beschriebene Transformator wird als Hochfrequenz-Leistungs­ schalter in Verbindung mit dem Wechselstromnetz verwendet.

Die Anmelderin hat nun herausgefunden, daß sich ein ähnli­ cher Transformatoraufbau auch zur Verwendung in einem Gleichstromwandler zur Übertragung von hohen Gleichstromlei­ stungen bei möglichst geringer Baugröße eignet. Für diese Anwendung wurde der Transformator jedoch grundlegend umge­ staltet. Sämtliche dielektrischen Isolationsschichten und die isolierenden Spulenkörper wurden weggelassen; die ge­ druckten Windungen wurden durch in jeweils einer Ebene lie­ gende Wicklungen ersetzt. Um bei minimaler Bauhöhe eine ma­ ximale Leistungsübertragung zu erreichen, wurden die Wick­ lungsdrähte so ausgelegt, daß sie in einer zur Wicklungsebe­ ne parallelen Richtung einen größeren Querschnitt haben, als in der zur Wicklungsebene senkrechten Ebene. Um die Wicklun­ gen gegeneinander zu isolieren, wurden die Wicklungsdrähte mit einem isolierenden Material überzogen. Der erfindungs­ gemäße Transformatoraufbau ist wesentlich weniger komplex und somit leichter herzustellen als der Transformator des Standes der Technik, und der Transformator kann bei gleicher oder geringerer Bauhöhe größere Leistungen übertragen.

Die Querschnittsvergrößerung der Wicklungsdrähte kann da­ durch erreicht werden, daß jede Wicklung aus einem Mehrfach­ draht, vorzugsweise einem Doppeldraht, gebildet ist, wobei diese mehreren Drähte parallel geschaltet sind und in der Wicklungsebene nebeneinander liegen. Der größere Querschnitt kann auch dadurch erreicht werden, daß jede Wicklung aus einem Flachdraht gebildet ist, der in der entsprechenden Wicklungsebene flachliegend gewickelt ist. Es kann auch vor­ gesehen sein, beispielsweise die erste Wicklung aus einem Doppeldraht und die zweite Wicklung aus einem Flachdraht herzustellen. Der Doppeldraht kann seinerseits aus zwei run­ den oder abgeflachten Drähten hergestellt sein, die hochkant oder flachliegend in der Wicklungsebene angeordnet sind.

Vorzugsweise hat die erste und die zweite Wicklung jeweils einen Mittelabgriff, um einen Transformator mit einer zwei­ teiligen Primärwicklung und einer zweiteiligen Sekundärwick­ lung aufzubauen.

Zur Ansteuerung des Transformators wird vorzugsweise eine Gegentaktschaltung vorgesehen; der Transformatorausgang wird vorzugsweise über eine Pulsweitenmodulations-Regeleinheit zum Eingang zurückgeführt, um eine geregelte Ausgangsspan­ nung vorsehen zu können.

Der Gleichstromumformer wird vorzugsweise als Aufwärtsumformer eingesetzt, um Verbraucher mit maximaler Leistung vorsorgen zu können und um dennoch die durch den Transformator fließenden Ströme nicht zu groß werden zu lassen. Die bevorzugte Verwendung des Gleichstromumformers ist als Aufwärtsumformer in Kraftfahrzeugen vorgesehen, wobei die Transformator-Ansteuereinheit mit der Batterie des Kraftfahrzeuges verbindbar ist und der Transformatorausgang mit wenigstens einem Verbraucher verbindbar ist.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Transformator für eine Eingangsspannung von etwa 12 Volt, insbesondere 11,5 Volt bis 14 Volt und eine regelbare Ausgangsspannung von 12 Volt bis zu 48 Volt bei einer regelbaren Leistung bis zu 1000 Watt ausgelegt.

Bei einer anderen Ausführungsform wird der Gleichstrom­ umformer als Abwärtsumformer eingesetzt, wobei er für eine Eingangsspannung von etwa 42 Volt ausgelegt ist und eine regelbare Ausgangsspannung im Bereich von etwa 12 Volt bis 14 Volt erzeugen kann.

