DE4123812A1 - Transformator - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Transformator nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Ein Transformator weist aufgrund seines Aufbaus parasitäre elektrische Impedanzen auf. Insbesondere treten Streuinduktivitäten auf, die aufgrund von unzureichender magnetischer Kopplung zwischen den einzelnen Wicklungen entstehen. Weiterhin treten Streukapa­ zitäten auf, die durch die räumliche Anordnung der Wicklungen und die jeweils vorliegenden Potentiale gegeben sind. Diese parasitären Impedanzen ergänzen sich zu Schwingkreisen, die sich in Abhängigkeit von der Frequenz des mit dem Transformator zu übertragenen Signals bemerkbar machen. Inbesondere können steile Schaltflanken eines vom Transformator zu übertragenen rechteckförmigen Signals diese Schwingkreise zu parasitären Schwingungen anregen.

Die parasitären Impedanzen werden von der konstruktiven Gestaltung des Transformators beeinflußt. Zur Reduzierung der Streuinduktivi­ täten und/oder der Streukapazitäten sind deshalb unterschiedlich gestaltete Transformatoren bekannt geworden, die sich inbesondere durch spezielle Wicklungstechniken voneinander unterscheiden.

Es ist ferner allgemein bekannter Stand der Technik, zwischen einer Primär- und einer Sekundärwicklung eines Transformators eine Ab­ schirmung vorzusehen, die mit einer Gerätemasse verbunden ist. Die Abschirmung reduziert die kapazitive Verkopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung und reduziert somit die Kopplungsimpe­ danz bei höheren Frequenzen. Die damit verbundene Reduzierung der parasitären Kapazitäten ist jedoch nicht in allen Fällen erstrebens­ wert, weil die Resonanzfrequenzen der parasitären Schwingkreise durch diese Maßnahme erhöht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirkungen der parasi­ tären Impedanzen eines Transformators mit einfachen Mitteln ohne wesentliche Änderungen des Transformators zu beeinflussen.

Die Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Transformator weist den Vorteil einer breit­ bandigen Bedämpfung der Schwingungen der parasitären Schwingkreise auf. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine an sich bekannte Abschirmung zwischen einer Primär- und einer Sekundär­ wicklung, die über ein elektrisches Bauteil vorgegebener Impedanz mit einem der Anschlüsse der Wicklungen verbunden ist, eine Be­ dämpfung wenigstens eines parasitären Schwingkreises ermöglicht. Die ohmsche Komponente des elektrischen Bauteils bedämpft den Schwing­ kreis während reaktive Komponenten die Schwingkreisfrequenz ver­ ändern.

Besonders vorteilhaft ist die Reduzierung der im Transformator ent­ stehenden Verlustleistung, die im wesentlichen an der ohmschen Komponente des elektrischen Bauteils auftritt. Der Gesamtwirkungs­ grad wird jedoch nicht negativ beeinflußt.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsge­ mäßen Transformators ergeben sich aus Unteransprüchen.

Besonders einfach ist das elektrische Bauelement als ohmscher Widerstand zu realisieren. Der Widerstandswert ist aus einfachen Beziehungen ableitbar, die in der Grundlagenliteratur angegeben sind.

Experimentell wurde festgestellt, daß die beste Wirkung auftritt, wenn die Abschirmung mit dem Anschluß derjenigen Sekundärwicklung verbunden ist, an der die sekundäre Streuinduktivität nach außen hin auftritt.

Die Abschirmung des erfindungsgemäßen Transformators ist auf beson­ ders einfache Weise mit einer metallischen Folie realisierbar, die zwischen Primär- und Sekundärwicklung angeordnet ist.

Weitere Einzelheiten und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Trans­ formators ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Zeichnung

Die Figur zeigt ein Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen Trans­ formators.

Das in der Figur gezeigte Ersatzschaltbild eines nicht näher darge­ stellten Transformators ist bezogen auf eine Primärseite des Trans­ formators. Das Ersatzschaltbild ist gegebenenfalls mit einem Symbol für einen idealen Übertrager zu ergänzen, sofern das Wicklungsver­ hältnis von einer Sekundar- zur Primär-Wicklung von 1 : 1 abweicht. Der Transformator enthält wenigstens eine Primär- und wenigstens eine Sekundär-Wicklung. Die Primäranschlüsse tragen die Bezugs­ zeichen 10, 11, während die Sekundäranschlüsse mit den Bezugszeichen 12, 13 eingetragen sind.

Im Ersatzschaltbild sind die primäre Streuinduktivität 14, die sekundäre Streuinduktivität 15, die primäre Hauptinduktivität 16 sowie eine erste und zweite Streukapazität 17, 18 eingetragen. Die Streukapazitäten 17, 18 liegen in Reihe zwischen den Anschlüssen 12, 13. Ein ohmscher Widerstand 19 liegt zwischen dem Anschluß 12 und einem gemeinsamen Schaltungspunkt 20 der Streukapazitäten 17, 18.

