Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Signaltransformatortechnik. Sie geht aus von
einem Signaltransformator sowie einem Verfahren zum Betrieb eines solchen Signaltransformators
gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und 20.
Stand der Technik
Signaltransformatoren werden heute in einer Vielzahl leistungselektronischer Schaltungen,
insbesondere in Treiberschaltungen zur Ansteuerung von Leistungshalbleiterschaltern von
Umrichtern eingesetzt. Der Signaltransformator der Treiberschaltung dient dabei der galvanischen
Trennung eines Signalfunktionsgenerators gegenüber dem anzusteuernden Leistungshalbleiterschalter.
Ein solcher Signaltransformator ist beispielsweise in der GB 2 293
933 A angegeben. Darin ist zur galvanisch getrennten Übertragung eines Einschaltsignals
des Leistungshalbleiterschalters ein erster Signaltransformator und zur galvanisch getrennten
Übertragung eines Ausschaltsignals des Leistungshalbleiterschalters ein zweiter Signaltransformator
vorgesehen. Gängigerweise sind beide Signaltransformatoren jeweils zweischenklig
ausgeführt, wobei der erste Schenkel von einer Primärwicklung und der zweite
Schenkel von einer Sekundärwicklung zumindest teilweise umschlossen ist. Die beiden
Schenkel eines jeden solchen Signaltransformators sind üblicherweise miteinander derart
verbunden, dass ein magnetischer Kreis entsteht, indem ein durch die jeweilige Primärwicklung
erzeugter magnetischer Hauptflussfluss fliessen kann.
Problematisch bei einem vorstehend beschriebenen Signaltransformator gemäss der GB 2
293 933 A ist, dass damit nur ein einziges an der Primärwicklung anliegendes Primärwicklungssignal,
beispielsweise ein Einschalt- oder ein Ausschaltsignal, als ein Sekundärwicklungssignal
übertragen werden kann. Sollen aber beispielsweise zwei Sekundärwicklungssignale,
nämlich zum Beispiel wie bei einer vorstehend erwähnten Treiberschaltung zur Ansteuerung
eines Leistungshalbleiterschalters ein Einschalt- und ein Ausschaltsignal zur Verfügung
gestellt werden, so ist für jedes Sekundärwicklungssignal ein Signaltransformator mit
jeweils einem an die Primärwicklung des Signaltransformators angeschlossenen Signalfunktionsgenerator
vorzusehen. Eine Übertragung eines einzigen transformatoreingangsseitigen
Primärwicklungssignals als mehrere transformatorausgangsseitige Sekundärwicklungssignale
ist somit nicht möglich. Dadurch, dass somit bei einem vorstehend beschriebenen Signaltransformator
gemäss der GB 2 293 933 A nur genau ein Primärwicklungssignal als ein Sekundärwicklungssignal
übertragen werden kann, steigen bei mehreren zur Verfügung zu stellenden
Sekundärwicklungssignalen, wie bei der Treiberschaltung gemäss der GB 2 293 933
A, die Materialkosten aufgrund der benötigten Signaltransformatorstückzahl enorm an. Mit
einer grossen Signaltransformatorstückzahl geht zusätzlich ein unerwünscht grosser Platzbedarf
einher. Weiterhin singt die Verfügbarkeit einer vorstehend erwähnten Treiberschaltung
mit wachsender Signaltransformatorstückzahl, da die Fehlerwahrscheinlichkeit bei einer
erhöhten Signaltransformatorstückzahl zunimmt. Daraus können schliesslich lange Wartungszeiten
verbunden mit hohen Wartungskosten resultieren, die für einen Betreiber beispielsweise
eines Umrichters mit derartigen Treiberschaltungen nicht tragbar sind.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Signaltransformator anzugeben, bei welchem
ein transformatoreingangsseitiges Signal als mehrere Ausgangssignale übertragen werden
kann, der weiterhin besonders platzsparend ist, sich durch eine hohe Verfügbarkeit auszeichnet
und zudem einfach, kostengünstig und wartungsfreundlich aufgebaut ist. Ferner ist
ein Verfahren anzugeben, welches einen besonders effizienten Betrieb eines solchen Signaltransformators
ermöglicht. Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des Anspruchs 1
und 20 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Der erfindungsgemässe Signaltransformator weist einen Primärschenkel und einen ersten
Sekundärschenkel auf, wobei eine Primärwicklung vorgesehen ist, die den Primärschenkel
zumindest teilweise umschliesst, und weiterhin eine Sekundärwicklung vorgesehen ist, die
den ersten Sekundärschenkel zumindest teilweise umschliesst. Zudem ist der Primärschenkel