Der Gleichstromumformer soll vorzugsweise zur Ansteuerung einer Scheibenheizung eines Kraftfahrzeuges verwendet werden, wobei in dieser Scheibenheizung beispielsweise die Frontscheibe des Kraftfahrzeugs mit einer Metallbe­ schichtung versehen ist, welche über Anschlüsse, die mit Abstand an der Metallbeschichtung angebracht sind, mit dem Gleichstromumformer verbindbar sind, wobei der Gleichstrom­ umformer die Batteriespannung des Kraftfahrzeuges in eine zur Erwärmung der Metallbeschichtung geeignete Spannung umwan­ delt. Um bei Beschädigung der Metallbeschichtung ein über­ heizen der Scheibe zu verhindern, wird eine Meßeinrichtung zur Erfassung des Widerstands der Metallbeschichtung zwi­ schen den zwei Anschlüssen sowie eine Widerstands-Verglei­ chereinrichtung zum Vergleichen des erfaßten Widerstands mit einem Widerstandsgrenzwert vorgesehen, und bei Überschreiten des Widerstandsgrenzwertes wird die Scheibenheizung deakti­ viert. Um die Batterie durch die Scheibenheizung nicht über­ mäßig zu belasten, ist eine Spannungsmeßeinrichtung zur Er­ fassung der Batteriespannung und eine Spannungsvergleicher- Einrichtung zum Vergleichen der gemessenen Spannung mit ei­ nem Spannungsgrenzwert vorgesehen, um bei Unterschreiten des Spannungsgrenzwertes die Scheibenheizung zu deaktivieren.

Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine untere Hälfte des Kerns mit der Primärwicklung des Transformators in einer unteren Wicklungsebene;

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Kerns mit der Pri­ märwicklung der Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die untere Hälfte des Kerns mit einem ersten Teil der Sekundärwick­ lung in einer mittleren Wicklungsebene;

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die untere Hälfte des Kerns mit einem zweiten Teil der Sekundärwick­ lung in einer oberen Wicklungsebene;

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht des Kerns mit den Se­ kundärwicklungen der Fig. 3 und 4;

Fig. 6 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung, wie die Wicklungen in den Fig. 1, 3 und 4 verbunden sind, wobei die Ziffern 1 bis 8 in den Fig. 1, 3 und 4 den Ziffern 1 bis 8 in Fig. 3 ent­ sprechen;

Fig. 7 zeigt eine Schnittdarstellung des Kerns entlang der Linie VII-VII in Fig. 2, wobei in Fig. 7 die Primärwicklung aus Fig. 1 und die Sekun­ därwicklungen aus den Fig. 3 und 4 darge­ stellt sind; und

Fig. 8 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild des erfin­ dungsgemäßen Gleichstromwandlers.

Herzstück des erfindungsgemäßen Gleichstromwandlers ist der besonders flache, ebene Transformator oder Planar-Transfor­ mator. Dieser umfaßt, wie man am besten in den Fig. 1 und 7 sieht, einen Kern, der aus einem E-förmigen ersten Kern­ bauteils 10 und einem plattenförmigen zweiten Kernbauteil 12 besteht. Das E-förmige Kernbauteil 10 und das plattenförmige Kernbauteil 123 werden nach dem Zusammenbau des Transforma­ tors bei 14 (Fig. 2) verklebt.

In dem E-förmigen Kernbauteil 10 liegen in drei Wicklungs­ ebenen übereinander ein erster Primärwicklungsabschnitt 16 (1-2) und ein zweiter Primärwicklungsabschnitt 18 (3-4) in einer ersten oder unteren Wicklungsebene 20; ein erster Se­ kundärwicklungsabschnitt 22 (5-6) in einer zweiten oder mittleren Wicklungsebene 24; und ein zweiter Sekundärwick­ lungsabschnitt 26 (7-8) in einer dritten oder oberen Wick­ lungsebene 28, die in den Fig. 1 bis 7 einzeln oder in Kombination dargestellt sind. Fig. 6 zeigt, wie die Primär- und Sekundärwicklungsabschnitte 16, 18, 22, 26 zu einer Pri­ märwicklung mit Mittelabgriff und einer Sekundärwicklung mit Mittelabgriff verbunden werden.

Der aus den Kernbauteilen 10, 12 gebildete Ferritkern ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung etwa 6 cm lang, 4 cm breit und 1,5 cm hoch. Die drei Schenkel des E-förmigen Kernbauteils 10 schließen zusammen mit dem plat­ tenförmigen Kernbauteil 12 zwei Kanäle 30, 32 ein, die von dem mittleren Schenkel 34 des E-förmigen Kernbauteils 10 getrennt werden. Die Wicklungen 16, 18, 22, 26 erstrecken sich jeweils durch die Kanäle 30, 32 und grenzen eine zen­ trale Öffnung 36 ein, durch die der mittlere Schenkel 34 des E-förmigen Kernbauteils 10 hindurchgeht.

