NL193847C

NL193847C - Step up transformer.

Info

Publication number: NL193847C
Application number: NL9300433A
Authority: NL
Inventors: Minno Jan Van Der Veen; Derk Johan Albert Rouwhorst
Original assignee: Amplimo B V
Priority date: 1993-03-10
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 2000-12-04
Also published as: NL193847B; NL9300433A

Description

1 193847 "Step up”-transformator1 193847 "Step up" transformer

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een transformator voor het aan een elektrostatische luidspreker toevoeren van een door een versterker opgewekt signaal.The present invention relates to a transformer for supplying an electrostatic loudspeaker with a signal generated by an amplifier.

5 De door audioversterkers opgewekte signalen hebben in het algemeen spanningsniveaus in de grootteorde van enkele tientallen V. Dergelijke spanningen zijn ruim voldoende voor het gebruiken van klassieke, elektrodynamische luidsprekers; dergelijke luidsprekers hebben een impedantie in de grootte-orde van enkele Ohm, zodat men een spanning van enkele tientallen V vermogens van het vereiste niveau, namelijk elektrisch enkele tientallen W kunnen worden opgewekt 10 Elektrostatische luidsprekers, die geschikt zijn voor het met een zeer grote getrouwheid weergeven van geluid, vereisen echter een veel hoger spanningsniveau. Om het bij een elektrostatische luidspreker gebruikte membraan door elektrostatische krachten te doen bewegen zijn hoge veldsterkten noodzakelijk die slechts opgewekt kunnen worden door hoge spanningen. Elektrostatische luidsprekers vereisen dan ook een voeding met een spanning van enkele duizenden V. Gebruikelijke audioversterkers kunnen dergelijke 15 spanningsniveaus echter niet opwekken. Om aldus het spanningsniveau van de versterker in overeenstemming te brengen met het door de elektrostatische luidspreker vereiste spanningsniveau wordt gebruik gemaakt van een transformator die wel als "step up"-transformator wordt aangeduid.The signals generated by audio amplifiers generally have voltage levels in the order of a few tens of V. Such voltages are more than sufficient for the use of classic electrodynamic loudspeakers; such loudspeakers have an impedance of the order of a few Ohms, so that a voltage of a few tens of V powers of the required level, namely electrically a few tens of W, can be generated. 10 Electrostatic loudspeakers suitable for very high fidelity reproduction of sound, however, require a much higher voltage level. In order for the membrane used in an electrostatic loudspeaker to move by electrostatic forces, high field strengths are required which can only be generated by high voltages. Electrostatic loudspeakers therefore require a power supply with a voltage of several thousand V. However, conventional audio amplifiers cannot generate such voltage levels. Thus, in order to match the voltage level of the amplifier with the voltage level required by the electrostatic loudspeaker, use is made of a transformer which is referred to as a "step-up" transformer.

Dergelijke "step up”-transformatoren zijn algemeen bekend, bijvoorbeeld uit de Internationale octrooiaanvrage met publicatienummer WO-A-62 00559.Such step-up transformers are generally known, for example from the International patent application with publication number WO-A-62 00559.

20 Tot op heden wordt bij dergelijke "step up”-transformatoren gebruik gemaakt van rechthoekige kernen, bijvoorbeeld E-, M-, of l-vormige kernen, waarop de wikkelingen geconcentreerd, dat wil zeggen zich slechts over een deel van de kern uitstrekkend, zijn aangebracht. Dergelijke kernen hebben een over het algemeen grote strooiing, ofwel anders uitgedrukt, is de koppelfactor tussen de primaire en secondaire wikkeling matig. Dit wil zeggen, dat de strooi-inductanties tamelijk hoge waarden hebben, hetgeen het frequentie-25 bereik van een dergelijke transformator beperkt.20 To date, such step-up transformers use rectangular cores, for example E-, M-, or L-shaped cores, on which the windings are concentrated, that is to say extend only over part of the core, Such cores have a generally large scattering, or in other words, the coupling factor between the primary and secondary winding is moderate, that is, the scattering inductances have fairly high values, which means the frequency range of a such transformer limited.