mit dem ersten Sekundärschenkel verbunden. Erfindungsgemäss sind 2n+1 zusätzliche
Sekundärschenkel vorgesehen, wobei n= 0, 1, 2, 3, ... ist und die zusätzlichen Sekundärschenkel
mit dem Primärschenkel und dem ersten Sekundärschenkel verbunden sind. Für
die zusätzlichen Sekundärschenkel sowie für den ersten Sekundärschenkel ist jeweils mindestens
eine Sekundärwicklung vorgesehen, wobei die Sekundärwicklung den jeweiligen
Sekundärschenkel zumindest teilweise umschliesst. Darüber hinaus ist für jeden Sekundärschenkel
eine Steuerwicklung vorgesehen, die den jeweiligen Sekundärschenkel zumindest
teilweise umschliesst. Dadurch, dass 2n+1 zusätzliche Sekundärschenkel, d.h. eine ungerade
Anzahl von zusätzlichen Sekundärschenkeln vorgesehen ist und für die zusätzlichen Sekundärschenkel
sowie für den ersten Sekundärschenkel jeweils mindestens eine Sekundärwicklung
vorgesehen ist, kann vorteilhaft ein in die Primärwicklung eingespeistes Primärwicklungssignal
an sämtliche Sekundärwicklungen übertragen werden, so dass an jedem Ausgang
der Sekundärwicklungen ein Sekundärwicklungssignal anliegt. Eine Übertragung eines
einzigen Primärwicklungssignals als mehrere, d.h. als eine der Anzahl der Sekundärwicklungen
entsprechende Anzahl Sekundärwicklungssignale, ist damit besonders einfach ermöglicht.
Demnach ist nur noch ein einziger Signaltransformator zur Übertragung eines Primärwicklungssignals
als mehrere Sekundärwicklungssignale nötig, wodurch vorteilhaft ein einfacher
und kostengünstiger Signaltransformator mit einem geringen Platz- und Materialbedarf
erreicht werden kann.
Mittels einer Einspeisung eines Steuersignals in die für jeden Sekundärschenkel vorgesehene
Steuerwicklung lässt sich zudem das Sekundärwicklungssignal des entsprechenden Sekundärschenkels
gezielt ein- oder ausschalten, so dass beispielsweise Wartungsarbeiten an
diesem Sekundärschenkel durchgeführt werden können, ohne den Betrieb des Signaltransformators
unterbrechen zu müssen. Vorteilhaft kann dadurch ein sehr wartungsfreundlicher
und durch eine hohe Verfügbarkeit gekennzeichneter Signaltransformator realisiert werden.
Beim erfindungsgemässen Verfahren zum Betrieb des Signaltransformators wird durch Einspeisen
des Primärwicklungssignals in die Primärwicklung im Primärschenkel ein Hauptfluss
erzeugt. Der Hauptfluss des Primärschenkels teilt sich weiterhin in Teilflüsse auf die Sekundärschenkel
beidseits des Primärschenkels auf, wobei die Anzahl der Teilflüsse auf einer
Primärschenkelseite der Anzahl der Sekundärschenkel auf dieser Seite entspricht. Ferner
wird erfindungsgemäss das Steuersignal in mindestens eine Steuerwicklung derart eingespeist,
dass ein Steuerfluss im zugehörigen Sekundärschenkel erzeugt wird, wobei mittels
des Steuerflusses das an der zugehörigen Sekundärwicklung des entsprechenden Sekundärschenkels
anliegende Sekundärwicklungssignal beeinflusst wird. Die Beeinflussung des
Sekundärwicklungssignals wird hervorgerufen durch den Steuerfluss, der den Teilfluss des
entsprechenden Sekundärschenkels beeinflusst, insbesondere reduziert, kompensiert oder
verstärkt. Bei einer beispielhaften Kompensation des Teilflusses durch Erzeugen eines Steuerflusses,
der dem Teilfluss entgegenwirkt, liegt an der zugehörigen Sekundärwicklung kein
Sekundärwicklungssignal an, so dass dieses ausgeschaltet ist. Durch die Möglichkeit der
nahezu beliebigen Beeinflussung des entsprechenden Sekundärwicklungssignals durch den
Steuerfluss kann der Signaltransformator besonders effizient betrieben werden.
Besonders vorteilhaft findet der erfindungsgemässe Signaltransformator Anwendung in einer
Treiberschaltung für mindestens einen ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter. Erfindungsgemäss
weist eine solche Treiberschaltung den erfindungsgemässen Signaltransformator
auf, wobei die Treiberschaltung zudem einen Signalfunktionsgenerator umfasst und
der erfindungsgemässe Signaltransformator vorzugsweise zwischen diesem Signalfunktionsgenerator
und dem mindestens einen ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter eingeschaltet
ist. Somit kann eine Vielzahl der vorstehend genannten ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter,
welche vorteilhaft jeweils mit einer Sekundärwicklung des Signaltransformators
verbunden sind, von nur einem einzigen Signaltransformator angesteuert werden.
