DE4214789C1 - Transformer for high frequency applications - has annular ferrite core wound with pair of wire coils with core and components mounted on PCB - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Übertrager für hohe Frequenzen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Übertrager für hohe Frequenzen werden in zunehmendem Maße benötigt, um primärgetaktete Netzteile aufzubauen. Auch als Impulsübertrager finden sie Anwendung.

Besonders im professionellen Bereich der Elektroakustik, wie der Tonstudiotechnik werden hohe Qualitätsanforderungen (hoher Wirkungsgrad) an die Stromversorgungen gestellt, wobei zu­ sätzlich oftmals eine Vielzahl von voneinander getrennten Se­ kundärstromkreisen mit verschiedenen Spannungen Anwendungen finden. Übertrager für derartige Netzteile müssen somit höchsten Anforderungen genügen.

Eines der Probleme beim Aufbau von Übertragern für hohe Frequenzen besteht darin, daß die üblichen Ringkerne aus Ferritmaterial mit einer relativ geringen Anzahl von Windungen für jede Wicklung bewickelt werden müssen. Durch diese geringe Anzahl von Windungen kommt es dazu, daß die Wicklungskapazitäten über die Wicklungslängen un­ gleichmäßig verteilt sind. Dies ergibt sich aus den variie­ renden Abständen zwischen den Windungen der Wicklungen. Gleichzeitig ergaben sich aus diesen variierenden Abständen auch Schwierigkeiten hinsichtlich der Spannungsfestigkeit zwischen den zu trennenden Stromkreisen.

Ein weiteres Problem bei den herkömmlichen, von Hand gewic­ kelten Übertragern besteht darin, daß eine äußerst konzen­ trierte Arbeitsweise notwendig ist, damit der Wicklungssinn stimmt und die einzelnen Wicklungsenden nicht vertauscht werden. Diese Verpolungsgefahr wird dadurch weiter erhöht, daß industriell gefertigte Übertrager in gedruckte Schal­ tungen eingebaut werden und beim Anwickeln der Wick­ lungsenden an Anschlußstifte Verwechselungen auftreten kön­ nen. Schließlich ist auch das Anwickeln an Anschlußstifte mit hohem Arbeitsaufwand verbunden und erfordert hohe Ge­ schicklichkeit.

Aus der DE-OS 35 19 609 A1 ist eine Ringkernspule bekannt, bei welcher keine vollständigen Windungen aus isoliertem Draht sondern Drahtbrücken vorgesehen sind, die jeweils mit ihren Enden an Leiterbahnen angelötet sind, wobei jede einzelne Windung durch eine Leiterbahn komplettiert wird. Dadurch ent­ stehen unsymmetrische Anordnungen. Insbesondere bringen die Bügel soviel "Luft" in das Wicklungssystem, daß eine Kompen­ sation der Streuinduktivität durch das kapazitive Überspre­ chen unmittelbar nebeneinanderliegender Wicklungen mit iden­ tischer Steigerung nicht mehr wirksam wird. Aus diesem Grund läßt sich die in dieser Druckschrift für eine Spule angege­ bene Lehre nicht auf HF-Übertrager anwenden.

Aus der US-PS 49 75 672 ist ein Übertrager der eingangs genann­ ten Art bekannt. Bei diesem Übertrager werden Ring-Scheibchen verwendet, um eine Spule oder einen Übertrager paßgenau wickeln zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Übertrager der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei hoher Güte, auch hinsichtlich der Spannungsfestigkeit, eine große Variabilität der Windungszahlen bei einfacher Her­ stellung sichergestellt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Auf der Leiterplatte sind Leiterbahnen vorgesehen, an wel­ che die Enden der Wicklungen gelötet werden. Dadurch ergibt sich eine Vereinfachung beim Aufbau. Insbesondere ist die Anordnung derart getroffen, daß die für den Über­ trager vorgesehene Leiterplatte gleichzeitig die Leiter­ platte für alle weiteren, wesentlichen aktiven und passiven Bauteile bildet, die zusammen mit dem Übertrager die aufzu­ bauende Schaltung formen. Bei einem primärgetakteten Netz­ teil sitzt also die Zerhackerschaltung ebenso wie die se­ kundärseitige Gleichrichterschaltung zusammen mit der not­ wendigen Regelschaltung sehr nahe beim Übertrager, so daß ein äußerst gedrängter Aufbau sichergestellt werden kann, der gleichzeitig zu geringen Störstrahlungsleistungen führt.