Die Induktivitäten 14, 15, 16 sowie die Kapazitäten 17, 18 sind nicht als reale Bauelemente in Form von Spulen und Kondensatoren vorhanden. Sie sind lediglich ein Hilfsmittel zum Beschreiben des elektrischen Verhaltens des Transformators. Real vorhanden ist lediglich der Widerstand 19. Vorhanden ist auch der gemeinsame Schaltungspunkt 20, der durch die zwischen der Primär- und Sekundär-Wicklung liegende metallische Abschirmung gegeben ist. Die Abschirmung wird deshalb im folgenden mit dem gemeinsamen Schaltungspunkt 20 gleichgesetzt und mit dem Bezugszeichen 20 angegeben.

Das Ersatzschaltbild gilt für einen Transformator, der ein Signal überträgt, das eine beispielsweise im kHz- oder im MHz-Bereich liegende Frequenz aufweist. Ein parasitärer Schwingkreis ist bei­ spielsweise durch die Reihenschaltung der Streuinduktivitäten 14, 15 mit den Streukapazitäten 17, 18 gegeben. Ein Transformator gemäß Stand der Technik ohne Abschirmung 20 hätte eine ungeteilte Streu­ kapazität 17, 18, welche die Schwingkreiskapazität darstellt. Eine Einflußnahme auf den Schwingkreis wäre nur durch externe Beschaltung des Transformators möglich. Eine ebenfalls bekannte Abschirmung 20 wurde bislang nur gegen eine Gerätemasse verschaltet, die in der Figur den Anschlüssen 11, 13 entsprechen würde.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die an sich be­ kannte Abschirmung 20 eine Dämpfung des parasitären Schwingkreises 14, 15, 17, 18 bewirkt durch Verbinden der Abschirmung 20 mit einem Anschluß 10, 11, 12, 13 des Transformators über ein elektrisches Bauelement 19, das eine ohmsche Komponente enthält. Das elektrische Bauelement ist in der Figur als Widerstand 19 angegeben. Prinzipiell ist es möglich, den Widerstand 19 durch weitere Komponenten zu ergänzen, die induktives und/oder kapazitives Verhalten aufweisen. Diese reaktiven Komponenten verschieben die Resonanzfrequenz des parasitären Schwingkreises 14, 15, 17, 18, während der Widerstand 19 oder die ohmsche Komponente des elektrischen Bauelements 19 eine verlustbehaftete Bedämpfung bewirkt. Der Wert des ohmschen Wider­ standes 19 kann, bei Kenntnis der Werte der Induktivitäten 14, 15 und der Kapazitäten 17, 18 für eine vorgegebene Dämpfung theoretisch ermittelt werden. Vorzugsweise wird der Wert des Widerstands 19 experimentell festgelegt. In einem Versuchsaufbau mit einem Trans­ formator eines Schaltnetzteils lag der Wert des Widerstands 19 im Kiloohm-Bereich.

Eine bislang gegebenenfalls, insbesondere bei Rechtecksignalen, aufgetretene parasitäre Schwingung erhöht die im Transformator umgesetzte Verlustleistung durch Spannungsabfälle, die an ohmschen Verlustwiderständen auftreten, die in der Figur nicht gezeigt sind. Hauptsächlich treten Wicklungs- und gegebenenfalls Kernverluste auf. Der erfindungsgemäße Transformator weist eine geringere thermische Belastung auf, da ein großer Teil dieser Verlustleistung im Wider­ stand 19 auftritt, wobei der gesamte Wirkungsgrad jedoch nicht ver­ schlechtert wird.

Die Abschirmung 20 kann beispielsweise als separate einlagige Wicklung realisiert sein. Vorzugsweise ist die Abschirmung eine metallische Folie, die besonders einfach in der Handhabung ist.

Claims (4)

1. Transformator mit wenigstens einer Primär- und wenigstens einer Sekundär-Wicklung, mit einer Abschirmung zwischen der Primär- und der Sekundär-Wicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (20) mit einem Anschluß (10, 11, 12, 13) der Primär- oder Sekundär­ wicklung über ein elektrisches Bauteil (19) vorgegebener Impedanz, die eine ohmsche Komponente enthält, verbunden ist.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Bauteil (19) ein ohmscher Widerstand ist.

3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Bauteil (19) an dem Anschluß (12) der Sekundär­ wicklung des Transformators angeschlossen ist, an dem eine sekundäre Streuinduktivität (15) auftritt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (20) eine metallische Folie oder eine separate einlagige Wicklung ist.