Damit ist durch die Verwendung des erfindungsgemässen Signaltransformators in der Treiberschaltung
eine besonders platzsparende, einfache, kostengünstige und wartungsfreundliche
Treiberschaltung erzielbar, die sich ferner durch eine hohe Verfügbarkeit auszeichnet.
Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Signaltransformators,
- Fig. 2
- eine Ausführungsform einer Primärwicklung des erfindungsgemässen Signaltransformators,
- Fig. 3
- eine erste Ausführungsform einer Sekundärwicklung und einer Steuerwicklung
des erfindungsgemässen Signaltransformators,
- Fig. 4
- eine erste Ausführungsform einer Mehrschichtleiterplatte des
erfindungsgemässen Signaltransformators,
- Fig. 5
- eine zweite Ausführungsform einer Mehrschichtleiterplatte des
erfindungsgemässen Signaltransformators und
- Fig. 6
- eine dritte Ausführungsform einer Mehrschichtleiterplatte des erfindungsgemässen
Signaltransformators,
Die in der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste
zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile
mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beschriebene Ausführungsform steht beispielhaft
für den Erfindungsgegenstand und hat keine beschränkende Wirkung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Signaltransformators dargestellt.
Der erfindungsgemässe Signaltransformator weist darin einen Primärschenkel 1 und
einen ersten Sekundärschenkel 4 auf. Desweiteren ist eine Primärwicklung 2 vorgesehen,
die den Primärschenkel 1 zumindest teilweise umschliesst. Ferner ist gemäss Fig. 1 eine Sekundärwicklung
6 vorgesehen, die den ersten Sekundärschenkel 4 zumindest teilweise umschliesst.
Zudem ist der Primärschenkel 1 mit dem ersten Sekundärschenkel 4 verbunden.
Erfindungsgemäss sind eine ungerade Anzahl, d.h. 2n+1 zusätzliche Sekundärschenkel 5
vorgesehen, wobei n= 0, 1, 2, 3, ... ist. Insgesamt weist der erfindungsgemässe Signaltransformator
demnach eine gerade Anzahl an Sekundärschenkeln 4, 5 auf. Die zusätzlichen Sekundärschenkel
5 sind gemäss Fig. 1 mit dem Primärschenkel 1 und dem ersten Sekundärschenkel
4 verbunden. Für die zusätzlichen Sekundärschenkel 5 sowie für den ersten Sekundärschenkel
4 ist jeweils mindestens eine Sekundärwicklung 6 vorgesehen, wobei die
Sekundärwicklung 6 den jeweiligen Sekundärschenkel 4, 5 zumindest teilweise umschliesst.
Der Primärschenkel 1 und die Sekundärschenkel 4, 5 sind vorzugsweise aus einem magnetisierbaren
Material aufgebaut. Die zusätzlichen Sekundärschenkel 5 1 bilden mit dem Primärschenkel
1 und dem ersten Sekundärschenkel 4 vorzugsweise einen im wesentlichen kammförmigen
Signaltransformatorkern 13, der einstückig ausgeführt ist. Darüber ist die vorstehend
genannte Verbindung der zusätzlichen Sekundärschenkel 5 mit dem Primärschenkel 1
und dem ersten Sekundärschenkel 4 zum einen über den einstückig ausgebildeten Signaltransformatorkern
13 und zum anderen über ein Joch 14 gebildet, wobei das Joch 14 mit der
offenen Seite des Signaltransformatorkerns 13 verbunden ist, so dass ein magnetischer
Kreis zwischen Joch 14 und Signaltransformatorkern 13 geschlossen ist. Weiterhin ist für jeden
Sekundärschenkel 4, 5 eine Steuerwicklung 3 vorgesehen, die den jeweiligen Sekundärschenkel
4, 5 ebenfalls zumindest teilweise umschliesst. Mittels der 2n+1 zusätzlichen Sekundärschenkel
5 sowie mittels der für die zusätzlichen Sekundärschenkel 5 und für den ersten
Sekundärschenkel 4 jeweils mindestens einen vorgesehenen Sekundärwicklung 6 kann
vorteilhaft ein in die Primärwicklung 1 eingespeistes Primärwicklungssignal SP an sämtliche
Sekundärwicklungen 6 übertragen werden. Damit liegt an jedem Ausgang der Sekundärwicklungen
6 ein Sekundärwicklungssignal SS an. Eine Übertragung eines einzigen Primärwicklungssignals
SP als mehrere der Anzahl der Sekundärwicklungen 6 entsprechende Sekundärwicklungssignale
SS ist damit vorteilhaft möglich, wodurch eine grosse Platz- und Materialeinsparung
durch Wegfall der aus dem Stand der Technik bekannten Mehrtransformatorlösung
erreicht werden kann.
