DE3546410C2 - - Google Patents

Info

Publication number
DE3546410C2
DE3546410C2 DE19853546410 DE3546410A DE3546410C2 DE 3546410 C2 DE3546410 C2 DE 3546410C2 DE 19853546410 DE19853546410 DE 19853546410 DE 3546410 A DE3546410 A DE 3546410A DE 3546410 C2 DE3546410 C2 DE 3546410C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
winding
windings
primary
transformer
core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE19853546410
Other languages
German (de)
Other versions
DE3546410A1 (en
Inventor
Gernot Dipl.-Ing. Sikora (Fh), 8093 Rott, De
Rudolf Prof. Dipl.-Phys. 7600 Offenburg De Ranzinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SIKORA, GERNOT, DIPL.-ING. (FH), 8093 ROTT, DE
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE19853546410 priority Critical patent/DE3546410A1/en
Priority to JP87500547A priority patent/JPS63501909A/en
Priority to EP19870900068 priority patent/EP0254727B1/en
Priority to AT87900068T priority patent/ATE61885T1/en
Priority to DE8787900068T priority patent/DE3678289D1/en
Priority to PCT/DE1986/000526 priority patent/WO1987004297A1/en
Publication of DE3546410A1 publication Critical patent/DE3546410A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE3546410C2 publication Critical patent/DE3546410C2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F19/00Fixed transformers or mutual inductances of the signal type
    • H01F19/04Transformers or mutual inductances suitable for handling frequencies considerably beyond the audio range
    • H01F19/08Transformers having magnetic bias, e.g. for handling pulses

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungstransformator in Mantelbauweise gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a Power transformer in jacket design according to the Preamble of claim 1.

Ein solcher Transformator ist aus der EP-Anmeldung 01 26 365 bekannt. Bei diesem Transformator ist die Primärwicklung in zwei Teilwicklungen aufgeteilt, die die Sekundärwicklung ummanteln. Die Wicklungen sind als Folienwicklungen mit dazwischenliegenden Isolierungen ausgeführt. Dieser Transformator wird als Schalttransformator eingesetzt. Trotz der Verwendung eines Ferritkernes vom offenen Typ werden durch die Folienwicklungen die parasitären Induktivitäten dieses Transformators kleingehalten. Auch ermöglichen die Folienwicklungen eine kompakte Bauweise mit einer Reduzierung des magnetischen Streuflusses. Der Hauptanteil des magnetischen Flusses wird auf dieses Weise in den Ferritkern gelenkt, wobei praktisch keine Luftspalte überwunden werden müssen.Such a transformer is from EP application 01 26 365 known. With this transformer is the Primary winding divided into two partial windings, the encase the secondary winding. The windings are as foil windings with intermediate Insulations carried out. This transformer is called Switching transformer used. Despite the use of an open type ferrite core are characterized by the Foil windings the parasitic inductances of this Transformers kept small. Also allow the Foil windings a compact design with a Reduction of the magnetic leakage flux. The Most of the magnetic flux is on this Steered in the ferrite core, with practically none Air gaps must be overcome.

Der bekannte Transformator kann nur für relativ geringe Leistungen eingesetzt werden, da bei höheren Leistungen verstärkt die Relaxationseigenschaften des Kernmateriales zum Tragen kommen. Insbesondere wenn hohe Leistungen mit ebenfalls hohen Frequenzen im Mittelfrequenzbereich geschaltet werden sollten, würden diese Eigenschaften zu starken Verzerrungen der übertragenen Impulse führen.The known transformer can only be used for relatively small Services are used because of higher services enhances the relaxation properties of the Core material come into play. Especially when high Services with also high frequencies in Medium frequency range should be switched these characteristics lead to severe distortion of the transmitted impulses.

Aus der US-PS 36 17 854 ist ein Leistungstransformator bekannt, der auch für den Schaltbetrieb mit Frequenzen um 30 kH geeignet ist. Die um den Kern gewickelte Primärwicklung aus Folie oder bifilarem Wicklungsdraht wird von zwei Sekundärteilwicklungen umgeben, wobei die erste Sekundärteilwicklung eng auf die Primärwicklung und die zweite Sekundärteilwicklung eng auf die erste Sekundärteilwicklung und eng am Außensteg des Kernes gewickelt ist. Außerdem sind die Sekundärteilwicklungen untereinander und mit Masse über eine die Diodenschaltung verbunden, um das Schaltverhalten zu verbessern. Aufgrund dieser Wicklungskonfiguration wird auch bei diesem Transformator der wesentliche Anteil der Energie über den Kern übertragen, so daß die erwähnten, sich negativ auswirkenden Relaxationseigenschaften des Kernmaterials trotz der zusätzlichen Diodenschaltung keine optimale Impulsübertragung zulassen.From US-PS 36 17 854 is a power transformer known for switching operations with frequencies around 30 kH is suitable. The one wrapped around the core Primary winding made of foil or bifilar winding wire  is surrounded by two secondary section windings, the first secondary part winding closely on the primary winding and the second secondary section winding closely on the first Secondary part winding and close to the outer web of the core is wrapped. In addition, the secondary part windings with each other and with mass over a die Diode circuit connected to the switching behavior too improve. Because of this winding configuration also with this transformer the main part of the Transfer energy through the nucleus so that the mentioned relaxing properties of the Core material despite the additional diode circuit do not allow optimal impulse transmission.

Aus der DE-PS 18 02 830 ist ein streuarmer Transformator, insbesondere zur Impulsübertragung bekannt, bei dem die Wicklungen als abwechselnd angeordnete Teilwicklungen der Primär- und Sekundärwicklungen aus jeweils nur einer Folienlage bestehen, wobei die Lage der Primär- und Sekundärwicklung jeweils parallel zusammengefaßt und deren Anzahl so bemessen ist, daß die Strombelastung in den Lagen einen zulässigen Höchstwert nicht überschreitet. Solche Transformatoren sind für die Widerstandstransformation und Widerstandsanpassung entwickelt worden, wobei insbesondere der Frequenzgang bei Tonfrequenzübertragungen durch Endstufen verbessert werden sollte. Dies geschieht durch die lagenweise Wicklung und dadurch die Verringerung des mittleren Abstandes zwischen Primär- und Sekundärwicklung, da dieser Abstand etwa proportional der Streuinduktivität ist. Wesentlich ist bei solchen Transformatoren ein linearer Übertragungsbereich im akustischen Frequenzbereich, der unterhalb der Netzfrequenz anfängt und bei ca. 20 kH endet. Als Kernwerkstoffe werden bei solchen Transformatoren lamellierte Dynamobleche verwendet. In diesem Frequenzbereich spielen gyromagnetische Frequenzen, auf denen die erwähnten Relaxationseigenschaften mit den negativen Einflüssen beruhen, noch keine große Rolle.From DE-PS 18 02 830 is a low scatter Transformer, especially for pulse transmission known in which the windings as alternating arranged partial windings of the primary and Secondary windings from only one layer of film exist, the location of the primary and Secondary winding combined in parallel and the number of which is such that the current load in the locations a maximum permissible value exceeds. Such transformers are for the Resistance transformation and resistance adjustment have been developed, in particular the frequency response improved in audio frequency transmissions by power amplifiers should be. This happens through the layers Winding and thereby reducing the average Distance between primary and secondary winding, because this distance is approximately proportional to the leakage inductance is. What is essential in such transformers linear transmission range in acoustic  Frequency range that starts below the mains frequency and ends at about 20 kH. As core materials at such transformers laminated dynamo sheets used. Play in this frequency range gyromagnetic frequencies on which the mentioned Relaxation properties with the negative influences do not yet matter.

Aus der Valvo-Techn. Inf. TI 83 11 125 von 1983 ist es bekannt, Wicklungen nicht nur lagenweise, sondern blockweise zu verschachteln; vgl. dort die Abschnitte 7.2 und 7.3. Hieraus ist auch bekannt, den Streufluß und Wirbelstromverluste durch die Verwendung von Folienwicklungen zu verringern. Durch entsprechende Schachtelung der Sekundärwicklung durch jeweils eine Primärwicklung können dadurch die Maxima der Streuflüsse reduziert werden.From the Valvo Techn. Inf. TI 83 11 125 from 1983 it is known, windings not only in layers, but to nest in blocks; see. there the sections 7.2 and 7.3. From this is also known the leakage flux and Eddy current losses through the use of Reduce film windings. By appropriate Nesting of the secondary winding by one Primary winding can thus the maxima of the stray fluxes be reduced.

Schließlich ist es aus Mark: R-L-C-Components Handbook 1959, S. 116, bekannt, auf einen herkömmlichen Lamellenkern eine Wicklungskonfiguration aus zwei Sekundärwicklungen und einer Primärwicklung anzuordnen, wobei die Primärwicklung von den Sekundärwicklungen ummantelt wird. Ist diese Ummantelung entsprechend eng und damit die Kopplung entsprechend gut, so liegen die Sekundärteilwicklungen im Bereich der höchsten Kraftflußliniendichte. Auch dieser Transformator wird im Tonfrequenzbereich verwendet. Durch die enge Wicklungskopplung mit dem Kern ist er nicht als Leistungstransformator für hohe Schaltfrequenzen geeignet. After all, it's from Mark: R-L-C-Components Handbook 1959, p. 116, known to a conventional Lamella core a winding configuration of two Secondary windings and a primary winding to arrange, the primary winding of the Secondary windings is sheathed. Is this sheathing accordingly tight and thus the coupling accordingly well, the secondary part windings are in the range of highest flux line density. This too Transformer is used in the audio frequency range. Due to the tight winding coupling with the core, it is not as a power transformer for high Suitable switching frequencies.  

Transformatoren werden herkömmlich mittels folgender Formel dimensioniert:Transformers become conventional using the following formula dimensioned:

wobei
n Windungszahl,
U Spannung (V),
B magnetische Flußdichte (10-4T),
A Kernquerschnittsfläche (cm2),
f Frequenz (s-1) und
4 Formkonstante für Rechteckspannung ist.
in which
n number of turns,
U voltage (V),
B magnetic flux density (10 -4 T),
A core cross-sectional area (cm 2 ),
f frequency (s -1 ) and
4 is the form constant for square wave stress.

Der Kernquerschnitt wird dabei unter dem Gesichtspunkt der zu übertragenden Leistung gewählt. Die Übertragungsleistung herkömmlicher Transformatoren, die die bekannten magnetischen Werkstoffe enthalten, nimmt mit steigender Frequenz ab, wie in Fig. 1 veranschaulicht ist. Diese Leistungsabnahme, die der Energieübertragung mit steigender Frequenz Grenzen setzt, beruht auf einer zunehmenden Abweichung der tatsächlichen effektiven Übertragungsleistung von der theoretischen Übertragungsleistung der Transformatoren mit zunehmender Frequenz. Die Abweichungen sind dabei überaus groß. Wenn zum Beispiel aufgrund der Kernmasse und anderer Transformatordaten bei einer Übertragungsfrequenz von 25 kHz eine theoretische Übertragungsleistung von 4 kW berechnet wird, so ergibt sich bei einem praktischen Ausführungsbeispiel eines Transformators eine tatsächlich erreichbare Übertragungsleistung von 1 kW. Sollen daher mit herkömmlichen Transformatoren bestimmte Übertragungsleistungen realisiert werden, so führt dies zu Leistungsgewichten (W/kg), die nachteilig um Faktoren überhöht werden müssen. The core cross section is selected from the point of view of the power to be transmitted. The transmission power of conventional transformers, which contain the known magnetic materials, decreases with increasing frequency, as illustrated in FIG. 1. This decrease in power, which places limits on energy transmission with increasing frequency, is based on an increasing deviation of the actual effective transmission power from the theoretical transmission power of the transformers with increasing frequency. The deviations are extremely large. If, for example, based on the core mass and other transformer data, a theoretical transmission power of 4 kW is calculated at a transmission frequency of 25 kHz, then in a practical exemplary embodiment of a transformer, an actually achievable transmission power of 1 kW results. Therefore, if certain transmission powers are to be realized with conventional transformers, this leads to power weights (W / kg), which must be increased by factors.

Dieses Problem wurde in einem Nachtrag zum Datenbuch "Ferrite 82/83", Ausgabe Juni 1983 der Firma Siemens AG im Abschnitt ETD-Kerne für die Leistungselektronik, S. 4, "Übertragbare Leistungen", Absatz 2 erwähnt: "Je nach Anforderung (Isolation, Bewicklung, Stromdichte usw.) und Kühlmöglichkeiten sind wesentlich höhere Leistungen, aber auch geringere zu übertragen". Nähere Hinweise zur Lösung werden jedoch nicht gegeben.This problem was addressed in a data book supplement "Ferrite 82/83", June 1983 edition from Siemens AG in the Section ETD cores for power electronics, p. 4, "Transferable benefits", paragraph 2 mentions: "Depending on the requirement (Insulation, winding, current density, etc.) and Cooling options are much higher performances, however also to transmit less ". Further information on the solution are however not given.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Transformator der in Rede stehenden Art die Anordnung der Wicklungen auch in bezug zu dem Kern so zu modifizieren, daß der Transformator für die Übertragung hoher Energien geeignet ist und insbesondere im Schaltbetrieb einen möglichst phasenfreien Verlauf von Primärstromanstieg und Sekundärspannungsanstieg zeigt, wobei die Temperaturbelastung gering bleiben soll.The invention has for its object in a transformer the arrangement of the windings of the type in question also to be modified in relation to the core so that the transformer is suitable for the transmission of high energies is possible and especially in switching mode phase-free course of primary current rise and secondary voltage rise shows, the temperature load is low should stay.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is according to the invention by the characterizing Part of claim 1 specified features solved.

