WO2018178163A1 - Hochspannungs-transformator und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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WO2018178163A1
WO2018178163A1 PCT/EP2018/057943 EP2018057943W WO2018178163A1 WO 2018178163 A1 WO2018178163 A1 WO 2018178163A1 EP 2018057943 W EP2018057943 W EP 2018057943W WO 2018178163 A1 WO2018178163 A1 WO 2018178163A1
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secondary windings
core
blocking diode
primary winding
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Matthias Bruns
Manfred KRÄMER
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Hitachi Automotive Systems Europe Gmbh
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    • H02M1/0064—Magnetic structures combining different functions, e.g. storage, filtering or transformation

Definitions

  • the present invention relates to a high voltage transformer and a method of manufacturing this high voltage transformer.
  • High-voltage transformers are used to generate very high alternating voltages, with the voltage at the secondary coil, that is to say at the output, usually being a multiple of the input voltage at the primary coil. High-voltage transformers are used, for example, in switched-mode power supply technology.
  • High voltage transformers are known per se from the prior art.
  • DE 101 10 609 B4 describes a high-voltage power supply which comprises a generic high-voltage transformer.
  • This high-voltage transformer has at least two windings connected in series in the high-voltage secondary circuit and a circuit breaker in the low-voltage primary circuit.
  • the windings in the high-voltage secondary circuit are decoupled by at least one charging diode.
  • the high-voltage power supply of DE 101 10 609 B4 is intended to achieve a distortion-free as possible voltage gain.
  • a high-voltage power supply for an X-ray tube which also includes a high-voltage transformer for increasing the AC output voltage of an inverter. Due to the presence of a leakage inductance of this high-voltage transformer and the capacity of the high-voltage cable, the output voltage of the high-voltage rectifier circuit constructed from rectifier elements is smoothed in DE 36 00 205 C2. This should be minimized in the specific case, an unwanted ripple component in the X-ray tube DC voltage.
  • the prior art has problems with electromagnetic compatibility (EMC). That is, the high-voltage transformer can interfere with other technical devices by unwanted electrical or electromagnetic effects. By occurring in the case of the high-voltage transformer on the secondary side Magnetic fields is the legally prescribed electromagnetic compatibility is not always given.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • FIG. 1 of the present invention shows a functional diagram in which the individual windings W1 to W4 are contacted with the pins P1 to P1 1 on a printed circuit board (900), the four diodes D1 to D4 shown in this case likewise being mounted on the printed circuit board (FIG. 900).
  • the diodes D1 to D4 are usually led over very long contact legs on the circuit board, which leads to increased problems with the electromagnetic compatibility.
  • the prior art therefore provides for compliance with the electromagnetic compatibility, for example, according to DE 10 2013 109 538 A1 electrically conductive housing for shielding of electromagnetic interference signals around corresponding field devices arranged around.
  • a high voltage transformer (1) comprising
  • a secondary circuit having at least two secondary windings (301 a, 301 b), which are connected in series and decoupled with at least one blocking diode (303 a), and a core (500) on which the primary winding (101) and the at least two
  • Secondary windings (301 a, 301 b) are at least partially arranged
  • the at least two secondary windings (301 a, 301 b) have a spaced-apart arrangement on the core (500), and
  • the at least one blocking diode (303a) is arranged inside the core (500).
  • the object is achieved by a method for producing a high-voltage transformer (1), comprising the steps:
  • the present invention generally has the advantage that disturbances in the electromagnetic compatibility of a high-voltage transformer are significantly minimized. Furthermore, the present invention enables a production-suitable production of high-voltage transformers.
  • the first aspect of the present invention relates to a high voltage transformer (1) comprising a primary circuit having a primary winding (101) and a secondary circuit having at least two secondary windings (301 a, 301 b).
  • the at least two secondary windings (301 a, 301 b) are connected in series and decoupled with at least one blocking diode (303 a) provided between them.
  • the high-voltage transformer (1) further comprises a core (500) on which the primary winding (101) and the at least two secondary windings (301 a, 301 b) are at least partially arranged.