Der Aufbau ist derart gewählt, daß die Leiterbahnen Sammel-Leiterbahnen mit umfassen, die derart ausgebildet und angeordnet sind, daß eine bestimmte, geringe Anzahl von Windungen zu einer einzigen Wicklung mit der bestimmten An­ zahl von Windungen in Parallelschaltung verbindbar ist. Auf diese Weise können Übertrager mit einer (ggf. von mehreren verschiedenen) Sekundärwicklung aufgebaut werden, die le­ diglich eine einzige Windung umfaßt. Diese einzige Windung ist dann durch die Aufteilung auf eine Vielzahl von Einzel­ windungen und deren Parallelschaltung gleichmäßig über den Umfang des Ringkerns verteilt, so daß eine gleichmäßige (symmetrische) Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwick­ lung gewährleistet ist. Selbstverständlich sind nicht nur Einzel-Wicklungen, sondern jede andere Form von Wicklungen und solchen mit Anzapfungen etc. in einfachster Weise ver­ stellbar, da Leiterbahnen jeglicher Art bzw. eine leichte Verschaltung möglich sind.

Wenn man die Justierbohrungen äquidistant um den Kern herum verteilt, so erzielt man gleichzeitig äquidistant verteilte Windungen. Diese können aus ggf. verdrillten Doppeldrähten als Bifilar-Wicklungen aufgebracht sein.

Der hier verwendete isolierte Draht sollte vorzugsweise eine so hohe Temperaturfestigkeit besitzen, daß der Über­ trager ggf. zusammen mit anderen auf der Leiterplatte anzu­ bringenden Bauelementen in der üblichen Weise gelötet (Lötbad, Schwallöten) werden kann.

Aus oben Gesagtem geht hervor, daß die Erfindung besonders vorteilhaft dann verwendbar ist, wenn der Übertrager nicht als Einzelbauteil hergestellt und dann in eine größere Schaltung eingebaut, sondern direkt auf der größeren Schaltung herge­ stellt ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In der nachfolgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele anhand von Abbildungen näher er­ läutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfin­ dung in einer Draufsicht,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Gegenstand nach Fig. l entlang der Linie II-II,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Leiterplatte gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine Draufsicht ähnlich der nach Fig. 1 auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 5 ein Wicklungsmuster für eine weitere Ausführungs­ form der Erfindung.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist ein Ringkern 10 aus Ferritmaterial auf eine Leiter­ platte 16 aufgelegt und ggf. dort durch Kleben fixiert. Die Leiterplatte 16 weist eine Innenbohrung 19 auf, welche in ihrem Durchmesser im wesentlichen dem der Kern­ bohrung 11 entspricht.

Rings um die Außenfläche 14 des Kerns 10 sind in der Leiterplatte 16 Justierbohrungen 17 so angebracht, daß Drähte zur Bildung von Wicklungen 4 und 5 um den Kern, also im wesentlichen an dessen Innenfläche 15 im Bereich der Kernbohrung 11, an dessen Oberfläche 12 und an dessen Au­ ßenfläche 14 entlang durch jeweils eine Justierbohrung 17 und an Unterseite der Leiterplatte 16 wieder zurück durch die Innenbohrung 19 in die Kernbohrung 11 in im wesentli­ chen dichter Anlage zum Kern 10 geführt werden können.

Auf der Leiterplatte 16 sind Leiterbahnen 20, 20′ bzw. 21, 21′ vorgesehen, die - und dies ist in allen beiliegenden Abbildungen nicht näher erläutert - zu weiteren Bauteilen zur Bildung von aktiven und passiven Schaltungen geführt sind.

Bei dem in den Fig. 1-3 gezeigten Ausführungsbeispie­ len sind zwei Leiterbahnen (bzw. Abschnitte von solchen), nämlich die Leiterbahnen 20 und 21 nur bis in die Nähe der Ringkern-Außenfläche 14 geführt, während zwei weitere Lei­ terbahnen, nämlich die Bahnen 20′ und 21 bis über die Ju­ stierbohrungen 17 geführt sind. Die Leiterbahnen 20, 21 weisen Endbohrungen 18 derart auf, daß ein Ende einer Wick­ lung (in Fig. 2 ist das Ende der Wicklung 5 gezeigt) durch eine Justierbohrung 17 nach unten und durch die Endbohrung 18 wieder nach oben geführt werden kann. Der Draht ist über eine Lötstelle 22 mit der jeweils dazugehörenden Leiterbahn 20 bzw. 21 verbunden. Ähnliches gilt selbstverständlich für die anderen Enden der Wicklungen 4, 5, die mit den Leiter­ bahnen 20′ bzw. 21′ durch Löten verbunden sind.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ergibt sich durch die äquidi­ stante Aufteilung der Justierbohrungen 17 ein sehr gleich­ mäßiges Wicklungsbild. Dieses umfaßt gleichzeitig auch den Verlauf der einzelnen Drähte im Bereich der Kernbohrung 11, da bei genügend hoher Zugspannung beim Wickeln gleichen Ab­ ständen der Justierbohrungen auch untereinander gleiche aber gegenüber dem Außenbereich geringere) Drahtabstände im Bereich der Kerbohrung 11 zwangsläufig resultieren. Be­ trachtet man aber das Ausführungsbeispiel, so ist aus diesem für den Fachmann ersichtlich, daß in jedem Fall eine hohe Spannungsfestigkeit zwischen der ersten Wicklung 4 und der zweiten Wicklung 5 erreicht ist, da die einzelnen Win­ dungen 7, 8 gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Wei­ terhin ergibt sich, ein besonders gleichmäßiger Kapa­ zitätsverlauf, wobei die Kapazitäten sehr niedrig sind. Da­ durch sind Induktivitäten sehr hoher Güte herstellbar.

Das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem nach den Fig. 1-3 dadurch, daß eine Primärwicklung 4 mit mehreren Windungen 7 (in Fig. 4 sind sieben Windungen gezeigt) vorgesehen ist, während die Se­ kundärwicklung 5 aus einer Vielzahl von parallelgeschalte­ ten Einzel-Windungen 8, 8′ aufgebaut ist. Die Enden der je­ weils eine Wicklung bildenden Einzelwindungen 8, 8′ sind mit ringförmig um den Kern gezogenen Sammel-Leiterbahnen 23, 24 verbunden, die dann wiederum in die Anschlußleiter­ bahnen 21, 21′ münden. Durch diese Ausführungsform der Er­ findung ist ein gleichmäßiger Belag (symmetrischer Aufbau) einerseits, andererseits aber ein sehr hohes Wicklungsver­ hältnis von Primär- zu Sekundär-Windungsanzahlen gewährlei­ stet. Selbstverständlich sind andere Verschaltungsmuster zur Erzielung anderer Windungsverhältnisse auch dann mög­ lich, wenn eine Vielzahl von Sekundärwicklungen jeweils aus einer bestimmten Anzahl von Windungen herzustellen ist.

Fig. 5 ist das Wicklungsmuster zur Herstellung eines Übertragers mit einer Primärwicklung 4 und zwei Sekundärwicklungen 5 und 6 gezeigt, die jeweils aus einer gleichen Anzahl von Windungen 7-9 bestehen. Auch hier ist wieder ein hohes Maß an Symmetrie erkennbar.

