-
Die Erfindung betrifft einen Transformator, insbesondere einen Transformator, dessen Sekundärspule aus mehreren leitfähigen Elementen besteht und parallel zu einer Primärspule verläuft, um letztendlich eine hohe Streuinduktivität zu erzielen.
-
Zur Realisierung von unterschiedlichen Funktionen sind Transformatoren vielfältig gestaltet, wobei Übersetzungsverhältnisse, Spannungsverstärkung, Streuungsfaktoren, Verluste usw. berücksichtigt werden müssen. Handelsübliche Transformatoren bestehen heutzutage überwiegend aus einer Primärspule, einem Eisenkern und einer Sekundärspule. Hierbei ist eine Magnetkupplung unter Zuhilfenahme des Eisenkerns zwischen der Primär- und der Sekundärkupplung generiert. Zur Verringerung der Streuinduktivität werden die Primär- und die Sekundärspule bei herkömmlichen Transformatoren meistens übereinander gewickelt. Genauer gesagt, wird zunächst die Primärspule um den Eisenkern gewickelt. Danach wird die Sekundärspule überlappend um die Primärspule gewickelt, derart, dass sich die Primär- und die Sekundärspule übereinander wickeln. Auf diese Weise kann eine Magnetkupplung zwischen der Primär- und der Sekundärspule generiert werden, um die bei Bedienung eines Transformators entstehende Streuinduktivität zu verringern und somit die magnetischen Störungen zu mindern.
-
Jedoch ist die niedrige Streuinduktivität nicht bei allen Transformatoren beliebt. Als Beispiel ist der Transformator zur Zündung einer Kaltkathodenröhre bzw. der LLC-Resonanztransformator anzuführen, bei denen eine hohe Streuinduktivität zur Realisierung der entsprechenden elektrischen Eigenschaft benötigt wird, wobei die Streuinduktivität beim LLC-Resonanztransformator als Resonanzinduktivität verwendet wird. Allerdings können eingangs genannte herkömmliche Transformatoren, bei denen die Primär- und die Sekundärspule übereinander gewickelt sind, keine große Streuinduktivität erzeugen. Außerdem weisen herkömmliche Transformatoren neben Eisenkern, Primärspule und Sekundärspule ebenfalls einen Ständer auf. Nach dem Wickeln der Primär- und der Sekundärspule wird der Eisenkern auf dem Ständer angeordnet, wodurch ein Transformator entsteht. Durch die Anordnung des Standes wird eine Abänderung des Transformators ausgeschlossen, indem die Verkleinerung des Volumens vom Transformator nur beschränkt möglich ist. Darüber hinaus entstehen Verluste wie z. B. Kupferverluste und Wirbelstromverluste etc. bei Stromwandlung, welche von Wärmeerzeugung begleitet werden. Jedoch weisen herkömmliche Transformatoren keine Wärmeabfuhrwirkung auf. Das Übereinanderwickeln der Primär- und der Sekundärspule ermöglicht nur, dass die Abwärme nur teilweise durch die äußerst gewickelte Primär- bzw. Sekundärspule abgeleitet wird, indem die Wärme der äußerst gewickelte Primär- bzw. Sekundärspule durch die atmosphärische Luft abgekühlt wird. Der Rest von der Abwärme wird hingegen an der Primär-, der Sekundärspule und dem Eisenkern angesammelt, was die Ausführung des Transformators erschwert.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Transformator zu schaffen, um den Nachteil herkömmlicher Transformatoren, keine hohe Streuinduktivität zur Verfügung stellen zu können, zu beheben.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Transformator bereitzustellen, um den Nachteil herkömmlicher Transformatoren, deren Volumen aufgrund eines Ständers nicht verkleinert werden kann, zu beheben.
-
Eine dritte Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Transformator anzubieten, um den Nachteil herkömmlicher Transformatoren, bei denen die Abwärme nicht effektiv abgeleitet und somit in dem Transformator angesammelt wird, zu beheben.