  • the high-voltage transformer (1) according to the invention is characterized in that the at least two secondary windings (301 a, 301 b) have a spaced-apart arrangement on the core (500) and that the at least one blocking diode (303 a) within the core (500 ) is arranged.
  • primary circuit with the primary winding (101) is understood to mean the input side or primary side of the high-voltage transformer (1) at which a lower voltage is applied in comparison to the output side or secondary side V to 35 V, more preferably 12 V to 16 V.
  • the at least one blocking diode (303a) serves to decouple the at least two secondary windings (301a, 301b), that is, the series resonance frequency and the parallel resonance are shifted to higher frequency ranges.
  • the series resonance frequency is 1.5 MHz and the parallel resonance frequency is 250 kHz.
  • the inventively provided spaced apart arrangement of the at least two secondary windings (301 a, 301 b) on the core (500) makes it possible to arrange the at least one blocking diode (303a) in series so that it is disposed within the core (500) means that the material of the core (500) forms an additional shield on the outside of the at least one blocking diode (303a).
  • the high-voltage transformer (1) according to the invention initially has the advantage that the interference caused by it electromagnetic compatibility (EMC) compared to generic high-voltage transformers clearly are minimized.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the high-voltage transformer (1) according to the invention can be produced in a production suitable for production, which considerably reduces the unit price.
  • the spaced-apart arrangement of the at least two secondary windings (301 a, 301 b) has the same winding directions of all secondary windings (301 a, 301 b). This is advantageously achieved that the differential voltage between the secondary windings (301 a, 301 b) is the same at each point.
  • the secondary windings (301 a, 301 b) can be wound better in the series.
  • a particular embodiment provides for four separate secondary windings (301 a, 301 b, 301 c, 301 d). Furthermore, it is advantageous if the high-voltage side of each secondary winding (301 a, 301 b) is held on the inside. As a result, an even better electromagnetic compatibility is achieved.
  • the primary winding (101) within the at least two secondary windings (301 a, 301 b) is arranged. This development advantageously leads to a minimized size of the high-voltage transformer (1) according to the invention.
  • the primary winding (101) and the at least two secondary windings (301 a, 301 b) on separate carriers (103, 305) are applied, which are arranged one inside the other.
  • the first carrier (103) with the primary winding (101) applied thereto is arranged within the second carrier (305) with the at least two secondary windings (301 a, 301 b) applied thereto.
  • the primary winding (101) is advantageously wound with eight parallel wires, so that the primary winding (101) and in this embodiment four separate secondary windings (301 a, 301 b, 301 c, 301 d), with the same winding width, symmetrically one above the other lie.
  • the primary winding (101) so widen (for example, by parallel wires or Flat cable), that the primary winding (101) under each of the secondary windings (301 a, 301 b) comes to rest (see Figure 3).
  • the core (500) is a two-part core with two core halves (500a, 500b).
  • This embodiment of the core (500) as a two-part core with two core halves (500a, 500b) facilitates the mass production of the high-voltage transformer (1) by first the primary winding (101) and the at least two secondary windings (301 a, 301 b) provided can be before the two core halves (500a, 500b) are joined together.
  • each core half (500a, 500b) has a jacket portion (501a, 501b) and a central portion (503a, 503b), wherein the central portion (503a, 503b) in the Inner of the primary winding (101) protrudes at least partially and the shell portion (501 a, 501 b) at least partially surrounds the at least two secondary windings (301 a, 301 b) on its outer side.
  • the inventive high-voltage transformer (1) has the advantage of a very compact design, in which the primary winding (101) and the at least two secondary windings (301 a, 301 b) use the same central portion (503a, 503b) of the core (500).
  • the core (500) according to the invention may also be referred to as a "double E core” based on the prior art
  • the jacket section (501a, 501b) provided according to the invention serves for the at least one blocking diode (303a) on the outside of the high voltage transformer (1) so as to ensure the additional shielding of the blocking diode (303a) according to the invention.
  • the mounting plate (700) with at least one blocking diode (303a) mounted thereon is first mounted on the second carrier (305) before the at least two secondary windings (301a, 301b) are then applied to the first carrier (103) become.
  • this can be modulated with an output voltage of 0 V to 6,000 V.