Die Primärwicklungsabschnitte 16, 18 bestehen, wie in Fig. 1 gezeigt, jeweils aus einem doppelten Wicklungsdraht und sind in derselben, unteren Wicklungsebene 20 mit jeweils zwei Windungen nebeneinanderliegend parallel gewickelt. Je­ der Doppeldraht ist an seinen Enden 1, 2 und 3, 4 verbunden, so daß er bei gleicher Bauhöhe wie ein einfacher Wicklungs­ draht nur den halben Widerstand des einfachen Wicklungsdrah­ tes hat. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder Primärspulenabschnitt 16, 18 aus einem doppelten Flachdraht gebildet, wobei die Flachdrähte hochkant in der Wicklungs­ ebene liegen, um im Transformatorkern 10, 12 ausreichende Windungszahlen unterzubringen können.

In Fig. 2 ist gezeigt, wie die von dem Kernbauteil 10, 12 umschlossenen Primärspulenabschnitte mit einer Schaltungs­ platte 38 verbunden sind, um sie bei dem Mittelabgriff 2-3 (Fig. 6) verbinden und an einen Schaltkreis anschließen zu können.

Die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Sekundärspulenabschnit­ te 22, 26 sind jeweils aus einem Flachdraht gebildet, der in der mittleren Wicklungsebene bzw. der oberen Wicklungsebene flachliegend gewickelt ist. In der Praxis liegt also der Flachdraht des zweiten Primärspulenabschnitts 26 aus Fig. 4 über dem Flachdraht des ersten Primärspulenabschnitts 22 aus Fig. 3. Diese Anordnung ist in Fig. 5 gezeigt, wobei auch der erste und der zweite Primärspulenabschnitt auf der Schaltungsplatte 38 wie in Fig. 6 gezeigt angeschlossen ist. In der Praxis sind die Primärwicklungsabschnitte 16, 18 der Fig. 2 und die Sekundärwicklungsabschnitte 22, 26 der Fig. 5 in ein und demselben Kern 10, 12 in drei Wicklungs­ ebenen 20, 24, 28 übereinanderliegend angeordnet.

Jeder der Wicklungsdrähte 16, 18, 22, 26 ist mit einem Iso­ lationslack beschichtet, so daß keine weiteren isolierenden Schichten zwischen den Wicklungen im Transformator vorgese­ hen werden müssen.

Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau der Primär- und Sekundär­ wicklungen in mehreren übereinanderliegenden Wicklungsebe­ nen, wobei vorzugsweise jede Wicklung durch geeignete For­ mung des Drahtes oder Verwendung von Mehrfachdrähten eine Querschnittsfläche mit einem größeren Durchmesser in Rich­ tung der Wicklungsebene als in einer zu dieser senkrechten Richtung aufweist, kann ein besonders kompakter und flacher Transformatoraufbau mit Wicklungsdraht-Querschnittsflächen realisiert werden, der für die Übertragung von großen Lei­ stungen und Strömen bis zu 25 Ampere und darüber geeignet ist, ohne daß sich der Transformator erwärmt oder größere Verluste entstehen.

In Fig. 8 ist eine vereinfachte Schaltung eines erfindungs­ gemäßen Gleichstromwandlers gezeigt, der den oben beschrie­ benen Transformator verwendet.