-
Gemäß der Erfindung wird ein Transformator bereitgestellt, der Folgendes aufweist:
eine Leiterplatte, die einen Montagebereich, eine Vielzahl von in dem Montagebereich befindlichen, leitfähigen Durchgangsbohrungen und mindestens eine elektrische Leitung aufweist, wobei die beiden leitfähigen Durchgangsbohrungen durch die elektrische Leitung miteinander verbunden sind;
einen Eisenkern, der auf der Leiterplatte angeordnet ist und einen ersten Wickelabschnitt und einen zweiten Wickelabschnitt aufweist, wobei sich der zweite Wickelabschnitt in dem Montagebereich befindet;
eine Spulenwicklung, die durch mehrere Windungen um den ersten Wickelabschnitt des Eisenkerns gewickelt ist; und
eine Vielzahl von Magnetelementen, die jeweils einen Verbindungsabschnitt, einen mit dem Verbindungsabschnitt verbundenen Eingangsabschnitt und einen mit dem Verbindungsabschnitt verbundenen Ausgangsabschnitt aufweist, wobei der Eingangsabschnitt und der Ausgangsabschnitt jeweils mit dem Verbindungsabschnitt verbunden und in die leitfähigen Durchgangsbohrungen eingeführt sind, und wobei der Ausgangsabschnitt eines Magnetelements durch die elektrische Leitung mit dem Eingangsabschnitt eines anderen Magnetelements in Verbindung gesetzt wird, derart, dass die Magnetelemente gemeinsam mit der elektrischen Leitung eine Magnetwicklung bilden, und wobei eine Magnetkupplung zwischen der Spulenwicklung und der Magnetwicklung unter Zuhilfenahme des Eisenkerns generiert wird.
-
Gemäß der Erfindung ist auf der Leiterplatte ein Leistungsgleichrichter geschaltet, der zur Stromentnahme mit der Magnetwicklung verbunden ist, wobei der Strom durch den Leistungsgleichrichter gleichgerichtet ist.
-
Gemäß der Erfindung ist das Magnetelement aus permeabler Kupferplatte gefertigt.
-
Gemäß der Erfindung weist die Leiterplatte eine im Montagebereich vorgesehene Aufnahme auf, in der die Spulenwicklung untergebracht ist.
-
Gemäß der Erfindung ist die Aufnahme als Einkerbung in der Leiterplatte ausgebildet.
-
Zusammengefasst lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Transformator beispielsweise folgende Vorteile realisieren:
- i) Die Erfindung stellt einen Transformator mit einer relativ hohen Streuinduktivität bereit. Hierbei sind eine Spulenwicklung und eine Magnetwicklung jeweils um einen ersten und einen zweiten Wickelabschnitt gewickelt, derart, dass der Anteil ohne Magnetkupplung zwischen der Spulen- und der Magnetwicklung vergrößert wird, um schließlich eine hohe Streuinduktivität zu generieren. Die Magnetwicklung besteht aus Magnetelementen und elektrischen Leitungen. Hierbei ist die Anordnungsdichte der Magnetelemente niedriger als die der Spulenwindungen. Dementsprechend ist die Magnetwicklung lediglich teilweise magnetisch an die Spulenwicklung gekoppelt, wodurch eine relativ höhere Streuinduktivität entstehen kann.
- ii) Das Volumen des erfindungsgemäßen Transformators kann verkleinert werden. Der Erfindung gemäß wird hierbei kein Ständer zur Anordnung der Spulen- und der Magnetwicklung benutzt. Hingegen wird der Eisenkern unmittelbar auf einer Leiterplatte vorgesehen. Weiterhin sind die Spulen- und die Magnetwicklung um den Eisenkern gewickelt. In diesem Fall wird der zur Anordnung eines Ständers in Anspruch genommene Raum gespart.
- iii) Beim erfindungsgemäßen Transformator kann die Abwärme effektiver abgeleitet werden. Der Erfindung gemäß werden die Spulen- und die Magnetwicklung jeweils um den ersten und den zweiten Wickelabschnitt gewickelt. Dadurch ist zu vermeiden, die durch Kupferverluste verursachte Abwärme an der Spulen- und der Magnetwicklung anzusammeln.