  • the modulability of the high-voltage transformer (1) according to the invention is achieved by a pulsed input voltage (primary voltage) with a frequency between 60 kHz and 300 kHz.
  • the preferred output voltage is thus between 0 V and 6,000 V, the preferred input voltage is between 9 V and 35 V, preferably between 12 V and 16 V.
  • the high-voltage transformer (1) achieves an output power of at least 5 W, preferably between 50 W and 100 W.
  • the second aspect of the present invention relates to a method for manufacturing the high-voltage transformer (1) according to the invention.
  • the method according to the invention initially comprises a step a) in which a primary winding (101) is provided on a first carrier (103) before at least one blocking diode (303a) is mounted on a second carrier (305) in a step b).
  • the first carrier (103) and / or the second carrier (305) are / is to be made of a suitable material.
  • a step c) at least two secondary windings (301 a, 301 b) are applied to the second carrier (305) and thereby contacted the at least one blocking diode (303 a), so that the at least two secondary windings (301 a, 301 b) by means of at least one blocking diode (303a) are decoupled.
  • step d) the primary winding (101) provided in step a) is introduced on the first carrier (103) into the second carrier (305), so that the primary winding (101) and the at least two secondary windings (301 a, 301 b ) are arranged substantially concentrically.
  • the primary winding (101) is preferably positioned so that each individual winding comes to rest under one of the at least two secondary windings (301 a, 301 b).
  • a core (500) is attached, whereby at least part of the core (500) at least partially surrounds the at least two secondary windings (301 a, 301 b) on its outer side, so that the at least one blocking diode (303 a) is disposed within the core (500).
  • the phrase "disposed within the core (500)" in the sense of the present invention means that the at least one blocking diode (303a) is positioned in the high-voltage transformer (1) according to the invention so as to be shielded by the material of the core (500) becomes.
  • the inventive method basically has the same advantages as the high-voltage transformer (1) according to the invention according to the first aspect of the invention.
  • the high-voltage transformer (1) according to the invention can be produced in a production suitable for production, which considerably reduces the unit price.
  • the at least one blocking diode (303a) is attached in step b) by means of a pre-equipped internal component board (700), which is mounted on the second carrier (305) after being equipped with the at least one blocking diode (303a) before the at least two secondary windings (301 a, 301 b) are applied.
  • the production suitable for production is further improved, since in a conventional automated process, first the mounting board (700) can be created before - preferably automatically - on the second carrier (305) is mounted.
  • FIG. 1 is a schematic functional diagram of a high-voltage transformer according to the prior art
  • Fig. 2 is a schematic functional diagram of the high-voltage transformer 1 according to the invention according to an embodiment of the invention.
  • FIG 3 shows a schematic section through the high-voltage transformer 1 according to the invention.
  • Figure 1 shows, as already stated above, the schematic diagram of a high-voltage transformer according to the prior art.
  • the pins P1 to P1 1 are contacted as the individual windings W1 to W4 on a circuit board 900.
  • the four diodes D1 to D4 are also equipped on this printed circuit board 900, which according to the prior art, these diodes D1 to D4 must be partially soldered by hand.
  • FIG. 2 shows a functional diagram, similar to the representation of FIG. 1, of the high-voltage transformer 1 according to the present invention.
  • the placement of the at least two secondary windings 301a, 301b and the at least one blocking diode 303a is now changed so that the pins P4 to P10 can be listed as so-called “internal pins.”
  • the term “internal pins” means according to the present invention Invention that from the system "potted high-voltage transformer 1" these pins are not led out and can be achieved after potting.
  • the pins P1 and P2 represent the connection pins of the primary coil, while the pins P3 and P1 1 represent the connection pins of the at least two secondary windings 301 a, 301 b. These connection pins P1, P2, P3 and P1 1 are contacted on the circuit board 900.
  • the blocking diodes 303a, 303b, 303c, 303d can be placed within the high-voltage transformer 1 according to the invention, which was not possible with conventional transformer windings according to the prior art.
  • FIG. 3 shows schematically the section through the high-voltage transformer 1 according to the invention, from which it can be seen how the blocking diodes 303 a, 303 b, 303 c, 303 d are arranged inside the high-voltage transformer 1, that is to say inside the core 500.
