DE19943576C1 - Transformator - Google Patents

Abstract

Bei einem elektrischen Transformator mit wenigstens einem, insbesondere aus Ferrit bestehenden, Kern, mit wenigstens einer Primärwicklung und mit wenigstens einer Sekundärwicklung ist der wenigstens eine Kern zwischen elektrischen Leitern angeordnet, welche von einem Substrat, insbesondere einer Leiterplatte, wegstehen. Die Enden der wegstehenden Leiter sind unter Bildung der Transformatorwicklungen elektrisch verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Transformator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Spannungsangleichung zwischen verschiedenen elektrischen Netzen eines Kraftfahrzeugs wird ein elektrischer Transformator benötigt. Aus der DE 28 25 854 C2 ist eine Hybridtransformatoreinrichtung bekannt, bei welcher auf einem Substrat Leiterstreifen angeordnet sind. Die Enden dieser Leiterstreifen sind über Leiter verbunden, welche um den Kern herumgeführt sind.

Die Anordnung eines konventionell gewickelten Transformators zwischen zwei Leiterplatten ist aus der US-PS 5,293,145 bekannt.

Gemäß DE 69 11 2186 T2 ist eine induktive Anordnung mit einem Ringformkern auf einem Substrat angeordnet, wobei die Wicklungen den Kern schalenartig umschließen.

Eine Transformatoranordnung, bei welcher der Kern ebenfalls auf einem Substrat aufliegt, ist aus der DE 37 20 739 C2 bekannt. Der Kern ist an verschiedenen Stellen von mehreren Streifenleitungen umfaßt, deren Enden beidseitig zum Kern mit dem Substrat verbunden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Transformator welcher kostengünstig mit möglichst geringem Bauvolumen herzustellen ist. Er soll mit hoher Leistung betreibbar sein und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Der Transformator soll bei den in modernen Kraftfahrzeugen auftretenden hohen Strömen arbeiten und problemlos kühlbar sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Die Leiter können auf den Substraten aufgelötet, aufgeschweißt oder durch einfache Steck- oder Preßverbindungen in den Substraten befestigt sein. Der erfindungsgemäße Transformator kann auf einer handelsüblichen Schaltungsplatine, welche als Substrat dient, ausgeführt werden.

Zur Vereinfachung der Fertigung kann vorgesehen sein, daß das weitere Substrat auf der dem ersten Substrat zugewandten Seite konische Löcher zur Aufnahme und Zentrierung der Leiterenden bei maschinellem Zusammenstecken der Anordnung aufweist. Dies vermeidet Fehler beim automatisierten Aufstecken des weiteren Substrats aufgrund verbogener oder nicht genau senkrecht von dem ersten Substrat wegstehender Leiter.

Bei der Kontaktierung mittels Steck- oder Preßkontakten sind federnde Kontakte von den Leiterbahnen des weiteren Substrats in die Löcher oder Teile davon hineingeführt. Durch Aufstecken und anschließendes Aufpressen des weiteren Substrats wird in diesem Fall der Kontakt mit den wegstehenden Leitern des ersten Substrats hergestellt.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der wenigstens eine Kern ein kreisförmiger Ring ist, daß die elektrischen Leiter den Kern innen und außen schalenartig umgeben und daß die Leiter zu den Transformatorwicklungen verbunden sind. Dabei kann vorgesehen sein, daß die elektrischen Leiter als schalenförmig der Kernform angepasste Blechstreifen ausgeführt sind. So kann der Kern auch mit wenigen Wicklungen fast vollständig mit Leitermaterial umgeben werden. Die verbindenden Leiterbahnen können auf den Substraten entsprechend breit ausgeführt werden, so daß der Kern auch an den Deckseiten vollständig von den Transformatorwicklungen umgeben ist, wodurch sich geringe Streuinduktivitäten ergeben.

Zur weiteren Verringerung der Bauhöhe kann bei einer nächsten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß mehrere von Leitern umgebene Kerne auf dem Substrat zu einem einzigen Transformator zusammengeschaltet sind.

Zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß das Substrat aus auf wärmeleitende Keramik aufgeschweißtem Kupferblech (Direct-Copper-Bonding) besteht. Durch die sehr gute Wärmeleitung dieses Materials werden hohe Leistungen des Transformators ermöglicht. Dabei kann zur Kühlung des Transformators und der ihn umgebenden Leistungsschaltungen vorgesehen sein, daß das Substrat auf eine Wärmesenke aufgeklebt ist.

Bei einer nächsten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß auf dem Substrat auch eine Schaltungsanordnung zum Betrieb des Transformators angeordnet ist. Ferner kann zur weiteren Verringerung der Baugröße und der Fertigungskosten vorgesehen sein, daß wenigstens eines der verwendeten Substrate mehrschichtig, insbesondere zweiseitig bestückbar, ausgeführt ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Transformator in geschnittener Seitenansicht,

Fig. 2 einen schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Transformator in Draufsicht und

Fig. 3 Schemaskizze einer Schaltung von mehreren Transformatorkernen zu einem Transformator.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt einen zwischen zwei Substraten 1 und 2 angeordneten ringförmigen Ferritkern 3, der von zwischen den Substraten 1 und 2 kontaktierten, die Transformatorwicklungen bildenden Leiterblechen 4 umgeben ist. Die Leiterbleche 4 sind durch Leiterbahnen 5 auf den Substraten 1 und 2 zu den Transformatorwicklungen verschaltet. Neben dem Transformator selbst befinden sich noch weitere Bauelemente 6 zur Steuerung des Transformators auf den Substraten 1 und 2. Zur Abfuhr von Wärme ist das untere 2 der Substrate auf einem Kühlelement 7 aufgeklebt.

Fig. 2 zeigt denselben Transformator schematisch in Draufsicht. Die Darstellung ist gegenüber Fig. 1 vergrößert. Die Stromrichtung in den Leiterblechen ist mit Punkt- und Kreuzsymbolen angedeutet. Rechts befindet sich die Primär- und links die Sekundärwicklung.

In Fig. 3 ist gezeigt, wie eine Anzahl von Ringkernen 32, 33, 34 zur Bildung eines einzigen Transformators herangezogen werden kann. Auf diese Weise lassen sich auch sehr flache Kerne zu einem leistungsfähigen Transformator zusammensetzen.

Claims (9)

1. Elektrischer Transformator mit wenigstens einem, insbesondere aus Ferrit bestehenden Kern, mit wenigstens einer Primärwicklung und mit wenigstens einer Sekundärwicklung, wobei der wenigstens eine Kern zwischen elektrischen Leitern angeordnet ist, welche auf einem Substrat, insbesondere einer Leiterplatte, wegstehen, und daß die Enden der wegstehenden Leiter unter Bildung der Transformatorwicklungen elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Substrat (1) parallel zu dem ersten (2) angeordnet ist und daß die Enden der wegstehenden Leiter (4) durch Leiterbahnen (5) auf dem weiteren Substrat (1) verbunden sind, wobei der wenigstens eine Kern zwischen den beiden Substraten (1, 2) angeordnet ist.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Substrat auf der dem ersten Substrat (2) zugewandten Seite konische Löcher zur Aufnahme und Zentrierung der Leiterenden bei maschinellem Zusammenstecken der Anordnung aufweist.

3. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Kern (3) ein kreisförmiger Ring ist, daß die elektrischen Leiter (4) den Kern innen und außen schalenartig umgeben und daß die Leiter (4) zu den Transformatorwicklungen verbunden sind.

4. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter (4) als schalenförmig der Kernform angepasste Blechstreifen ausgeführt sind.

5. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere von Leitern (4) umgebene Kerne (31, 32, 33) auf dem Substrat zu einem einzigen Transformator zusammengeschaltet sind.

6. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) aus auf wärmeleitende Keramik aufgeschweißtem Kupferblech (Direct-Copper-Bonding) besteht.

7. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) auf eine Wärmesenke (7) aufgeklebt ist.

8. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat (1, 2) auch eine Schaltungsanordnung zum Betrieb des Transformators angeordnet ist.

9. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der verwendeten Substrate (1) mehrschichtig, insbesondere zweiseitig bestückbar, ausgeführt ist.