Durch Einspeisung eines Steuersignals SSt in die für jeden Sekundärschenkel 6 vorgesehene
Steuerwicklung 3 gemäss Fig. 1 kann zudem das Sekundärwicklungssignal SS des entsprechenden
Sekundärschenkels 6 gezielt ein- oder ausschalten, so dass zum Beispiel Wartungsarbeiten
an diesem Sekundärschenkel 4, 5 durchgeführt werden können, ohne den Betrieb
des Signaltransformators unterbrechen zu müssen. Damit stellt der erfindungsgemäss
Signaltransformator eine sehr wartungsfreundlicher Lösung mit einer hohen Verfügbarkeit
dar. In Fig. 1 ist für jeden Sekundärschenkel 4, 5 beispielhaft und der Übersichtlichkeit halber
nur eine Sekundärwicklung 6 dargestellt, wobei eine beliebige Anzahl Sekundärwicklungen 6
für jeden Sekundärschenkel 4, 5 denkbar sind. Mit mehreren Sekundärwicklungen 6 jeweils
für einen Sekundärschenkel 4, 5 kann die Anzahl der Sekundärwicklungssignale SS pro
Sekundärschenkel 4, 5 vorteilhaft erhöht werden, wobei mittels des vorstehend erwähnten
Steuersignals SSt für einen solchen Sekundärschenkel 4, 5 die Sekundärwicklungssignale SS
gezielt ein- oder ausgeschaltet werden können. Auf die Beeinflussung des Sekundärwicklungssignals
SS wird detailliert bei der Beschreibung des erfindungsgemässen Verfahrens
zum Betrieb des Signaltransformators näher eingegangen.
Gemäss Fig. 1 ist bei dem erfindungsgemässen Signaltransformator die Anzahl der Sekundärschenkel
4, 5 beidseits des Primärschenkels 1 gleich, d.h. in dem in Fig. 1 beispielhaft
gezeigten Signaltransformator ist ein erster Sekundärschenkel 4 und drei zusätzliche Sekundärschenkel
5 gezeigt, wobei der erste Sekundärschenkel 4 und ein zusätzlicher Sekundärschenkel
5 der insgesamt drei zusätzlichen Sekundärschenkel 5 auf der einen Seite des
Primärschenkels 1 und die anderen zusätzlichen Sekundärschenkel 5 der insgesamt drei zusätzlichen
Sekundärschenkel 5 auf der anderen Seite des Primärschenkels1 angeordnet
sind. Dadurch wird bezüglich der Erstreckungsrichtung sämtlicher Schenkel 1, 4, 5 ein Signaltransformator
mit vorteilhafter geringer Bauhöhe und einem daraus resultierenden weiter
reduzierten Platzbedarf erreicht.
Gemäss Fig. 1 ist der Abstand jeweils benachbarter Sekundärschenkel 4, 5 und der Abstand
des Primärschenkels 1 zu jeweils einem dem Primärschenkel 1 benachbarten Sekundärschenkel
4, 5 gleich. Zusammen mit der geraden Anzahl an Sekundärschenkeln 4, 5, die,
wie vorstehend beschrieben, beidseits des Primärschenkels 1 in gleicher Anzahl angeordnet
sind, lässt sich damit ein bezüglich des Primärschenkels 1 symmetrischer Aufbau des Signaltransformators
erzielen, der sich dadurch leicht herstellen lässt. Weiterhin teilt sich ein im
Primärschenkel 1 durch Einspeisen eines Primärwicklungssignals SP in die Primärwicklung 2
erzeugter Hauptfluss ΦH in Teilflüsse ΦT1, ΦT2, ΦT3,... auf die Sekundärschenkel 4, 5 beidseits
des Primärschenkels 1 auf, wobei die Anzahl der Teilflüsse ΦT1, ΦT2, ΦT3,... auf einer
Primärschenkelseite der Anzahl der Sekundärschenkel 4, 5 auf dieser Seite entspricht.
