EP4009338A1 - Transformator für ein schaltnetzteil - Google Patents

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EP4009338A1
EP4009338A1 EP21209800.8A EP21209800A EP4009338A1 EP 4009338 A1 EP4009338 A1 EP 4009338A1 EP 21209800 A EP21209800 A EP 21209800A EP 4009338 A1 EP4009338 A1 EP 4009338A1
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EP
European Patent Office
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coil
transformer
primary
primary coil
secondary coil
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EP21209800.8A
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English (en)
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EP4009338B1 (de
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Josef Reitner
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
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Publication date
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    • 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
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H01F27/363—Electric or magnetic shields or screens made of electrically conductive material
    • 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
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures
    • 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
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/323—Insulation between winding turns, between winding layers

Definitions

  • the invention relates to a transformer for a switched-mode power supply that can be used, for example, in a household appliance.
  • a domestic appliance such as a washing machine or a dishwasher, typically has a switched-mode power supply with which the domestic appliance can be connected to an AC mains supply.
  • Switching power supplies typically produce relatively large common-mode or common-mode interference, which is usually blocked by one or more filter measures (e.g. common-mode choke, Y-capacitors, common-mode capacitors, etc.).
  • filter measures e.g. common-mode choke, Y-capacitors, common-mode capacitors, etc.
  • Such common-mode interference can be caused in particular by parasitic capacitive coupling between the primary and secondary coils of the transformer of the switched-mode power supply, with energy being overcoupled by parasitic capacitive coupling and being transferred into the common-mode system.
  • a transformer for a switched-mode power supply is described.
  • the switched-mode power supply can be designed to be connected to an electrical supply network (for example with an AC voltage of 230 V and a network frequency of 50 Hz).
  • the switched-mode power supply can also be designed to provide a DC voltage (eg 12V) for an electrical device, in particular for a household appliance.
  • the transformer can be used to provide galvanic isolation between the device and the supply network.
  • the Transformer are used to bring about a voltage transformation from the voltage level of the supply network to the voltage level of the device.
  • the transformer comprises a coil core, the coil core comprising, for example, a ferromagnetic and/or a soft magnetic material (e.g. ferrite).
  • the coil core can have the shape of the number "eight" and/or the shape of two opposite letters "E".
  • the coil core can have a central area, for example a central leg.
  • the coil core can have an outer area, in particular an outer leg, on each of two opposite sides of the central area.
  • the central area can be connected to an outer area via transverse parts of the coil core.
  • the transformer may have a bobbin made of plastic, for example.
  • the coil body can have a central hollow cylinder which encloses the central area or the central leg of the coil core.
  • the one or more coils of the transformer may be wound around the central hollow cylinder of the bobbin.
  • the central hollow cylinder of the coil former can have a circular, oval, rectangular or octagonal cross-section, for example. In other words, the trajectory of the hollow cylinder can be circular, oval, rectangular or octagonal.
  • the transformer further includes a primary coil enclosing the central portion of the coil core.
  • the coil wire of the primary coil can be wound around the central area, in particular around the central leg, of the coil core.
  • the transformer includes a secondary coil that encloses the central area of the coil core.
  • the secondary coil can enclose the primary coil at least partially or completely.
  • the primary coil can enclose the secondary coil at least partially or completely.
  • the transformer can be designed to transform a primary voltage applied to the primary coil to a secondary voltage applied to the secondary coil that is reduced compared to the primary voltage.
  • the primary coil at least partially or completely encloses the secondary coil.
  • the coil wire of the primary coil can be wound at least partially or completely around the secondary coil, in particular around the windings of the secondary coil.
  • the transformer can be designed to transform the primary voltage present at the primary coil to a secondary voltage present at the secondary coil that is increased compared to the primary voltage.
  • the secondary coil can enclose the primary coil at least partially or completely.
  • the coil wire of the secondary coil can be wound at least partially or completely around the primary coil, in particular around the windings of the primary coil.
  • a particularly cost-efficient transformer can thus be provided.
  • a mixed form can also exist in which the secondary coil encloses part of the turns of the primary coil and in which another part of the turns of the primary coil encloses the secondary coil.
  • An insulating layer can be arranged between the windings of the primary coil and the windings of the secondary coil.
  • the transformer can thus have a coil core with a central leg.
  • the central leg can be arranged around the central axis of the transformer.
  • the windings of the primary coil and/or the secondary coil can be arranged (radially) around the central axis of the transformer.
  • the windings of the primary coil can (at least partially or all) be arranged closer to the central axis than the windings of the secondary coil.
  • the windings of the secondary coil may (at least partially or all) be located closer to the central axis than the windings of the primary coil.
  • the transformer also includes (at least) a multiply insulated, in particular a triple insulated, shielding layer (also referred to as shielding foil), which is arranged between the central area of the coil core and the primary coil and/or the secondary coil and is electrically conductively connected to the primary coil or the secondary coil can.
  • the transformer can have at least one multiply insulated Have shielding layer, which is arranged between the two coils, and which is electrically conductively connected to the primary coil or to the secondary coil.
  • the multiply insulated shielding layer can be designed to shield an electric field formed by the primary coil and/or by the secondary coil from the respective other coil.
  • the multiply insulated shielding layer can have an electrically conductive central layer, in particular an electrically conductive foil.
  • a transformer with a relatively low parasitic capacitive coupling between the primary coil and the secondary coil can be provided in a (cost and/or installation space) efficient manner. This makes it possible to reduce or completely eliminate filter measures in a switched-mode power supply for suppressing common-mode interference, as a result of which the costs and the space required for a switched-mode power supply can be reduced.
  • the multiply insulated shielding layer can have an electrically conductive central layer (e.g. a metal foil). Furthermore, the multiply insulated shielding layer can include a first insulating jacket that completely encloses the central layer.
  • the shielding layer insulated multiple times (in particular twice or more) can also have a second insulation sheathing that completely encloses the first insulation sheathing.
  • the multiple (particularly the triple or higher) insulated shielding layer can have a third insulating jacket which completely encloses the second insulating jacket.
  • the individual insulation sheaths can each be formed separately.
  • the individual insulating casings can at least partially have a different structure (eg using different materials and/or material compositions) and/or can be structured differently.
  • the use of several, in particular three, different insulating sheaths enables a particularly space-efficient suppression of the parasitic capacitive coupling between the primary coil and the secondary coil of the transformer.
  • the primary coil and/or the secondary coil typically each have a specific winding width of (coil wire) windings around the central axis of the transformer, in particular around the central area of the coil core.
  • the width of the primary coil and/or the secondary coil extends in the direction of the central axis.
  • the primary coil and the secondary coil can have (substantially) the same winding width.
  • the multiply insulated shielding layer can extend (essentially) over the entire winding width of the primary coil and/or the secondary coil.
  • the multi-insulated shielding layer may have a width (in the direction of the central axis) equal to or greater than the winding width of the primary coil and/or the secondary coil. In this way, the parasitic capacitive coupling between the primary coil and the secondary coil can be reduced or eliminated in a particularly reliable manner.
  • the multiply insulated shielding layer can be arranged between the primary coil (in particular between the windings of the primary coil) and the secondary coil (in particular the windings of the secondary coil).
  • the multiply insulated shielding layer can be designed to essentially completely enclose the lateral surface of the primary coil formed by the windings of the primary coil or the lateral surface of the secondary coil formed by the windings of the secondary coil.
  • the outer surface can enclose the central axis of the transformer.