Demgemäß erfolgt durch die räumliche Trennung der Wicklungen von dem Kern und durch die Anordnung der Primärwicklung auf der Sekundärwicklung sowie die enge Kopplung der Sekundärwicklung mit der Primärwicklung die Energieübertragung im wesentlichen über die Wicklungen, so daß der Einfluß des Kerns, insbesondere die erwähnten Verzögerungseigenschaften des Kernmaterials, beim Schaltbetrieb nur gering sind. Der Transformator ist besonders zur Leistungsübertragung mit Arbeitsfrequenzen im Bereich von etwa 20 bis 100 Kilohertz und Anstiegszeiten von ca. 100 bis 200 Nanosekunden entsprechend einem Übertragungsbereich von 5 bis 10 Megahertz für sinusförmige Wechselspannungen und zur Übertragung von Impulsen hoher Leistung geeignet. Hierbei ist es möglich, eine galvanische Trennung zwischen den Stromkreisen sicherzustellen und sowohl eine Spannungstransformation als auch eine Stromtransformation zu ermöglichen. Der Transformator hat ein günstiges Leistungsgewicht und kleine Abmessungen und kann kostengünstig und einfach hergestellt werden. Besonders bemerkenswert ist, daß trotz dieser hohen Leistungen die Erwärmung des Transformators in ohne weiteres beherrschbaren Grenzen verbleibt, so daß eine Kühlung des Transformators nicht notwendig ist. Accordingly, the spatial separation of the windings takes place from the core and through the arrangement of the primary winding on the secondary winding as well as the close coupling of the Secondary winding with the primary winding transferring energy essentially over the windings, so the influence of the core, in particular the delay properties mentioned of the core material, only slight during switching operation are. The transformer is especially for power transmission with working frequencies in the range of about 20 up to 100 kilohertz and rise times from approx. 100 to 200 Nanoseconds corresponding to a transmission range of 5 to 10 megahertz for sinusoidal AC voltages and suitable for the transmission of high power pulses. Here it is possible to provide a galvanic isolation between the Ensure circuits and both a voltage transformation as well as to enable a current transformation. The transformer has a favorable power-to-weight ratio and small dimensions and can be inexpensive and just be made. It is particularly noteworthy that despite these high powers the heating of the transformer within easily manageable limits  remains, so that cooling of the transformer is not necessary is.  

Um zur erfindungsgemäßen Lösung zu gelangen, wurde eine Reihe von Messungen an Transformatoren ausgeführt, insbesondere unter dem Aspekt der Leistungsübertragung über den magnetischen Pfad. Hierzu wurde die in Fig. 2 dargestellte Meßanordnung verwendet. Es wurde ein Kern 2 in E-E-Bauform ausgewählt, der geschliffene Endflächen aufwies, um den Luftspalt 4 möglichst klein zu halten. Der Kern wies schmale, hohe Wickelkammern 6 auf. Eine Primärspule 8 und eine Sekundärspule 10 wurden räumlich voneinander getrennt auf demselben Innensteg 12 des Kerns angeordnet. In order to arrive at the solution according to the invention, a number of measurements were carried out on transformers, in particular with regard to power transmission via the magnetic path. The measuring arrangement shown in FIG. 2 was used for this. A core 2 in EE design was selected, which had ground end surfaces in order to keep the air gap 4 as small as possible. The core had narrow, high winding chambers 6 . A primary coil 8 and a secondary coil 10 were arranged spatially separated from one another on the same inner web 12 of the core.

Für die Durchführung von Versuchen mit der in Fig. 2 dargestellten Meßanordnung wurde eine in Fig. 3 veranschaulichte Meßschaltung verwendet. Die Primärspule 8 wurde mit ihren Anschlüssen 14, 16 an einen Spannungsgenerator 26 angeschlossen. Der Generator 26 diente zur Erzeugung von Ansteuerungsimpulsen mit großer Flankensteilheit, deren Anstiegs- und Abfallzeiten zwischen etwa 200 und 500 ns lagen und bei denen es sich z. B. um Sinus- oder Rechteckimpulse handelte. Die Ausgangsspannung des Generators 26 war variabel, sein Innenwiderstand Ri klein (Ri → 0). Die Wicklung der Sekundärspule 10 war mit den Anschlüssen 18, 20 durch einen rein ohmschen Widerstand 30 abgeschlossen. Ein durch einen Widerstand 24 abgeschlossener schneller Stromwandler 22 diente zur potentialfreien Messung des Primärstroms ip. Die Primärspannung U1 und die Sekundärspannung U2 wurden gemessen. Zur Darstellung der Meßgrößen wurde ein schnelles Mehrkanal-Oszilloskop 28 verwendet.A measuring circuit illustrated in FIG. 3 was used to carry out experiments with the measuring arrangement shown in FIG. 2. The connections 14, 16 of the primary coil 8 were connected to a voltage generator 26 . The generator 26 was used to generate control pulses with a steep slope, the rise and fall times of which were between about 200 and 500 ns and which were, for. B. acted on sine or rectangular pulses. The output voltage of the generator 26 was variable, its internal resistance R i small (R i → 0). The winding of the secondary coil 10 was terminated with the connections 18, 20 by a purely ohmic resistor 30 . A fast current transformer 22 terminated by a resistor 24 served for the potential-free measurement of the primary current i p . The primary voltage U 1 and the secondary voltage U 2 were measured. A fast multi-channel oscilloscope 28 was used to display the measured variables.

Der untersuchte Transformator wurde auf der dynamischen Magnetisierungskurve bis zum Sättigungsbereich unter Erhöhung der Generatorausgangsleistung durchgesteuert. Hierbei wurde unter Berücksichtigung des Hystereseverhaltens des Kernmaterials (B-H-Charakteristik) keine Stromsteuerung zugelassen, die nur zu einer Erwärmung der Wicklung führen würde. Es wurde bei der Aussteuerung darauf geachtet, daß der Anteil der direkten Kopplung über die Wicklung in bezug auf die Energieübertragung über den magnetischen Pfad sehr klein war.The investigated transformer was on the dynamic Magnetization curve up to the saturation range below Controlled increase in generator output power. Here, taking into account the hysteresis behavior of the core material (B-H characteristics) no current control allowed only to heat the winding would lead. Care was taken during the control that the proportion of direct coupling over the Winding related to the energy transfer via the magnetic Path was very small.

Die Meßgrößen wurden insbesondere in bezug auf das zeitliche Verhalten untersucht. Um eine möglichst schnelle Impulsübertragung, z. B. für Frequenzen bis 100 kHz und mehr (derzeit ergibt sich durch die verwendbaren Leistungstransistoren die Grenze von etwa 100 kHz) zu ermöglichen, war ein magnetischer Werkstoff, z. B. Fe-Ni-Bleche oder Fe-Mn-Ferrite ausgewählt worden. Der Generator wurde des weiteren vorzugsweise mit Sinus- oder Rechteckimpulsen betrieben, um ein möglichst einfaches Verhalten im Bereich der Impulsanstiegsflanken und -abfallflanken zu erhalten. Gegenstand bei den gesamten Untersuchungen war, daß die für die Ummagnetisierung des Kernmaterials benötigte Zeit zur Periodendauer der Arbeitsfrequenz in einem nicht mehr zu vernachlässigenden Verhältnis steht.The measurands were especially related to the time Behavior examined. To be as quick as possible Impulse transmission, e.g. B. for frequencies up to 100 kHz and more (currently results from the usable Power transistors to allow the limit of about 100 kHz)  was a magnetic material, e.g. B. Fe-Ni sheets or Fe-Mn ferrites have been selected. The generator was further preferably with sine or rectangular pulses operated to make the behavior in the area as simple as possible to obtain the rising and falling pulse edges. The subject of the entire investigation was that the for the magnetization of the core material took time to Period of the working frequency no longer increases in one neglect.

Fig. 4 zeigt den zeitlichen Verlauf (a) der Primärspannung, (b) des Primärstroms und (c) der Sekundärspannung bei den Versuchsmessungen. Die Darstellung der Fig. 4 (a) ist in Fig. 5 vergrößert wiedergegeben, wobei die Darstellung der Anstiegs- und Abfallflanken zur Veranschaulichung flacher wiedergegeben ist, als dies den tatsächlichen Gegebenheiten entspricht. Gemäß der zeitlich auseinandergezogenen Darstellung der Fig. 5 setzt sich ein Primärspannungsimpuls (U1), zeitlich gesehen, für eine Halbperiodendauer tp aus drei Zeitbereichen zusammen, nämlich der Anstiegszeit t1, der Impulsdauer t2 und der Abfallzeit t3. Wie Fig. 4 (b) und (c) veranschaulichen, sind die durch die Übertragungseigenschaften des Transformators bestimmten Impulse des Primärstroms ip und der Sekundärspannung U2 in ihrem Zeitverhalten von dem Zeitverhalten der Ansteuerungsimpulse U1 verschieden. Die Impulsdauern sind verkürzt. Das zeitliche Verhalten während der Anstiegszeit T1 und der Abfallzeit t3 ist lediglich durch die Schaltgeschwindigkeiten etc. nachgeschalteter Bauelemente bestimmt. Während der Zeit t* erfolgt keine quantitative Energieübertragung zur Sekundärwicklung. Die Sekundärspannung wurde bei Stromfluß in der Primärwicklung impulsbreitenmoduliert, und es ergab sich, daß während der Zeit t* eine wesentliche Flußänderung im magnetischen Kreis stattfindet. Trotz der Flußänderung tritt wegen Effekten im Kernmaterial, wie z. B. Bloch- Wand-Effekten etc., keine Sekundärspannung auf. Die Zeit t* steigt mit der Aussteuerung auf der dynamischen Hysteresekurve und ist abhängig vom magnetischen Werkstoff. Das Impulsdach des Primärstromsignals ist zur Vereinfachung in Fig. 4 horizontal dargestellt. In Wirklichkeit ist es deutlich ansteigend und weist z. B. vor dem Anstieg vom Dach der negativen Halbwelle auf die positive Halbwelle eine negative Impulsspitze auf. Infolgedessen können die auf die Maximalbelastung auszulegenden Bauteile nur in einem Teil ihres Betriebsbereichs effektiv eingesetzt werden. Des weiteren wurde im Mittelsteg des magnetischen Kerns zwischen der Primär- und Sekundärwicklung eine Erwärmung festgestellt, die mit Relaxation erklärt wurde. FIG. 4 shows the time course (a) of the primary voltage, (b) of the primary current and (c) of the secondary voltage in the test measurements. The illustration of FIG. 4 (a) is shown enlarged in FIG. 5, the illustration of the rising and falling edges being illustrated for illustration purposes as being flatter than this corresponds to the actual circumstances. According to the time-exploded view of FIG. 5, is a primary voltage pulse (U 1), viewed in time, for a half cycle duration t p of three time bands, namely, the rise time t 1, the pulse duration t 2 and the fall time t3. As shown in FIG. 4 (b) and (c) illustrate that is determined by the transmission characteristics of the transformer pulses of the primary current is i p and the secondary voltage U different in timing from the timing of the drive pulses U 1 2. The pulse durations are shortened. The behavior over time during the rise time T 1 and the fall time t 3 is only determined by the switching speeds etc. of downstream components. There is no quantitative energy transfer to the secondary winding during the time t *. The secondary voltage was pulse width modulated when current flowed in the primary winding, and it was found that during the time t * there was a substantial change in flux in the magnetic circuit. Despite the flow change occurs due to effects in the core material, such as. B. Bloch-wall effects, etc., no secondary voltage. The time t * increases with the modulation on the dynamic hysteresis curve and is dependent on the magnetic material. The pulse roof of the primary current signal is shown horizontally in FIG. 4 for simplification. In reality it is clearly increasing and shows e.g. B. before the rise from the roof of the negative half-wave to the positive half-wave a negative pulse peak. As a result, the components to be designed for the maximum load can only be used effectively in a part of their operating range. Furthermore, a warming was found in the central web of the magnetic core between the primary and secondary windings, which was explained by relaxation.

Die Versuchsergebnisse wurden auf Vorgänge im magnetischen Kernmaterial zurückgeführt. Wie bereits angedeutet wurde, erfolgt die Energieumformung bei einem Transformator auf zwei Wegen:The test results were based on processes in magnetic Core material returned. As already indicated, the energy conversion takes place on a transformer two ways:

  • a) auf dem magnetischen Pfad, über den die elektrische Energie in elektromagnetische, magnetische, elektromagnetische und wiederum in elektrische Energie umgewandelt wird (bei den Versuchen bevorzugter Pfad) unda) on the magnetic path over which the electrical Energy in electromagnetic, magnetic, electromagnetic and again converted into electrical energy becomes (preferred path in experiments) and
  • b) auf dem Pfad der direkten Kopplung über die Spulen, bei denen die elektrische Energie in elektromagnetische Energie und zurück in elektrische Energie umgewandelt wird.b) on the path of direct coupling via the coils, where the electrical energy is electromagnetic Energy and converted back into electrical energy becomes.

Bei den Versuchen wurde der Pfad über den magnetischen Werkstoff untersucht. Die Zeit t* stellt eine Totzeit dar, während der keine effektive Energieübertragung an die Sekundärwicklung erfolgen kann, da im Kernmaterial mikroskopische dynamische Effekte stattfinden, die sich mit wachsender Frequenz zunehmend bemerkbar machen. Diese Effekte treten je nach Werkstoff (z. B. Fe-, FeNi-Bleche, weichmagnetische Ferrite unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps, . . .) und unterschiedlicher Verarbeitung (unterschiedlich dicke Bleche . . .) verschieden stark auf. Es handelt sich dabei um Verschiebungsprozesse bei den Blochschen Wänden, einen gyromagnetischen Effekt, Wirbelstromverluste, Fluktuations- bzw. Jordan-Nachwirkung und Diffusionsnachwirkung (vgl. W. v. Münch, Werkstoffe der Elektrotechnik, 4. Auflage, S. 16, 1983, Teubner-Verlag). Die drei letzten Effekte sind im wesentlichen werkstoffbedingt.In the experiments, the path was over the magnetic Material examined. The time t * represents a dead time, during the no effective energy transfer to the Secondary winding can be done because microscopic in the core material dynamic effects take place that deal with  increasing frequency noticeable. These Effects occur depending on the material (e.g. Fe, FeNi sheets, soft magnetic ferrites of different conductivity types, . . .) and different processing (different thick sheets. . .) to different degrees. It these are displacement processes in the Blochschen Walls, a gyromagnetic effect, eddy current losses, Fluctuation or Jordan after-effects and diffusion after-effects (cf. W. v. Münch, materials for electrical engineering, 4th edition, p. 16, 1983, Teubner-Verlag). The the last three effects are essentially material-related.

Die Verhältnisse im Transformator werden im folgenden in Vektor-Darstellung erläutert.The conditions in the transformer are in the following Vector illustration explained.