In Fig. 8 erkennt man den in den Fig. 1 bis 7 im einzel­ nen dargestellten Transformator mit den Primärspulenab­ schnitten 16, 18 und den Sekundärspulenabschnitten 22, 26. Die erfindungsgemäße Gleichstromwandler-Schaltung ist in vier Abschnitte aufgeteilt, nämlich einer Gegentaktansteue­ rung 44, 46 am Transformatoreingang, einem Gleichrichter 48, 50 am Transformatorausgang, einem Pulsweitenmodulator 56 in einer Rückführungsschleife vom Transformatorausgang 52 zum Transformatoreingang 63 und 64 und einem Endstufentreiber 40 42, der zwischen dem Pulsweitenmodulator 50 und der Gegen­ taktansteuerung 44, 46 angeschlossen ist. Die in Fig. 8 dargestellten Schaltungskomponenten sind einzeln betrachtet auf übliche Weise unter Berücksichtigung folgender Gesichts­ punkte aufgebaut. Die Gegentaktansteuerung 44, 46 umfaßt für jeden Primärspulenabschnitt 16, 18 eine Parallelschaltung aus zwei sehr nierderohmigen Feldeffekttransistoren (FET), die beide jeweils einen Widerstand von etwa 6 mΩ haben, so daß sich ein Gesamtwiderstand von 6 : 2 = 3 mΩ für die An­ steuerung der Primärwicklungsabschnitte 16, 18 ergibt. Ge­ eignete Filternetzwerke, Spannungsbegrenzer, Siebkondensato­ ren und Siebdrosseln am Eingang und am Ausgang des Transfor­ mators sind in Fig. 8 teilweise angedeutet; sie werden hier nicht mit weiteren Einzelheiten gezeigt und beschrieben, weil sie vom Fachmann aufgrund seines Fachwissens abhängig von den speziellen Anforderungen an den Gleichstromwandler leicht vorgesehen werden können.

Zwei Endstufentreiber 40, 42 sind durch Parallelschaltung mehreren (bei dem gezeigten Beispiel fünf) Operationsver­ stärker besonders niederohmig ausgelegt, um ebenso wie die FET-Paare der Gegentaktansteuerung 44, 46 ohne große Verlu­ ste und Wärmeerzeugung hohe Ströme leiten zu können.

Die Ausgangsspannung an den Sekundärwicklungsabschnitten 22, 26 des Transformators wird über die Gleichrichterabschnitte 48, 50 an einen Ausgang 52 der Gleichstromwandlerschaltung, sowie über eine Rückführungsleitung 54 an eine Regeleinheit geführt, die bei der gezeigten Ausführungsform einen Puls­ weitenmodulator 56 umfaßt.

Herzstück des Pulsweitenmodulators 56 ist eine integrierte Schaltung (IC) 58, beispielsweise ein LM3624 der Firmen Motorola oder National Semiconductor.

Die Einzelheiten der Verschaltung und Programmierung des Pulsweitenmodulators 56 und insbesondere des IC 58 können vom Fachmann nach den Anforderungen des Einzelfalls konzi­ piert werden. Rechts in Fig. 8 sind der Ausgang 52 und zwei Anschlüsse 60, 62 für die Batterie bzw. für Masse darge­ stellt.

Zusätzlich kann die Gleichsromwandlerschaltung folgende Funktionen realisieren, welche das Schaltbild der Fig. 8 nicht wiedergibt, die der Fachmann jedoch nach den Anforde­ rungen des Einzelfalls aufgrund seiner Fachkenntnisse leicht vorsehen kann: Eingangs- und Ausgangsfilter; Spannungsstabi­ lisierung; Versorgungsspannungseinschaltung; Übertemperatur­ abschaltung; Referenzspannung für Kurzschlußüberwachung und Kurzschlußauswertung; Spannungsversorgung für Pulsweitenmo­ dulator; Modulatorreset; Temperaturkompensation und vieles anderes mehr.

Die bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Gleichstrom­ modulators ist die Beheizung der Frontscheibe eines Kraft­ fahrzeuges. Solche Frontscheiben sind als Doppelscheiben aufgebaut, zwischen denen sich zur Minderung der Sonnenein­ strahlung eine Metallbedampfung befindet. Diese Metallbe­ dampfung kann als Heizelement verwendet werden, wenn eine geeignete Spannung bei voneinander entfernten Stellen an der Metallschicht angelegt wird. Um das Beschlagen der Front­ scheibe zu verhindern oder auch um eine vereiste Scheibe abzutauen, ist eine Leistung im Bereich von etwa 300 bis 1000 Watt nötig. Bei einer übliche Batteriespannung von 12 Volt würde das Ströme von 25 bis 83 Ampere bedeuten. Um den Strom auf ein vernünftiges Maß zu begrenzen, ist daher er­ findungsgemäß vorgesehen, die Batteriespannung mit dem Gleichstromwandler auf eine Spannung von etwa 48 Volt zu transformieren, so daß für die Frontscheibenheizung Ströme im Bereich von 6 bis 20 Ampere zu erwarten sind.

