EP1085536A1 - Transformator - Google Patents

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EP1085536A1 EP00116925A EP00116925A EP1085536A1 EP 1085536 A1 EP1085536 A1 EP 1085536A1 EP 00116925 A EP00116925 A EP 00116925A EP 00116925 A EP00116925 A EP 00116925A EP 1085536 A1 EP1085536 A1 EP 1085536A1
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Siemens AG
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804—Printed windings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/29—Terminals; Tapping arrangements for signal inductances

Definitions

  • the invention relates to an electrical transformer at least one core, in particular made of ferrite, with at least one primary winding and with at least one Secondary winding.
  • a motor vehicle becomes an electrical one Transformer required with the smallest possible construction volume is inexpensive to manufacture. It is said to have high performance be operable and have a high efficiency. The Transformer is said to be used in modern motor vehicles occurring high currents work and cool easily his.
  • the at least one Core is arranged between electrical conductors, which from a substrate, in particular a printed circuit board, stand away, and that the ends of the standing ladder under Formation of the transformer windings electrically connected are.
  • the conductors can be soldered onto the substrates, welded on or by simple plug-in or Press connections to be fastened in the substrates.
  • the transformer according to the invention can on a commercially available circuit board, which as a substrate serves to be executed.
  • the further substrate on that facing the first substrate Side tapered holes for receiving and centering the Conductor ends when the arrangement is mechanically plugged together having. This avoids errors in the automated Attach the further substrate due to bent or not exactly perpendicular from the first substrate Ladder.
  • the at least one core is a circular ring that the electrical conductor the core inside and outside shell-like surround and that the conductors to the transformer windings are connected. It can be provided that the electrical conductor as bowl-shaped the core shape adapted sheet metal strips are executed. So the core can almost completely with even a few windings Surrounded by conductor material.
  • the connecting conductor tracks can be made correspondingly wide on the substrates be so that the core is also complete on the deck sides is surrounded by the transformer windings, whereby result in low leakage inductances.
  • the substrate made of copper sheet welded onto heat-conducting ceramic (Direct copper bonding). Because of the very good Thermal conduction of this material is high performance of the Transformer. It can be used to cool the Transformer and the power circuits surrounding it be provided that the substrate on a heat sink is glued on.
  • a Circuit arrangement for operating the transformer is arranged. Furthermore, to further reduce the Size and manufacturing costs should be provided that at least one of the substrates used in multiple layers, in particular, can be equipped on both sides.
  • FIG. 1 shows one between two substrates 1 and 2 arranged annular ferrite core 3, which is between the Substrates 1 and 2 contacted the Surround transformer sheets forming conductor plates 4 is.
  • the conductor plates 4 are connected by conductor tracks 5 to the Substrates 1 and 2 to the transformer windings interconnected.
  • Next to the transformer itself are still further components 6 for controlling the transformer on the substrates 1 and 2. This is to dissipate heat lower 2 of the substrates glued to a cooling element 7.
  • Fig. 2 shows the same transformer schematically in Top view. The illustration is enlarged compared to FIG. 1. The current direction in the conductor plates is with dot and Cross symbols indicated. On the right is the primary and the secondary winding on the left.
  • FIG. 3 shows how a number of toroidal cores 32, 33, 34 to form a single transformer can be used. This way too very flat cores to a powerful transformer put together.