Die Induktanz XL des stofferfüllten magnetischen Kreises läßt sich wie folgt darstellen:The inductance X L of the magnetic circuit filled with substances can be represented as follows:

XL = XLO + XL(t) (2)X L = X LO + X L (t) (2)

wobei XLO ein konstanter Term (Blindwiderstand einer idealen Induktivität; Luftspulenanteil) und XL(t) ein zeitabhängiger Term für den Flußaufbau ist. Der Widerstand R des stofferfüllten magnetischen Kreises setzt sich aus einem konstanten Term RO und einem zeitabhängigen Term R(t) zusammen, der durch Relaxationserscheinungen bedingt ist:where X LO is a constant term (reactance of an ideal inductance; air coil component) and X L (t) is a time-dependent term for the flux build-up. The resistance R of the magnetic circuit filled with substances is composed of a constant term R O and a time-dependent term R (t), which is caused by relaxation phenomena:

R = RO + R(t) (3)R = R O + R (t) (3)

Die Impedanz Z ist daher:The impedance Z is therefore:

Z = jXL + R (4)Z = jX L + R (4)

Dies ist in Fig. 6 veranschaulicht.This is illustrated in Figure 6.

Die auf die Sekundärseite wirksame Gesamtimpedanz Zges(t) setzt sich dabei aus einem Anteil aus der direkten Kopplung zwischen der Primär- und der Sekundärspule (ZW) und aus der Impedanz des magnetischen Kernmaterials bzw. der Kopplung darüber (ZM), d. h. aus einem wicklungsabhängigen und einem materialabhängigen Term zusammen. Der materialabhängige Term ZM läßt sich darstellen wie folgt:The total impedance Z tot (t) effective on the secondary side is made up of a portion of the direct coupling between the primary and secondary coils (Z W ) and the impedance of the magnetic core material or the coupling above (Z M ), ie composed of a winding-dependent and a material-dependent term. The material-dependent term Z M can be represented as follows:

ZM = jXLM + RM (5)Z M = jX LM + R M (5)

wobei RM einen Ersatzwiderstand für das Verhalten des magnetischen Kerns darstellt. Bei niedrigen Frequenzen geht die Impedanz ZM über in:where R M represents an equivalent resistance for the behavior of the magnetic core. At low frequencies, the impedance Z M changes into:

ZM = jXLOM + ROM - (jXCOM) (6)Z M = jX LOM + R OM - (jX COM ) (6)

Gleichung (6) ist die klassische Impedanzdarstellung, wobei ROM das normale Leitungsverhalten des Kerns beschreibt und XCOM das kapazitive Verhalten der Kernwerkstoffe beschreibt. Den wicklungsabhängigen Term in der Transformatoranordnung beschreibt jedoch die Gleichung:Equation (6) is the classic impedance representation, where R OM describes the normal conductance of the core and X COM describes the capacitive behavior of the core materials. However, the winding-dependent term in the transformer arrangement is described by the equation:

ZW = RW + jXLOW - jXCOW (7)Z W = R W + jX LOW - jX COW (7)

wobei jXLOW konstant ist, wobei XCOW die Kopplungskapazität zwischen den Wicklungen beschreibt; j(XLOW - XCOW) = jXW.where jX LOW is constant, where X COW describes the coupling capacitance between the windings; j (X LOW - X COW ) = jX W.

Die Gesamtimpedenz Zges(t) läßt sich durch eine wicklungsabhängigen, im wesentlichen konstanten Term und einen zeitabhängigen, im wesentlichen materialabhängigen Term darstellen:The total impedance Z tot (t) can be represented by a winding-dependent, essentially constant term and a time-dependent, essentially material-dependent term:

Zges(t) = ZW + ZM(t) (8)Z tot (t) = Z W + Z M (t) (8)

Dies ist in Fig. 7 veranschaulicht. Während der Vektor ZW nach Betrag und Richtung konstant bleibt, ändert sich der Vektor ZM zeitabhängig stark und kann ein Vielfaches von ZW annehmen. This is illustrated in Fig. 7. While the vector Z W remains constant in terms of magnitude and direction, the vector Z M changes strongly as a function of time and can assume a multiple of Z W.

Die Vorgänge im magnetischen Kernmaterial werden auch durch folgende Gleichung wiedergegeben:The processes in the magnetic core material are also represented by the following equation:

B = μoμ(t)H (9)B = μ o μ (t) H (9)

wobei
B die magnetische Flußdichte,
μo die Permeabilitätskonstante,
μ(t) die relative zeitabhängige Permeabilität und
H die magnetische Feldstärke ist.
in which
B the magnetic flux density,
μ o the permeability constant,
μ (t) the relative time-dependent permeability and
H is the magnetic field strength.

Die Permeabilität läßt sich dabei wie folgt darstellen:The permeability can be represented as follows:

μ(t) = μ′(t) - jμ′′(t) (10)μ (t) = μ ′ (t) - jμ ′ ′ (t) (10)

wobei μ′, μ′′ konstante Anteile enthalten können. Die Phasenverschiebungwhere μ ′, μ ′ ′ can contain constant proportions. The Phase shift

ist zeitabhängig und gibt die Momentanwerte der Phasenverschiebung zwischen der effektiven Permeabilität μ und der reellen Permeabilität μ′ an. Die Zusammenhänge sind in Fig. 8 dargestellt. Die zeitabhängigen Vorgänge im Kernmaterial lassen sich auch so interpretieren, daß der Kernquerschnitt des magnetischen Materials sich nicht mehr als eine Konstante verhält, d. h. der für die Energieübertragung maßgebliche Anteil Ae des Kernquerschnitts A ist bei jeweils gleichem Kernmaterial ab dem Beginn eines Impulses eine Funktion der Zeit:is time-dependent and indicates the instantaneous values of the phase shift between the effective permeability μ and the real permeability μ ′. The relationships are shown in FIG. 8. The time-dependent processes in the core material can also be interpreted in such a way that the core cross-section of the magnetic material no longer behaves as a constant, i.e. the portion A e of the core cross-section A that is relevant for energy transfer is a function of the same core material from the beginning of a pulse Time:

wobei f(H, t) eine Funktion von μ′ und μ′′ ist. Diese Funktion ist sehr kompliziert, so daß die Vektorveranschaulichung übersichtlicher erscheint.where f (H, t) is a function of μ ′ and μ ′ ′. These  Function is very complicated, so the vector illustration appears clearer.

Derzeit ist offensichtlich kein magnetischer Werkstoff auf dem Markt, mit dem Umpolarisationen im Molekularbereich zeitlich in etwa 500 ns im gesamten linearen Bereich der Hysteresekurve möglich sind. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, zur Behebung der nachteiligen Wirkungen dieser zeitäbhängigen Effekte einen Teil der Energieübertragung nicht über das Kernmaterial stattfinden zu lassen, d. h. die zeitabhängigen Effekte zu umgehen. Durch die Messungen am vorgenannten Transformator ergab sich die Konstruktion des erfindungsgemäßen Transformators.At the moment there is obviously no magnetic material on the market with the polarizations in the molecular range in time in about 500 ns in the entire linear range of Hysteresis curve are possible. An essential thought of Invention is to remedy the disadvantageous Effects of these time-dependent effects part of the Energy transfer does not take place through the core material to let d. H. to bypass the time-dependent effects. By the measurements on the aforementioned transformer resulted in the Construction of the transformer according to the invention.

Es wurde aus den obigen Erkenntnissen ein Transformator in Mantelbauweise entwickelt, der einen möglichst spaltfreien Kern aus ferromagnetischem Material und zumindest eine Primär- und Sekundärwicklung aufweist. Mindestens eine Wicklung ist als Folienwicklung ausgebildet, und die Primär- und Sekundärwicklungen sind mit einer dazwischen liegenden Isolierschicht als Zylinderwicklungen aufeinander gewickelt. Eine stromführende Teilwicklung der Primärwicklung ist jeweils einer stromführenden Teilwicklung der Sekundärwicklung benachbart.Based on the above findings, a transformer in Shell construction developed, which one as gap-free as possible Core made of ferromagnetic material and at least one Has primary and secondary winding. At least one Winding is designed as a foil winding, and the Primary and secondary windings are with one in between lying insulating layer as cylinder windings on top of each other wrapped. A live partial winding of the The primary winding is always a current-carrying partial winding adjacent to the secondary winding.

Bei diesem erfindungsgemäßen Transformator erfolgt die Leistungsübertragung vorteilhaft über beide Pfade, d. h. über die direkte Kopplung von Wicklungen und über den magnetischen Pfad durch den Kernwerkstoff. Eine Ersatzschaltung für die Transformatorfunktion ist eine Parallelschaltung zweier Widerstände ZW und ZM(t), von denen sich einer (ZM) mit der Zeit ändert. Entsprechend ist die Energieübertragung, d. h. der Energiedurchsatz, auf beiden parallelen Pfaden zeitabhängig. Die Ersatzschaltung ist in Fig. 9 veranschaulicht. In this transformer according to the invention, the power is advantageously transmitted via both paths, ie via the direct coupling of windings and via the magnetic path through the core material. An equivalent circuit for the transformer function is a parallel connection of two resistors Z W and Z M (t), one of which (Z M ) changes with time. Accordingly, the energy transfer, ie the energy throughput, is time-dependent on both parallel paths. The equivalent circuit is illustrated in FIG. 9.

Auf dem ersten Pfad mit direkter Kopplung über die Wicklungen (ZW) erfolgt die Energieübertragung elektrisch, dann elektromagnetisch und wieder elektrisch. Dieser Pfad steht ohne Zeitverzögerung voll zur Verfügung. Zur Begünstigung der Energieübertragung über diesen Pfad ist die aktive Oberfläche einer Wicklung vergrößert worden, indem diese Wicklung als Folienwicklung ausgebildet ist. Des weiteren ist das Ausmaß der Energieübertragung durch die räumliche Zuordnung der Wicklungen zueinander erhöht worden, deren Nähe vorteilhaft für den Wirkungsgrad der elektromagnetischen Energieübertragung ist. Diesem Zweck dient auch die benachbarte Anordnung von stromführenden Teilwicklungen der Primär- und Sekundärwicklungen.On the first path with direct coupling via the windings (Z W ), the energy is transmitted electrically, then electromagnetically and then electrically again. This path is fully available without any time delay. In order to favor the energy transmission via this path, the active surface of a winding has been enlarged by designing this winding as a foil winding. Furthermore, the extent of the energy transmission has been increased by the spatial association of the windings, the proximity of which is advantageous for the efficiency of the electromagnetic energy transmission. The adjacent arrangement of current-carrying partial windings of the primary and secondary windings also serves this purpose.

Die Energieübertragung über den zweiten Pfad, d. h. über den magnetischen Werkstoff, erfolgt zeitverzögert aufgrund der Kornorientierungen, wobei der Stromanstieg dI/dt während der Umorientierungen, d. h. während der Zeit t*, die etwa 65% der Halbperiodendauer für Taktfrequenzen bis etwa 100 kHz beträgt, komplex ist. Der zeitlineare Stromanstieg der Induktivität bleibt dabei nach Anlegen einer Sprungfunktion erhalten. Ferner werden parasitäre Induktivitäten bedämpft und die Schwingneigung unterdrückt.The energy transfer via the second path, i.e. H. about the magnetic material is delayed due to the grain orientations, the current increase dI / dt during the reorientation, d. H. during the time t * that about 65% of the half-period for clock frequencies up to is about 100 kHz, is complex. The time-linear current increase the inductance remains after creating one Get jump function. Furthermore, parasitic inductances damped and suppressed the tendency to vibrate.

Für die magnetischen Kraftlinien wird durch den magnetischen Kern ein bevorzugter Pfad außerhalb des Spulenwickelbereichs bereitgestellt. Aufgrund der langsamen Kornorientierung erfolgt bei hohen Frequenzen in der Sekundärspule keine Rückbildung der Flußänderung in eine Spannung. Dies bedeutet, daß keine Induktion mehr stattfindet; die Phasendifferenz steigt mit zunehmender Taktfrequenz, und die Sekundärspannung bleibt sozusagen stehen. Die Vorgänge im Kern ähneln den Vorgängen im durchgeschalteten Transistor. Insgesamt erfolgt die Energieübertragung über den zweiten Pfad elektrisch, elektromagnetisch, magnetisch, elektromagnetisch und wieder elektrisch. Die Dimensionierung des erfindungsgemäßen Transformators kann auf herkömmliche Weise gemäß Gleichung (1) erfolgen. Die Festlegung der Induktionsänderungen ΔB auf der Hysteresekurve und die Dachschräge der Impulse des Mangetisierungsstroms werden ebenfalls in üblicher Weise festgelegt. Mit dem erfindungsgemäßen Transformator können hohe Leistungen (mehrere kW) und Ströme von über 100 A übertragen werden.For the magnetic lines of force the magnetic Core is a preferred path outside of the coil winding area provided. Because of the slow Grain orientation takes place at high frequencies in the Secondary coil no regression of the flow change in one Tension. This means that there is no longer any induction; the phase difference increases with increasing clock frequency, and the secondary voltage remains, so to speak. The processes in the core are similar to the processes in the through Transistor. Overall, the energy transfer takes place  via the second path electrical, electromagnetic, magnetic, electromagnetic and again electrical. The dimensioning of the transformer according to the invention can be conventionally performed according to equation (1) respectively. The determination of the induction changes ΔB on the hysteresis curve and the roof slope of the impulses of the Mangetizing currents are also used in the usual way fixed. With the transformer according to the invention high powers (several kW) and currents of over 100 A. be transmitted.

Durch die Kombination der beiden Energieübertragungspfade ist das Übertragungsverhalten des erfindungsgemäßen Transformators verbessert. Die Impulsdauer ist verlängert, so daß die effektive Energieübertragungsdauer größer ist. Die Umschaltzeit von Umax auf Umin und umgekehrt ist stark, bis in den Bereich von weniger als 1 μs, verkürzt. Dies beruht darauf, daß die Energieübertragung zunächst über die Wicklungskopplung (Pfad 1) und dann auch über die magnetische Kopplung (Pfad 2) erfolgt. Ein zeitlicher Versatz der Ausgangssignale des erfindungsgemäßen Transformators beruht im wesentlichen nur noch auf den Umschaltzeiten von in der zugehörigen Schaltung verwendeten Transistoren etc. Der erfindungsgemäße Transformator ermöglicht daher Kurvenformen mit extrem steilen Flanken bis in den ns-Bereich. Das Impulsdach der Ausgangssignale des Transformators ist sehr flach, im wesentlichen horizontal. Die noch vorhandene Dachschräge beruht auf dem Magnetisierungsblindstrom. Je geringer sie ist, um so besser ist der Transformator. Durch das Ausbleiben von Strom- bzw. Spannungsspitzen im Transformatorausgangssignal sind die Bauteile der zugehörigen Schaltung besser ausnutzbar, da sie auf die maximale Belastung ausgelegt werden müssen. By combining the two energy transmission paths is the transmission behavior of the transformer according to the invention improved. The pulse duration is extended, so that the effective energy transfer time is longer. The Switchover time from Umax to Umin and vice versa is strong, shortened in the range of less than 1 μs. This is based on the fact that the energy transfer is initially via the winding coupling (path 1) and then also via the magnetic Coupling (path 2) takes place. A time offset the output signals of the transformer according to the invention is essentially only based on the switching times of transistors used in the associated circuit etc. The transformer according to the invention therefore enables Curve shapes with extremely steep flanks up to the ns range. The pulse roof of the output signals of the transformer is very flat, essentially horizontal. The still existing sloping roof is based on the magnetizing reactive current. The lower it is, the better it is Transformer. Due to the absence of current or voltage peaks the components are in the transformer output signal the associated circuit can be better exploited because it must be designed for the maximum load.  