Da in der Warmlaufphase des Kraftfahrzeuges oder bei Betrieb weiterer Verbraucher die Batterie nicht übermäßig durch die Frontscheibenheizung belastet werden soll, wird vorzugsweise die Batteriespannung fortlaufend überwacht, und bei Unter­ schreiten eines Spannungsgrenzwertes wird der Gleichstrom­ wandler abgeschaltet, d. h. der Pulsweitenmodultor 26 gibt ein Signal von 0 an die Endstufentreiber 40, 42 aus. Wenn die Batteriespannung wieder über den Grenzwert ansteigt und sich bis zu einem Maximalwert erhöht, wird diese Information an den Pulsweitenmodulator 26 weitergegeben, der die Endstu­ fentreiber 40, 42 entsprechend ansteuert, um die Ausgangs­ spannung 52 des Gleichstromwandlers allmählich wieder bis zum Maximalwert, z. B. 48 Volt, zu erhöhen.

Neben der Batteriespannung können auch andere Faktoren, wie steigende Temperaturen, zur Begrenzung der Ansteuerung der Primärspule 16, 18 des Transformators über Pulsweitenmodula­ tor 56, Endstufentreiber, 42 und Gegentaktansteuerung 44, 46 berücksichtigt werden.

Durch Erfassen der Ausgangsspannung des Gleichstromwandlers und Rückführen dieses Spannungswertes über die Leitung 54 zum Pulsweitenmodulator 26 kann die Ausgangsspannung auf einen konstanten Wert geregelt werden.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Gleichstromwandlers zur Versorgung einer Scheibenheizung kann die Transformator-An­ steuerung auch vom Widerstand der Metallbedampfung der Scheibe abhängig gemacht werden. Wenn nämlich die Scheibe einen Riß bekommt, können die Stromlinien nicht mehr gerad­ linig durch die Metallbedampfung fließen, sondern es ent­ steht eine Stromlinienkonzentration hoher Dichte am Ende des Risses, woraus eine übermäßige Erwärmung der Metallbedamp­ fung resultiert, die bis zum völligen Bruch der Scheibe füh­ ren kann. Während des Betriebs der Scheibenheizung wird daher vorzugsweise deren Widerstandswerte kontinuierlich überwacht, und bei Überschreiten eines Grenzwertes, wird die Ansteuerung des Transformators abgeschaltet, so daß am Aus­ gang 52 keine Spannung mehr anliegt.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Gleichstromwandlers ist die Bereitstellung eines doppelten Bordnetzes für ein Kraftfahrzeug unter Verwendung nur einer Batterie. Wenn die Batterie z. B. eine Spannung von 42 Volt erzeugt, und zur Versorgung von Verbrauchern niedrigere Spannungen, wie 12 Volt, benötigt werden, kann der Gleich­ stromwandler ständig eine zweite Spannung zur Verfügung stellen. Wenn der Gleichstromwandler wie bei diesem Beipiel als Abwärtswandler arbeitet, müssen die Windungszahlen der Primär- und Sekundärwicklung umgekehrt werden, wobei die Ansteuerung eines Abwärtswandlers grundsätzlich einfacher ist als bei den beschriebenen Aufwärtswandlern, wie der Fachmann aufgrund seiner Fachkenntnis weiß.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims (18)

1. Transformator für einen Gleichstromumformer mit einer ersten und einer zweiten elektrisch leitenden Wicklung (16, 18; 22, 26) und einem Kern (10, 12), wobei die erste Wicklung (16, 18) in einer ersten Ebene aus einem ersten Wicklungsdraht spiralförmig gewickelt ist und die zweite Wicklung (22, 26) in einer zweiten, zur ersten im wesentlichen parallelen, benachbarten Wicklungsebene aus einem zweiten Wicklungsdraht spiralförmig gewickelt ist; die erste und die zweite Wicklung jeweils eine zentrale Öffnung des Kerns (10, 12) eingrenzen und der Kern einen magnetischen Weg durch die zentrale Öffnung definiert und die erste und die zweite ebene Wicklung umschließt; dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die erste oder die zweite ebene Wicklung aus einem Wicklungsdraht gebildet ist, dessen Querschnitt in einer zur Wicklungsebne parallelen Richtung größer ist als in einer zur Wicklungsebene senkrechten Richtung; und die Wicklungsdrähte der ersten und zweiten Wicklung mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet sind und ohne Zwischenschaltung eines weiteren Isoliermittels in der ersten und der zweiten Wicklungsebene übereinander liegen.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite ebene Wicklung (16, 18, 22, 26) aus einem Mehrfachdraht gebildet ist, bei dem mehrere Drähte parallel geschaltet sind.

3. Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrfachdraht ein Doppeldraht ist.

4. Transformator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Drähte in der zugehörigen Wicklungsebene einlagig nebeneinander oder zweilagig übereinander liegen.

5. Transformator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite ebene Wicklung (22, 26) aus einem Flachdraht gebildet ist, der in der zugehörigen Wicklungsebene flach liegend gewickelt ist.

6. Transformator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Wicklung (16, 18, 22, 26) einen Mittelabgriff aufweist.

7. Transformator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wicklung (16, 18) die Primärwicklung des Transformators ist und die zweite Wicklung (22, 26) die Sekundärwicklung des Transformators ist, die Primärwicklung (16, 18) aus einem ersten und einem zweiten Doppeldraht gebildet ist, welche in einer Primär- Wicklungsebene einlagig, spiralförmig gewickelt und bei einem Primär-Mittelabgriff verbunden sind, und die Sekundärwicklung (22, 26) aus einem ersten und einem zweiten Flachdraht gebildet ist, welche in einer Sekundär-Wicklungsebene zweilagig, spiralförmig gewickelt und bei einem Sekundär- Mittelabgriff verbunden ist.

8. Transformator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Wicklungsdrahtes in der zur Wicklungsebene parallelen Richtung um wenigstens 30%, vorzugsweise um das zwei- bis fünffache, größer ist als in der zur Wicklungsebene senkrechten Richtung.

9. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis S. dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklungszahl ein Vielfaches seiner Primärwicklungszahl beträgt.

10. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er für eine Eingangsspannung von etwa 12 V ausgelegt ist und eine regelbare Ausgangsspannung im Bereich von 12 V bis etwa 48 V bei einer regelbaren Leistung von etwa 1 kW erzeugt.

11. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er für eine Eingangsspannung von etwa 42 V ausgelegt ist und eine regelbare Ausgangsspannung im Bereich von 12 V bis etwa 42 V erzeugt.

12. Verwendung des Transformators nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11 in einem Gleichstrom­ umformer mit einer Transformator-Ansteuereinheit (44, 46), die eine Gegentaktschaltung aufweist.

13. Verwendung des Transformators nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Kraftfahrzeug mit einer Batterie und mehreren Verbrauchern, die Leistung mit unterschiedlichen Spannungs­ pegeln benötigen, wobei eine Transformator-Ansteuereinheit (44, 46) vorgesehen ist, die mit der Batterie verbindbar ist, und wobei der Transformatorausgang (52) mit wenigstens einem der Verbraucher verbindbar ist.

14. Verwendung des Transformators nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Gleichstromumformer mit einer Transformator- Regeleinheit, die in einer Rückführungsschleife vom Ausgang zum Eingang des Transformators einen Pulsweitenmodulator (56) aufweist.

15. Verwendung des Transformators nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für eine Scheibenheizung eines Kraftfahrzeuges.

16. Verwendung des Transformators nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für eine Scheibenheizung eines Kraftfahrzeuges, wobei eine Scheibe des Kraftfahrzeuges mit einer Metallbeschichtung versehen ist, die über Anschlüsse, die mit Abstand an der Metallbeschichtung angebracht sind, mit dem Gleichstrom­ umformer verbindbar ist, und wobei der Gleichstromumformer eine Batteriespannung wie die Bordnetzspannung des Kraftfahrzeuges in eine zur Erwärmung der Metallbeschichtung geeignete Spannung umsetzt.

17. Verwendung des Transformators nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für eine Scheibenheizung eines Kraftfahrzeuges mit einer Messeinrichtung zur Erfassung des Widerstands der Metallbeschichtung zwischen den zwei Anschlüssen und mit einer Widerstands-Vergleichereinrichtung, die den erfassten Widerstand mit einem Widerstands-Grenzwert vergleicht, um bei überschreiten des Widerstands-Grenzwertes die Scheibenheizung zu deaktivieren.

18. Verwendung des Transformators nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für eine Scheibenheizung eines Kraftfahrzeuges mit einer Spannungsmesseinrichtung zur Erfassung der Batteriespannung und mit einer Spannungs-Vergleicher­ einrichtung, die den gemessenen Spannungswert mit einem Spannungs-Grenzwert vergleicht, um bei Unterschreiten des Spannungs-Grenzwertes die Scheibenheizung zu deaktivieren.