  • the coil core can have two transverse parts which, starting from the central region of the coil core, extend away from the central axis of the transformer on opposite sides of the primary coil and/or the secondary coil.
  • the transverse parts can be arranged perpendicularly to the central axis. Furthermore, the transverse parts can connect the central area to an outer area of the coil core.
  • the coil former can have two transverse walls which, starting from the central hollow cylinder of the coil former, extend away from the central axis of the transformer on opposite sides of the primary coil and/or the secondary coil.
  • the transverse walls can be arranged perpendicular to the central axis.
  • the windings of the primary coil and/or the secondary coil can be routed directly up to at least one transverse part or both transverse parts of the coil core or directly up to at least one transverse wall or both transverse walls of the coil body.
  • the available area for windings between the transverse parts of the coil core or between the transverse walls of the coil body can thus be fully utilized.
  • the transformer can be designed in such a way that between the primary coil and/or the secondary coil and at least one transverse part (or both transverse parts) of the coil core, apart from the insulating layer of the coil wire of the respective coil and/or apart from a wall of the coil body, no further (electrically isolating) insulation element is arranged.
  • the transformer can be designed in such a way that no further (electrically insulating) insulating element is arranged between the primary coil and/or the secondary coil and at least one transverse wall (or both transverse walls) of the coil former, apart from the insulating layer of the coil wire of the respective coil .
  • the available area for windings between the transverse parts of the coil core or between the transverse walls of the coil body can thus be fully utilized (without having to use an additional insulating element between the coil wire and a transverse part of the coil core or a transverse wall of the coil body).
  • a particularly space-efficient transformer can thus be provided.
  • the multiply insulated shielding layer can touch at least one transverse part of the coil core and/or a transverse wall of the coil body, in particular both transverse parts of the coil core and/or both opposite transverse walls of the coil body.
  • the multiply insulated shielding layer can extend from a transverse part of the coil core or from a transverse wall of the coil body along the direction of the central axis to the opposite transverse part of the coil core or extend to the opposite transverse wall of the bobbin. In this way, the parasitic capacitive coupling between the primary coil and the secondary coil can be reduced or eliminated in a particularly reliable manner.
  • the coil i.e. the primary coil or the secondary coil
  • the coil to which the multiply insulated shielding layer is electrically conductively connected may have a reference point which, in comparison to an AC point of the coil, has a less fluctuating, in particular a (substantially) constant, voltage potential having.
  • the reference point can be located at a first end and the AC point can be located at an opposite second end (of the coil wire) of the coil.
  • the reference point can, for example, be at a (constant) reference potential (about 0V).
  • the potential of the AC point can fluctuate over time, e.g. between the reference potential and a certain maximum voltage.
  • the multiply insulated shielding layer can be electrically conductively connected to the reference point. In this way, the parasitic capacitive coupling between the primary coil and the secondary coil can be reduced or eliminated in a particularly reliable manner.
  • the multi-insulated shield layer is arranged between the central area of the coil core and the primary coil. Furthermore, in the example, the multiply insulated shielding layer is electrically conductively connected to the secondary coil. The arrangement of the multiply insulated shielding layer on the secondary coil allows the parasitic capacitive coupling between the primary coil and the secondary coil to be reduced or eliminated in a particularly reliable manner.
  • the transformer can also include an at least singly insulated shielding layer between the central area of the coil core and the primary coil.
  • the at least simply insulated shielding layer can be electrically conductively connected to the primary coil.
  • the primary coil and/or the secondary coil can each have a coil wire insulated multiple times, in particular triple insulated.
  • a multiply insulated coil wire can be a metallic and/or electrically conductive strand or wire have, which is enclosed by several layers of insulation.
  • the multiply insulated coil wire can comprise an electrically conductive wire, as well as a first insulation covering that completely encloses the wire, a second insulation covering that completely encloses the first insulation covering, and possibly a third insulation covering that completely encloses the second insulation covering.
  • the space required for the transformer can be further reduced by using a coil wire with multiple insulation.
  • the transformer can be constructed in such a way that the primary coil at least partially or completely encloses the secondary coil.
  • at least the secondary coil can have a multiply insulated coil wire.
  • the transformer can be designed in such a way that the secondary coil at least partially or completely encloses the primary coil.
  • at least the primary coil can have a multiply insulated coil wire. A particularly cost-efficient transformer can thus be provided.
  • the primary coil can thus have a multiply insulated coil wire.
  • the transformer can have a multiply insulated shielding layer which is electrically conductively connected to the primary coil.
  • the secondary coil can have a multiply insulated coil wire.
  • the transformer can have a multiply insulated shielding layer which is electrically conductively connected to the secondary coil. In this way, a particularly reliable reduction in the parasitic capacitive coupling of the transformer can be brought about.
  • a switched-mode power supply for a domestic appliance includes a transformer that is designed as described in this document.
  • the use of the transformer described in this document enables the switched-mode power supply to not include a filter unit for suppressing common-mode and/or common-mode interference. In this way, a switched-mode power supply that is particularly cost-effective and space-efficient can be provided.
  • a household appliance e.g. a washing machine, a dishwasher, an oven, a stove, a food processor, a vacuum cleaner, a dryer, a refrigerator, etc.
  • a switched-mode power supply described in this document.
  • FIG. 1a an exemplary household appliance 100, for example a washing machine, with a switched-mode power supply 110, via which the household appliance 100 can be connected to an AC power supply network 101.
  • Fig. 1b shows a block diagram of an exemplary switched-mode power supply 110.
  • the switched-mode power supply 110 has a rectifier 112 at an input, which is set up to convert an AC and/or mains voltage 121 (e.g. a mains voltage of 230V with a frequency of 50Hz) provided by the supply network 101 into to convert a DC voltage (eg a DC voltage with a nominal value of 325V).
  • a smoothing capacitor 113 may be used to smooth the rectified voltage.
  • the switching power supply 110 at the input (between the Mains connection and the rectifier 112) comprise a filter unit 111 which is set up to block interference caused by the switched-mode power supply 110, in particular common-mode interference.
  • the switched-mode power supply 110 also includes a transformer 150, which is designed to bring about a galvanic isolation between the mains connection and the device 100 in which the switched-mode power supply 110 is installed. Furthermore, a voltage transformation from the rectified mains voltage 124 (e.g. 325V) to the operating voltage 126 (e.g. 12V) of the device 100 can be effected by the transformer 150 .
  • the switched-mode power supply 110 comprises a switching element 114, in particular a transistor, which is set up to generate a switched voltage 123 on the basis of the mains-side DC voltage 124, the switched voltage 123 having a frequency between 15 and 300 kHz, for example.
  • the switched voltage 123 is then converted into a transformed (switched) voltage 125 by means of the transformer 150, the transformed (switched) voltage 125 being smaller than the switched voltage 123 by a factor of 10 or more, for example.
  • the transformed (switched) voltage 125 can be rectified by means of a rectifier 115 in order to provide the operating voltage 126 of the device 100 .
  • the switching element 114 can be operated, in particular clocked and/or switched, by means of a control loop depending on the value of the generated operating voltage 126 in order to cause the value of the operating voltage 126 to have a specific desired value (e.g. 12V).
  • FIG. 12 shows a circuit diagram of an exemplary transformer 110.
  • the transformer 110 has a primary side 210 with a primary coil 211 that is coupled to the (line-side) switched voltage 123.
  • the AC point 212 is loaded with the maximum value of the switched voltage 123 in a pulsed manner.
  • the transformer 110 has a secondary side 220 with a secondary coil 221 at which the transformed (switched) voltage 125 is provided.