Vorteilhaft beim erfindungsgemäßen Transformator ist auch, daß infolge seines besseren Energieübertragungsvermögens sein Leistungsgewicht gegenüber herkömmlichen Transformatoren wesentlich verbessert ist. Des weiteren kommt es beim Betrieb des erfindungsgemäßen Transformators zu einer weitaus geringeren Erwärmung, z. B. wurden trotz geringerer Leistungsbeaufschlagung eines herkömmlichen Transformators (Abgabeleistung 0,5 kW) bei diesem 65°C, bei dem erfindungsgemäßen Transformator (2,6 kW) hingegen nur 32°C Temperatur am Kern gemessen. Eine Kühlung ist daher nicht erforderlich.Another advantage of the transformer according to the invention is that that due to its better energy transfer ability its power-to-weight ratio compared to conventional transformers is significantly improved. Furthermore it comes during operation of the transformer according to the invention much less warming, e.g. B. were despite less Power applied to a conventional transformer (Output power 0.5 kW) at this 65 ° C, with the invention Transformer (2.6 kW), however, only 32 ° C temperature measured at the core. Cooling is therefore not necessary.

Der Kern des erfindungsgemäßen Transformators wird möglichst spaltfrei ausgebildet, wobei unter Spalten auch die mit Klebstoff ausgefüllten Hohlräume verstanden werden und nur noch zwangsläufig fertigungsbedingte Größen hingenommen werden. Dies erfolgt zur Erhöhung der Permeabilität μ. Es wird bevorzugt ein magnetisches Kernmaterial verwendet, dessen Hysteresekurve Z-Form aufweist. Günstig ist eine steile B-H-Kurve für den erfindungsgemäßen Gegentakt- Durchflußwandler. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Kernmaterial Ferrit, das sehr kostengünstig ist.The core of the transformer according to the invention is as possible formed gap-free, with the columns also under cavities filled with adhesive are understood and only inevitably accepted production-related sizes will. This is done to increase the permeability μ. A magnetic core material is preferably used whose hysteresis curve is Z-shaped. Is cheap a steep B-H curve for the push-pull invention Flow converter. In an advantageous embodiment the core material of the invention is ferrite, that is very inexpensive.

Als vorteilhaft hat sich im Einsatz auch ein Kern vom Wickelbandkern-Typ erwiesen, der für einen größeren Umgebungstemperaturbereich einsetzbar ist und höheren Anforderungen an die Materialeigenschaften genügt. Die Curie- Temperatur und die Induktion sind bei diesem Kerntyp größer, die magnetische Feldstärke H kleiner. Eine vorteilhafte Bauform für den Kern ist die E-E-Bauform. Besonders günstig ist die Verwendung von vier U-Teilen, die ein noch größeres Wickelfenster ergibt. Die Auswahl der Bauformen und Materialien des magnetischen Kerns sowie die technische Durchführung bzw. Realisierung des magnetischen Pfades sind ausschlaggebend für die spätere Verwendung des Transformators.A core from Wrapped tape core type proven for a wider ambient temperature range is applicable and higher requirements the material properties suffice. The Curie Temperature and induction are in this core type larger, the magnetic field strength H smaller. An advantageous one The design for the core is the E-E design. Especially it is favorable to use four U-parts, one even larger winding window results. The choice of designs and materials of the magnetic core as well as the  technical implementation or realization of the magnetic Paths are crucial for the later use of the Transformer.

Vorteilhaft ist beim erfindungsgemäßen Transformator stets eine Sekundärteilwicklung zwischen einer Primärteilwicklung und dem Kernmittelsteg angeordnet, wodurch die Wicklungskopplung begünstigt ist. Zweckmäßig ist dabei eine folienförmige Ausbildung der Isolierung zwischen benachbarten Wicklungen, wodurch erreicht werden kann, daß die Primär- und Sekundärwicklungen dicht beieinander angeordnet sind. Dies verbessert wiederum die Kopplung.It is always advantageous in the transformer according to the invention a secondary part winding between a primary part winding and the core center land arranged, whereby the winding coupling is favored. One is useful film-like formation of the insulation between adjacent Windings, which can be achieved that the Primary and secondary windings arranged close together are. This in turn improves the coupling.

Zur Verbesserung der Wicklungskopplung ist bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung zwischen der Primärwicklung und dem Außensteg des Kerns eine Sekundär- (teil)wicklung angeordnet. Dabei ist im Fall einer Primär- und einer Sekundärwicklung die Sekundärwicklung vorteilhaft in zwei Teilwicklungen aufgeteilt, die die Primärwicklung umgeben. Hierdurch wird ein symmetrischer Feldlinienverlauf des elektromagnetischen Feldes im Wicklungsbereich erzielt, der für die kernfreie Übertragung bevorzugt ist. Besonders günstig ist, wenn der Wicklungsabstand vom Mittelsteg etwa gleich dem Wicklungsabstand vom Außensteg des Kerns ist. Durch diese Wicklungsanordung wird erreicht, daß die maximale Kraftliniendichte im Bereich der Wicklung und nicht im Kernmaterial vorliegt.To improve the winding coupling is one another embodiment of the invention between the Primary winding and the outer web of the core a secondary (partial) winding arranged. In the case of one Primary and a secondary winding the secondary winding advantageously divided into two partial windings, which the Surround the primary winding. This makes a symmetrical one Field line course of the electromagnetic field in the winding area achieved that for core-free transmission is preferred. It is particularly favorable if the winding spacing from the center bar approximately equal to the winding distance from the outer web of the core. Through this winding arrangement is achieved that the maximum force line density in Area of the winding and not in the core material.

Eine besonders einfache Ausbildung des Transformators mit nur einer Primär- und nur einer Sekundärwicklung ergibt sich, wenn die Primärwicklung auf die Sekundärwicklung gewickelt ist. A particularly simple design of the transformer results in only one primary and only one secondary winding itself when the primary winding on the secondary winding is wrapped.  

Eine besonders sichere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Transformators ergibt sich bei Anordnung einer beidseitig isolierten einlagigen Metallfolie mit herausgeführtem Anschluß, jeweils zwischen Primär- und Sekundärwicklung, wobei der Anschluß mit dem Schutzleiter verbunden ist. Hierdurch sind der Berührungsschutz gegen Netzpotential und die Funkstörsicherheit verbessert.A particularly safe embodiment of the invention Transformer results from arranging one on both sides insulated single-layer metal foil with lead out, each between primary and secondary winding, the connection being connected to the protective conductor. This protects against accidental contact with the mains and improves radio interference immunity.

In bestimmten Anwendungsfällen ist es erwünscht, die Energieübertragung zwischen Sekundär- und Primärwicklung gesteuert zu unterbrechen, d. h. die Energie muß getastet, rasch abgeschaltet werden. In diesem Fall wird zweckmäßig eine möglichst einlagige extern kurzschließbare Wicklung (vorzugsweise aus dünnen Drähten) als Hilfswicklung zwischen der Primär- und Sekundärwicklung angeordnet. Durch die möglichst dünne Ausbildung der Kurzschlußwicklung wird erreicht, daß der Abstand zwischen benachbarten Wicklungen gering bleibt, um den Koppelfaktor nicht unnötig zu beeinträchtigen. Bei Verwendungen von zwei Kurzschlußwicklungen K1,2 sieht die Wicklungsanordnung bei jeweils zwei Primär- und Sekundärwicklungen P1,2 und S1,2 z. B. folgendermaßen aus: S1, K1, P1, P2, K2, S2 (von innen nach außen, ohne Isolierung).In certain applications, it is desirable to interrupt the energy transfer between the secondary and primary windings in a controlled manner, ie the energy must be keyed, quickly switched off. In this case, a single-layer, externally short-circuitable winding (preferably made of thin wires) is advantageously arranged as an auxiliary winding between the primary and secondary windings. The design of the short-circuit winding as thin as possible ensures that the distance between adjacent windings remains small so as not to unnecessarily impair the coupling factor. When using two short-circuit windings K 1,2 , the winding arrangement sees two primary and secondary windings P 1,2 and S 1,2 z. B. from: S 1 , K 1 , P 1 , P 2 , K 2 , S 2 (from the inside to the outside, without insulation).

In vielen Fällen kommt es bei herkömmlichen Transformatoren zu einer Verfälschung des zeitlichen Verlaufs des Sekundärspannungssignals bezüglich des Primärspannungssignals. Auch bei einem gegen Null gehenden Generatorinnenwiderstand treten sich zeitlich ändernde Rückwirkungen des magnetischen Kerns auf die Sekundärwicklung auf. Der Betrieb von Transformatoren ist daher insbesondere bei impulsbreitenmoduliertem Betrieb problematisch, wenn nicht unmöglich. Diese Schwierigkeiten werden sowohl beim neuartigen Transformator als auch bei herkömmlichen Transformatoren erfindungsgemäß durch Verwendung von kurzschließbaren Wicklungen mit externer Beschaltung behoben bzw. verringert. Letztere ermöglicht es auch, die Übertragungseigenschaften des Transformators zu ändern, und ermöglicht insbesondere eine naturgetreue, potentialfreie Übertragung von Leistungsimpulsen. Dabei hat sich sogar ohne externe Beschaltung eine Verbesserung des Übertragungsverhaltens herausgestellt.In many cases it happens with conventional transformers to falsify the time course of the Secondary voltage signal with respect to the primary voltage signal. Even if the generator internal resistance goes to zero there are time-changing repercussions of the magnetic core on the secondary winding on. The operation of transformers is therefore special problematic with pulse width modulated operation, if not impossible. These difficulties are both with the new transformer as well as with conventional ones Transformers according to the invention by using short-circuitable  Fixed windings with external wiring or reduced. The latter also enables the transmission properties of the transformer, and allows in particular a lifelike, potential-free Transmission of power impulses. It even did without external wiring an improvement in the transmission behavior exposed.

Die Anordnung der kurzschließbaren Wicklung kann dabei auch neben der Primärwicklung sein, wenn diese als Drahtwicklung ausgebildet ist und sich nicht über die gesamte Wickelbreite erstreckt, so daß die zugeordnete äußere Sekundär(teil)wicklung auf beide Wicklungen gemeinsam aufgewickelt wird. Die zugehörige Schaltung ist dabei derart, daß die symmetrische Primärwicklung des Transformators weich, über Dioden und über zwei im Gegentakt arbeitende Schalter wechselseitig an eine positive Versorgungsspannung bei einer Taktfrequenz von etwa 20 bis 100 kHz angeschlossen (bei Stromfluß I mit gegen Null gehendem Innenwiderstand Ri und bei I = 0 sowie auch bei V → 0 mit Ri → 0), und die kurzschließbare Wicklung (Hilfswicklung) über einen Transistor geschaltet wird. Die zusätzliche Wicklung wird kurzgeschlossen, wenn beide Schalter offen sind, d. h. wenn keine der beiden Primärteilwicklungen stromdurchflossen ist. Durch elektrische Kopplung mit den Transformatorwicklungen und Reaktion in den übrigen Wicklungen, insbesondere die große Nähe der Hilfswicklung zur Sekundärwicklung, wird der gezielte Kurzschluß in der Sekundärwicklung stärker wirksam als der Einfluß des Kernmaterials. Auch ist die Rückwirkung der Spuleninduktivität stark herabgesetzt. Daher findet während dieser Zeit durch das sich ändernde Magnetfeld keine Induktion in der Wicklung statt. Hierdurch wird erreicht, daß die Sekundärspannung Us auf Null geht, so daß das Ausgangssignal des Transformators in der Impulsform im wesentlichen eine 1 : 1-Abbildung des Eingangssignals darstellt. Es können bei 10 μs langen Vollperiodendauern der Primärspannungsimpulse z. B. Sekundärspannungsimpulse mit Flankensteilheiten von nur etwa 100 ns (Anstiegszeit) und 200 ns (Abfallzeit) erzielt werden. Die Verfälschung im Zeitverhalten läßt sich so im Bereich von 25 kHz auf Werte unter 1% herabsetzen. Die Betriebseigenschaften des Transformators sind somit stark verbessert, insbesondere ändern sich die Eigenschaften zwischen Leerlauf- und Lastbetrieb nicht mehr wesentlich. Sie ändern sich auch kaum mit Änderung des Tastverhältnisses.The arrangement of the short-circuitable winding can also be next to the primary winding if it is designed as a wire winding and does not extend over the entire winding width, so that the associated outer secondary (partial) winding is wound onto both windings together. The associated circuit is such that the symmetrical primary winding of the transformer soft, via diodes and two push-pull switches alternately connected to a positive supply voltage at a clock frequency of about 20 to 100 kHz (at current flow I with zero internal resistance R i and at I = 0 and also at V → 0 with R i → 0), and the short-circuitable winding (auxiliary winding) is switched via a transistor. The additional winding is short-circuited when both switches are open, ie when neither of the two primary part windings has current flowing through them. Through electrical coupling with the transformer windings and reaction in the other windings, especially the close proximity of the auxiliary winding to the secondary winding, the targeted short circuit in the secondary winding becomes more effective than the influence of the core material. The reaction of the coil inductance is also greatly reduced. Therefore, there is no induction in the winding during this time due to the changing magnetic field. This ensures that the secondary voltage U s goes to zero, so that the output signal of the transformer in the pulse form essentially represents a 1: 1 mapping of the input signal. With 10 μs long full periods of the primary voltage pulses z. B. Secondary voltage pulses with edge steepness of only about 100 ns (rise time) and 200 ns (fall time) can be achieved. The falsification in the time behavior can thus be reduced to values below 1% in the range from 25 kHz. The operating properties of the transformer are thus greatly improved, in particular the properties between idle and load operation no longer change significantly. They hardly change when the duty cycle changes.