Een ander nadeel van dergelijke tot de stand der techniek behorende "step up”-transformatoren is dat door het feit dat de flux zich bij de hoeken van het ijzercircuit ongelijkmatig over het oppervlak van het ijzer verdeelt, lokaal verzadigingen kunnen optreden, waardoor de magnetische flux geen lineaire afbeelding is van de door de primaire wikkeling opgewekte veldsterkte. De in de secondaire wikkeling door de magneti-30 sche flux opgewekte spanning zal aldus geen juiste afspiegeling meer zijn van het signaal in de primaire wikkeling, zodat vervorming ontstaat.Another drawback of such prior art "step up" transformers is that due to the uneven distribution of the flux at the corners of the iron circuit over the surface of the iron, local saturations can occur, causing the magnetic flux is not a linear representation of the field strength generated by the primary winding, so the voltage generated in the secondary winding by the magnetic flux will no longer accurately reflect the signal in the primary winding, causing distortion.

Het doel van de onderhavige uitvinding Is het verschaffen van een transformator, waarbij deze nadelen worden vermeden.The object of the present invention is to provide a transformer, avoiding these drawbacks.

Dit doel wordt bereikt, doordat de transformator een rotatiesymmetrische kern heeft en dat de kem van 35 de transformator gevormd wordt door een opgerold ijzerfolie.This object is achieved because the transformer has a rotationally symmetrical core and the core of the transformer is formed by a coiled iron foil.

Door de rotatiesymmetrische constructie van de transformator volgens de uitvinding worden deze problemen vermeden; immers, de flux kan zich langs de gehele ring van de kem over het gehele oppervlak van de kem gelijkmatig verdelen.These problems are avoided by the rotationally symmetrical construction of the transformer according to the invention; after all, the flux can spread evenly along the entire ring of the core over the entire surface of the core.

Hierbij zij opgemerkt, dat het in de energietechniek, bijvoorbeeld voor voedingen van elektrische 40 apparaten bekend is ringkemtransformatoren toe te passen; de aan ringkemtransformatoren gestelde eisen zijn echter geheel anders dan aan "step up”-transformatoren; bij veel toepassingen in het gebied van voeding is, zeker bij de huidige trend naar miniaturisering, de beschikbare ruimte uiterst beperkt, zodat het uit dien hoofde aantrekkelijk is om een weinig ruimte innemende en weinig wegende ringkemtransformator toe te passen.It should be noted here that it is known in energy technology, for example for power supplies of electrical appliances, to use ring core transformers; however, the requirements for toroidal transformers are quite different from those for "step up" transformers: in many applications in the field of power supply, especially in the current trend towards miniaturization, the available space is extremely limited, so that it is attractive to use a space-saving and low-weight toroidal transformer.

45 Bij toepassing als "step up”-transformator zijn de afmetingen minder van belang. Bij veel toepassingen als voedingstransformator is een zo groot mogelijke koppelfactor niet essentieel; een grote waarde van de spreidingsinductantie leidt immers tot een wat hogere kortsluitspanning. Bovendien is bij voedings-toepassingen het frequentiebereik nauwelijks van belang; de transformator wordt slechts bij een enkele frequentie, 50 Hz of 60 Hz, gebruikt.45 When used as a "step up" transformer, the dimensions are less important. In many applications as a power transformer, the greatest possible coupling factor is not essential, since a large value of the spread inductance leads to a somewhat higher short-circuit voltage. applications the frequency range hardly matters; the transformer is only used at a single frequency, 50 Hz or 60 Hz.

50 Overigens wordt opgemerkt, dat uit de Duitse octrooiaanvrage DE-A-3.110.476 een transformator met ringkem wordt toegepast als signaal-transformator; dit betreft een transformator voor kleine signalen op een niet-gelamineerde zogenaamde potkem.It is noted, incidentally, that from German patent application DE-A-3,110,476 a transformer with ring core is used as a signal transformer; this concerns a transformer for small signals on a non-laminated so-called pot core.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm strekt ten minste één van de wikkelingen zich gelijkmatig over de volledige omtrek van de kem uit.According to a preferred embodiment, at least one of the windings extends evenly over the entire circumference of the core.

55 Deze maatregel leidt tot een betere koppeling tussen de desbetreffende wikkeling en de flux, waardoor eveneens de strooiing wordt verminderd.55 This measure improves the coupling between the relevant winding and the flux, which also reduces the scattering.

193847 2193847 2

Vervolgens zal de onderhavige uitvinding worden toegelicht aan de hand van tekening, waarin voorstellen: figuur 1 een schema van de toepassing van een "step up”-transformator volgens de onderhavige uitvinding; figuur 2 een gedeeltelijk weggebroken schematisch perspectivisch aanzicht van een eerste uitvoerings-5 vorm van de transformator volgens de uitvinding; figuur 3 een doorsnede volgens de lijn III in figuur 2; figuur 4 een schema van een tweede uitvoeringsvorm van de transformator volgens de uitvinding; en figuur 5 een vervangingsschema van een "step up”-transformator.The present invention will now be elucidated with reference to the drawing, in which: figure 1 shows a diagram of the application of a step-up transformer according to the present invention; figure 2 shows a partly broken away schematic perspective view of a first embodiment. form of the transformer according to the invention, figure 3 shows a section along the line III in figure 2, figure 4 shows a diagram of a second embodiment of the transformer according to the invention, and figure 5 shows a replacement diagram of a step-up transformer.

10 De "step up”-transformator 1 volgens de onderhavige uitvinding omvat een primaire wikkeling 2 die verbonden is met de uitgangsaansluitingen 3 van een audioversterker 4. De door de primaire wikkeling heen vloeiende stroom wekt in de kern 5 van de transformator veranderingen vein de magnetische veldsterkte op die veranderingen van de magnetische flux in de kem veroorzaken. Deze fluxveranderingen induceren in de secundaire wikkeling 6 van de "step up”-transformator spanningen die aan een elektrostatische luidspreker 15 7 worden toegevoerd.The step-up transformer 1 according to the present invention comprises a primary winding 2 which is connected to the output terminals 3 of an audio amplifier 4. The current flowing through the primary winding creates changes in the magnetic transformer core 5 field strength causing changes in the magnetic flux in the core These flux changes induce voltages applied to an electrostatic loudspeaker in the secondary winding 6 of the "step up" transformer.

De secundaire wikkeling van de transformator 1 is voorzien van een middenaftakking 8 die door middel van een hoogspanningsbron 9 en een weerstand 10 met een hoge waarde verbonden is met het membraan 11 van de elektrostatische luidspreker. De twee eindaftakkingen 12, respectievelijk 13 van de secundaire wikkeling zijn verbonden met beide statoren 14, respectievelijk 15 van de elektrostatische luidspreker 7.The secondary winding of the transformer 1 is provided with a center tap 8 which is connected to the membrane 11 of the electrostatic loudspeaker by means of a high voltage source 9 and a resistor 10 with a high value. The two end branches 12 and 13 of the secondary winding are connected to both stators 14 and 15 of the electrostatic loudspeaker 7, respectively.

20 Hierbij draagt de "step up”-transformator zorg voor het naar het gewenste spanningsniveau omhoog transformeren van het uitgangssignaal van de audioversterker 4.The step-up transformer hereby transforms the output signal of the audio amplifier 4 upwards to the desired voltage level.

Een eerste uitvoeringsvorm van een dergelijke "step up”-transformator is in figuur 2 afgebeeld. De kem 16 van deze transformator wordt gevormd door opgerolde ijzerfolie, in het onderhavige geval een ijzersoort die gemakkelijk magnetiseerbaar is, oftewel een ijzersoort met een hoge pr. De vorm van de kem leidt tot 25 een verlaging van de strooiing van de transformator. Om ijzerverliezen zoveel mogelijk te voorkomen is de kern samengesteld uit gewikkelde folie. Hierdoor worden in de kem optredende wervelstroomverllezen zoveel mogelijk tegengegaan.A first embodiment of such a "step up" transformer is shown in figure 2. The core 16 of this transformer is formed by coiled iron foil, in the present case an iron type which is easily magnetizable, i.e. an iron type with a high pr. The shape of the core leads to a reduction in the scattering of the transformer In order to prevent iron losses as much as possible, the core is composed of wound foil, which prevents eddy current losses occurring in the core as much as possible.

Direct om de kern is een laag isolatiemateriaal 17 aangebracht dat bijvoorbeeld van zelfklevende band rondom de kem gewikkeld is. Vervolgens is de secundaire wikkeling 6 aangebracht die, in verband met de 30 grootte van de op te wekken spanning uit een groot aantal windingen bestaat. Om wederom de koppelfactor zo groot mogelijk te maken strekt de secundaire wikkeling zich over de gehele omtrek van de ringvormige kem uit.Directly around the core is a layer of insulating material 17 which, for example, is wrapped around the core of self-adhesive tape. Subsequently, the secondary winding 6 is provided, which, due to the magnitude of the voltage to be generated, consists of a large number of turns. To make the coupling factor as large as possible again, the secondary winding extends over the entire circumference of the annular core.

Bovenop de secundaire wikkeling is weer een laag 18 van isolatiemateriaal aangebracht, waarop de primaire wikkeling 2 is aangebracht. De primaire wikkeling bestaat uiteraard uit een veel kleiner aantal 35 windingen. De doorsnede van deze draad is daarentegen veel groten ongeveer de overzetverhouding van de transformator maal zo groot als die van de secundaire wikkeling. De primaire wikkeling strekt zich, onder het kleinere aantal windingen, ook uit over de gehele omtrek van de kem. Bovenop de primaire wikkeling 2 is een afsluitende isolatielaag 19 aangebracht.On top of the secondary winding, a layer 18 of insulating material is again applied, on which the primary winding 2 is applied. The primary winding obviously consists of a much smaller number of 35 turns. The cross section of this wire, on the other hand, is much larger, approximately the transformer ratio of the transformer times that of the secondary winding. The primary winding, under the smaller number of turns, also extends over the entire circumference of the core. On top of the primary winding 2, a sealing insulating layer 19 is provided.

De constructie van de kem blijkt overigens ook uit de doorsnede volgens figuur 3.The construction of the core is also apparent from the cross section according to figure 3.

40 Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm, waarvan het schema in figuur 4 is afgebeeld, omvat de transformator twee primaire wikkelingen 20, 21 en twee secundaire wikkelingen 22, 23. Bij deze configuratie zijn beide primaire wikkelingen parallel geschakeld, en zijn beide secundaire wikkelingen 22,23 in serie geschakeld. Er is gebleken dat een dergelijke configuratie leidt tot een vergroting van de koppelfactor tussen beide wikkelingen, maar dat bovendien de parasitaire capaciteiten van zowel de primaire als de 45 secundaire wikkelingen verkleind worden, waardoor het frequentiegebied van de transformator vergroot wordt Dit is uiteraard een eerste vereiste, omdat, om een goede weergave door de elektrostatische luidspreker te waarborgen, het frequentiegebied minstens frequenties tussen 20 Hz en 20 kHz met zo min mogelijke vervorming en zo min mogelijke verzwakking moet doorgeven.40 According to a preferred embodiment, the schematic of which is shown in Figure 4, the transformer comprises two primary windings 20, 21 and two secondary windings 22, 23. In this configuration, both primary windings are connected in parallel, and both secondary windings 22, 23 are connected in series. It has been found that such a configuration increases the coupling factor between the two windings, but also reduces the parasitic capacities of both the primary and the 45 secondary windings, thereby increasing the frequency range of the transformer. This is of course a prerequisite because, in order to ensure good reproduction by the electrostatic loudspeaker, the frequency range must transmit at least frequencies between 20 Hz and 20 kHz with the least possible distortion and the least attenuation.

Volgens een andere, niet in de tekening weergegeven uitvoeringsvorm Is een groter aantal primaire en 50 secundaire wikkelingen parallel, dan wel in serie geschakeld.According to another embodiment, not shown in the drawing, a larger number of primary and 50 secondary windings are connected in parallel or in series.

De lichamelijke configuratie van de dubbel uitgevoerde wikkelingen is hierbij zodanig, dat direct op de kern een secundaire wikkeling 22 gewikkeld is, waarna, uiteraard gescheiden door een isolatielaag, de wikkeling 20 volgt, evenals de wikkelingen 23 en daarbovenop 21. Ook deze maatregel leidt tot een zo groot mogelijke koppelfactor en tot een zo laag mogelijke parasitaire capaciteit.The physical configuration of the double windings is such that a secondary winding 22 is wound directly on the core, after which, of course separated by an insulating layer, the winding 20 follows, as do the windings 23 and on top of that 21. This measure also leads to the greatest possible coupling factor and the lowest possible parasitic capacity.

55 Hierbij zij opgemerkt dat het niet in alle gevallen vereist is naar een zo groot mogelijke koppelfactor, oftewel een zo laag mogelijke waarde van de spreidingsinductanties te streven; er is gebleken dat door de radiale afstand tussen het centrum van het blikpakket en de diverse wikkelingen aan te passen de waarde55 It should be noted that it is not always necessary to strive for the greatest possible coupling factor, that is to say the lowest possible value of the spreading inductances; it has been found that by adjusting the radial distance between the center of the can package and the various windings the value

Claims

1. Transformer for supplying an electrostatic loudspeaker with a signal generated by an amplifier 20, characterized in that the transformer has a rotationally symmetrical core and that the core of the transformer is formed by a coiled iron foil.

Transformer according to claim 1, characterized in that at least one of the windings extends evenly over the entire core.

3. Transformer according to claim 1 or 2, characterized by at least two primary windings connected in parallel.

3 193847 of the spreading inductances can be changed. Assuming an electrostatic loudspeaker has a frequency-dependent behavior, including a frequency-dependent response and a frequency-dependent impedance, it is possible to change the spread inductance of the "step up transformer" to allow the frequency response of the "step up ”Transformer to match that of the electrostatic loudspeaker to be fed via the relevant step-up transformer. This will be explained in more detail with reference to figure 5, in which a transformer replacement diagram is drawn. the symbol T is an ideal transformer, where R, indicates the internal resistance of the windings, the spreading inductance of the windings and Cp the parasitic capacitance of the windings. The index "p" or "8" denotes or 10 the corresponding symbol The invention relates to the primary or secondary winding It is thus possible to vary the values of all six elements of the above-mentioned replacement scheme within certain limits, so that the behavior of the transformer can be adapted to the frequency-dependent properties of the electrostatic loudspeaker to be driven. 15

Transformer according to claim 3, characterized in that each of the parallel-connected primary windings extends over the entire core.

Transformer according to claim 1, characterized in that the at least one secondary winding is wound directly on the core, and that the at least one primary winding is wound on the secondary winding.

Transformer according to claim 1, characterized in that the at least one primary winding is wound directly on the core, and that the at least one secondary winding is wound on the primary winding.

7. Transformer according to any one of the preceding claims, characterized in that the distance between the center of the core and a winding is chosen to select a specific scattering inductance or parasitic capacitance.

Transformer according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one of the windings does not extend uniformly over the entire core for choosing a specific straw inductance or parasitic capacitance.