Die bisher beschriebene Primärwicklung 2, Sekundärwicklungen 6 und Steuerwicklungen 3
sind gemäss Fig. 1 jeweils als gewickelte Leiter realisiert. In einer bevorzugten Ausführungsform
einer Primärwicklung 2 des erfindungsgemässen Signaltransformators nach Fig. 2 ist
die Primärwicklung 2 als Leiterbahn 8 einer Primärwicklungsleiterplatte 7 ausgebildet. Dadurch
kann vorteilhaft Material und damit Gewicht eingespart werden. Darüber hinaus ist die
Leiterbahn 8 der Primärwicklungsleiterplatte 7 von einer der Übersichtlichkeit halber in Fig. 2
nicht dargestellten Isolierschicht umgeben, die die Leiterbahn 8 vorteilhaft vor Teilentladungen
und Korrosion schützt. Weiterhin weist die Primärwicklungsleiterplatte 7 gemäss Fig. 2
eine Öffnung 9 zur Durchführung des Primärschenkels 1 auf. Die Leiterbahn 8 der Primärwicklungsleiterplatte
7 erstreckt sich ferner um die Öffnung 9 herum in Plattenausbreitungsrichtung
der Primärwicklungsleiterplatte 7. Dadurch kann eine niederinduktive Primärwicklung
2 mit geringer Bauhöhe erreicht werden. Die Bauhöhe des erfindungsgemässen Signaltransformators
selbst kann bei Verwendung der vorstehend beschriebenen Primärwicklungsleiterplatte
7, insbesondere bei nur einer oder einer geringen Anzahl an als gewickelte Leiter realisierte
Sekundärwicklungen 6 pro Sekundärschenkel 4, 5, vorteilhaft reduziert werden.
In einer bevorzugten ersten Ausführungsform der Sekundärwicklung 6, insbesondere für
mehr als eine Sekundärwicklung 6 pro Sekundärschenkel 4, 5, und der Steuerwicklung 3 des
erfindungsgemässen Signaltransformators gemäss Fig. 3, ist die oder jede Sekundärwicklung
6 eines Sekundärschenkels 4, 5 jeweils als Leiterbahn 8 einer Sekundärwicklungsleiterplatte
10 ausgebildet, wobei desweiteren die Steuerwicklung 3 eines Sekundärschenkels 4, 5
als Leiterbahn 8 einer Steuerwicklungsleiterplatte 11 ausgebildet ist. Dadurch kann vorteilhaft
Material und damit Gewicht der Sekundärwicklung 6 und der Steuerwicklung 3 eingespart
werden. Darüber hinaus ist die Leiterbahn 8 der Sekundärwicklungsleiterplatte 10 und die
Leiterbahn 8 der Steuerwicklungsleiterplatte 11 jeweils von einer der Übersichtlichkeit halber
in Fig. 3 nicht dargestellten Isolierschicht umgeben, die die Leiterbahn 8 vorteilhaft vor Teilentladungen
und Korrosion schützt. Weiterhin weist die Sekundärwicklungsleiterplatte 10 und
die Steuerwicklungsleiterplatte 11 gemäss Fig. 3 jeweils eine Öffnung 9 zur Durchführung
des jeweiligen Sekundärschenkels 4, 5 auf. Die Leiterbahn 8 der Sekundärwicklungsleiterplatte
10 erstreckt sich gemäss Fig. 3 um die Öffnung 9 herum in Plattenausbreitungsrichtung
der Sekundärwicklungsleiterplatte 10. Ferner erstreckt sich die Leiterbahn 8 der Steuerwicklungsleiterplatte
11 um die Öffnung 9 herum in Plattenausbreitungsrichtung der Steuerwicklungsleiterplatte
11. Dadurch kann eine niederinduktive Sekundärwicklung 6 und Steuerwicklung
3 mit geringer Bauhöhe erreicht werden. Die Bauhöhe des erfindungsgemässen
Signaltransformators selbst kann bei Verwendung der vorstehend beschriebenen Sekundärwicklungsleiterplatte
10 und der vorstehend beschriebenen Steuerwicklungsleiterplatte 11,
insbesondere auch bei einer als gewickelter Leiter realisierten Primärwicklung 2 vorteilhaft
reduziert werden. Eine weitere vorteilhafte Verringerung der Bauhöhe des erfindungsgemässen
Signaltransformators kann dadurch erreicht werden, dass zu der oder den Sekundärwicklungsleiterplatten
10 pro Sekundärschenkel 4, 5 und der zugehörigen Steuerwicklungsleiterplatte
11 gemäss Fig. 3 eine Primärwicklungsleiterplatte gemäss Fig. 2 im erfindungsgemässen
Signaltransformator Anwendung findet.
In Fig. 4 ist desweiteren eine erste Ausführungsform einer Mehrschichtleiterplatte 12 gezeigt.