Aus obiger Beschreibung der Ausführungsbeispiele ergibt sich, daß man gemäß der vorliegenden Erfindung Übertrager (Impuls- oder Leistungsübertrager) für höhere Frequenzen, oder auch Drosseln wickeln kann, die eine hohe Symmetrie und darum minimale Streuinduktivitäten auch bei großen Windungsverhältniszahlen aufweisen. Dadurch lassen sich Netzgeräte mit äußerst hohem Wirkungsgrad und optimalem Re­ gelverhalten bilden.

Das Wickeln selbst ist äußerst einfach und kann von wenig Geübten leicht durchgeführt werden. Eine Endkontrolle ist optisch leicht durchführbar.

Durch die Vorgabe der Windungsabstände kann eine hohe Span­ nungsfestigkeit (VDE-Normen) aufgrund der sich ergebenden Luft-Abstände gesichert werden. Ein Anwickeln an Anschluß­ stifte und die damit verbundene Verpolungsgefahr entfallen vollständig.

Die so aufbaubaren primärgetakteten Netzteile müssen auf­ grund der geringen Streuinduktivitäten des HF-Übertragers keine zusätzlichen Schutznetzwerke aufweisen.

Bezugszeichenliste

 4-6 Wicklung
 7-9 Windung
10 Kern
11 Kernbohrung
12 Oberfläche
14 Außenfläche
15 Innenfläche
16 Leiterplatte
17 Justierbohrung
18 Endbohrung
19 Innenbohrung
20 Anschluß-Leiterbahn
21 Anschluß-Leiterbahn
22 Lötstelle
23 Sammel-Leiterbahn
24 Sammel-Leiterbahn

Claims (7)

1. Übertrager für hohe Frequenzen mit einem (Ferrit-) Ringkern und mindestens zwei auf diesen aufgebrachten und jeweils aus mindestens einer Windung bestehenden Wicklungen aus isolier­ tem Draht, wobei der Kern auf einer Platte angeordnet ist, die im Bereich des Außenumfangs des Kerns Justierbohrungen und mindestens eine, einer Kernbohrung entsprechende Innen­ bohrung aufweist und wobei die Windungen der Wicklungen in ihrer Lage zueinander und zum Kern definiert durch die Justierbohrungen und die Kernbohrung bzw. die Innenbohrung geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte als Leiterplatte (16) ausgebildet ist, die Wicklungen (4-6) mit ihren Enden an Leiterbahnen (20, 21; 23, 24) auf der Leiterplatte (16) angelötet sind, und daß die Leiterbahnen Sammel-Leiterbahnen (23, 24) umfassen, die derart ausgebildet und angeordnet sind, daß eine bestimmte, geringe Anzahl von Windungen (8) zu einer einzigen Wicklung (5) mit der bestimmten Anzahl von Windungen in einer Paral­ lelschaltung verschaltbar) ist.

2. Übertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Leiterplatte (16) im wesentlichen alle ak­ tiven und passiven Bauelemente angebracht sind, die zusammen mit dem Übertrager eine aktive Schaltung, insbesondere ein primärgetaktetes Netzteil bilden.

3. Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierbohrungen (17) äquidistant um den Kern (10) verteilt sind.

4. Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (7-9) aus gegebenenfalls verdrill­ ten Doppeldrähten (bifilar) gebildet sind.

5. Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierte Draht eine, die Temperatur eines Lötbades oder Lötschwalles übersteigende Temperaturfe­ stigkeit aufweist.

6. Verwendung eines Übertrager nach einem der vorherge­ henden Ansprüche in einem primärgetakteten Netzteil.

7. Verwendung eines Übertragers nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen alle zum Aufbau des Netzteils ge­ hörigen aktiven und passiven Bauteile auf der Leiter­ platte (16) des Übertragers mit angebracht oder auf­ gelötet sind.