EP1020879A1 - Transformateur configurable - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
- H01F29/02—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings
Definitions
- the present invention relates to a transformer current and / or voltage comprising at least one primary circuit and a secondary circuit and more particularly a transformer which, by its configurable character, can be used in several different power supplies.
- variable parameters of this transformer can be configured so to adapt the ⁇ standard ⁇ transformer to this specific application. These variable parameters are: the number of windings, the number of turns per windings as well as their resistance. These are configurable over a range of discrete values depending on the design of the transformer.
- each feed has its own specific transformer.
- the number of windings as well as the number of turns and the resistance value of each winding are determined to suit the special function.
- the transformer is completely frozen and therefore almost dedicated to this food.
- a transformer specific must be designed, industrialized and produced. he the same is true for inductance which is a case particular of the transformer.
- the purpose of this invention is to achieve a transformer ⁇ standard ⁇ which can be configured in function of the power parameters in which it is intended to be mounted.
- the transformer according to the invention is characterized in that it has m windings elementary each having Ni turns i being a number integer between 1 and a predetermined integer n, m and Ni being whole numbers, said numbers elementary windings being likely to be associated in series and / or in parallel so as to achieve a particular configuration among a plurality of distinct circuit configurations primary and secondary circuits, each of said configurations corresponding to parameters electric and magnetic previously fixed.
- transformer design is replaced by a simple configuration of the “standard” product.
- One product is to be industrialized and manufactured, which significantly reduces the cost of components magnetic.
- said groups elementary windings consist of a block multilayer printed circuit board having a structure sandwich made up of a plurality copper layers arranged between two half-ferrites forming the magnetic circuit of the transformer, said layers being separated by layers insulating.
- the electrical connections between the groups of elementary windings are engraved on the printed circuit intended to receive the transformer.
- the transformer 2 is composed of m windings 4 having each Ni turns, i being a natural integer included between 1 and a predetermined integer n defining a family of windings of Ni turns, m and Ni being natural numbers. These windings are intended for constitute at least one primary circuit P and at least one secondary circuit S of transformer 2.
- the windings of each group are called windings elementary in the following description.
- the elementary windings 4 may be associated in series and / or in parallel so as to produce a particular configuration from among a plurality of distinct configurations of primary circuits and secondary circuits.
- Each of said configurations corresponding to electrical and magnetic parameters previously set for the transformer to be produced.
- the number of configurations depends on m and the family of Ni windings. For example, by connecting two windings of two and three turns respectively in series, a single winding of five turns is obtained. Similarly, by connecting in parallel two windings of three turns having resistance R and R 'respectively, one obtains a single winding of three turns and resistance R * R '/ (R + R') .
- a group of elementary windings 4 can be composed of one to m-1 elementary windings, terminals included. As a result, the number of transformer 2 windings configured is included between 2 and m (terminals included) depending on the configuration chosen.
- an induction coil comprising a main winding, formed by association in series and / or in parallel of at least two windings elementary 4 each having a number of turns determined.
- the electrical parameters and / or magnetic of said transformer 2 and the coil of induction are configurable by the choice of the number and of the mode of association of the elementary windings.
- the number of turns of a group of windings elementary of the transformer is between Inf. (Ni) and ⁇ Ni.
- the resistances of the windings of transformer 2 configured can be calculated at from the resistances of the elementary windings to using the laws of physics.
- the desired transformer has three windings P, S1 and S2 having respectively six, three and two turns with the phases corresponding to the electrical diagram of Figure 5, the Figures 3 and 4 show two examples of configuration meeting demand.
- This example highlights the possibility of configure the number of windings, the number of turns and the resistance of each winding.
- the transformer configurable 2 physically has a large number windings since it conditions the number of combinations.
- the coil consists of a block of multilayer printed circuit.
- Said groups of elementary windings 4 are constituted by superposition of a plurality of layers of copper 10 arranged between two half-ferrites 12 forming the circuit magnetic of transformer 2, said layers of copper 10 being separated by insulating layers 14.
- connections between the winding groups elementary are preferably engraved on the printed circuit 16 intended to receive the transformer as can be seen in Figures 9 and 10.
- the user of the transformer can himself configure it by providing connection tracks in CAD phase of the power supply circuit board electric.
- the cost and volume of this type of connections are almost zero.
- This technology allows a very good coupling between elementary windings even if their number of respective turns is weak.
- connections can be for example wired (conductive wires electrically connecting different input / output pins of the windings elementary).
- connections between elementary windings are made by copper tracks 30 engraved on the printed circuit 16 of the power supply.
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Abstract
La présente invention concerne un transformateur (2) de courant et/ou de tension comportant au moins un circuit primaire P et un circuit secondaire S. Le transformateur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte m enroulements élémentaires (4) ayant chacun Ni spires, m et Ni étant des nombres entiers et i compris entre 1 et un nombre entier n prédéterminé, lesdits groupes d'enroulements élémentaires (4) étant susceptibles d'être associés en série et/ou en parallèle de manière à réaliser une configuration particulière parmi une pluralité de configurations distinctes de circuits primaire P et de circuits secondaires S chacune desdites configurations correspondant à des paramètres électriques et magnétiques préalablement fixés. <IMAGE>
Description
La présente invention concerne un transformateur
de courant et/ou de tension comportant au moins un
circuit primaire et un circuit secondaire et plus
particulièrement un transformateur qui, par son
caractère configurable, peut être utilisé dans plusieurs
alimentations électriques différentes.
En fonction des paramètres de l'alimentation
(topologie, tensions d'entrée, tensions de sortie,
fréquence de découpage...etc.) les paramètres variables
de ce transformateur peuvent être configurés afin
d'adapter le transformateur 〈〈 standard 〉〉 à cette
application spécifique. Ces paramètres variables sont :
le nombre d'enroulements, le nombre de spires par
enroulements ainsi que leur résistance. Ceux-ci sont
configurables sur une plage de valeurs discrètes
dépendant de la conception du transformateur.
Habituellement, chaque alimentation a son
transformateur spécifique. Le nombre d'enroulements
ainsi que le nombre de spires et la valeur de résistance
de chaque enroulement sont déterminés pour convenir à la
fonction particulière. Le transformateur est totalement
figé et par conséquent quasiment dédié à cette
alimentation. A chaque alimentation, un transformateur
spécifique doit être conçu, industrialisé et réalisé. Il
en est de même pour l'inductance qui est un cas
particulier du transformateur.
Le but de cette invention est de réaliser un
transformateur 〈〈 standard 〉〉 qui peut être configuré en
fonction des paramètres de l'alimentation dans laquelle
il est destiné à être monté.
Le transformateur selon l'invention est
caractérisé en ce qu'il comporte m enroulements
élémentaires ayant chacun Ni spires i étant un nombre
entier compris entre 1 et un nombre entier prédéterminé
n, m et Ni étant des nombres entiers, lesdits
enroulements élémentaires étant susceptibles d'être
associés en série et/ou en parallèle de manière à
réaliser une configuration particulière parmi une
pluralité de configurations distinctes de circuits
primaires et de circuits secondaires, chacune desdites
configurations correspondant à des paramètres
électriques et magnétiques préalablement fixés.
Ainsi, lors de la conception d'une alimentation,
la conception du transformateur est remplacée par une
simple configuration du produit 〈〈 standard 〉〉. Un seul
produit est à industrialiser et à fabriquer, ce qui
réduit considérablement le coût des composants
magnétiques.
Préférentiellement, lesdits groupes
d'enroulements élémentaires sont constitués par un bloc
de circuit imprimé multicouches présentant une structure
en sandwich constituée par superposition d'une pluralité
de couches de cuivre agencées entre deux demi-ferrites
formant le circuit magnétique du transformateur,
lesdites couches étant séparées par des couches
isolantes.
Selon une caractéristique préférentielle de
l'invention, les connexions électriques entre les
groupes d'enroulements élémentaires sont gravées sur le
circuit imprimé destiné à recevoir le transformateur.
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention ressortiront de la description qui va
suivre, prise à titre d'exemple non limitatif, en
référence aux figures annexées dans lesquelles:
- la figure 1 représente un schéma de principe d'un transformateur selon l'invention.
- la figure 2 représente la structure d'un exemple de transformateur selon l'invention ;
- la figure 3 illustre schématiquement les connexions électriques d'une première configuration d'un transformateur à partir de la structure de la figure 2;
- la figure 4 illustre les connexions électriques d'une deuxième configuration d'un transformateur selon l'invention à partir de la structure de la figure 2 ;
- la figure 5 illustre un schéma électrique d'un exemple d'un transformateur selon l'invention ayant un circuit primaire et deux circuits secondaires ;
- la figure 6 représente une vue éclatée d'un transformateur selon l'invention.
- la figure 7 représente une vue en perspective d'un transformateur selon l'invention ;
- la figure 8 illustre une vue de dessous de l'implantation physique du transformateur de la figure 4 ;
- la figure 9 illustre une vue de profil d'un transformateur selon l'invention monté sur un circuit imprimé d'une alimentation électrique ;
- la figure 10 illustre une vue de dessous de la figure 9.
Comme représenté à la figure 1, le
transformateur 2 est composé de m enroulements 4 ayant
chacun Ni spires, i étant un entier naturel compris
entre 1 et un nombre entier prédéterminé n définissant
une famille d'enroulements de Ni spires, m et Ni étant
des entiers naturels. Ces enroulements sont destinés à
constituer au moins un circuit primaire P et au moins un
circuit secondaire S du transformateur 2. Les
enroulements de chaque groupe sont appelés enroulements
élémentaires dans la suite de la description.
Les enroulements élémentaires 4 sont
susceptibles d'être associés en série et/ou en parallèle
de manière à réaliser une configuration particulière
parmi une pluralité de configurations distinctes de
circuits primaires et de circuits secondaires. Chacune
desdites configurations correspondant à des paramètres
électriques et magnétiques préalablement fixés pour le
transformateur à réaliser. Le nombre de configurations
dépend de m et de la famille des Ni enroulements. Par
exemple en connectant deux enroulements respectivement
de deux et de trois spires en série on obtient un seul
enroulement de cinq spires. De même, en connectant en
parallèle deux enroulements de trois spires ayant
respectivement pour résistance R et R', on obtient un
seul enroulement de trois spires et de résistance
R*R'/(R+R') .
Un groupe d'enroulements élémentaires 4 peut
être composé de un à m-1 enroulements élémentaires,
bornes incluses. Il en résulte que le nombre
d'enroulements du transformateur 2 configuré est compris
entre 2 et m (bornes incluses) suivant la configuration
choisie.
Selon une application particulière de
l'invention, lorsque le nombre d'enroulements est égal à
1, on obtient une bobine d'induction comportant un
enroulement principal, constitué par association en
série et /ou en parallèle d'au moins deux enroulements
élémentaires 4 ayant chacun un nombre de spires
déterminé.
Selon une caractéristique importante de
l'invention, les paramètres électriques et/ou
magnétiques dudit transformateur 2 et de la bobine
d'induction sont configurables par le choix du nombre et
du mode d'association des enroulements élémentaires.
Ainsi, le nombre de spires de chaque groupe
d'enroulements élémentaires est configuré par :
- le nombre de spires respectif à chaque enroulement élémentaire, et par
- la nature des différentes connexions entre ces enroulements élémentaires.
Le nombre de spires d'un groupe d'enroulements
élémentaires du transformateur est compris entre
Inf.(Ni) et Σ Ni.
En configurant le nombre de spires des
enroulements on configure le rapport de transformation
puisqu'il est égal au rapport des nombres de spires.
La résistance de chaque groupe d'enroulements 4
est configuré par :
- le nombre d'enroulements élémentaires de ce groupe,
- la résistance de chaque enroulement élémentaire, et
- la nature des différentes connexions entre ces enroulements élémentaires.
Les résistances des enroulements du
transformateur 2 configuré peuvent être calculées à
partir des résistances des enroulements élémentaires à
l'aide des lois de la physique.
La figure 2 illustre un exemple d'application
dans lequel :
m = 12, N1 = N2 = N3 = N4 = N5 = N6 = 3 N7 = N8 = N9 = N10 = N11 = N12 = 6
En supposant dans cet exemple que les
résistances des enroulements de trois spires sont
identiques et égales à 70Ω et que les résistances des
enroulements d'une spire sont identiques et égales à
10mΩ, on obtient la structure schématisée par la figure
2 à partir de laquelle sont réalisées les configurations
illustrées par les figures 3 et 4.
En supposant que le transformateur souhaité
possède trois enroulements P, S1 et S2 ayant
respectivement six, trois et deux spires avec les phases
correspondant au schéma électrique de la figure 5, les
figures 3 et 4 représentent deux exemples de
configuration répondant à la demande.
Avec la première configuration (figure 3) on
obtient :
- RP =(2*70)/3 mΩ soit environ 46.7 mΩ - Rs1 =3*10=30 mΩ - Rs2 =10+10/2=15mΩ
Tandis qu'avec la deuxième configuration (figure
4), on obtient :
- Rp =2*70 = 140 mΩ - Rs1 =70/4= 17.5 mΩ - Rs2 =20/6 mΩ soit environ 1.67 mΩ
Cet exemple met en évidence la possibilité de
configurer le nombre d'enroulements, le nombre de spires
et la résistance de chaque enroulement.
Préférentiellement, le transformateur
configurable 2 comporte physiquement un nombre important
d'enroulements puisqu'il conditionne le nombre de
combinaisons.
La technologie de la bobine peut être n'importe
laquelle des technologies de bobinage connues comme, par
exemples :
- la technologie filaire linéaire ou torique
- la technologie multicouche circuit imprimé rigide ou souple
- la technologie céramique multicouches
Selon un mode préféré de réalisation de
l'invention illustré par les figures 6 et 7, en version
à piquer ou CMS, la bobine est constituée par un bloc de
circuit imprimé multicouches. Lesdits groupes
d'enroulements élémentaires 4 sont constitués par
superposition d'une pluralité de couches de cuivre 10
agencées entre deux demi-ferrites 12 formant le circuit
magnétique du transformateur 2, lesdites couches de
cuivre 10 étant séparées par des couches isolantes 14.
Dans ce mode de réalisation, les connexions
électriques entre les groupes d'enroulements
élémentaires sont préférentiellement gravés sur le
circuit imprimé 16 destiné à recevoir le transformateur
comme on peut le voir sur les figures 9 et 10.
Ainsi, l'utilisateur du transformateur peut lui-même
le configurer en prévoyant les pistes de connexions
en phase CAO du circuit imprimé de l'alimentation
électrique. Le coût et le volume de ce type de
connexions sont quasi nuls.
Cette technologie permet un très bon couplage
entre enroulements élémentaires même si leur nombre de
spires respectif est faible.
Selon d'autres modes de réalisation non
représentés, les connexions peuvent être par exemple
filaires (fils conducteurs reliant électriquement les
différents picots d'entrée/sortie des enroulements
élémentaires).
En supposant que la configuration électrique
souhaitée soit celle représentée par la figure 3,
l'implantation physique du transformateur est illustrée
par la figure 10.
Comme cela est illustré par cette figure 10, les
connexions entre enroulements élémentaires se font par
des pistes de cuivre 30 gravées sur le circuit imprimé
16 de l'alimentation électrique.
Claims (8)
- Transformateur (2) de courant et/ou de tension comportant au moins un circuit primaire P et un circuit secondaire S, caractérisé en ce qu'il comporte m enroulements élémentaires (4) ayant chacun Ni spires, m et Ni étant des nombres entiers, et i étant compris entre 1 et un nombre entier n prédéterminé, lesdits groupes d'enroulements élémentaires (4) étant susceptibles d'être associés en série et/ou en parallèle de manière à réaliser une configuration particulière parmi une pluralité de configurations distinctes de circuits primaire P et de circuits secondaires S chacune desdites configurations correspondant à des paramètres électriques et magnétiques préalablement fixés.
- Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres électriques et/ou magnétiques dudit transformateur sont configurables par le choix du nombre et du mode d'association des enroulements élémentaires.
- Transformateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le nombre de spires de chaque groupe d'enroulements élémentaires (4) est déterminé par le choix du nombre d'enroulements élémentaire de ce groupe, du nombre de spires de chaque enroulement élémentaire et du mode de d'association de ces enroulements élémentaires.
- Transformateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le nombre de spires d'un groupe d'enroulements élémentaires (4) du transformateur (2) est compris entre Inf (Ni) et ΣNi suivant la configuration adaptée.
- Transformateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la résistance de chaque groupe d'enroulements (4) est configuré par le nombre d'enroulements élémentaires de ce groupe, la résistance de chaque enroulement élémentaire et par la nature des différentes connexions entre ces enroulements élémentaires.
- Source d'alimentation, caractérisée en ce qu'elle comporte un transformateur configurable (2) conforme à l'une des revendications 1 à 5.
- Bobine d'induction caractérisée en ce qu'elle comporte m enroulements élémentaires (4) ayant chacun Ni spires, m et Ni étant des nombres entiers, et i étant compris entre 1 et un nombre entier n prédéterminé, lesdits groupes d'enroulements élémentaires (4) étant susceptibles d'être associés en série et/ou en parallèle de manière à constituer un enroulement principal présentant des paramètres électriques et magnétiques préalablement fixés.
- Bobine d'induction selon la revendication 7, caractérisée en ce que les paramètres électriques et/ou magnétiques de l'enroulement principal sont configurables par le choix du nombre et du mode d'association des enroulements élémentaires (4).
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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Family
ID=9540788
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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- 2000-01-12 US US09/482,482 patent/US6590488B2/en not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
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| AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE |
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| AX | Request for extension of the european patent |
Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI |
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| 17P | Request for examination filed |
Effective date: 20001031 |
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| AKX | Designation fees paid |
Free format text: AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE |
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| 17Q | First examination report despatched |
Effective date: 20030613 |
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| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
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| 18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20050924 |