Die erfindungsgemäße Verwendung einer kurzschließbaren Hilfswicklung ermöglicht eine vorteilhafte Ansteuerung von Transistoren im Floating-Betrieb. Des weiteren zweckmäßig ist die Verwendung bei der potentialfreien Übertragung schneller Spannungsanstiege.The use of a short-circuitable according to the invention Auxiliary winding enables advantageous control of transistors in floating mode. Furthermore expedient is the use for floating transmission faster voltage increases.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Transformators ist zwischen dem Mittelsteg und der Wicklung ein zweckmäßig rohrförmig ausgebildeter Wickelkörper aus Isoliermaterial und zwischen der Wicklung und dem Außenkörper ein Isolierkörper angeordnet. Mittels dieser Isolierkörper werden Koronaeffekte verhindert und ein Isolierschutz sowie ein konstantes Dielektrikum geschaffen. Der Wickelkörper dient dabei nicht nur zur Halterung der Wicklung, sondern auch als Abstandkörper, um einen ausreichenden Abstand der Wicklung vom Mittelsteg zu gewährleisten. Hierdurch wird das Arbeiten des Transformators gut reproduzierbar. In an advantageous embodiment of the invention Transformer is between the center bridge and the winding is a suitably tubular winding body made of insulating material and between the winding and an insulating body is arranged on the outer body. By means of this Insulating bodies prevent and prevent corona effects Insulation protection and a constant dielectric created. The winding body not only serves to hold the Winding, but also as a spacer to ensure adequate Ensure the distance of the winding from the center bar. This will make the transformer work easily reproducible.  

Zwischen den Wicklungen werden vorteilhaft Isolierfolien angeordnet. Hierdurch wird ebenfalls erreicht, daß der Abstand zwischen Sekundär- und Primärwicklung möglichst gering ist, wodurch die Kopplung verbessert ist. Zweckmäßig ist die folienförmige Isolierung breiter als die Folienwicklung. Als geeignet hat sich z. B. ein Überstand von etwa 1 mm erwiesen. Bei zu geringem Überstand kommt es wegen der erheblichen Ladungsverschiebungen bei den hohen Arbeitsfrequenzen (MHz) zu Überschlägen und Ionisierungen im Randbereich, insbesondere an scharfen Kanten der Folie etc., und es besteht die Gefahr von z. B. Lagenkurzschlüssen. Ist der Überstand jedoch zu groß, so ist die wirksame Kopplungsfläche nachteilig klein. Für das Material der folienförmigen Isolierung wird vorteilhaft Kunststoff verwendet. Als günstig hat sich das Polyester-Material PETP erwiesen, das eine sehr kleine Dielektrizitätskonstante hat.Insulating foils are advantageous between the windings arranged. This also ensures that the distance between secondary and primary winding if possible is small, which improves the coupling. Appropriately the foil-shaped insulation is wider than that Foil winding. Has been suitable for. B. a supernatant of about 1 mm. If the overhang is too low, it happens because of the significant charge shifts at the high Working frequencies (MHz) for rollovers and ionizations in the edge area, especially on sharp edges of the film etc., and there is a risk of e.g. B. Layer shorts. However, if the supernatant is too large, the effective one Coupling area disadvantageously small. For the material of the plastic insulation is advantageously used. The polyester material PETP has proven to be cheap proved to be a very small dielectric constant Has.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Folienwicklung bei höheren Stromdichten und einer geringen Windungszahl. Durch die Folienfläche ist der Kopplungswirkungsgrad im bezug auf bekannte Transformatoren wesentlich erhöht. Aufgrund der großen Oberfläche kann mit einem größeren aktiven, d. h. an der Energieumsetzung beteiligten Leiterquerschnitt (Skin-Effekt) mit Stromdichten von 15 A/mm2 und mehr gearbeitet werden. D. h., obwohl der Querschnitt an sich kleiner als bei herkömmlichen Wicklungen ist, ist der Wirkquerschnitt größer. Infolge der größeren aktiven Leitermasse wird das Leitermaterial trotz höherer Stromdichten weniger stark erwärmt, da die Wärme besser aus dem Wickelraum abgeleitet werden kann. Außerdem ist der dynamische Innenwiderstand der Folienwicklung sehr klein. The use of the film winding according to the invention is particularly advantageous with higher current densities and a low number of turns. Due to the film surface, the coupling efficiency is significantly increased in relation to known transformers. Because of the large surface area, it is possible to work with a larger active conductor cross-section (skin effect) with current densities of 15 A / mm 2 and more. That is, even though the cross section is smaller per se than with conventional windings, the effective cross section is larger. As a result of the larger active conductor mass, the conductor material is heated less strongly despite the higher current densities, since the heat can be dissipated better from the winding space. In addition, the dynamic internal resistance of the film winding is very small.

Durch die Folienwicklung verlaufen die Kraftlinien des magnetischen Feldes hindurch, so daß eine große Induktionsfläche zur Verfügung steht. Es kommt auch nicht mehr zu einer Divergenz der Kraftlinien an HF-Litzen und dergleichen, sondern vielmehr verlaufen die Kraftlinien des Feldes durch die Wickelfolie hindurch.The lines of force of the magnetic field through, so that a large induction area is available. It also doesn't come anymore a divergence of the lines of force on HF strands and the like, rather, the lines of force of the Field through the wrapping film.

Bei herkömmlichen Transformatoren mit vergleichbaren Ausgangsströmen müssen die Stromdichten auf etwa 1,5 A/mm2 herabgesetzt werden, was eine zusätzliche Gewichtserhöhung und eine Vergrößerung des Wickelraums bedeutet, so daß ein größerer Kerntyp ausgewählt werden muß. Beim erfindungsgemäßen Transformator hingegen ist weniger Wicklungsmaterial erforderlich.In conventional transformers with comparable output currents, the current densities have to be reduced to approximately 1.5 A / mm 2 , which means an additional increase in weight and an increase in the winding space, so that a larger core type must be selected. In contrast, less winding material is required in the transformer according to the invention.

Es wird auch weniger magnetischer Werkstoff benötigt und daher ist die Masse des erfindungsgemäßen Transformators gegenüber herkömmlichen Transformatoren wesentlich herabgesetzt, was eine Gewichts- und Materialkosteneinsparung bedeutet.Less magnetic material is also required therefore the mass of the transformer according to the invention significantly reduced compared to conventional transformers, what a weight and material cost saving means.

Der erfindungsgemäße Transformator eignet sich als reiner Leistungsimpulsübertrager insbesondere mit Taktfrequenzen zwischen etwa 20 bis 100 kHz, Tastverhältnis 1 : 1, und zwar sowohl zur Strom- als auch zur Spannungstransformation. Er stellt zuverlässig eine Potentialtrennung her. Vorteilhaft ist sein Einsatz zur Ansteuerung von Leistungstransistoren im Floating-Betrieb (Schaltregler-Netzteile).The transformer according to the invention is suitable as a pure one Power pulse transmitters, in particular with clock frequencies between about 20 to 100 kHz, duty cycle 1: 1, namely for both current and voltage transformation. He reliably creates electrical isolation. Advantageous is its use to control power transistors in floating mode (switching regulator power supplies).

Eine weitere vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Transformators in der Bauform mit extern kurzschließbarer Wicklung ist der Einsatz als schneller Energieimpulsübertrager. Dies beruht auf der extrem niedrigen Verzögerungszeit zwischen Eingangs/Ausgangssignal bei größeren Energien.Another advantageous application of the invention Transformer in the design with externally short-circuitable  Winding is used as a fast energy pulse transmitter. This is due to the extremely low delay time between input / output signal at higher energies.

Der erfindungsgemäße Transformator ist auch vorteilhaft zur Tastung bzw. Impulsgruppenübertragung verwendbar, wenn es auf eine extrem kurze Impulsverzögerung zwischen Eingangs- und Ausgangssignal ankommt.The transformer according to the invention is also advantageous usable for keying or pulse group transmission, if there is an extremely short pulse delay between Input and output signal arrives.

Eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Transformators ist der Rückkopplungstransformator. Der Transformator ist dabei durch externe Beschaltung schnell abschaltbar, d. h. die Rückkopplung unterbrechbar. Dabei erfolgt eine scharfe Unterbrechung durch eine kurzschließbare Wicklung zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung. Die Güte des Transformators ergibt sich hierbei durch Differenzierung der Primärspannung an der Primärwicklung bei kurzgeschlossener Hilfswicklung und hochohmigem Generator.Another application of the transformer according to the invention is the feedback transformer. The transformer can be quickly switched off by external wiring, d. H. the feedback is interruptible. There is a sharp interruption through a short-circuitable winding between primary winding and secondary winding. The goodness of Transformers result from differentiation the primary voltage on the primary winding when short-circuited Auxiliary winding and high-resistance generator.

Weitere Anwendungen des erfindungsgemäßen Transformators sind z. B. Leistungsimpulsübertrager, Strom-Meßtransformator, Modulationstransformator.Further applications of the transformer according to the invention are z. B. power pulse transformer, current measuring transformer, Modulation transformer.

Zur Herstellung eines Transformators werden die Sekundär- und Primärwicklungen als Zylinderwicklungen aufeinander gewickelt und stets zwischen einer Primärwicklung auf dem Wickelkörper eine Sekundär- (teil)wicklung angeordnet. Die Wicklungen werden derart gewickelt, daß eine stromführende Primärteilwicklung jeweils einer stromführenden Sekundärteilwicklung benachbart ist. Vorteilhaft wird dabei zwischen einer Primärwicklung und dem Außensteg stets eine Sekundärteilwicklung angeordnet, wodurch die Koppeleffizienz erhöht ist.For the production of a transformer the secondary and primary windings are called cylinder windings wound on each other and always between a primary winding on the winding body a secondary  (partial) winding arranged. The windings are like this wound that a live primary winding each adjacent to a current-carrying secondary part winding is. It is advantageous between a primary winding and a secondary part winding is always arranged on the outer web, whereby the coupling efficiency is increased.

Vorteilhaft ist die Herstellung eines Transformators, bei dem zwischen der jeweiligen Primär- und Sekundärwicklung eine Metallfolie angeordnet wird, deren Anschlüsse herausgeführt und mit dem Schutzleiter verbunden werden. Hierdurch wird ein Kurzschlußstrom zwischen Primär- und Sekundärwicklung verhindert.The manufacture of a transformer is advantageous between the respective primary and secondary winding a metal foil is arranged, the connections of which are led out and be connected to the protective conductor. Hereby is a short circuit current between the primary and Secondary winding prevented.

Bei einer Ausführungsvariante wird zwischen benachbarten stromführenden Teilwicklungen der Primär- und Sekundärwicklung jeweils eine möglichst einlagige, extern kurzschließbare Wicklung angeordnet, die es gestattet, gesteuert die Energieübertragung zu unterbrechen. Durch geeignete Beschaltung lassen sich die Übertragungseigenschaften des Transformators außerdem wesentlich verbessern.In one variant between adjacent current-carrying partial windings the primary and secondary winding one each one-layer winding, which can be short-circuited if possible, which allows controlled energy transfer to interrupt. Suitable wiring can be used the transmission characteristics of the transformer as well improve significantly.

Die Sekundär(teil)wicklungen werden als Folienwicklungen ausgeführt. Als zweckmäßig hat sich dabei erwiesen, jeweils eine Wicklungsfolie und eine Isolierfolie zusammen zu wickeln. Diese Ausführung ermöglicht zum einen, einen hohen Kopplungsgrad zwischen den Wicklungen zu erzielen, indem die Wicklungsfläche und damit die Kopplungsfläche erhöht ist, zum anderen ist der Abstand der Wicklungen voneinander verringert. Daher wird auch bevorzugt für die Isolierung zwischen den (Teil)-Wicklungen Isolierfolie verwendet. The secondary (partial) windings will be executed as foil windings. Has proven to be useful proven, a winding film and an insulating film to wrap together. This version allows for one, a high degree of coupling between the windings to achieve by the winding surface and thus the coupling surface is increased, on the other hand the distance is the Windings reduced from each other. Therefore, it is also preferred for the insulation between the (partial) windings Insulating film used.  

Ein Transformator mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung wird gemäß hergestellt, indem eine erste Sekundärteilwicklung gewickelt und auf diese eine erste Isolierung aufgebracht wird. Dann wird die Primärwicklung aufgewickelt und mit einer zweiten äußeren Isolierung versehen. Anschließend werden eine zweite Sekundärteilwicklung und eine dritte Isolierung aufgebracht und schließlich die Wicklungsanordnung auf dem Transformatorkern montiert. Alternativ kann, wenn von einer Teilung der Sekundärwicklung abgesehen wird, die Sekundärwicklung und dann eine erste Isolierung auf dem Wickelkörper aufgebracht werden. Anschließend wird die Primärwicklung aufgewickelt und mit einer zweiten Isolierung versehen, und zuletzt wird die Wicklungsanordnung auf dem Transformatorkern montiert. Diese zweite Variante ist besonders einfach herstellbar und daher zweckmäßig, wenn nicht so hohe Ansprüche an die Verkleinerung der Totzeit t* gestellt werden.A transformer with a primary and a secondary winding is made according to by winding a first secondary part winding and a first insulation is applied to this. Then the primary winding is wound up and with a second provided external insulation. Then one second secondary section winding and a third insulation applied and finally the winding arrangement on the Transformer core mounted. Alternatively, if from a division of the secondary winding is refrained from Secondary winding and then a first insulation on the Winding bodies are applied. Then the Primary winding wound up and with a second insulation provided, and finally the winding arrangement is on mounted on the transformer core. This second variant is particularly easy to manufacture and therefore useful if not so high demands on reducing the dead time t * can be provided.

Ein erfindungsgemäßer Transformator mit zwei Primär- und zwei Sekundärwicklungen wird hergestellt, indem nach Aufbringen der ersten Sekundär- und Primärwicklung und deren Isolierungen auf den Wickelkörper die zweite Primärwicklung und auf diese eine dritte Isolierung und die zweite Sekundärwicklung und eine vierte Isolierung aufgebracht werden. Anschließend wird die Wicklungsanordnung auf dem Transformatorkern montiert.An inventive transformer with two primary and two secondary windings is made by applying after the first secondary and primary winding and their Insulations on the winding body the second primary winding and on this a third insulation and the second Secondary winding and a fourth insulation applied will. Then the winding arrangement on the Transformer core mounted.