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Bei einem elektrischen Transformator mit wenigstens einem, insbesondere aus Ferrit bestehenden, Kern, mit wenigstens einer Primärwicklung und mit wenigstens einer Sekundärwicklung ist der wenigstens eine Kern zwischen elektrischen Leitern angeordnet, welche von einem Substrat, insbesondere einer Leiterplatte, wegstehen. Die Enden der wegstehenden Leiter sind unter Bildung der Transformatorwicklungen elektrisch verbunden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Transformator mit wenigstens einem, insbesondere aus Ferrit bestehenden, Kern, mit wenigstens einer Primärwicklung und mit wenigstens einer Sekundärwicklung.
Zur Spannungsangleichung zwischen verschiedenen elektrischen Netzen eines Kraftfahrzeugs wird ein elektrischer Transformator benötigt, der bei möglichst kleinem Bauvolumen kostengünstig herstellbar ist. Er soll mit hoher Leistung betreibbar sein und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Der Transformator soll bei den in modernen Kraftfahrzeugen auftretenden hohen Strömen arbeiten und problemlos kühlbar sein.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der wenigstens eine Kern zwischen elektrischen Leitern angeordnet ist, welche von einem Substrat, insbesondere einer Leiterplatte, wegstehen, und daß die Enden der wegstehenden Leiter unter Bildung der Transformatorwicklungen elektrisch verbunden sind.
Dabei kann vorgesehen sein, daß die elektrischen Leiter unter Bildung der Transformatorwicklungen auf der dem Substrat abgewandten Seite um den Kern herumgeführt sind, oder daß ein weiteres Substrat parallel zu dem ersten angeordnet ist und daß die Enden der wegstehenden Leiter durch Leiterbahnen auf dem weiteren Substrat verbunden sind, wobei der wenigstens eine Kern zwischen den beiden Substraten angeordnet ist.
Die Leiter können auf den Substraten aufgelötet, aufgeschweißt oder durch einfache Steck- oder Preßverbindungen in den Substraten befestigt sein. Der erfindungsgemäße Transformator kann auf einer handelsüblichen Schaltungsplatine, welche als Substrat dient, ausgeführt werden.
Zur Vereinfachung der Fertigung kann vorgesehen sein, daß das weitere Substrat auf der dem ersten Substrat zugewandten Seite konische Löcher zur Aufnahme und Zentrierung der Leiterenden bei maschinellem Zusammenstecken der Anordnung aufweist. Dies vermeidet Fehler beim automatisierten Aufstecken des weiteren Substrats aufgrund verbogener oder nicht genau senkrecht von dem ersten Substrat wegstehender Leiter.
Bei der Kontaktierung mittels Steck- oder Preßkontakten sind federnde Kontakte von den Leiterbahnen des weiteren Substrats in die Löcher oder Teile davon hineingeführt. Durch Aufstecken und anschließendes Aufpressen des weiteren Substrats wird in diesem Fall der Kontakt mit den wegstehenden Leitern des ersten Substrats hergestellt.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der wenigstens eine Kern ein kreisförmiger Ring ist, daß die elektrischen Leiter den Kern innen und außen schalenartig umgeben und daß die Leiter zu den Transformatorwicklungen verbunden sind. Dabei kann vorgesehen sein, daß die elektrischen Leiter als schalenförmig der Kernform angepasste Blechstreifen ausgeführt sind. So kann der Kern auch mit wenigen Wicklungen fast vollständig mit Leitermaterial umgeben werden. Die verbindenden Leiterbahnen können auf den Substraten entsprechend breit ausgeführt werden, so daß der Kern auch an den Deckseiten vollständig von den Transformatorwicklungen umgeben ist, wodurch sich geringe Streuinduktivitäten ergeben.
Zur weiteren Verringerung der Bauhöhe kann bei einer nächsten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß mehrere von Leitern umgebene Kerne auf dem Substrat zu einem einzigen Transformator zusammengeschaltet sind.
Zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß das Substrat aus auf wärmeleitende Keramik aufgeschweißtem Kupferblech (Direct-Copper-Bonding) besteht. Durch die sehr gute Wärmeleitung dieses Materials werden hohe Leistungen des Transformators ermöglicht. Dabei kann zur Kühlung des Transformators und der ihn umgebenden Leistungsschaltungen vorgesehen sein, daß das Substrat auf eine Wärmesenke aufgeklebt ist.
Bei einer nächsten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß auf dem Substrat auch eine Schaltungsanordnung zum Betrieb des Transformators angeordnet ist. Ferner kann zur weiteren Verringerung der Baugröße und der Fertigungskosten vorgesehen sein, daß wenigstens eines der verwendeten Substrate mehrschichtig, insbesondere zweiseitig bestückbar, ausgeführt ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
einen erfindungsgemäßen Transformator in geschnittener Seitenansicht,
Fig. 2
einen schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Transformator in Draufsicht und
Fig. 3
Schemaskizze einer Schaltung von mehreren Transformatorkernen zu einem Transformator.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt einen zwischen zwei Substraten 1 und 2 angeordneten ringförmigen Ferritkern 3, der von zwischen den Substraten 1 und 2 kontaktierten, die Transformatorwicklungen bildenden Leiterblechen 4 umgeben ist. Die Leiterbleche 4 sind durch Leiterbahnen 5 auf den Substraten 1 und 2 zu den Transformatorwicklungen verschaltet. Neben dem Transformator selbst befinden sich noch weitere Bauelemente 6 zur Steuerung des Transformators auf den Substraten 1 und 2. Zur Abfuhr von Wärme ist das untere 2 der Substrate auf einem Kühlelement 7 aufgeklebt.
Fig. 2 zeigt denselben Transformator schematisch in Draufsicht. Die Darstellung ist gegenüber Fig. 1 vergrößert. Die Stromrichtung in den Leiterblechen ist mit Punkt- und Kreuzsymbolen angedeutet. Rechts befindet sich die Primär- und links die Sekundärwicklung.
In Fig. 3 ist gezeigt, wie eine Anzahl von Ringkernen 32, 33, 34 zur Bildung eines einzigen Transformators herangezogen werden kann. Auf diese Weise lassen sich auch sehr flache Kerne zu einem leistungsfähigen Transformator zusammensetzen.