Erfindungsgemäss sind die oder jede Sekundärwicklung 6 eines Sekundärschenkels 4, 5 und
die Steuerwicklung 3 desselben Sekundärschenkels 4, 5 jeweils als Leiterbahnen 8 einer
solchen Mehrschichtleiterplatte 12 ausgebildet. Gemäss Fig. 4 weist die Mehrschichtleiterplatte
12 eine Öffnung 9 zur Durchführung des entsprechenden Sekundärschenkels 4, 5 auf,
wobei sich die Leiterbahnen 8 der Mehrschichtleiterplatte 12 um die Öffnung 9 herum in Plattenausbreitungsrichtung
der Mehrschichtleiterplatte 12 erstrecken. Sämtliche Leiterbahnen 8
sind gegeneinander mittels Isolierschichten der Mehrschichtleiterplatte 12 isoliert. Neben einer
vorteilhaften niederinduktiven Realisierung der Sekundärwicklung 6 und der Steuerwicklung
3 als Leiterbahnen 8 der Mehrschichtleiterplatte 12 kann zudem eine äusserst geringer
Bauhöhe der Sekundärwicklung 6 und Steuerwicklung 3 erreicht werden. Desweiteren ist eine
Mehrschichtleiterplatte 12 einfacher und schneller herzustellen als einzelne Leiterplatten,
wodurch insbesondere bei einer grösseren Anzahl an Sekundärwicklungen 6 pro Sekundärschenkel
4, 5 vorteilhaft eine schnellere und einfachere Produktion bei geringen Produktionskosten
möglich ist. Dadurch kann auch der erfindungsgemässe Signaltransformator
günstig und schnell realisiert werden. Die Bauhöhe des erfindungsgemässen Signaltransformators
selbst kann bei Verwendung der vorstehend beschriebenen Mehrschichtleiterplatte
12, insbesondere auch bei einer als gewickelter Leiter realisierten Primärwicklung 2 vorteilhaft
weiter reduziert werden. Eine weitere vorteilhafte Verringerung der Bauhöhe des erfindungsgemässen
Signaltransformators wird dadurch erzielt, dass zu der Mehrschichtleiterplatte
12 gemäss Fig. 4 eine Primärwicklungsleiterplatte gemäss Fig. 2 im erfindungsgemässen
Signaltransformator Anwendung findet.
In einer zweiten Ausführungsform einer Mehrschichtleiterplatte 12 gemäss Fig. 5 sind im Unterschied
zur ersten Ausführungsform der Mehrschichtleiterplatte 12 nach Fig. 4 die Sekundärwicklungen
6 aller Sekundärschenkel 4, 5 und die Steuerwicklungen 3 aller Sekundärschenkel
4, 5 jeweils als Leiterbahnen 8 einer einzigen Mehrschichtleiterplatte 12 ausgebildet.
Ferner weist die Mehrschichtleiterplatte 12 gemäss Fig. 5 Öffnungen 9 zur Durchführung
der jeweiligen Sekundärschenkel 4, 5 und eine Öffnung 9 zur Durchführung des Primärschenkels
1 auf. Darüber hinaus erstreckt sich jede Leiterbahn 8 der Mehrschichtleiterplatte
12 um die zugehörige Öffnung 9 herum in Plattenausbreitungsrichtung der Mehrschichtleiterplatte
12. Ferner sind die Leiterbahnen 8 durch Isolierschichten der Mehrschichtleiterplatte
12 gegeneinander isoliert. Auch für diese zweite Ausführungsform der Mehrschichtleiterplatte
12 kann ausser der vorteilhaften niederinduktiven Realisierung der Sekundärwicklung 6 und
der Steuerwicklung 3 als Leiterbahnen 8 der Mehrschichtleiterplatte 12 zudem eine äusserst
geringer Bauhöhe der Sekundärwicklung 6 und Steuerwicklung 3 erreicht werden. Insbesondere
bei einer insgesamt hohen Anzahl an Sekundärwicklungen 6 pro Signaltransformator ist
eine einzige Mehrschichtleiterplatte 12 gemäss Fig. 5 einfacher und schneller herzustellen
als einzelne Mehrschichtleiterplatten 12 für die Sekundärschenkel 4, 5 gemäss Fig. 4, so
dass vorteilhaft eine schnellere und einfachere Produktion bei geringen Produktionskosten
möglich ist. Somit kann auch der erfindungsgemässe Signaltransformator günstig und
schnell realisiert werden. Die weiteren zur ersten Ausführungsform der Mehrschichtleiterplatte
gemäss Fig. 4 angegebenen Vorteile bezüglich Bauhöhe gelten auch für die zweite Ausführungsform
der Mehrschichtleiterplatte gemäss Fig. 5.
In einer dritten Ausführungsform einer Mehrschichtleiterplatte 12 gemäss Fig. 6 sind im Unterschied
zur ersten Ausführungsform der Mehrschichtleiterplatte 12 nach Fig. 4 und im Unterschied
zur zweiten Ausführungsform der Mehrschichtleiterplatte 12 nach Fig. 4 die Sekundärwicklungen
6 aller Sekundärschenkel 4, 5 und die Steuerwicklungen 3 aller Sekundärschenkel
4, 5 und die Primärwicklung 2 des Primärwicklungsschenkels 1 jeweils als Leiterbahnen
8 einer einzigen Mehrschichtleiterplatte 12 ausgebildet. Ferner weist die Mehrschichtleiterplatte
12 gemäss Fig. 6 Öffnungen 9 zur Durchführung der jeweiligen Sekundärschenkel
4, 5 und eine Öffnung 9 zur Durchführung des Primärschenkels 1 auf. Zudem erstreckt
sich jede Leiterbahn 8 der Mehrschichtleiterplatte 12 um die zugehörige Öffnung 9
herum in Plattenausbreitungsrichtung der Mehrschichtleiterplatte 12. Ferner sind die Leiterbahnen
8 durch Isolierschichten der Mehrschichtleiterplatte 12 gegeneinander isoliert. Auch
für diese dritte Ausführungsform der Mehrschichtleiterplatte 12 ist ausser der vorteilhaften
niederinduktiven Realisierung der Sekundärwicklung 6 und Steuerwicklung 3 als Leiterbahnen
8 der Mehrschichtleiterplatte 12 zudem eine niederinduktive Realisierung der Primärwicklung
2 als Leiterbahn 8 erreicht. Weiterhin stellt die Mehrschichtleiterplatte 12 nach Fig.
6 eine weitere Verringerung der Bauhöhe des erfindungsgemässen Signaltransformators gegenüber
einem erfindungsgemässen Signaltransformator mit den Ausführungsformen der
Mehrschichtleiterplatte 12 gemäss Fig. 4 und Fig. 5 dar. Darüber hinaus kann mittels der
Mehrschichtleiterplatte 12 gemäss Fig.6 eine weitere Vereinfachung der Realisierung und
eine damit einhergehende Kostensenkung des erfindungsgemässen Signaltransformators
erreicht werden, da keine separate Primärwicklung 2 in Form eines gewickelten Leiters oder
einer Primärwicklungsleiterplatte 7 notwendig ist.
Es versteht sich, dass der erfindungsgemässe Signaltransformator nicht auf Realisierungen
mit den vorstehend beschriebenen Kombinationen der Ausführungsformen der Primärwicklungen
2, Sekundärwicklungen 6 und Steuerwicklungen 3, insbesondere nach Fig. 2 bis Fig.
6, beschränkt ist. Eine beliebige Kombination der Ausführungsformen der beschriebenen
Primärwicklungen 2, Sekundärwicklungen 6 und Steuerwicklungen 3 und deren Anzahl ist
demnach möglich.
Insgesamt stellt der erfindungsgemässe Signaltransformator eine besonders platzsparende,
einfache, kostengünstige und wartungsfreundliche Lösung dar, der zudem ein hohes Mass
an Verfügbarkeit aufweist.
Beim erfindungsgemässen Verfahren zum Betrieb des Signaltransformators wird durch Einspeisen
des Primärwicklungssignals SP in die Primärwicklung 2 im Primärschenkel 1 ein
Hauptfluss ΦH erzeugt. Der Hauptfluss ΦH des Primärschenkels 1 teilt in Teilflüsse ΦT1, ΦT2,
ΦT3,... auf die Sekundärschenkel 4, 5 beidseits des Primärschenkels 1 auf, wobei die Anzahl
der Teilflüsse ΦT1, ΦT2, ΦT3,... auf einer Primärschenkelseite der Anzahl der Sekundärschenkel
4, 5 auf dieser Seite entspricht. Jeder Teilfluss ΦT1, ΦT2, ΦT3,... im zugehörigen Sekundärschenkel
4, 5 bewirkt ein Sekundärwicklungssignal SS in der oder den Sekundärwicklungen
6 des zugehörigen Sekundärschenkels 4, 5. Erfindungsgemäss wird das Steuersignal
SSt in mindestens eine Steuerwicklung 3 derart eingespeist, dass ein Steuerfluss im zugehörigen
Sekundärschenkel 4, 5 erzeugt wird. Durch den Steuerfluss wird dann das an der zugehörigen
Sekundärwicklung 6 des entsprechenden Sekundärschenkels 4, 5 anliegende Sekundärwicklungssignal
SS beeinflusst. Die Beeinflussung des Sekundärwicklungssignals SS
wird hervorgerufen durch den Steuerfluss, der den Teilfluss ΦT1, ΦT2, ΦT3,... des entsprechenden
Sekundärschenkels 4, 5 beeinflusst, d.h. den Teilfluss ΦT1, ΦT2, ΦT3,... des entsprechenden
Sekundärschenkels 4, 5 reduziert, kompensiert oder verstärkt. Wird beispielsweise
ein Steuerfluss erzeugt, der dem entsprechenden Teilfluss ΦT1, ΦT2, ΦT3,... derart entgegenwirkt,
dass der Teilfluss ΦT1, ΦT2, ΦT3,... kompensiert wird, so liegt an der zugehörigen Sekundärwicklung
6 kein Sekundärwicklungssignal SS an. Das Sekundärwicklungssignal SS wäre
dann in diesem Beispiel ausgeschaltet. Durch die Möglichkeit der nahezu beliebigen Beeinflussung
des entsprechenden Sekundärwicklungssignals SS durch den Steuerfluss kann
der Signaltransformator besonders effizient betrieben werden.