Soll ein Transformator mit zwei Primär- und jeweils zwei Sekundärteilwicklungen hergestellt werden, so werden bei einer anderen Variante auf die dritte Isolierung die dritte Sekundärteilwicklung und eine vierte Isolierung aufgebracht, dann die zweite Primär- und die vierte Sekundärteilwicklung mit einer fünften und sechsten Isolierung aufgebracht und anschließend die Wicklungsanordnung auf dem Transformatorkern montiert. Die stromführenden Sekundärteilwicklungen ummanteln bei dieser Anordnung immer die stromführende Primärwicklung.Should a transformer with two primary and two each Secondary part windings are produced, so at another variant the third secondary section winding on the third insulation and applied a fourth insulation, then the second Primary and fourth secondary section winding with one  fifth and sixth insulation applied and then the winding arrangement on the transformer core assembled. The current-carrying secondary part windings always wrap the current-carrying in this arrangement Primary winding.

Als günstig hat es sich erwiesen, die Wicklungsanordnung vor der Montage auf dem Transformatorkern zu tränken oder zu imprägnieren.The winding arrangement has proven to be cheap soak on the transformer core before assembly or to impregnate.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Die Erfindung ist in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigen Further embodiments of the invention are the subclaims refer to. The invention is in several embodiments illustrated with the aid of the drawing. It demonstrate  

Fig. 1 ein Diagramm, das schematisch die Übertragungsleistung in Abhängigkeit von der Frequenz und die Verwendung unterschiedlicher Transformator-Kernwerkstoffe und -Herstellungstechniken in den verschiedenen Frequenzbereichen veranschaulicht, Fig. 1 is a diagram of different transformer core materials and -Herstellungstechniken illustrates schematically the transmission power depending on the frequency and the use in the various frequency ranges,

Fig. 2 eine Meßanordnung zur Bestimmung von Übertragungseigenschaften von Transformatoren bezüglich der Kernbauform und des Kernwerkstoffes, Fig. 2 shows a measuring arrangement for the determination of transmission characteristics of transformers with respect to the core design and the core material,

Fig. 3 eine bei Versuchen mit der in Fig. 2 dargestellten Meßanordnung verwendete Meßschaltung,3 shows a measuring circuit. Used in experiments with the in Fig. 2 represented measuring arrangement

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf (a) der Primärspannung, (b) des Primärstroms und (c) der Sekundärspannung bei den Versuchsmessungen, Fig. 4 shows the time course (a) of the primary voltage, (b) the primary current, and (c) the secondary voltage in the experimental measurements,

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf der Primärspannung gemäß Fig. 4 (a) in vergrößerter Darstellung, Fig. 5 shows the waveforms of the primary voltage according to Fig. 4 (a) in enlarged scale;

Fig. 6 ein Vektordiagramm der Impedanz des magnetischen Materials, Fig. 6 is a vector diagram of the impedance of the magnetic material,

Fig. 7 ein Vektordiagramm der Gesamtimpedanz des Kerns, Fig. 7 is a vector diagram of the overall impedance of the core,

Fig. 8 ein Vektordiagramm der Permeabilität des magnetischen Materials, Fig. 8 is a vector diagram of the permeability of the magnetic material,

Fig. 9 ein Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen Transformators, Fig. 9 is an equivalent circuit diagram of the transformer according to the invention,

Fig. 10 eine Querschnittansicht durch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Transformators, Fig. 10 is a cross-sectional view through a first embodiment of the transformer according to the invention,

Fig. 11 ein Schaltschema des in Fig. 10 dargestellten Transformators, Fig. 11 is a circuit diagram of the transformer shown in Fig. 10,

Fig. 12 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Transformators, Fig. 12 is a side view of a second embodiment of the transformer according to the invention,

Fig. 13 einen vergrößerten Ausschnitt des in Fig. 12 dargestellten Transformators in Schnittansicht längs Linie A in Fig. 12, Fig. 13 shows an enlarged detail of the longitudinally in Fig. 12 transformer shown in sectional view of line A in Fig. 12,

Fig. 14 ein Schaltschema des in Fig. 12 dargestellten Transformators, Fig. 14 is a circuit diagram of the transformer shown in Fig. 12,

Fig. 15a eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Transformators, FIG. 15a is a side view of a third embodiment of the transformer according to the invention,

Fig. 15b eine Schnittansicht längs der Linie A-B in Fig. 15a, Fig. 15b is a sectional view taken along line AB in Fig. 15a,

Fig. 16 einen vergrößerten Ausschnitt entsprechend Linien C, C′ in Fig. 15b, Fig. 16 shows an enlarged detail corresponding to lines C, C 'in Fig. 15b,

Fig. 17 ein Schaltschema des in Fig. 15 dargestellten Transformators, Fig. 17 is a circuit diagram of the transformer shown in Fig. 15,

Fig. 18 den zeitlichen Verlauf (a) der Primärspannung, (b) des Primärstroms und (c) der Sekundärspannung beim erfindungsgemäßen Transformator, Fig. 18 shows the time course (a) of the primary voltage, (b) the primary current, and (c) the secondary voltage in the inventive transformer,

Fig. 19 eine Seitenansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Transformators mit Hilfswicklung, Fig. 19 is a side view of a fourth embodiment of a transformer according to the invention with auxiliary winding,

Fig. 20 eine Schnittansicht eines Ausschnitts A einer ersten Variante des in Fig. 12 gezeigten Transformators, Fig. 20 is a sectional view of a section A of a first variant of the transformer shown in Fig. 12,

Fig. 21 eine Schnittansicht eines Ausschnitts A einer zweiten Variante des in Fig. 19 gezeigten Transformators, Fig. 21 is a sectional view of a section A of a second variant of the transformer shown in Fig. 19,

Fig. 22 ein Schaltschema des in Fig. 19 dargestellten Transformators, Fig. 22 is a circuit diagram of the transformer shown in Fig. 19,

Fig. 23 eine Meßanordnung zur Bestimmung der Übertragungseigenschaften von Transformatoren mit extern kurzschließbarer Hilfswicklung, Fig. 23 is a measuring arrangement for determining the transmission characteristics of transformers with externally kurzschließbarer auxiliary winding,

Fig. 24 Zeitdiagramme für eine in der in Fig. 23 gezeigten Meßanordnung verwendete Schaltung und Fig. 24 are timing charts for a circuit used in the measuring arrangement shown in Fig. 23 and

Fig. 25 (a) bis (g) das zeitliche Verhalten von Primärspannungs- und Sekundärspannungsimpulsen mit und ohne extern kurzschließbare Wicklung. Fig. 25 (a) to (g) the temporal behavior of Primärspannungs- and secondary voltage pulses with and without external kurzschließbare winding.

Im folgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 erläutert. Der Kern 102 des Transformators ist ein E-E-Kern (E-E 65), dessen Außenstege 104, 104′ und Mittelsteg 106 bei einer Hälfte im Längsschnitt dargestellt sind. Das Kernmaterial ist Ferrit.A first exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to FIGS. 10 and 11. The core 102 of the transformer is an EE core (EE 65 ), the outer webs 104, 104 ' and central web 106 are shown in half in longitudinal section. The core material is ferrite.

Auf dem Mittelsteg 106 angeordnet ist die Wicklungsanordnung 120. Sie umfaßt einen Wickelkörper 122 aus einem Kunststoffmaterial, auf dem eine Primärwicklung 124 und zwei Sekundärteilwicklungen 126 und 128 aufgewickelt sind. Die Wicklungsanordnung ist dabei derart, daß die Sekundärteilwicklungen 126, 128 die Primärwicklung 124 umgeben. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind sämtliche Wicklungen Folienwicklungen. Bei der verwendeten Folie handelt es sich um eine 25 μm dicke und 40 mm breite Kupferfolie. Die Anschlüsse der Wicklungen sind in Fig. 10 schematisch jeweils mit E und A bezeichnet. Die Windungszahlen sind 22 (Primärwicklung) und jeweils 32 (Sekundärwicklungen). The winding arrangement 120 is arranged on the central web 106 . It comprises a winding body 122 made of a plastic material, on which a primary winding 124 and two secondary part windings 126 and 128 are wound. The winding arrangement is such that the secondary part windings 126, 128 surround the primary winding 124 . In the exemplary embodiment shown, all windings are foil windings. The foil used is a 25 μm thick and 40 mm wide copper foil. The connections of the windings are schematically designated E and A in FIG. 10. The number of turns is 22 (primary winding) and 32 (secondary windings).

Zwischen den Wicklungen und diese umgebend sind Isolierungen 130, 132 bzw. 134 angeordnet. Sie sind im dargestellten Ausführungsbeispiel folienförmig aus PETP ausgeführt. Die verwendete Folie ist 0,2 mm dick und 44 mm breit. Der Überstand der folienförmigen Isolierung bezüglich der Folienwicklung beträgt daher etwa 2 mm.Insulations 130, 132 and 134 are arranged between the windings and surrounding them. In the exemplary embodiment shown, they are made of PETP film. The film used is 0.2 mm thick and 44 mm wide. The protrusion of the film-shaped insulation with respect to the film winding is therefore about 2 mm.

Das Schaltschema der Wicklungsanordnung ergibt sich aus Fig. 11. Der dargestellte Transformator ist für eine Leistung von 4 kW ausgelegt. Die Primärspannung ist 220 V Gleichspannung, die Sekundärspannung an den Sekundärteilwicklungen jeweils 320 V. Der maximale Primär- und Sekundärstrom ist 20 A. Die Windungsspannung ist daher pro 10 V pro Windung.The circuit diagram of the winding arrangement is shown in Fig. 11. The transformer shown is designed for a power of 4 kW. The primary voltage is 220 V DC, the secondary voltage on the secondary part windings is 320 V. The maximum primary and secondary current is 20 A. The winding voltage is therefore per 10 V per winding.

Ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Transformators ist in den Fig. 12, 13 und 14 veranschaulicht. Fig. 12 zeigt eine Seitenansicht des Transformators, dessen Kern 102 wiederum in E-E-Bauform ausgeführt ist und aus Ferrit besteht. Die Außenstege 104, 104′ und der Mittelsteg 106 des Kerns umfassen eine Wickelkammer 108. Ein aus einem Kunststoff-Vierkantrohr hergestellter Wickelkörper, dessen Innendurchmesser etwa 0,5 mm größer als der Außendurchmesser des Mittelstegs 106 des Kerns 102 ist, ist ohne Seitenwände ausgebildet und umgibt den Mittelsteg. Auf den Mittelkörper sind die beiden Primärwicklungen 124 und 138 und jeweils zwei Sekundärteilwicklungen 126, 128 und 136, 140 aufgewickelt. Die Primärwicklungen 124, 138 sind aus Cu-Litzendraht (CuL-Draht). Die Sekundärteilwicklungen der Primär- und Sekundärwicklungen sind dabei derart, daß jeweils eine Sekundärteilwicklung 126 bzw. 136 zwischen der zugeordneten Primärwicklung 124 bzw. 138 und dem Wickelkörper 122 liegt.A second exemplary embodiment of the transformer according to the invention is illustrated in FIGS. 12, 13 and 14. FIG. 12 shows a side view of the transformer, the core 102 of which is again designed in the EE design and consists of ferrite. The outer webs 104, 104 ' and the central web 106 of the core comprise a winding chamber 108 . A winding body made of a plastic square tube, the inside diameter of which is approximately 0.5 mm larger than the outside diameter of the central web 106 of the core 102 , is formed without side walls and surrounds the central web. The two primary windings 124 and 138 and two secondary part windings 126, 128 and 136, 140 are wound onto the center body. The primary windings 124, 138 are made of stranded copper wire (CuL wire). The secondary part windings of the primary and secondary windings are such that a secondary part winding 126 or 136 lies between the associated primary winding 124 or 138 and the winding body 122 .

Zwischen den Wicklungen ist eine Isolierung angeordnet, bei der es sich um eine Kunststoffolie handelt, die bevorzugt aus PETP besteht. Die Breite der Isolierfolie ist etwa 1 mm geringer als die Länge des Mittelstegs 106 des Kerns 102, und sie ist etwa 2 mm größer als die Breite der Kupferfolie.An insulation is arranged between the windings, which is a plastic film, which preferably consists of PETP. The width of the insulating foil is approximately 1 mm less than the length of the central web 106 of the core 102 , and it is approximately 2 mm larger than the width of the copper foil.

Die Wicklungsanordnung ist in einem in Fig. 13 dargestellten vergrößerten Ausschnitt veranschaulicht, der eine Schnittansicht längs Linie A in Fig. 12 darstellt. Fig. 14 zeigt das Schaltschema der Wicklungen.The winding arrangement is illustrated in an enlarged detail shown in FIG. 13, which represents a sectional view along line A in FIG. 12. Fig. 14 shows the circuit diagram of the windings.

Der Transformator wird folgendermaßen hergestellt: Als erstes wird eine erste Sekundärteilwicklung 126 auf den Wickelkörper 122 aufgebracht, anschließend eine Isolierung 130. Danach wird eine erste Primärwicklung 124 in CuL-Wickeltechnik auf dieser Isolierung aufgewickelt und darauf wiederum eine Isolierung 132 aufgebracht. Danach wird eine zweite Sekundärteilwicklung 128 aufgewickelt, die wie die erste Sekundärteilwicklung eine Wickelfolie ist. Hierauf wird wieder eine Isolierung 134 angeordnet. Entsprechend werden eine dritte Sekundärteilwicklung 136, eine vierte Isolierung 142, eine zweite Primärwicklung 138, eine fünfte Isolierung 144, eine vierte Sekundärwicklung 140 und eine sechste Isolierung 146 aufgebracht. Der Wicklungsanfang der einzelnen Wicklungen wird markiert, und die Leiterfolie wird mit Cu-Litze versehen. Vorteilhaft werden die Leiterfolie und die Isolierfolie gleichzeitig zur Isolierung der einzelnen Folienwindungen voneinander gewickelt. Der fertig gewickelte Wickelkörper wird anschließend auf dem Kern 102 montiert. Anschließend wird eine Montagehalterung für den Kern angebracht.The transformer is manufactured as follows: First, a first secondary part winding 126 is applied to the winding body 122 , then an insulation 130 . A first primary winding 124 is then wound on this insulation using CuL winding technology, and insulation 132 is in turn applied thereon. A second secondary part winding 128 is then wound up, which, like the first secondary part winding, is a winding film. An insulation 134 is then arranged thereon. Accordingly, a third secondary part winding 136 , a fourth insulation 142 , a second primary winding 138 , a fifth insulation 144 , a fourth secondary winding 140 and a sixth insulation 146 are applied. The beginning of the winding of the individual windings is marked and the conductor foil is provided with copper strands. The conductor film and the insulating film are advantageously wound from one another at the same time to insulate the individual film turns. The finished wound bobbin is then mounted on the core 102 . Then a mounting bracket for the core is attached.