Claims (11)

  1. Elektrischer Transformator mit wenigstens einem, insbesondere aus Ferrit bestehenden, Kern, mit wenigstens einer Primärwicklung und mit wenigstens einer Sekundärwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Kern (3) zwischen elektrischen Leitern (4) angeordnet ist, welche von einem Substrat (2), insbesondere einer Leiterplatte, wegstehen, und daß die Enden der wegstehenden Leiter (4) unter Bildung der Transformatorwicklungen elektrisch verbunden sind.
  2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter (4) unter Bildung der Transformatorwicklungen auf der dem Substrat abgewandten Seite um den Kern herumgeführt sind.
  3. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Substrat (1) parallel zu dem ersten (2) angeordnet ist und daß die Enden der wegstehenden Leiter (4) durch Leiterbahnen (5) auf dem weiteren Substrat (1) verbunden sind, wobei der wenigstens eine Kern (3) zwischen den beiden Substraten (1, 2) angeordnet ist.
  4. Transformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Substrat auf der dem ersten Substrat zugewandten Seite konische Löcher zur Aufnahme und Zentrierung der Leiterenden bei maschinellem Zusammenstecken der Anordnung aufweist.
  5. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Kern (3) ein kreisförmiger Ring ist, daß die elektrischen Leiter (4) den Kern innen und außen schalenartig umgeben und daß die Leiter (4) zu den Transformatorwicklungen verbunden sind.
  6. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter (4) als schalenförmig der Kernform angepasste Blechstreifen ausgeführt sind.
  7. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere von Leitern (4) umgebene Kerne (31, 32, 33) auf dem Substrat zu einem einzigen Transformator zusammengeschaltet sind.
  8. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) aus auf wärmeleitende Keramik aufgeschweißtem Kupferblech (Direct-Copper-Bonding) besteht.
  9. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) auf eine Wärmesenke (7) aufgeklebt ist.
  10. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat (1, 2) auch eine Schaltungsanordnung zum Betrieb des Transformators angeordnet ist.
  11. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der verwendeten Substrate (1) mehrschichtig, insbesondere zweiseitig bestückbar, ausgeführt ist.
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