In bevorzugter Weise wird beim erfindungsgemässen Verfahren das Sekundärwicklungssignal
SS durch den Steuerfluss ein -oder ausgeschaltet. Das Ausschalten des Sekundärwicklungssignals
SS erfolgt dabei in vorstehend beschriebener Weise. Das Einschalten des Sekundärwicklungssignals
SS erfolgt hingegen beispielsweise dadurch, dass kein Steuersignal
SSt an die entsprechende Steuerwicklung 3 angelegt wird und somit kein Steuerfluss erzeugt
wird, der den entsprechenden Teilfluss ΦT1, ΦT2, ΦT3,... kompensiert.
Besonders vorteilhaft findet der erfindungsgemässe Signaltransformator Anwendung in einer
Treiberschaltung für mindestens einen ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter, insbesondere
für einen Bipolartransistor mit isoliert angeordneter Ansteuerelektrode, Abschaltthyristor,
wie beispielweise GTO oder IGCT, und/oder für einen Leistungs-MOSFET. Erfindungsgemäss
weist eine solche Treiberschaltung einen vorstehend beschriebenen Signaltransformator
auf. Die Treiberschaltung umfasst weiterhin einen Signalfunktionsgenerator,
wobei der erfindungsgemässe Signaltransformator vorzugsweise zwischen diesem Signalfunktionsgenerator
und dem mindestens einen ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter
eingeschaltet ist. Dadurch, dass für die zusätzlichen Sekundärschenkel 5 sowie für den ersten
Sekundärschenkel 4 des Signaltransformators jeweils mindestens eine Sekundärwicklung
6 vorgesehen ist, kann das in die Primärwicklung 1 eingespeiste Primärwicklungssignal
SP an sämtliche Sekundärwicklungen 6 übertragen werden. Somit kann eine Vielzahl der
vorstehend genannten ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter, welche vorteilhaft jeweils
mit einer Sekundärwicklung 6 verbunden sind, von nur einem einzigen Signaltransformator
mit den zur Ansteuerung benötigten Ansteuersignalen, bei welchen es sich um die jeweiligen
Sekundärwicklungssignale SS, handelt, versorgt werden. Über die jeweiligen Steuerwicklungen
3 der Sekundärschenkel 4, 5 lassen sich dann die entsprechenden Sekundärwicklungssignale
SS nach dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemässen Verfahren ein- oder
ausschalten, wodurch eine sehr einfache Funktionalität der Treiberstufe erreicht werden
kann.
Sollen mehrere ansteuerbare Leistungshalbleiterschalter im wesentlichen gleichzeitig einoder
ausgeschaltet werden, wie dies gängigerweise bei Serienschaltungen von Leistungshalbleiterschaltern
gefordert ist, so ist die Ausführungsform des erfindungsgemässen Signaltransformators
mit einer Anzahl an Sekundärwicklungen 6 für jeden Sekundärschenkel 4, 5
entsprechend der Anzahl nahezu gleichzeitig ein- oder auszuschaltender Leistungshalbleiterschalter
vorteilhaft für eine Treiberschaltung zu verwenden. Jeder dieser Leistungshalbleiterschalter
ist dann an eine der Sekundärwicklungen 6 des entsprechenden Sekundärschenkels
4, 5 angeschlossen. Mittels des im vorstehend beschrieben erfindungsgemässen Verfahren
erwähnten Steuersignals SSt können dann die Sekundärwicklungssignale SS vorteilhaft für
einen solchen Sekundärschenkel 4, 5 gezielt und in für diesen Fall geforderter Weise nahezu
gleichzeitig ein- oder ausgeschaltet werden.
Insgesamt ist durch die Verwendung des erfindungsgemässen Signaltransformators in einer
Treiberschaltung für mindestens einen ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter eine besonders
platzsparende, einfache, kostengünstige und wartungsfreundliche Treiberschaltung
realisierbar, die zudem ein hohes Mass an Verfügbarkeit umfasst.
Bezugszeichenliste
- 1
- Primärschenkel
- 2
- Primärwicklung
- 3
- Steuerwicklung
- 4
- erster Sekundärschenkel
- 5
- zusätzlicher Sekundärschenkel
- 6
- Sekundärwicklung
- 7
- Primärwicklungsleiterplatte
- 8
- Leiterbahn
- 9
- Öffnung
- 10
- Sekundärwicklungsleiterplatte
- 11
- Steuerwicklungsleiterplatte
- 12
- Mehrschichtleiterplatte
- 13
- Signaltransformatorkern
- 14
- Joch