Der oben beschriebene Transformator ist einfach und kostengünstig herstellbar. Er ist für einen Temperaturbereich zwischen -40°C und +120°C einsetzbar. Seine Spannungsfestigkeit beträgt im gezeigten Ausführungsbeispiel 4 kV DC. Der Transformator arbeitet sehr zuverlässig und bietet den Vorteil minimaler Verzögerungszeiten bei der Impulsübertragung. Er ist insbesondere zur potentialfreien Leistungs- Impuls-Übertragung, z. B. mit einem Tastverhältnis 1 : 1, geeignet.The transformer described above is simple and inexpensive producible. It is for a temperature range between -40 ° C and + 120 ° C applicable. Its dielectric strength is 4 kV DC in the exemplary embodiment shown. The  Transformer works very reliably and offers that Advantage of minimal delay times in the pulse transmission. It is particularly suitable for floating power Impulse transmission, e.g. B. with a duty cycle of 1: 1, suitable.

Der Transformator des dritten Ausführungsbeispiels weist eine Wicklungsanordnung aus zwei Primärwicklungen 124, 138 und zwei Sekundärwicklungen 148, 150 auf. Fig. 15a zeigt eine Seitenansicht des Transformators, und Fig. 15b zeigt den Transformator im Querschnitt. Soweit der Transformator gleich dem Transformator des obenstehenden zweiten Ausführungsbeispiels ist, wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Transformator unterscheidet sich in der Wicklung von dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Die beiden Primärwicklungen sind, von einer Isolierung 152 getrennt, einander benachbart angeordnet. Sie sind jeweils auf der anderen Seite von einer ihr zugeordnten Sekundärwicklung 148 bzw. 150 umgeben, die sich jeweils zum Kern hin abschirmend befindet, um die Wicklungskopplung zu begünstigen. Die Wicklungsanordnung ist in einem vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 15b im Bereich der Linien C, C′ in Fig. 16 veranschaulicht.The transformer of the third exemplary embodiment has a winding arrangement comprising two primary windings 124, 138 and two secondary windings 148, 150 . Fig. 15a shows a side view of the transformer, and Fig. 15b shows the transformer in cross section. As far as the transformer is the same as the transformer of the second exemplary embodiment above, a detailed description is omitted in order to avoid repetitions. The same parts are labeled with the same reference numerals. The winding of the transformer differs from the previous exemplary embodiment. The two primary windings are separated from one another by insulation 152 . They are each surrounded on the other side by an associated secondary winding 148 or 150 , which is shielded from the core in order to favor the winding coupling. The winding arrangement is illustrated in an enlarged detail from FIG. 15b in the area of lines C, C 'in FIG. 16.

Fig. 17 zeigt das Schaltschema der Wicklungsanordnung. Fig. 17 shows the circuit diagram of the coil assembly.

Der Transformator des dritten Ausführungsbeispiels wird folgendermaßen hergestellt:The transformer of the third embodiment is manufactured as follows:

Die aus Wickelfolie bestehende Sekundärwicklung 148 wird auf den Wickelkörper 122 aufgewickelt und anschließend eine Isolierung 130 aufgebracht. Darauf wird die Primärwicklung 124, nachfolgend eine Isolierung 152 aufgebracht. Hierauf folgen die zweite Primärwicklung 138, eine weitere Isolierung 144, die zweite folienförmige Sekundärwicklung 150 und eine äußere Isolierung 146. Die Wicklungsanordnung wird dann auf dem Kern wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel angeordnet.The secondary winding 148 consisting of winding film is wound onto the winding body 122 and then an insulation 130 is applied. The primary winding 124 , subsequently an insulation 152, is applied to it. This is followed by the second primary winding 138 , a further insulation 144 , the second film-shaped secondary winding 150 and an outer insulation 146 . The winding arrangement is then placed on the core as in the previous embodiment.

Dieser Transformator ist kostengünstig und einfach herstellbar und arbeitet mit hoher Zuverlässigkeit im Temperaturbereich zwischen -40°C und +120°C. Seine Spannungsfestigkeit ist 4 kV DC. Aufgrund der Wicklungsanordnung ist die kapazitive Kopplung zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen gering. Es können Leistungsimpulse mit hoher Flankensteilheit und geringen Verzögerungszeiten bei variablem Tastverhältnis übertragen werden.This transformer is inexpensive and easy to manufacture and works with high reliability in the temperature range between -40 ° C and + 120 ° C. Its dielectric strength is 4 kV DC. Because of the winding arrangement is the capacitive coupling between the primary and secondary windings low. Power impulses with high Edge steepness and short delay times with variable Duty cycle are transmitted.

Das in Fig. 18 a bis c dargestellte zeitliche Verhalten von Primärspannung, Primärstrom und Sekundärspannung veranschaulicht die Vorteile des erfindungsgemäßen Transformators, die im wesentlichen auf die erfindungsgemäße räumliche Anordnung der Wicklungen zueinander zurückzuführen sind. Die Impulsdauer ist im wesentlichen gleich der jeweiligen Halbperiode der Primärspannung. Der geringe Zeitversatz, d. h. die zeitliche Verzögerung t′ der Signal- bzw. Impulsanstiege beruht auf den Umschaltzeiten der in der Schaltung verwendeten Transistoren. Da das Impulsdach im wesentlichen horizontal ist, können die Schaltungsbauteile in ihrer Leistung sehr gut ausgenutzt werden. Die Restdachschräge des Primärstromsignals beruht auf dem Magnetisierungsblindstrom.The time behavior of primary voltage, primary current and secondary voltage shown in FIGS. 18 a to c illustrates the advantages of the transformer according to the invention, which are essentially due to the spatial arrangement of the windings with respect to one another. The pulse duration is essentially equal to the respective half-period of the primary voltage. The small time offset, ie the time delay t 'of the signal or pulse increases is based on the switching times of the transistors used in the circuit. Since the pulse roof is essentially horizontal, the performance of the circuit components can be exploited very well. The residual roof slope of the primary current signal is based on the magnetizing reactive current.

In den Fig. 19 bis 22 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Transformators gezeigt, der mit einer Hilfswicklung versehen ist. Fig. 19 zeigt eine Seitenansicht des Transformators, ähnlich wie Fig. 12. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht erneut beschrieben. In Figs. 19 to 22 a fourth embodiment of the transformer according to the invention is shown which is provided with an auxiliary winding. FIG. 19 shows a side view of the transformer, similar to FIG. 12. The same parts are denoted by the same reference symbols and will not be described again.

Fig. 20 zeigt eine Schnittansicht des in Fig. 19 dargestellten, vergrößerten Ausschnitts einer ersten Variante der Wicklungsanordnung. FIG. 20 shows a sectional view of the enlarged section of a first variant of the winding arrangement shown in FIG. 19.

Auf einem einen Kern 102 umgebenden Wickelkörper 122 ist eine erste Sekundärteilwicklung 158 (mit Zwischenisolierung 166) aufgewickelt, die als Folienwicklung ausgebildet ist. Die Sekundärteilwicklung 158 ist mit einer Isolierung 168 umgeben. Die Primärwicklung 154, 156 ist als Drahtwicklung ausgebildet und erstreckt sich nicht über die gesamte Wickelbreite. Neben der Primärwicklung, d. h. ihren beiden Teilwicklungen, ist eine Hilfswicklung 162, 164 gewickelt. Die beiden Wicklungen sind mit einer Zwischenisolierung 172 versehen und von einer Isolierung 174 umgeben, und auf die beiden Wicklungen gemeinsam ist eine zugeordnete äußere Sekundärteilwicklung 160 mit Zwischenisolierung 180 und Außenisolierung 182 aufgewickelt.A first secondary part winding 158 (with intermediate insulation 166 ) is wound on a winding body 122 surrounding a core 102, and is designed as a film winding. The secondary part winding 158 is surrounded by insulation 168 . The primary winding 154, 156 is designed as a wire winding and does not extend over the entire winding width. In addition to the primary winding, ie its two partial windings, an auxiliary winding 162, 164 is wound. The two windings are provided with intermediate insulation 172 and surrounded by insulation 174 , and an associated outer secondary part winding 160 with intermediate insulation 180 and outer insulation 182 is wound together on the two windings.

Fig. 21 zeigt eine Schnittansicht des in Fig. 19 dargestellten, vergrößerten Ausschnitts einer zweiten Variante der Wicklungsanordnung. Auf einen einen Kern 102 umgebenden Wickelkörper 122 ist eine erste Primärteilwicklung 158 (mit Zwischenisolierung 166), sowie eine Isolierung 168 aufgewickelt. Die Sekundärteilwicklung und die Isolierung sind folienförmig ausgebildet. Auf die Anordnung ist eine erste Hilfsteilwicklung 162 aufgewickelt, die von einer Isolierung 176 umgeben ist. Darüber befindet sich die Primärwicklung 154, 156, die hier als Drahtwicklung ausgebildet ist, jedoch auch eine Folienwicklung sein kann. Die Primärwicklung wird von einer Isolierung 174 umschlossen, und darüber ist eine zweite Hilfsteilwicklung 164 mit Isolierung 178 angeordnet, auf die wiederum eine zweite Sekundärteilwicklung 160 mit Zwischenisolierung 180 und Außenisolierung 182 aufgewickelt ist. FIG. 21 shows a sectional view of the enlarged section of a second variant of the winding arrangement shown in FIG. 19. A first primary part winding 158 (with intermediate insulation 166 ) and an insulation 168 are wound onto a winding body 122 surrounding a core 102 . The secondary section winding and the insulation are film-shaped. A first auxiliary winding part 162 is wound on the arrangement and is surrounded by insulation 176 . Above is the primary winding 154, 156 , which is designed here as a wire winding, but can also be a foil winding. The primary winding is enclosed by insulation 174 , and a second auxiliary part winding 164 with insulation 178 is arranged above it, on which in turn a second secondary part winding 160 with intermediate insulation 180 and outer insulation 182 is wound.

Fig. 22 zeigt das Schaltschema der Wicklungsanordnung. Fig. 22 shows the circuit diagram of the coil assembly.

In Fig. 23 ist eine Meßanordnung zur Bestimmung der Übertragungseigenschaften von Transformatoren mit extern kurzschließbarer Hilfswicklung gezeigt, bei denen es sich z. B. um die in den Fig. 20 und 21 gezeigten Transformatoren handeln kann. Ein Generator 50 mit einem Abblockkondensator 52, der mit einer Eingangsspannung UE gespeist wird, umfaßt einen Oszillator 54, d. h. einen Impulsbreitenmodulator. Primärteilwicklungen 40a, 40b eines zu untersuchenden Transformators sind über zwei Dioden 56, 58 sowie zwei Schalter S1 bzw. S2 durch den Oszillator 54 weich ansteuerbar. Zwei Sekundärteilwicklungen 42, 44 des Transformators sind eingezeichnet, wobei die Beschaltung der Sekundärteilwicklungen lediglich angedeutet ist. Eine Hilfswicklung 46, die extern kurzschließbare Wicklung, ist zwischen den Primär- und Sekundärteilwicklungen angeordnet. Die Wicklungsenden sind über Dioden 60 angeschlossen, wobei die Hilfswicklung 46 durch einen Schalter S3, der vorzugsweise als Transitor ausgebildet ist, schaltbar ist. Ein Dekodierglied 66 ist über parallel zu den Dioden 56 und 58 geschaltete Dioden 62 und 64 angeschlossen. Mit dem Dekodierglied 66 ist ein Verstärkungs-, d. h. Leistungsteil verbunden, der wiederum mit dem Schalter S3 verbunden ist.In Fig. 23 a measuring arrangement for determining the transmission properties of transformers with an externally short-circuitable auxiliary winding is shown, which are, for. B. can be the transformers shown in FIGS. 20 and 21. A generator 50 with a blocking capacitor 52 , which is fed with an input voltage U E , comprises an oscillator 54 , ie a pulse width modulator. Primary part windings 40 a, 40 b of a transformer to be examined can be gently controlled by the oscillator 54 via two diodes 56, 58 and two switches S 1 and S 2 . Two secondary part windings 42, 44 of the transformer are shown, the wiring of the secondary part windings being merely indicated. An auxiliary winding 46 , the externally short-circuitable winding, is arranged between the primary and secondary part windings. The winding ends are connected via diodes 60 , the auxiliary winding 46 being switchable by a switch S 3 , which is preferably designed as a transistor. A decoding element 66 is connected via diodes 62 and 64 connected in parallel with the diodes 56 and 58 . An amplification, that is to say power, part is connected to the decoding element 66 and is in turn connected to the switch S 3 .

Fig. 24 zeigt Zeitdiagramme der Schalter S1, S2 und S3. Darin sind veranschaulicht, daß der Schalter S3 immer dann betätigt ist, wenn die beiden anderen Schalter nicht betätigt sind, d. h. wenn die Primärspannung gleich Null ist. Fig. 24 shows timing diagrams of the switches S 1, S 2 and S 3. This illustrates that the switch S 3 is actuated whenever the other two switches are not actuated, ie when the primary voltage is zero.

Die in Fig. 23 gezeigte Meßanordnung arbeitet folgendermaßen. Der Pegel "0" der Primärspannung, d. h. der Generatorspannung, wird ausgewertet und für die Steuerung des Schalters S3 verwendet. Die Hilfswicklung 46 wird mittels des schnellen Leistungsschalters S3 und Klammerung der Wicklung während Impulspausen des Primärspannungssignals kurzgeschlossen. Dabei wird das Ansteuerungssignal über den Verstärker 68 verstärkt. Die Ausgangsspannung der Hilfswicklung wird über Dioden 60 gleichgerichtet.The measuring arrangement shown in Fig. 23 operates as follows. The level "0" of the primary voltage, ie the generator voltage, is evaluated and used to control the switch S 3 . The auxiliary winding 46 is short-circuited by means of the fast circuit breaker S 3 and clamping of the winding during pauses in the primary voltage signal. The drive signal is amplified by the amplifier 68 . The output voltage of the auxiliary winding is rectified via diodes 60 .