-
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
-
1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Transformators;
-
2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Transformators; und
-
3 eine perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Transformators von einer anderen Seite gesehen;
-
Bezug nehmend auf 1, 2 und 3 ist ein erfindungsgemäßer Transformator dargestellt, der eine Leiterplatte 1, einen Eisenkern 2, eine Spulenwicklung 3 und mehrere Magnetelemente 4 aufweist. Die Leiterplatte 1 kann als Brückenplatte in einem elektronischen Gerät zur Überbrückung anderer Schaltungen bzw. als Hauptplatine in einem elektronischen Gerät zum Tragen der elektronischen Komponente des elektronischen Gerätes ausgeführt sein. Selbstverständlich kann die Leiterplatte 1 ebenfalls anders ausgeführt sein, worauf hier nicht weiter eingegangen wird. Die Leiterplatte 1 umfasst einen Montagebereich 11, eine Vielzahl von in dem Montagebereich 11 befindlichen, leitfähigen Durchgangsbohrungen 12 und mindestens eine in dem Montagebereich 11 angeordnete elektrische Leitung 13. In dem Montagebereich 11 wird der erfindungsgemäße Transformator montiert. Die leitfähigen Durchgangsbohrungen 12 werden regelmäßig in dem Montagebereich 11 angeordnet. Wie in 2 gezeigt, können die leitfähigen Durchgangsbohrungen 12 in einer Matrix geordnet werden. Die Anzahl der leitfähigen Durchgangsbohrungen 12 kann je nach der Anzahl der Magnetelemente 4 geändert werden. Die elektrische Leitung 13 kann darüber hinaus auf einer anderen Fläche der Leiterplatte 1 angeordnet sein. Außerdem ist die elektrische Leitung 13 mit beliebigen zwei leitfähigen Durchgangsbohrungen 12 so verbunden, dass die beliebigen leitfähigen Durchgangsbohrungen 12 mithilfe der elektrischen Leitung 13 elektrisch aneinander angeschlossen sind. Wie in 3 gezeigt, kann die elektrische Leitung 13 von einer leitfähigen Durchgangsbohrung 12 ausgehend einer anderen leitfähigen Durchgangsbohrung 12a zugeleitet werden. Sollen mehrere elektrische Leitungen 13 vorhanden sein, können die mehreren Leitungen 13 wie vorstehend dargestellt verbunden sein. Darauf gehen wir hier nicht weiter ein.
-
Der Eisenkern 2 ist auf der Leiterplatte 1 angeordnet und weist einen ersten Wickelabschnitt 21 und einen zweiten Wickelabschnitt 22 auf. Der zweite Wickelabschnitt 22 des Eisenkerns 2 ist hinten auf der Leiterplatte 1 vorgesehen und befindet sich in dem Montagebereich 11. Genauer gesagt, kann der zweite Wickelabschnitt 22 zwischen zwei beliebigen leitfähigen Durchgangsbohrungen 12 so angeordnet sein, dass sich die beiden leitfähigen Durchgangsbohrungen 12 auf beiden Seiten des zweiten Wickelabschnitts 22 befinden. Der Eisenkern 2 kann aus mehreren bzw. aus einem einzigen Magnetkern bestehen. Hinsichtlich 2 besteht der erfindungsgemäße Eisenkern 2 beispielsweise aus mehreren Magnetkernen. Die Magnetkerne bilden hierbei gemeinsam den Eisenkern 2. Die Verbindungsstellen der Magnetkerne stellen hierbei jeweils den ersten und den zweiten Wickelabschnitt 21, 22 dar. Die Spulenwicklung 3 ist als leitfähiger Draht ausgeführt und durch mehrere Windungen um den ersten Wickelabschnitt 21 des Eisenkerns 2 gewickelt. Der erste Wickelabschnitt 21 kann an die Schaltung auf der Leiterplatte 1 oder an ein externes Netzteil bzw. eine Schaltung einer anderen Leiterplatte (nicht gezeigt) angeschlossen sein. Außerdem weist die Leiterplatte 1 eine an dem Montagebereich 11 anliegende Aufnahme 14 auf, in der die Spulenwicklung 3 untergebracht ist. Die Aufnahme 14 kann – wie in 2 gezeigt – als Einkerbung in der Leiterplatte 1 ausgebildet sein. Die Leiterplatte 1 kann weiterhin mit einem Befestigungsabschnitt versehen sein, um den Eisenkern 2 zu befestigen. Der Befestigungsabschnitt kann beispielsweise als Lagebegrenzungselement auf der Leiterplatte 1 oder als Lagebegrenzungselement, das durch Kolloidaushärtung auf der Leiterplatte 1 gebildet ist, ausgeführt sein.
-
Bezug nehmend auf 1 und 2 weisen die Magnetelemente 4 jeweils einen Verbindungsabschnitt 41, einen mit dem Verbindungsabschnitt 41 verbundenen Eingangsabschnitt 42 und einen mit dem Verbindungsabschnitt 41 verbundenen Ausgangsabschnitt 43 auf. Die Magnetelemente 4 können – wie in 2 gezeigt – U-förmig ausgeführt sein. Bei Montage des Magnetelements 4 reicht der Verbindungsabschnitt 41 über den zweiten Wickelabschnitt 22 des Eisenkerns 2, derart, dass sich der Eingangsabschnitt 42 und der Ausgangsabschnitt 43 jeweils auf beiden Seiten des Eisenkerns 2 befinden und schließlich in die leitfähigen Durchgangsbohrungen 12 eingeführt werden. Auf diese Weise kann der Ausgangsabschnitt 43 jedes Magnetelements 4 durch die elektrische Leitung 13 mit dem Eingangsabschnitt 42a eines anderen Magnetelements 4a verbunden sein, wodurch eine Magnetwicklung gebildet wird. Mithilfe des Eisenkerns 2 wird hierbei eine Magnetkupplung zwischen der Magnetwicklung und der Spulenwicklung 3 generiert. Die Magnetelemente 4 können außerdem aus permeabler Kupferplatte gefertigt werden.
-
Die erfindungsgemäße Spulenwicklung 3 und die erfindungsgemäße Magnetwicklung werden jeweils als Primär- und Sekundärspule eines Transformators angesehen. Die Spulenwicklung 3 nimmt externen Strom auf. Durch den Eisenkern 2 wird Strom auf die Magnetwicklung induziert, wodurch eine Stromtransformation erfolgt. Danach geht der Strom von der Magnetwicklung aus. Auf der Leiterplatte 1 ist weiterhin ein Leistungsgleichrichter 15 bzw. eine elektrische Filterschaltung (nicht gezeigt) angeordnet, welche mit der Magnetwicklung in Verbindung stehen. Zur Gleichrichtung bzw. zur elektrischen Filterung nimmt der Leistungsgleichrichter 15 bzw. die elektrische Filterschaltung den von der Magnetwicklung ausgegangenen Strom auf. An den Leistungsgleichrichter 15 bzw. die elektrische Filterschaltung kann weiterhin eine andere Schaltung angeschlossen sein, um den Strom nach der Gleichrichtung bzw. der Filterung weiterzuleiten. Das erläuterte Ausführungsbeispiel stellt nur ein Beispiel dar, worauf sich die Erfindung nicht beschränken darf.
-
Der Erfindung gemäß werden die Spulenwicklung des erfindungsgemäßen Transformators und die aus den Magnetelementen bestehende Magnetwicklung jeweils um den ersten und den zweiten Wickelabschnitt des Eisenkerns gewickelt. Das heißt, dass die Spulen- und die Magnetwicklung nicht übereinander gewickelt sind. Dadurch kann eine hohe Streuinduktivität generiert werden. Außerdem ist der Eisenkern des erfindungsgemäßen Transformators unmittelbar auf der Leiterplatte angeordnet, wodurch sich der herkömmliche Ständer erübrigt und das Volumen des Transformators verringert wird. Durch die Magnetelemente kann außerdem die Abwärme effektiver abgeleitet werden. Dadurch ist zu vermeiden, zu viel Abwärme in dem Transformator anzusammeln.
-
Zusammenfassend wird ein Transformator offenbart, der folgende Merkmale aufweist: eine Leiterplatte 1, die einen Montagebereich 11, eine Vielzahl von in dem Montagebereich 11 befindlichen, leitfähigen Durchgangsbohrungen 12 und mindestens eine elektrische Leitung 13 aufweist, wobei die beiden leitfähigen Durchgangsbohrungen 12, 12a durch die elektrische Leitung 13 miteinander verbunden sind; einen Eisenkern 2, der auf der Leiterplatte 1 angeordnet ist und einen ersten Wickelabschnitt 21 und einen zweiten Wickelabschnitt 22 aufweist, wobei sich der zweite Wickelabschnitt 22 in dem Montagebereich 11 befindet; eine Spulenwicklung 3, die durch mehrere Windungen um den ersten Wickelabschnitt 21 des Eisenkerns 2 gewickelt ist; und eine Vielzahl von Magnetelementen 4, 4a, die jeweils einen Verbindungsabschnitt 41, einen mit dem Verbindungsabschnitt 41 verbundenen Eingangsabschnitt 42 und einen mit dem Verbindungsabschnitt 41 verbundenen Ausgangsabschnitt 43 aufweist, wobei der Eingangsabschnitt 42 und der Ausgangsabschnitt 43 jeweils mit dem Verbindungsabschnitt 41 verbunden und in die leitfähigen Durchgangsbohrungen 12, 12a eingeführt sind, und wobei der Ausgangsabschnitt 43 eines Magnetelements 4 durch die elektrische Leitung 13 mit dem Eingangsabschnitt 42a eines anderen Magnetelements 4a in Verbindung gesetzt wird, derart, dass die Magnetelemente 4, 4a gemeinsam mit der elektrischen Leitung 13 eine Magnetwicklung bilden, und wobei eine Magnetkupplung zwischen der Spulenwicklung 3 und der Magnetwicklung unter Zuhilfenahme des Eisenkerns 2 generiert wird.
-
Die vorstehende Beschreibung stellt die Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Ansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung von einem Fachmann vorgenommen werden können, gehören zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