  • the AC point 222 is loaded with the maximum value of the transformed (switched) voltage 125 in a pulsed manner.
  • a coil core 201 is arranged between the primary coil 211 and the secondary coil 221 .
  • FIG. 12 illustrates exemplary windings of transformer 150.
  • primary coil 211 and secondary coil 221 may be wound around a common center portion of coil core 201.
  • the primary coil 211 can lie on the inside and the secondary coil 221 can enclose the primary coil 211 .
  • the secondary coil 221 is internally disposed and is surrounded by the primary coil 211 .
  • the coil wire of the primary coil 211 and the secondary coil 221 is electrically insulated in each case.
  • an insulation layer 202 can be arranged between the primary coil 211 and the secondary coil 221 .
  • the primary coil 211 and/or the secondary coil 221 are typically arranged on a non-conductive bobbin 203 .
  • the coil body 203 can have a central hollow cylinder around which the windings of the primary coil 211 and/or the secondary coil 221 are arranged.
  • the central area of the coil core 201 can be arranged inside the hollow cylinder of the coil body 203 .
  • the bobbin 203 may have transverse walls extending radially away from the central hollow cylinder.
  • the windings of the primary coil 211 and/or the secondary coil 221 can be arranged between the transverse walls of the bobbin 203 .
  • the common-mode interference in the switched-mode power supply 110 can be caused in particular by a capacitive coupling between the primary coil 211 and the secondary coil 221 .
  • One or more shielding layers 214, 224, in particular shielding foils, can be arranged between the primary coil 211 and the secondary coil 221.
  • a primary-side shielding layer 214 and a secondary-side shielding layer 224 can be used, as exemplified in FIG Figure 2c shown.
  • a particularly reliable reduction or avoidance of the capacitive coupling between the primary coil 211 and the secondary coil 221 can, as in Figure 3a shown, can be brought about by the use of at least one shielding layer 324 that is (electrically) insulated several times, in particular three times.
  • the use of at least one multiply insulated shielding layer 324 also makes it possible (as exemplified in Figure 3b shown), to dispense with insulation elements 213, 223 between the windings of the coils 211, 221 and a transverse part of the coil core 201 or a transverse wall of the coil former 203, so that the windings reach the transverse part of the coil core 201 or up to the transverse wall of the Bobbin 203 can be introduced.
  • a shielding layer 214, 234 for a coil 211, 221 can be electrically conductively connected to a reference potential of the respective coil 211, 221, as exemplified in FIG Figure 3a shown.
  • the reference potential can be the potential at the respective coil 211, 221, which has the lowest possible AC (alternating current) or alternating component.
  • the reference potential can in particular be present at the opposite reference point 215, 225 to the AC point 212, 222 with the maximum value of the switched voltage 123, 125 of the respective coil 211, 221.
  • the primary-side shielding layer 214 can thus be coupled to the primary-side reference point 215 .
  • the secondary side shield layer 324 may be coupled to the secondary side reference point 225 .
  • the secondary-side shielding layer 324 is designed as a shielding layer that is insulated multiple times, in particular as a triple insulated one.
  • the shielding layer 214 on the primary side is designed as a single-insulated shielding layer.
  • the use of a single multi-insulated shielding layer 324 on the secondary side 220 is typically sufficient to bring about a reliable reduction or avoidance of the capacitive coupling between the secondary coil 221 and the primary coil 211 .
  • the shielding layer 324 comprises an electrically conductive and/or metallic central layer 300.
  • the central layer 300 is covered by a plurality of, in particular by three, non-conductive insulation coatings 301, 302 , 303 surrounded.
  • the first insulating casing 301 encloses the central layer 300.
  • the second insulating casing 302 encloses the first insulating casing 301 with the central layer 300.
  • a third insulating casing 303 can enclose the second insulating casing 302.
  • the capacitive coupling between the secondary coil 221 and the primary coil 211 can be avoided or reduced in a particularly space-efficient manner.
  • the installation of a filter unit 111 in a switched-mode power supply 110 may be dispensed with.
  • a switched mode power supply transformer 150 having two foil shields (i.e. shield layers) 214, 324 to avoid common mode interference.
  • at least one shielding film 324 preferably the shielding film 324 on the secondary side 220, is designed as a multiple, in particular triple, insulated shield.
  • the shielding foil 214 on the primary side can be connected to the intermediate circuit at a reference point 215 with the lowest possible AC load (e.g. 0V or + intermediate circuit voltage).
  • the shielding foil 324 on the secondary side can be connected to a reference point 225 with a potential of 0V or the output voltage on the secondary side.
  • the capacitive coupling between the primary circuit 210 and the secondary circuit 220 of the transformer 150 can be prevented by using the shielding foils 214, 324, and no common-mode interference arises as a result.
  • the two shielding foils 214, 324 are preferably designed in such a way that the shielding foils 214, 324 fill the winding width of the respective coil 211, 221 as completely as possible.
  • the measures described in this document make it possible (since common-mode interference is no longer generated) to one or more filter elements 111, such as a common-mode choke, a Y-capacitor and/or a common-mode capacitor , partially or completely, whereby the costs and / or the space of a switched-mode power supply 110 can be reduced. Furthermore, through the The use of a multiply insulated shielding layer 324 means that specified insulation values of the transformer 150 (possibly by law) can be met in an efficient and reliable manner.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Regulation Of General Use Transformers (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
  • Insulating Of Coils (AREA)

Abstract

Es wird ein Transformator (150) für ein Schaltnetzteil (110) beschrieben. Der Transformator (150) umfasst einen Spulenkern (201) sowie eine Primärspule (211) und eine Sekundärspule (221), die jeweils einen Zentralbereich des Spulenkerns (201) umschließen. Des Weiteren umfasst der Transformator (150) eine mehrfach isolierte Schirmschicht (324), die zwischen dem Zentralbereich des Spulenkerns (201) und der Primärspule (211) und/oder der Sekundärspule (221) angeordnet und elektrisch leitend mit der Primärspule (211) oder der Sekundärspule (221) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Transformator für ein Schaltnetzteil, das z.B. in einem Hausgerät verwendet werden kann.
  • Ein Hausgerät, wie z.B. eine Waschmaschine oder eine Spülmaschine, weist typischerweise ein Schaltnetzteil auf, mit dem das Hausgerät an ein Wechselstrom-Versorgungsnetz angeschlossen werden kann. Bei Schaltnetzteilen entstehen typischerweise relativ große Common-Mode- bzw. Gleichtakt-Störungen, die meist durch ein oder mehrere Filtermaßnahmen (wie z.B. Common-Mode-Choke, Y-Kondensatoren, Common-Mode-Kondensatoren, etc.) abgeblockt werden. Derartige Common-Mode Störungen können insbesondere durch eine parasitäre kapazitive Kopplung zwischen der Primär- und Sekundärspule des Transformators des Schaltnetzteils bewirkt werden, wobei durch parasitäre kapazitive Kopplung Energie übergekoppelt und in das Common-Mode-System transferiert wird.
  • Die Verbau von Filtermaßnahmen in einem Schaltnetzteil zur Blockade von Common-Mode-Störungen ist mit einem relativ hohen Aufwand verbunden. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, Common-Mode-Störungen in einem Schaltnetzteil in besonders effizienter und zuverlässiger Weise zu verhindern.
  • Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind insbesondere in den abhängigen Patentansprüchen definiert, in nachfolgender Beschreibung beschrieben oder in der beigefügten Zeichnung dargestellt.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Transformator für ein Schaltnetzteil beschrieben. Das Schaltnetzteil kann ausgebildet sein, an ein elektrisches Versorgungsnetz (z.B. mit einer Wechselspannung von 230V und einer Netzfrequenz von 50Hz) angeschlossen zu werden. Das Schaltnetzteil kann ferner ausgebildet sein, eine Gleichspannung (z.B. 12V) für ein elektrisches Gerät, insbesondere für ein Hausgerät, bereitzustellen. Der Transformator kann dazu genutzt werden, eine galvanische Trennung zwischen dem Gerät und dem Versorgungsnetz zu bewirken. Ferner kann der Transformator dazu genutzt werden, eine Spannungstransformation von dem Spannungsniveau des Versorgungsnetzes auf das Spannungsniveau des Geräts zu bewirken.
  • Der Transformator umfasst einen Spulenkern, wobei der Spulenkern z.B. ein ferromagnetisches und/oder ein weichmagnetisches Material (z.B. Ferrit) umfasst. Der Spulenkern kann die Form der Zahl "Acht" und/oder die Form von zwei einander gegenüberstehenden Buchstaben "E" aufweisen. Insbesondere kann der Spulenkern einen Zentralbereich, etwa einen zentralen Schenkel, aufweisen. Ferner kann der Spulenkern an zwei gegenüberliegenden Seiten des Zentralbereichs jeweils einen Außenbereich, insbesondere jeweils einen Außenschenkel, aufweisen. Der Zentralbereich kann jeweils über Querteile des Spulenkerns mit einem Außenbereich verbunden sein.
  • Außerdem kann der Transformator einen Spulenkörper aufweisen, der z.B. aus Kunststoff gefertigt ist. Der Spulenkörper kann einen zentralen Hohlzylinder aufweisen, der den Zentralbereich bzw. den zentralen Schenkel der Spulenkerns umschließt. Die ein oder mehreren Spulen des Transformators können um den zentralen Hohlzylinder des Spulenkörpers gewickelt sein. Der zentrale Hohlzylinder des Spulenkörpers kann beispielsweise einen kreisförmigen, einen ovalen, einen rechteckförmigen oder einen achteckförmigen Querschnitt aufweisen. Mit anderen Worten, die Leitkurve des Hohlzylinders kann kreisförmig, oval, rechteckförmig oder achteckig sein.
  • Der Transformator umfasst ferner eine Primärspule, die den Zentralbereich des Spulenkerns umschließt. Insbesondere kann der Spulendraht der Primärspule um den Zentralbereich, insbesondere um den zentralen Schenkel, des Spulenkerns gewickelt sein. Des Weiteren umfasst der Transformator eine Sekundärspule, die den Zentralbereich des Spulenkerns umschließt. Dabei kann die Sekundärspule die Primärspule zumindest teilweise oder vollständig umschließen. Alternativ oder ergänzend kann die Primärspule die Sekundärspule zumindest teilweise oder vollständig umschließen.
  • Der Transformator kann insbesondere ausgebildet sein, eine an der Primärspule anliegende Primärspannung auf eine gegenüber der Primärspannung reduzierte, an der Sekundärspule anliegende, Sekundärspannung zu transformieren. In diesem Fall kann die Primärspule die Sekundärspule zumindest teilweise oder vollständig umschließen. Insbesondere kann der Spulendraht der Primärspule zumindest teilweise oder vollständig um die Sekundärspule, insbesondere um die Wicklungen der Sekundärspule, gewickelt sein. Alternativ kann der Transformator ausgebildet sein, die an der Primärspule anliegende Primärspannung auf eine gegenüber der Primärspannung erhöhte, an der Sekundärspule anliegende, Sekundärspannung zu transformieren. In diesem Fall kann die Sekundärspule die Primärspule zumindest teilweise oder vollständig umschließen. Insbesondere kann der Spulendraht der Sekundärspule zumindest teilweise oder vollständig um die Primärspule, insbesondere um die Wicklungen der Primärspule, gewickelt sein. So kann ein besonders kosteneffizienter Transformator bereitgestellt werden.
  • Ggf. kann auch eine Mischform vorliegen, bei der die Sekundärspule einen Teil der Windungen der Primärspule umschließt, und bei der ein weiterer Teil der Windungen der Primärspule die Sekundärspule umschließt.
  • Zwischen den Wicklungen der Primärspule und den Wicklungen der Sekundärspule kann eine Isolationsschicht angeordnet sein.
  • Der Transformator kann somit einen Spulenkern mit einem zentralen Schenkel aufweisen. Der zentrale Schenkel kann um die Zentralachse des Transformators angeordnet sein. Die Wicklungen der Primärspule und/oder der Sekundärspule können (radial) um die Zentralachse des Transformators angeordnet sein. Dabei können die Wicklungen der Primärspule (zumindest teilweise oder alle) näher an der Zentralachse angeordnet sein als die Wicklungen der Sekundärspule. Alternativ können die Wicklungen der Sekundärspule (zumindest teilweise oder alle) näher an der Zentralachse angeordnet sein als die Wicklungen der Primärspule.
  • Der Transformator umfasst ferner (zumindest) eine mehrfach isolierte, insbesondere eine dreifach isolierte, Schirmschicht (auch als Schirmfolie bezeichnet), die zwischen dem Zentralbereich des Spulenkerns und der Primärspule und/oder der Sekundärspule angeordnet und elektrisch leitend mit der Primärspule oder der Sekundärspule verbunden sein kann. Insbesondere kann der Transformator zumindest eine mehrfach isolierte Schirmschicht aufweisen, die zwischen den beiden Spulen angeordnet ist, und die elektrisch leitend mit der Primärspule oder mit der Sekundärspule verbunden ist.
  • Die mehrfach isolierte Schirmschicht kann ausgebildet sein, ein von der Primärspule und/oder von der Sekundärspule gebildetes elektrisches Feld von der jeweils anderen Spule abzuschirmen. Zu diesem Zweck kann die mehrfach isolierte Schirmschicht eine elektrisch leitende Zentralschicht, insbesondere eine elektrisch leitende Folie, aufweisen.
  • Durch die Bereitstellung einer mehrfach, insbesondere dreifach, isolierten Schirmschicht kann in (Kosten- und/oder Bauraum-) effizienter Weise ein Transformator mit einer relativ geringen parasitären kapazitiven Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule bereitgestellt werden. Dies ermöglicht es, Filtermaßnahmen eines Schaltnetzteils zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen zu reduzieren oder ganz zu beseitigen, wodurch die Kosten und der erforderliche Bauraum eines Schaltnetzteils reduziert werden können.
  • Die mehrfach isolierte Schirmschicht kann, wie oben dargelegt, eine elektrisch leitende Zentralschicht (z.B. eine Metallfolie) aufweisen. Des Weiteren kann die mehrfach isolierte Schirmschicht eine erste Isolationsummantelung umfassen, die die Zentralschicht vollständig umschließt. Die mehrfach (insbesondere die zweifach oder höher) isolierte Schirmschicht kann ferner eine zweite Isolationsummantelung aufweisen, die die erste Isolationsummantelung vollständig umschließt. Außerdem kann die mehrfache (insbesondere die dreifach oder höher) isolierte Schirmschicht eine dritte Isolationsummantelung aufweisen, die die zweite Isolationsummantelung vollständig umschließt.
  • Die einzelnen Isolationsummantelungen können dabei jeweils separat ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend können die einzelnen Isolationsummantelungen zumindest teilweise unterschiedlich aufgebaut (z.B. mit unterschiedlichen Materialien und/oder Materialzusammensetzungen) und/oder unterschiedlich strukturiert sein. Die Verwendung von mehreren, insbesondere von drei, unterschiedlichen Isolationsummantelungen ermöglicht eine besonders bauraumeffiziente Unterdrückung der parasitären kapazitiven Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule des Transformators.
  • Die Primärspule und/oder die Sekundärspule weisen typischerweise jeweils eine bestimmte Wickelbreite von (Spulendraht-) Wicklungen um die Zentralachse des Transformators, insbesondere um den Zentralbereich des Spulenkerns, auf. Die Breite der Primärspule und/oder der Sekundärspule erstreckt sich dabei in Richtung der Zentralachse. Die Primärspule und die Sekundärspule können (im Wesentlichen) die gleiche Wickelbreite aufweisen.
  • Die mehrfach isolierte Schirmschicht kann sich (im Wesentlichen) über die gesamte Wickelbreite der Primärspule und/oder der Sekundärspule erstrecken. Mit anderen Worten, die mehrfach isolierte Schirmschicht kann eine Breite (in Richtung der Zentralachse) aufweisen, die gleich wie oder größer als die Wickelbreite der Primärspule und/oder der Sekundärspule ist. So kann die parasitäre kapazitive Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in besonders zuverlässiger Weise reduziert bzw. beseitigt werden.
  • Wie bereits oben dargelegt kann die mehrfach isolierte Schirmschicht zwischen der Primärspule (insbesondere zwischen den Wicklungen der Primärspule) und der Sekundärspule (insbesondere den Wicklungen der Sekundärspule) angeordnet sein.
  • Die mehrfach isolierte Schirmschicht kann ausgebildet sein, die durch die Wicklungen der Primärspule gebildete Mantelfläche der Primärspule oder die durch die Wicklungen der Sekundärspule gebildete Mantelfläche der Sekundärspule im Wesentlichen vollständig zu umschließen. Die Mantelfläche kann dabei die Zentralachse des Transformators umschließen. Durch das vollständige Umschließen der Mantelfläche der Primärspule oder der Sekundärspule kann die parasitäre kapazitive Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in besonders zuverlässiger Weise reduziert bzw. beseitigt werden.
  • Wie bereits weiter oben dargelegt, kann der Spulenkern zwei Querteile aufweisen, die sich ausgehend von dem Zentralbereich des Spulenkerns an gegenüberliegenden Seiten der Primärspule und/oder der Sekundärspule von der Zentralachse des Transformators weg erstrecken. Die Querteile können dabei senkrecht zu der Zentralachse angeordnet sein. Ferner können die Querteile den Zentralbereich mit einem Außenbereich des Spulenkerns verbinden.
  • In entsprechender Weise kann der Spulenkörper zwei Querwände aufweisen, die sich ausgehend von dem zentralen Hohlzylinder des Spulenkörpers an gegenüberliegenden Seiten der Primärspule und/oder der Sekundärspule von der Zentralachse des Transformators weg erstrecken. Die Querwände können dabei senkrecht zu der Zentralachse angeordnet sein.
  • Die Wicklungen der Primärspule und/oder der Sekundärspule können direkt bis an zumindest ein Querteil oder an beide Querteile des Spulenkerns bzw. direkt bis an zumindest eine Querwand oder an beide Querwände des Spulenkörpers herangeführt werden. Der verfügbare Bereich für Wicklungen zwischen den Querteilen des Spulenkerns bzw. zwischen den Querwänden des Spulenkörpers kann somit vollständig ausgenutzt sein.
  • Alternativ oder ergänzend kann der Transformator derart ausgebildet sein, dass zwischen der Primärspule und/oder der Sekundärspule und zumindest einem Querteil (oder beiden Querteilen) des Spulenkerns, abgesehen von der Isolationsschicht des Spulendrahtes der jeweiligen Spule und/oder abgesehen von einer Wand des Spulenkörpers, kein weiteres (elektrisch isolierendes) Isolationselement angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend kann der Transformator derart ausgebildet sein, dass zwischen der Primärspule und/oder der Sekundärspule und zumindest einer Querwand (oder beiden Querwänden) des Spulenkörpers, abgesehen von der Isolationsschicht des Spulendrahtes der jeweiligen Spule, kein weiteres (elektrisch isolierendes) Isolationselement angeordnet ist. Der verfügbare Bereich für Wicklungen zwischen den Querteilen des Spulenkerns bzw. zwischen den Querwänden des Spulenkörpers kann somit vollständig ausgenutzt sein (ohne, dass ein weiteres Isolationselement zwischen dem Spulendraht und einem Querteil des Spulenkerns bzw. einer Querwand des Spulenkörpers verwendet werden muss). So kann ein besonders bauraumeffizienter Transformator bereitgestellt werden.
  • Die mehrfach isolierte Schirmschicht kann zumindest ein Querteil des Spulenkerns und/oder eine Querwand des Spulenkörpers, insbesondere beide Querteile des Spulenkerns und/oder beide gegenüberliegenden Querwände des Spulenkörpers, berühren. Mit anderen Worten, die mehrfach isolierte Schirmschicht kann sich von einem Querteil des Spulenkerns bzw. von einer Querwand des Spulenkörpers entlang der Richtung der Zentralachse bis zu dem gegenüberliegenden Querteil des Spulenkerns bzw. bis zu der gegenüberliegenden Querwand des Spulenkörpers erstrecken. So kann die parasitäre kapazitive Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in besonders zuverlässiger Weise reduziert bzw. beseitigt werden.
  • Die Spule (d.h. die Primärspule oder die Sekundärspule), mit der die mehrfach isolierte Schirmschicht elektrisch leitend verbunden ist, kann einen Referenzpunkt aufweisen, der im Vergleich zu einem AC-Punkt der Spule ein weniger schwankendes, insbesondere ein (im Wesentlichen) konstantes, Spannungspotential aufweist. Der Referenzpunkt kann an einem ersten Ende und der AC-Punkt kann an einem gegenüberliegenden zweiten Ende (des Spulendrahts) der Spule angeordnet sein. Der Referenzpunkt kann z.B. auf einem (konstanten) Referenzpotential (etwa 0V) liegen. Andererseits kann das Potential des AC-Punktes mit der Zeit schwanken, z.B. zwischen dem Referenzpotential und einer bestimmten Maximalspannung.
  • Die mehrfach isolierte Schirmschicht kann elektrisch leitend mit dem Referenzpunkt verbunden sein. So kann die parasitäre kapazitive Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in besonders zuverlässiger Weise reduziert bzw. beseitigt werden.
  • In einem Beispiel ist die mehrfach isolierte Schirmschicht zwischen dem Zentralbereich des Spulenkerns und der Primärspule angeordnet. Ferner ist in dem Beispiel die mehrfach isolierte Schirmschicht elektrisch leitend mit der Sekundärspule verbunden. Durch die Anordnung der mehrfach isolierten Schirmschicht an der Sekundärspule kann die parasitäre kapazitive Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in besonders zuverlässiger Weise reduziert bzw. beseitigt werden.
  • Der Transformator kann ferner eine zumindest einfach isolierte Schirmschicht zwischen dem Zentralbereich des Spulenkerns und der Primärspule umfassen. Die zumindest einfach isolierte Schirmschicht kann elektrisch leitend mit der Primärspule verbunden sein. Durch die Verwendung einer weiteren Schirmschicht kann die parasitäre kapazitive Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule weiter reduziert werden.
  • Die Primärspule und/oder die Sekundärspule können jeweils einen mehrfach, insbesondere einen dreifach, isolierten Spulendraht aufweisen. Ein mehrfach isolierter Spulendraht kann dabei eine metallische und/oder elektrisch leitende Litze bzw. Draht aufweisen, die bzw. der durch mehrere Isolationsschichten umschlossen ist. Insbesondere kann der mehrfach isolierte Spulendraht einen elektrisch leitenden Draht umfassen, sowie eine erste Isolationsummantelung, die den Draht vollständig umschließt, eine zweite Isolationsummantelung, die die erste Isolationsummantelung vollständig umschließt, und ggf. eine dritte Isolationsummantelung, die die zweite Isolationsummantelung vollständig umschließt. Durch die Verwendung eines mehrfach isolierten Spulendrahts kann der erforderliche Bauraum des Transformators weiter reduziert werden.
  • Der Transformator kann derart aufgebaut sein, dass die Primärspule die Sekundärspule zumindest teilweise oder vollständig umschließt. In diesem Fall kann zumindest die Sekundärspule einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweisen. Alternativ kann der Transformator derart ausgebildet sein, dass die Sekundärspule die Primärspule zumindest teilweise oder vollständig umschließt. In diesem Fall kann zumindest die Primärspule einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweisen. So kann ein besonders kosteneffizienter Transformator bereitgestellt werden.
  • Die Primärspule kann somit einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweisen. In diesem Fall kann der Transformator eine mehrfach isolierte Schirmschicht aufweisen, die elektrisch leitend mit der Primärspule verbunden ist. Alternativ oder ergänzend kann die Sekundärspule einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweisen. In diesem Fall kann der Transformator eine mehrfach isolierte Schirmschicht aufweisen, die elektrisch leitend mit der Sekundärspule verbunden ist. So kann eine besonders zuverlässige Reduzierung der parasitären kapazitiven Kopplung des Transformators bewirkt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Schaltnetzteil für ein Hausgerät beschrieben. Das Schaltnetzteil umfasst dabei einen Transformator, der wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet ist. Die Verwendung des in diesem Dokument beschriebenen Transformators ermöglicht es, dass das Schaltnetzteil keine Filtereinheit zur Unterdrückung von Gleichtakt- und/oder Common-Mode-Störungen umfasst. So kann ein besonders kosten- und bauraumeffizientes Schaltnetzteil bereitgestellt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Hausgerät (z.B. eine Waschmaschine, eine Spülmaschine, ein Ofen, ein Herd, eine Küchenmaschine, ein Staubsauger, ein Trockner, ein Kühlschrank, etc.) beschrieben, der das in diesem Dokument beschriebene Schaltnetzteil umfasst.
  • Es ist zu beachten, dass jegliche Aspekte des in diesem Dokument beschriebenen Transformators oder Schaltnetzteils in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden können. Insbesondere können die Merkmale der Patentansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
    • Figur 1a ein Blockdiagramm eines beispielhaften Hausgeräts mit einem Schaltnetzteil;
    • Figur 1b ein Blockdiagramm eines beispielhaften Schaltnetzteils;
    • Figur 2a ein Schaltbild eines Transformators für ein Schaltnetzteil;
    • Figur 2b beispielhafte Wicklungen eines Transformators;
    • Figur 2c einen beispielhaften Transformator mit Abschirmungen;
    • Figur 3a ein Schaltbild eines Transformators mit einer mehrfach isolierten Abschirmung;
    • Figur 3b beispielhafte Wicklungen eines Transformators mit einer mehrfach isolierten Abschirmung; und
    • Figur 3c einen beispielhaften Aufbau einer mehrfach isolierten Abschirmung (d.h. Schirmschicht).
  • Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten und zuverlässigen Vermeidung von Common-Mode bzw. Gleichtakt-Störungen in einem Schaltnetzteil. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 1a ein beispielhaftes Hausgerät 100, z.B. eine Waschmaschine, mit einem Schaltnetzteil 110, über das das Hausgerät 100 an ein Wechselstrom-Versorgungsnetz 101 angeschlossen werden kann.
  • Fig. 1b zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Schaltnetzteils 110. Das Schaltnetzteil 110 weist an einem Eingang einen Gleichrichter 112 auf, der eingerichtet ist, eine von dem Versorgungsnetz 101 bereitgestellte Wechsel- und/oder Netzspannung 121 (z.B. eine Netzspannung von 230V mit einer Frequenz von 50Hz) in eine Gleichspannung zu wandeln (z.B. eine Gleichspannung mit einem Nennwert von 325V). Dabei kann ein Glättungskondensator 113 verwendet werden, um die gleichgerichtete Spannung zu glätten. Ferner kann das Schaltnetzteil 110 am Eingang (zwischen dem Netzanschluss und dem Gleichrichter 112) eine Filtereinheit 111 umfassen, die eingerichtet ist, von dem Schaltnetzteil 110 bewirkte Störungen, insbesondere Common-Mode-Störungen, zu blockieren.
  • Das Schaltnetzteil 110 umfasst ferner einen Transformator 150, der ausgebildet ist, eine galvanische Trennung zwischen dem Netzanschluss und dem Gerät 100 zu bewirken, in dem das Schaltnetzteil 110 verbaut ist. Ferner kann durch den Transformator 150 eine Spannungstransformation von der gleichgerichteten Netzspannung 124 (z.B. 325V) auf die Betriebsspannung 126 (z.B. 12V) des Geräts 100 bewirkt werden.
  • Das Schaltnetzteil 110 umfasst ein Schaltelement 114, insbesondere einen Transistor, das eingerichtet ist, auf Basis der netzseitigen Gleichspannung 124 eine geschaltete Spannung 123 zu erzeugen, wobei die geschaltete Spannung 123 z.B. eine Frequenz zwischen 15 und 300kHz aufweist. Die geschaltete Spannung 123 wird dann anhand des Transformators 150 in eine transformierte (geschaltete) Spannung 125 überführt, wobei die transformierte (geschaltete) Spannung 125 z.B. um den Faktor 10 oder mehr kleiner als die geschaltete Spannung 123 ist. Die transformierte (geschaltete) Spannung 125 kann mittels eines Gleichrichters 115 gleichgerichtet werden, um die Betriebsspannung 126 des Geräts 100 bereitzustellen.
  • Das Schaltelement 114 kann mittels einer Regelschleife in Abhängigkeit von dem Wert der erzeugten Betriebsspannung 126 betrieben, insbesondere getaktet und/oder geschaltet, werden, um zu bewirken, dass der Wert der Betriebsspannung 126 einen bestimmten Sollwert (z.B. 12V) aufweist.
  • Fig. 2a zeigt ein Schaltbild eines beispielhaften Transformators 110. Der Transformator 110 weist eine Primärseite 210 mit einer Primärspule 211 auf, die mit der (netzseitigen) geschalteten Spannung 123 gekoppelt ist. Dabei wird der AC-Punkt 212 in gepulster Weise mit dem Maximalwert der geschalteten Spannung 123 belastet. Des Weiteren weist der Transformator 110 eine Sekundärseite 220 mit einer Sekundärspule 221 auf, an der die transformierte (geschaltete) Spannung 125 bereitgestellt wird. Dabei wird der AC-Punkt 222 in gepulster Weise mit dem Maximalwert der transformierten (geschalteten) Spannung 125 belastet. Zwischen der Primärspule 211 und der Sekundärspule 221 ist ein Spulenkern 201 angeordnet.
  • Fig. 2b veranschaulicht beispielhafte Wicklungen des Transformators 150. Insbesondere können die Primärspule 211 und die Sekundärspule 221 um einen gemeinsamen Zentralbereichs des Spulenkerns 201 gewickelt sein. Dabei kann die Primärspule 211 innen liegen und die Sekundärspule 221 kann die Primärspule 211 umschließen. In einem alternativen (nicht-dargestellten) Beispiel ist die Sekundärspule 221 innenliegend angeordnet und wird durch die Primärspule 211 umschlossen. Der Spulendraht der Primärspule 211 und der Sekundärspule 221 ist dabei jeweils elektrisch isoliert. Ferner kann zwischen der Primärspule 211 und der Sekundärspule 221 eine Isolationsschicht 202 angeordnet sein.
  • Die Primärspule 211 und/oder die Sekundärspule 221 sind typischerweise auf einem nicht-leitenden Spulenkörper 203 angeordnet. Der Spulenkörper 203 kann einen zentralen Hohlzylinder aufweisen, um den die Wicklungen der Primärspule 211 und/oder der Sekundärspule 221 angeordnet sind. Der Zentralbereich des Spulenkerns 201 kann innerhalb des Hohlzylinders des Spulenkörpers 203 angeordnet sein. Der Spulenkörper 203 kann Querwände aufweisen, die sich in radialer Richtung von dem zentralen Hohlzylinder weg erstrecken. Die Wicklungen der Primärspule 211 und/oder der Sekundärspule 221 können zwischen den Querwänden des Spulenkörpers 203 angeordnet sein.
  • Zur Vermeidung bzw. zur Verlängerung einer Kriechstrecke zwischen den Wicklungen der Primärspule 211 und den Wicklungen der Sekundärspule 221 ist zwischen den Wicklungen und dem sich an den Stirnflächen der Spulen 211, 221 erstreckenden Querteil des Spulenkerns 201 bzw. den Querwänden des Spulenkörpers 203 typischerweise jeweils ein (elektrisch isolierendes) Isolationselement 213, 223 angeordnet. Als Folge daraus können die Wicklungen der Spulen 211, 221 nicht bis an den quer zur Längs- bzw. Zentralachse der Spulen 211, 221 verlaufenden Querteil des Spulenkerns 201 bzw. bis an die Querwände des Spulenkörpers 203 herangeführt werden, so dass der erforderliche Bauraum des Transformators 150 erhöht wird.
  • Wie eingangs dargelegt, können die Common-Mode Störungen des Schaltnetzteils 110 insbesondere durch eine kapazitive Kopplung zwischen der Primärspule 211 und der Sekundärspule 221 bewirkt werden. Zur Reduzierung der kapazitiven Kopplung können zwischen der Primärspule 211 und der Sekundärspule 221 ein oder mehrere Schirmschichten 214, 224, insbesondere Schirmfolien, angeordnet werden. Insbesondere können eine primärseitige Schirmschicht 214 und eine sekundärseitige Schirmschicht 224 verwendet werden, wie beispielhaft in Fig. 2c dargestellt.
  • Eine besonders zuverlässige Reduzierung bzw. Vermeidung der kapazitiven Kopplung zwischen der Primärspule 211 und der Sekundärspule 221 kann, wie in Fig. 3a dargestellt, durch die Verwendung zumindest einer mehrfach, insbesondere dreifach, (elektrisch) isolierten Schirmschicht 324 bewirkt werden. Die Verwendung zumindest einer mehrfach isolierten Schirmschicht 324 ermöglicht es auch (wie beispielhaft in Fig. 3b dargestellt), auf Isolationselemente 213, 223 zwischen den Wicklungen der Spulen 211, 221 und einem Querteil des Spulenkerns 201 bzw. einer Querwand des Spulenkörpers 203 zu verzichten, so dass die Wicklungen bis an den Querteil des Spulenkerns 201 bzw. bis an die Querwand des Spulenkörpers 203 herangeführt werden können.
  • Eine Schirmschicht 214, 234 für eine Spule 211, 221 kann mit einem Referenzpotential der jeweiligen Spule 211, 221 elektrisch leitend verbunden sein, wie beispielhaft in Fig. 3a dargestellt. Das Referenzpotential kann dabei das Potential an der jeweiligen Spule 211, 221 sein, das einen möglichst geringen AC (Alternating Current) bzw. Wechsel-Anteil aufweist. Das Referenzpotential kann insbesondere an dem gegenüberliegenden Referenzpunkt 215, 225 zu dem AC-Punkt 212, 222 mit dem Maximalwert der geschalteten Spannung 123, 125 der jeweiligen Spule 211, 221 anliegen. Die primärseitige Schirmschicht 214 kann somit mit dem primärseitigen Referenzpunkt 215 gekoppelt sein. Die sekundärseitige Schirmschicht 324 kann mit dem sekundärseitigen Referenzpunkt 225 gekoppelt sein.
  • In dem in Fig. 3a dargestellten Beispiel ist die sekundärseitige Schirmschicht 324 als mehrfach, insbesondere als dreifach, isolierte Schirmschicht ausgebildet. Die primärseitige Schirmschicht 214 ist als einfach isolierte Schirmschicht ausgebildet. Die Verwendung einer einzigen mehrfach isolierten Schirmschicht 324 auf der Sekundärseite 220 ist typischerweise ausreichend, um eine zuverlässige Reduzierung bzw. Vermeidung der kapazitiven Kopplung zwischen der Sekundärspule 221 und der Primärspule 211 zu bewirken.
  • Fig. 3c zeigt einen beispielhaften Aufbau einer mehrfach, insbesondere einer dreifach, (elektrisch) isolierten Schirmschicht 324. Die Schirmschicht 324 umfasst eine elektrisch leitende und/oder metallische Zentralschicht 300. Die Zentralschicht 300 wird durch mehrere, insbesondere durch drei, nicht-leitende Isolationsummantelungen 301, 302, 303 umgeben. Dabei umschließt die erste Isolationsummantelung 301 die Zentralschicht 300. Die zweite Isolationsummantelung 302 umschließt die erste Isolationsummantelung 301 mit der Zentralschicht 300. Ferner kann eine dritte Isolationsummantelung 303 die zweite Isolationsummantelung 302 umschließen. Durch die Verwendung einer mehrfach isolierten Schirmschicht 324 kann in besonders bauraumeffizienter Weise die kapazitive Kopplung zwischen der Sekundärspule 221 und der Primärspule 211 vermieden bzw. reduziert werden. Als Folge daraus kann ggf. auf den Verbau einer Filtereinheit 111 in einem Schaltnetzteil 110 verzichtet werden.
  • Es wird somit ein Schaltnetzteil-Transformator 150 beschrieben, der zwei Schirmfolien (d.h. Schirmschichten) 214, 324 aufweist, um Common-Mode-Störungen zu vermeiden. Dabei ist zumindest eine Schirmfolie 324, vorzugsweise die Schirmfolie 324 auf der Sekundärseite 220, als mehrfach, insbesondere als dreifach, isolierte Abschirmung ausgeführt. Die primärseitige Schirmfolie 214 kann an den Zwischenkreis an einem Referenzpunkt 215 mit der geringstmöglichen AC-Beladung (z.B. 0V oder + Zwischenkreisspannung) angeschlossen werden. Die sekundärseitige Schirmfolie 324 kann sekundärseitig an einem Referenzpunkt 225 mit einem Potential von 0V oder der Ausgangsspannung angeschlossen werden.
  • Die kapazitive Kopplung zwischen dem Primärkreis 210 und dem Sekundärkreis 220 des Transformators 150 kann durch die Verwendung der Schirmfolien 214, 324 unterbunden werden, und es entstehen als Folge daraus keine Common-Mode-Störungen. Die beiden Schirmfolien 214, 324 sind bevorzugt derart ausgebildet, dass die Schirmfolien 214, 324 die Wickelbreite der jeweiligen Spule 211, 221 möglichst vollständig ausfüllen.
  • Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen ermöglichen es (da keine Common-Mode-Störungen mehr erzeugt werden), auf ein oder mehrere Filterelemente 111, wie z.B. einen Common-Mode-Choke, einen Y-Kondensator und/oder einen Common-Mode-Kondensator, teilweise oder komplett zu verzichten, wodurch die Kosten und/oder der Bauraum eines Schaltnetzteils 110 reduziert werden können. Ferner kann durch die Verwendung einer mehrfach isolierten Schirmschicht 324 bewirkt werden, dass (ggf. gesetzlich) vorgegebene Isolationswerte des Transformators 150 in effizienter und zuverlässiger Weise erfüllt werden können.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip des vorgeschlagenen Transformators und/oder Schaltnetzteils veranschaulichen sollen.

Claims (15)

  1. Transformator (150) für ein Schaltnetzteil (110); wobei der Transformator (150) umfasst,
    - einen Spulenkern (201);
    - eine Primärspule (211) und eine Sekundärspule (221), die jeweils einen Zentralbereich des Spulenkerns (201) umschließen; und
    - eine mehrfach isolierte Schirmschicht (324), die zwischen dem Zentralbereich des Spulenkerns (201) und der Primärspule (211) und/oder der Sekundärspule (221) angeordnet und elektrisch leitend mit der Primärspule (211) oder der Sekundärspule (221) verbunden ist.
  2. Transformator (150) gemäß Anspruch 1, wobei die mehrfach isolierte Schirmschicht (324) umfasst,
    - eine elektrisch leitende Zentralschicht (300);
    - eine erste Isolationsummantelung (301), die die Zentralschicht (300) vollständig umschließt;
    - eine zweite Isolationsummantelung (302), die die erste Isolationsummantelung (301) vollständig umschließt; und
    - insbesondere eine dritte Isolationsummantelung (303), die die zweite Isolationsummantelung (302) vollständig umschließt.
  3. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    - die Primärspule (211) und/oder die Sekundärspule (221) jeweils eine Wickelbreite von Wicklungen um eine Zentralachse des Transformators (150) aufweisen; und
    - sich die mehrfach isolierte Schirmschicht (324) im Wesentlichen über die gesamte Wickelbreite der Primärspule (211) und/oder der Sekundärspule (221) erstreckt.
  4. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    - die mehrfach isolierte Schirmschicht (324) zwischen der Primärspule (211) und der Sekundärspule (221) angeordnet ist; und
    - die mehrfach isolierte Schirmschicht (324) ausgebildet ist, eine durch Wicklungen der Primärspule (211) gebildete Mantelfläche der Primärspule (211) oder eine durch Wicklungen der Sekundärspule (221) gebildete Mantelfläche der Sekundärspule (221) im Wesentlichen vollständig zu umschließen.
  5. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    - der Spulenkern (201) zwei Querteile aufweist, die sich ausgehend von dem Zentralbereich des Spulenkerns (201) an gegenüberliegenden Seiten der Primärspule (211) und/oder der Sekundärspule (221) von einer Zentralachse des Transformators (150) weg erstrecken; und
    - zwischen der Primärspule (211) und/oder der Sekundärspule (221) und zumindest einem Querteil des Spulenkerns (201), abgesehen von einer Isolationsschicht eines Spulendrahtes der jeweiligen Spule (211, 221) und/oder abgesehen von einer Querwand eines Spulenkörpers (203), kein weiteres Isolationselement (213, 223) angeordnet ist.
  6. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    - die Spule (211, 221), mit der die mehrfach isolierte Schirmschicht (324) elektrisch leitend verbunden ist, einen Referenzpunkt (215, 225) aufweist, der im Vergleich zu einem AC-Punkt (212, 222) der Spule (211, 221) ein weniger schwankendes, insbesondere ein im Wesentlichen konstantes, Spannungspotential aufweist;
    - der Referenzpunkt (215, 225) insbesondere an einem ersten Ende und der AC-Punkt (212, 222) an einem gegenüberliegenden zweiten Ende der Spule (211, 221) angeordnet ist; und
    - die mehrfach isolierte Schirmschicht (324) elektrisch leitend mit dem Referenzpunkt (215, 225) verbunden ist.
  7. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    - die mehrfach isolierte Schirmschicht (324) zwischen dem Zentralbereich des Spulenkerns (201) und der Primärspule (211) angeordnet ist; und/oder
    - die mehrfach isolierte Schirmschicht (324) elektrisch leitend mit der Sekundärspule (221) verbunden ist.
  8. Transformator (150) gemäß Anspruch 7, wobei
    - der Transformator (150) eine zumindest einfach isolierte Schirmschicht (214) zwischen dem Zentralbereich des Spulenkerns (201) und der Primärspule (211) umfasst; und
    - die zumindest einfach isolierte Schirmschicht (214) elektrisch leitend mit der Primärspule (221) verbunden ist.
  9. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Primärspule (211) und/oder die Sekundärspule (221) jeweils einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweisen.
  10. Transformator (150) gemäß Anspruch 9, wobei der mehrfach isolierte Spulendraht umfasst,
    - einen elektrisch leitenden Draht;
    - eine erste Isolationsummantelung, die den Draht vollständig umschließt;
    - eine zweite Isolationsummantelung, die die erste Isolationsummantelung vollständig umschließt; und
    - insbesondere eine dritte Isolationsummantelung, die die zweite Isolationsummantelung vollständig umschließt.
  11. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    - die Primärspule (211) einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweist, und
    - der Transformator (150) eine mehrfach isolierte Schirmschicht (214) aufweist, die elektrisch leitend mit der Primärspule (211) verbunden ist; und/oder
    - die Sekundärspule (211) einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweist, und
    - der Transformator (150) eine mehrfach isolierte Schirmschicht (324) aufweist, die elektrisch leitend mit der Sekundärspule (211) verbunden ist.
  12. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    - die Primärspule (211) die Sekundärspule (221) zumindest teilweise oder vollständig umschließt; und
    - die Sekundärspule (221) einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweist; oder
    - die Sekundärspule (221) die Primärspule (211) zumindest teilweise oder vollständig umschließt; und
    - die Primärspule (211) einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweist.
  13. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    - der Transformator (150) ausgebildet ist, eine an der Primärspule (211) anliegende Primärspannung auf eine gegenüber der Primärspannung reduzierte, an der Sekundärspule (221) anliegende, Sekundärspannung zu transformieren; und
    - die Primärspule (211) die Sekundärspule (221) zumindest teilweise oder vollständig umschließt; oder
    - der Transformator (150) ausgebildet ist, eine an der Primärspule (211) anliegende Primärspannung auf eine gegenüber der Primärspannung erhöhte, an der Sekundärspule (221) anliegende, Sekundärspannung zu transformieren; und
    - die Sekundärspule (221) die Primärspule (211) zumindest teilweise oder vollständig umschließt.
  14. Schaltnetzteil (110) für ein Hausgerät (100); wobei das Schaltnetzteil (110) einen Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
  15. Schaltnetzteil (110) gemäß Anspruch 14, wobei das Schaltnetzteil (110) keine Filtereinheit (111) zur Unterdrückung von Gleichtakt- und/oder Common-Mode-Störungen umfasst.
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