Die zeitlichen Zusammenhänge der einzelnen Spannungen sind in Fig. 25 (a) bis (g) veranschaulicht. Fig. 25 (a) und (b) zeigen den Spannungsverlauf an den Primärteilwicklungen 40a und 40b entsprechend der Betätigung der Schalter S1 und S2. Fig. 25 (c) zeigt die theoretische, erwünschte Sekundärspannung. Fig. 25 (d) zeigt die ohne Hilfswicklung bei einer Wirklast mit nichtlinearem Stromanstieg (Basis- Emitter-Strecke eines Leistungstransistors) praktisch erzielte Sekundärspannung. Durch diese schiefe Last entsteht ein asymmetrischer Spannungsverlauf der Sekundärspannung, bezogen auf die Nullachse, der zur Erleichterung des Verständnisses nicht dargestellt wurde. Dieser Kurvenverlauf wird somit bei unbetätigtem Schalter S3 und freier Hilfswicklung erzielt.The temporal relationships of the individual voltages are illustrated in FIGS. 25 (a) to (g). Fig. 25 (a) and (b) show the voltage waveform to the primary part windings 40 a and 40 b of the actuator according to the switch S 1 and S 2. Fig. 25 (c) shows the theoretical, desired secondary voltage. Fig. 25 (d) shows the no auxiliary winding in an active load having a nonlinear current rise (base-emitter path of a power transistor) practically achieved secondary voltage. This skewed load creates an asymmetrical voltage curve of the secondary voltage with respect to the zero axis, which was not shown to facilitate understanding. This course of the curve is thus achieved when the switch S 3 is not actuated and the auxiliary winding is free.

Wie das Zeitdiagramm veranschaulicht, ist die Sekundärspannung nicht gleich Null, wenn die Primärspannung den Wert Null besitzt, sondern hat vielmehr einen Wert, der deutlich größer als Null ist. Die schraffierten Bereiche veranschaulichen die Abweichungen des Signalverlaufs zwischen der Primär- und der Sekundärspannung, auf die eine Verfälschung der Signale zurückzuführen ist.As the timing diagram illustrates, the secondary voltage is not zero if the primary voltage is the Value has zero, but rather has a value that is significantly greater than zero. The hatched areas illustrate the deviations in the signal curve between the primary and the secondary voltage to the one Corruption of the signals can be attributed.

Fig. 25 (e) veranschaulicht den bei aktivierter Hilfswicklung praktisch erzielten Verlauf der Sekundärspannungssignale. Der Verlauf entspricht im wesentlichen dem erwünschten Verlauf der Sekundärspannungsimpulse. Von Null abweichende Werte der Sekundärspannung wirken sich auf die weitere Signalverarbeitung nicht weiter störend aus, sind jedoch noch verringerbar. Dieses Zeitdiagramm wie auch alle anderen Zeitdiagramme basiert auf der Belastung des Transformators mit überwiegendem Wirkanteil (nichtlineare Stromspannungscharakteristik). In Fig. 25 (f) sind die Sekundärspannungsimpulse entsprechend dem in Fig. 21 (e) dargestellten Verlauf, jedoch zur Gegentaktsteuerung um 180° phasenverschoben. Fig. 25 (g) zeigt ein weiteres Zeitdiagramm, bei dem die positiven Impulse der beiden Sekundärwicklungen dargestellt sind und z. B. zur Ansteuerung von Transistoren mit positivem Basisstrom verwendbar sind. Fig. 25 (e) illustrates the profile of the secondary voltage signals practically achieved with activated auxiliary winding. The course essentially corresponds to the desired course of the secondary voltage pulses. Values of the secondary voltage that deviate from zero do not have a further disruptive effect on the further signal processing, but can still be reduced. This time diagram, like all other time diagrams, is based on the load on the transformer with a predominantly active component (non-linear current voltage characteristic). In FIG. 25 (f), the secondary voltage pulses are out of phase by 180 ° in accordance with the profile shown in FIG. 21 (e), but for push-pull control. Fig. 25 (g) shows another timing diagram in which the positive pulses of the two secondary windings are shown and z. B. can be used to control transistors with a positive base current.

Untersuchungen haben ergeben, daß der Innenwiderstand des Generators 50 keinen Einfluß auf das Verhalten des durch den Transformator mit Hilfswicklung gebildeten neuartigen Übertragungssystems ausübt.Investigations have shown that the internal resistance of the generator 50 has no influence on the behavior of the novel transmission system formed by the transformer with auxiliary winding.

Claims (8)

1. Leistungstransformator in Mantelbauweise, mit einem Kern (102) aus ferromagnetischem Material und mit zumindest einer Primär- und einer Sekundärwicklung, (124; 138; 154, 156 bzw. 126, 128; 136, 140; 148, 150, 158, 160), von denen zumindest eine eine Folienwicklung ist und die als Zylinderwicklungen mit dazwischen liegenden Isolierschichten (130, 132, 134, 142, 144, 146, 152, 168, 178) konzentrisch auf einen auf den Mittelsteg (106) des Kernes (102) aufgesetzten Wickelkörper (122) aufgebracht sind, wobei die dem Außensteg des Kerns (102) nächtsgelegene Wicklung eine Sekundärwicklung ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem insbesondere für Frequenzen zwischen 20 kHz und 100 kHz betreibbaren Transformator die Sekundärwicklung (126, 128; 136, 140; 148, 150, 158, 160) in Folienbauweise mit Teilwicklungen ausgebildet, eng mit der Primärwicklung (124; 138; 154, 156) gekoppelt, räumlich dicht an dieser angeordnet und im Bereich deren höchster Kraftflußliniendichte gelegen ist, wobei die dem Mittelsteg (106) nächstgelegene Wicklung eine Sekundärteilwicklung (126, 148, 158) und zwischen einer äußeren Sekundärteilwicklung (128, 140, 150, 160) und dem Außensteg (104, 104′) des Kerns (102) ein Isolierkörper (134, 164) angeordnet ist, so daß das Ausmaß der Energieübertragung über die Wicklungen durch diese räumliche Zuordnung erhöht ist. 1. Power transformer in jacket design, with a core ( 102 ) made of ferromagnetic material and with at least one primary and one secondary winding, ( 124; 138; 154, 156 and 126, 128; 136, 140; 148, 150, 158, 160 ), at least one of which is a foil winding and which, as cylindrical windings with insulating layers ( 130, 132, 134, 142, 144, 146, 152, 168, 178 ) in between, concentric with one on the central web ( 106 ) of the core ( 102 ) applied winding body ( 122 ) are applied, the winding closest to the outer web of the core ( 102 ) being a secondary winding, characterized in that the secondary winding ( 126, 128; 136, 140.) in the transformer, which can be operated in particular for frequencies between 20 kHz and 100 kHz ; 148, 150, 158, 160 ) in foil construction with partial windings, closely coupled to the primary winding ( 124; 138; 154, 156 ), arranged spatially close to it and in the area of its highest force flow lines is located, the winding closest to the central web ( 106 ) being a secondary part winding ( 126, 148, 158 ) and between an outer secondary part winding ( 128, 140, 150, 160 ) and the outer web ( 104, 104 ′ ) of the core ( 102 ) an insulating body ( 134, 164 ) is arranged so that the extent of the energy transfer via the windings is increased by this spatial assignment. 2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen Primär- und Sekundärwicklungen eine beidseitig isolierte einlagige Metallfolie mit herausgeführten und mit einem Schutzleiter verbundenen Anschluß vorgesehen ist.2. Transformer according to claim 1, characterized in that between primary and secondary windings a single-layer insulated on both sides Metal foil with lead out and with a protective conductor connected connection is provided. 3. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine einlagige extern kurzschließbare Wicklung (162, 164) zwischen benachbarten stromführenden Teilwicklungen der Primär- und Sekundärwicklung angeordnet ist.3. Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that a single-layer externally short-circuitable winding ( 162, 164 ) is arranged between adjacent current-carrying partial windings of the primary and secondary windings. 4. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungsabstand vom Mittelsteg (106) des Kernes (102) etwa gleich dem Wicklungsabstand vom Außensteg (104, 104′) des Kernes ist.4. Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the winding distance from the central web ( 106 ) of the core ( 102 ) is approximately equal to the winding distance from the outer web ( 104, 104 ' ) of the core. 5. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wickelkörper (122) und dem Mittelsteg (106) sowie zwischen dem Isolierkörper (134, 146) und dem Außensteg (104, 104′) ein Luftspalt vorhanden ist.5. Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that an air gap is present between the winding body ( 122 ) and the central web ( 106 ) and between the insulating body ( 134, 146 ) and the outer web ( 104, 104 ' ). 6. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er den zumindest zwei übereinander liegende Wicklungsanordnungen aus jeweils zwei Sekundärwicklungen (126, 128; 136, 140) und einer dazwischen liegenden Primärwicklung (124, 138) aufweist. 6. Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that it has the at least two superimposed winding arrangements each of two secondary windings ( 126, 128; 136, 140 ) and an intermediate primary winding ( 124, 138 ). 7. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest zwei zwischen der inneren und äußeren Sekundärteilwicklung liegende Primärteilwicklungen (124, 138, 154, 156) aufweist.7. Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that it has at least two primary part windings ( 124, 138, 154, 156 ) lying between the inner and outer secondary part windings. 8. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (102) vom Wickelbandkern-Typ ist.8. Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the core ( 102 ) is of the winding core type.
DE19853546410 1985-12-31 1985-12-31 Transformer Granted DE3546410A1 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19853546410 DE3546410A1 (en) 1985-12-31 1985-12-31 Transformer
JP87500547A JPS63501909A (en) 1985-12-31 1986-12-31 Transformers for magnetic drive stages and especially drive stages
EP19870900068 EP0254727B1 (en) 1985-12-31 1986-12-31 Transformer, especially for a driver stage
AT87900068T ATE61885T1 (en) 1985-12-31 1986-12-31 TRANSFORMER, ESPECIALLY FOR A DRIVER STAGE.
DE8787900068T DE3678289D1 (en) 1985-12-31 1986-12-31 TRANSFORMER, ESPECIALLY FOR A DRIVER STAGE.
PCT/DE1986/000526 WO1987004297A1 (en) 1985-12-31 1986-12-31 Magnetic driver stage and transformer, especially for the driver stage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19853546410 DE3546410A1 (en) 1985-12-31 1985-12-31 Transformer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3546410A1 DE3546410A1 (en) 1987-07-02
DE3546410C2 true DE3546410C2 (en) 1991-06-06

Family

ID=6289724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19853546410 Granted DE3546410A1 (en) 1985-12-31 1985-12-31 Transformer

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3546410A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009044571A1 (en) * 2009-11-18 2011-05-19 Siavash Nasser Maharlouei Stepless variable transformer

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4022243A1 (en) * 1990-07-12 1992-01-23 Gernot Sikora Disc type transformers - has primary and secondary windings set at intervals to ensure that main part of energy passes through windings

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1802830C3 (en) * 1968-10-12 1975-08-28 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Low-scatter transformer
US3617854A (en) * 1970-04-20 1971-11-02 Raytheon Co Pulse transformer
DE2250394A1 (en) * 1971-12-29 1973-07-05 Dc Pack Co Ltd ELECTROMAGNETIC INDUCTION DEVICE
ES473471A1 (en) * 1978-09-19 1979-05-01 Automatismo Control Y Medicion Steep gradient static characteristics electrical transformer
DE3032005A1 (en) * 1980-08-25 1982-04-01 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München TRANSFORMER
IT1195595B (en) * 1983-05-09 1988-10-19 Ducati Elettrotechnica Spa SMT TRANSFORMER FOR PROPORTIONAL PILOTING OF STATIC SWITCHING POWER SUPPLIES

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009044571A1 (en) * 2009-11-18 2011-05-19 Siavash Nasser Maharlouei Stepless variable transformer

Also Published As

Publication number Publication date
DE3546410A1 (en) 1987-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2306917C3 (en) Choke coil or transformer
DE10260246B4 (en) Coil arrangement with variable inductance
EP1598838A2 (en) Coil assembly and method of manufacturing the same
EP0293617B1 (en) High-frequency power transmitter
EP0258344B1 (en) Electrical component with inductive and capacitive properties
DE2119950C3 (en) Radio interference suppression choke
DE60304460T2 (en) Current sensor with a magnetic core having an air gap and thus equipped power supply circuit
EP2817873B1 (en) Multi-phase converter
DE4423992C2 (en) Electromagnetic generator for fast current and magnetic field pulses and their uses
DE3546410C2 (en)
EP1501106B1 (en) Ferrite core for inductive element
DE4022243A1 (en) Disc type transformers - has primary and secondary windings set at intervals to ensure that main part of energy passes through windings
DE4137776C2 (en) High-frequency power transformers in multilayer technology
WO2019115207A1 (en) Common-mode/differential-mode throttle for an electrically driveable motor vehicle
WO2015032967A1 (en) Arrangement having a ferromagnetic workpiece and a heating winding arranged around at least a segment of the workpiece
EP0254727B1 (en) Transformer, especially for a driver stage
WO1997021232A1 (en) Transformer with divided primary winding used in a blocking-oscillator supply circuit
DE3423160C2 (en) Controllable, voltage converting electrical machine
DE3546377A1 (en) Magnetic driver stage, especially for a power switching transistor, and a transformer for the driver stage
DE102013202712A1 (en) Multi-phase transformer for use as power converter e.g. direct current (DC)-DC converter in motor vehicle electrical system, has coupling elements that are provided for coupling phases with each other
DE19627817A1 (en) Pancake coil electronic component
DE19927299C2 (en) Switching power supply transformer of high performance
DE2811319A1 (en) ARRANGEMENT FOR TUNING THE RESONANCE FREQUENCY OF RESONATORS
DD201632A5 (en) POWER SUPPLY CIRCUIT WITH FERROR RESONANCE LOAD FOR A TELEVISION RECEIVER
DE102020100190A1 (en) Inductive component with an operating frequency in the medium frequency range

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: SIKORA, GERNOT, DIPL.-ING. (FH), 8093 ROTT, DE

8181 Inventor (new situation)

Free format text: SIKORA, GERNOT, DIPL.-ING. (FH), 8093 ROTT, DE RANZINGER, RUDOLF, PROF. DIPL.-PHYS., 7600 OFFENBURG, DE

D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee