ES2393695B1 - Transformador con inductor integrado - Google Patents
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Abstract
Transformador con inductor integrado del tipo que comprende: un primer núcleo; un segundo núcleo que tiene al menos un devanado; y un tercer núcleo que tiene al menos un devanado; siendo dichos núcleos independientes, en el que dicho primer núcleo es un núcleo en forma de ?I? y dichos segundo y tercer núcleos son núcleos en forma de ?E? que comprenden: una parte troncal; dos brazos extremos sustancialmente ortogonales a dicha parte troncal y dispuestos en los extremos de dicha parte trocal; y un brazo central sustancialmente ortogonal a dicha parte troncal dispuesto entre los brazos extremos; estando dispuestos dichos núcleos en forma de ?E? mutuamente enfrentados con el núcleo en forma de ?I? entre ellos.
Description
Transformador con inductor integrado
La presente invención hace referencia a un transformador que comprende un inductor acoplado, en particular, la presente invención se refiere a un transformador que comprende un inductor resonante siendo los devanados, tanto del transformador como del inductor, devanados planares.
Son conocidos en la técnica anterior diversos transformadores a los que se incorporan núcleos adicionales a manera de inductores en diferentes topologías, por ejemplo, el documento de Patente norteamericana US2002167385 da a conocer una realización que incorpora tres núcleos independientes separados mediante sendos intersticios en el que los núcleos corresponden a dos núcleos en forma de “U” y un núcleo en forma de “I” dispuesto entre ellos. En esta realización particular, uno de los devanados se dispone en el devanado “I” y el otro devanado se dispone en uno de los núcleos “U”.
Otro ejemplo de realización se describe en el documento de Patente norteamericana US5889373 en el que se da a conocer un balasto para lámparas que dispone de dos núcleos en forma de “E”, es decir, núcleos con una parte troncal y tres brazos sustancialmente ortogonales a dicha parte troncal. En esta realización los devanados se disponen en el brazo central y en la parte troncal.
La utilización de este tipo de transformadores se ha incrementado en el sector de las fuentes de alimentación conmutadas (también conocidas como SMPS, de acuerdo con las iniciales de la expresión en inglés “Switched-Mode Power Supply”). Dado el considerable avance de la técnica en este sector, es necesario efectuar modificaciones en el diseño de las fuentes conocidas para disponer de un tamaño menor, un perfil más delgado y una mayor robustez mecánica y térmica.
Los dispositivos conocidos tienen un volumen considerable que impide su utilización en ciertas realizaciones, y la disposición de devanados al exterior de los núcleos (en la parte troncal en el caso de los núcleos “E” y en cualquier parte del núcleo en los núcleos en forma de “U”) los hace vulnerables a perturbaciones mecánicas que puedan ocurrir durante su proceso de ensamblaje y/o durante su utilización.
Además, el volumen de dichas disposiciones propuestas por la técnica anterior se incrementa aún más debido a que los devanados sobresalen de los núcleos, lo que provoca que se requiera un sobremoldeado especial para poder protegerlos.
Por otra parte, ninguno de los dispositivos de la técnica anterior incorpora devanados de tipo planar los cuales poseen diversas ventajas técnicas tales como un menor consumo, un menor incremento de temperatura y sorprendentemente, disminuyen considerablemente el volumen tanto del transformador como del inductor asociado.
La presente invención da a conocer un transformador con un inductor conectado en serie que permite la utilización de tecnologías tales como devanados planares, manteniendo la robustez mecánica y ocupando un menor volumen, lo que implica una menor disipación de energía y un menor aumento de temperatura.
En concreto, la presente invención da a conocer un transformador con inductor integrado del tipo que comprende:
- -
- un primer núcleo;
- -
- un segundo núcleo que tiene al menos un devanado; y
- -
- un tercer núcleo que tiene al menos un devanado;
siendo dichos núcleos independientes, en el que dicho primer núcleo es un núcleo en forma de “I” y dichos segundo y tercer núcleos son núcleos en forma de “E” que comprenden:
- -
- una parte troncal;
- -
- dos brazos extremos sustancialmente ortogonales a dicha parte troncal y dispuestos en los extremos de dicha parte trocal; y
- -
- un brazo central sustancialmente ortogonal a dicha parte troncal dispuesto entre los brazos extremos;
estando dispuestos dichos núcleos en forma de “E” mutuamente enfrentados con el núcleo en forma de “I” situado entre ellos. De esta manera se produce un efecto sorprendente y es que se obtiene un dispositivo en el que se aprovechan mejor los espacios y además los devanados quedan protegidos por el mismo núcleo.
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En una realización preferente, los devanados del segundo y del tercer núcleo están dispuestos alrededor de los brazos centrales de dichos núcleos. De esta manera se evita la disposición de devanados fuera de la estructura encerrada por los núcleos enfrentados.
Alrededor del segundo núcleo se disponen dos devanados separados entre ellos por una capa de aislamiento. Dichos dos devanados corresponderían al primario y al secundario del transformador, mientras que un tercer devanado dispuesto en el tercer núcleo correspondería a la inductancia que se conecta en serie a al menos uno de los devanados del segundo núcleo.
Las capas de aislamiento anteriormente mencionadas son, preferentemente, láminas aislantes de poli-imida.
Para optimizar el espacio y hacer que el transformador de la presente invención disponga de aún menos volumen, los devanados son devanados planares. Dichos devanados planares comprenden placas de circuito impreso y/o láminas metálicas planas apiladas.
Para su mejor comprensión se adjuntan, a título de ejemplo explicativo pero no limitativo, unos dibujos de una realización del transformador objeto de la presente invención.
La figura 1 muestra un esquema eléctrico de una fuente de alimentación conmutada en la que se podría disponer de un transformador según la presente invención.
La figura 2 muestra una vista en perspectiva de un transformador según la presente invención.
La figura 3 muestra una vista en perspectiva de un despiece del transformador de la figura 2.
La figura 1 muestra un esquema eléctrico de una fuente de alimentación conmutada (SMPS) que comprende un controlador de medio puente -100-un capacitor -Cr-conectado a un dispositivo -1-que comprende una inductancia resonante -101-, una inductancia paralela -102-y un transformador -103-. Este circuito LLC se denomina circuito tanque.
Un procedimiento convencional de diseño circuitos tanque para esta aplicación específica se realiza mediante la operación de este circuito tanque por debajo de la región de resonancia.
Teniendo en cuenta que ciertas aplicaciones requieren que los componentes de estos circuitos ocupen el menor volumen posible, es posible integrar el inductor resonante y el transformador en un único dispositivo. Esta integración maximiza la potencia soportada por el dispositivo y disminuye el volumen total de la aplicación.
Sorprendentemente, la disposición de estos elementos puede realizarse de manera tal que se ocupe el menor volumen posible, se maximice la potencia soportada por el dispositivo y, adicionalmente, tenga una mayor resistencia mecánica.
La figura 2 muestra un dispositivo según la presente invención. En esta figura se puede observar que el transformador -1-está limitado, tanto en su parte superior como en su parte inferior, por núcleos lo que da una robustez mecánica importante en cuanto a que todas las partes frágiles del dispositivo, tales como tarjetas de circuito impreso y devanados, se encuentran protegidas por los mismo núcleos.
En esta figura 2 se observa claramente el transformador -1-que comprende un primer núcleo -3-, un segundo núcleo -2-y un tercer núcleo -4-.
La figura 3 muestra un despiece mecánico del transformador de la figura 2. En esta figura 3 se observa que el tercer y segundo núcleos -2-, -4-son núcleos en forma de “E” del tipo ampliamente conocido en la técnica. Además se observa que el primer núcleo -3-es un núcleo en forma de “I”. Gran parte de la disminución de volumen de la presente invención, es consecuencia de la utilización del primer núcleo -3-como núcleo compartido para la inductancia y el transformador.
Por otra parte, entre el segundo núcleo -2-y el primer núcleo -3-se disponen una primera lámina aislante -20entre el devanado primario -21-y el núcleo -2-, y una serie de láminas aislantes -210-entre el devanado primario -21-y el devanado secundario -22-. Además, se disponen láminas aislantes adicionales -220-entre el devanado secundario -22-y el primer núcleo -3-.
Los elementos anteriormente descritos conformarían un transformador convencional.
Adicionalmente, el transformador de la presente invención comprende un tercer núcleo -4-que, junto con el primer núcleo -3-y un devanado -41-, forman una inductancia. Adicionalmente se disponen láminas aislantes -30-, -40-entre el devanado -41-y los núcleos, aunque se pueden disponer intersticios o rellenar con resinas aislantes eléctricas en vez de disponer las citadas láminas aislantes -30-y -40-.
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En una realización de la presente invención la inductancia se conecta en serie al transformador, esta conexión se puede realizar internamente mediante la utilización de pines o, como en el caso de la presente realización a título de ejemplo, se puede realizar externamente mediante cableado.
Particularmente, los devanados podrían comprender tarjetas de circuito impreso en las que se imprimen los 5 devanados, o conductores eléctricos laminares apilados o una combinación entre ellos.
Cuando se trata de pistas de circuito impreso los conductores están separados por un material denominado FR4 que es una fibra de vidrio con componentes epoxy y por un material llamado prepreg que forma parte de la estructura interna del bobinado.
Por otra parte, la presente invención incorpora pines -42-en forma de U que se conectan en serie al bobinado
10 primario del transformador. La función de los pines en U desde la perspectiva del dispositivo es colocar al mismo nivel las conexiones existentes en la placa madre.
Si bien la invención se ha descrito con respecto a ejemplos de realizaciones preferentes, éstos no se deben considerar limitativos de la invención, que se definirá por la interpretación más amplia de las siguientes reivindicaciones.
ES 2 393 695 Al
Claims (10)
- REIVINDICACIONES1. Transformador con inductor integrado del tipo que comprende: -un primer núcleo; -un segundo núcleo que tiene al menos un devanado; y -un tercer núcleo que tiene al menos un devanado; siendo dichos núcleos independientes, caracterizado porque dicho primer núcleo es un núcleo en forma de “I” ydichos segundo y tercer núcleos son núcleos en forma de “E” que comprenden: -una parte troncal; -dos brazos extremos sustancialmente ortogonales a dicha parte troncal y dispuestos en los extremos de dichaparte trocal; y -un brazo central sustancialmente ortogonal a dicha parte troncal dispuesto entre los brazos extremos; estando dispuestos dichos núcleos en forma de “E” mutuamente enfrentados con el núcleo en forma de “I” entreellos.
-
- 2.
- Transformador, según la reivindicación 1, caracterizado porque los devanados del segundo y del tercer núcleo están dispuestos alrededor de los brazos centrales de dichos núcleos.
-
- 3.
- Transformador, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho segundo núcleo comprende dos devanados separados entre ellos por una capa de aislamiento.
-
- 4.
- Transformador, según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque dichas capas de aislamiento comprenden poli-imida.
-
- 5.
- Transformador, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los devanados son devanados planares.
-
- 6.
- Transformador, según la reivindicación 5, caracterizado porque los devanados comprenden placas de circuito impreso.
-
- 7.
- Transformador, según la reivindicación 6, caracterizado porque los conductores de las pistas de circuito impreso están separados entre sí por FR4.
-
- 8.
- Transformador, según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque los devanados son láminas metálicas planas apiladas.
-
- 9.
- Transformador, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el devanado del tercer núcleo se encuentra conectado en serie a al menos un devanado del segundo núcleo.
ES 2 393 695 AlES 2 393 695 AlES 2 393 695 AlOFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCASN.º solicitud: 201231734ESPAÑAFecha de presentación de la solicitud: 12.11.2012Fecha de prioridad:INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA51 Int. Cl. : H01F27/28 (2006.01) H01F27/38 (2006.01)DOCUMENTOS RELEVANTES- Categoría
- 56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
- A
- ES 2197830 A1 (PREMO S A) 01.01.2004, 1-9
- página 2, columna 2, línea 47 – página 3, columna 3, línea 10; figuras 1,4.
- A
- US 2012049993 A1 (HAN KYU BUM et al.) 01.03.2012, 1-9
- resumen; figuras 2,3.
- A
- CN 201838449 U (JINXIANG CHEN) 18.05.2011 &
- base de datos WPI en EPOQUE, THOMSON, London, an 2011-h06850; resumen; figuras 1-7.
- A
- EP 1319234 A2 (ASCOM ENERGY SYSTEMS AG) 18.06.2003
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
- Fecha de realización del informe 04.12.2012
- Examinador M. P. Pérez Moreno Página 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICANº de solicitud: 201231734Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) H01F Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos debúsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, wpiInforme del Estado de la Técnica Página 2/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 201231734Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 04.12.2012Declaración- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 SI NO
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 SI NO
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).Base de la Opinión.-La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.Informe del Estado de la Técnica Página 3/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 2012317341. Documentos considerados.-A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.- Documento
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
- D01
- ES 2197830 A1 (PREMO S A) 01.01.2004
- D02
- US 2012049993 A1 (HAN KYU BUM et al.) 01.03.2012
- D03
- CN 201838449 U (JINXIANG CHEN) 18.05.2011
- D04
- EP 1319234 A2 (ASCOM ENERGY SYSTEMS AG) 18.06.2003
- 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraciónDe todos los documentos recuperados del estado de la técnica se considera que el documento D01 es el más cercano a la solicitud que se analiza. Este documento describe un procedimiento para fabricar transformadores planares y el transformador planar fabricado con dicho procedimiento. Es del mismo solicitante que la solicitud en estudio, por lo que la idea y la realización de la misma es muy similar. Pero hace mucho hincapié en la resina que envuelve el conjunto de bobinados. Además no incluye un núcleo en forma de I entre los bobinados en E. El documento D02 describe un transformador integrado con un inductor. Describe un transformador formado por 3 núcleos en E, en una realización del cual incluye un inductor en forma de I entre el segundo y el tercer núcleo en E, en aras de un buen funcionamiento como inductor. Las bobinas en los núcleos no son planares. Un tercer documento D03, es un modelo de utilidad chino que describe un conjunto de núcleos en E, con núcleos en I colocados entre los huecos de las piezas transversales de las distintas piezas con forma de E. Con relación a la reivindicación 1, los tres documentos divulgan el problema de disponer un transformador planar y añadirle un núcleo en forma de I, para que funciones como un inductor en serie. Aunque entre los tres se puede deducir la existencia de un problema en este contexto, no se deduce la solución fácilmente. Por lo tanto, ninguno de los documentos citados, tomados solos o en combinación, revelan la invención definida en las reivindicaciones 1-9 y la solución al problema planteado en el documento en estudio se considera que implica novedad y actividad inventiva, de acuerdo con los artículos 6 y 8 de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de PatentesInforme del Estado de la Técnica Página 4/4
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