  • the same parts are provided only once with reference numerals.
  • the primary winding 101 is applied on the first carrier 103.
  • the at least two secondary windings 301 a, 301 b are applied, wherein in the representation of Figure 3 preferably four secondary windings 301 a, 301 b, 301 c, 301 d are shown.
  • the at least one blocking diode 303a in the illustrated preferred embodiment, four blocking diodes 303a, 303b, 303c, 303d, first applied before the secondary windings 301 a, 301 b, 301 c, 301 d are applied.
  • the blocking diodes 303a, 303b, 303c, 303d can be equipped on the internal assembly board 700 by machine.
  • this internal mounting board 700 it is possible not only the blocking diodes 303a, 303b, 303c, 303d, but also the pins P3 and P1 1 for contacting the secondary windings 301 a, 301 b, 301 c, 301 d cost in series with equip.
  • the two core halves 500a, 500b of the core 500 can be joined together, the two central sections 503a, 503b are arranged inside the primary and secondary circuits, while the shell sections 501 a, 501 b on the outside arranged secondary circuit surrounded by the outside.
  • the arrangement of the blocking diodes 303a, 303b, 303c, 303d thereby becomes the interior of the high-voltage transformer 1, that is, the interior of the core 500 recorded, whereby a very good electromagnetic compatibility is achieved.
  • the high-voltage transformer 1 according to the invention is contacted on the guide plate 900.
  • the high voltage transformer 1 of the present invention replaces prior art generic transformers with external diodes or experimental Applicant transformers with internally hand soldered diodes. As a result, a previously unknown electromagnetic compatibility is achieved and combined with a very good mass production option.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochspannungs-Transformator (1), umfassend - einen Primärkreis mit einer Primärwicklung (101), - einen Sekundärkreis mit zumindest zwei Sekundärwicklungen (301a, 301b), die in Reihe geschaltet und mit mindestens einer Sperrdiode (303a) entkoppelt sind, und - einen Kern (500), auf dem die Primärwicklung (101) und die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301a, 301b) zumindest teilweise angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301a, 301b) eine voneinander beabstandete Anordnung auf dem Kern (500) aufweisen, und dass die mindestens eine Sperrdiode (303a) innerhalb des Kerns (500) angeordnet ist. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Hochspannungs-Transformators (1).

Description

Hochspannungs-Transformator und Verfahren zu dessen Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochspannungs-Transformator sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Hochspannungs-Transformators.
Hochspannungs-Transformatoren werden zum Erzeugen von sehr hohen Wechselspannungen eingesetzt, wobei die Spannung an der Sekundärspule, das heißt am Ausgang, gewöhnlicherweise ein Vielfaches der Eingangsspannung an der Primärspule beträgt. Eingesetzt werden Hochspannungs-Transformatoren beispielsweise in der Schaltnetzteiltechnik.
Hochspannungs-Transformatoren sind aus dem Stand der Technik an sich bekannt. So beschreibt beispielsweise DE 101 10 609 B4 ein Hochspannungsnetzteil, das einen gattungsgemäßen Hochspannungs-Transformator umfasst. Dieser Hochspannungs- Transformator weist im Hochspannungssekundärkreis mindestens zwei in Reihe geschaltete Wicklungen und im Niederspannungsprimärkreis einen Leistungsschalter auf. Die Wicklungen im Hochspannungssekundärkreis sind durch mindestens eine Ladediode entkoppelt. Das Hochspannungsnetzteil der DE 101 10 609 B4 soll dazu dienen, eine möglichst verzerrungsfreie Spannungsverstärkung zu erreichen.
Ferner ist aus DE 36 00 205 C2 beispielsweise ein Hochspannungsnetzteil für eine Röntgenröhre bekannt, welches ebenfalls einen Hochspannungs-Transformator zur Erhöhung der Ausgangswechselspannung eines Wechselrichters umfasst. Aufgrund des Vorhandenseins einer Streuinduktivität dieses Hochspannungs-Transformators und der Kapazität des Hochspannungskabels wird in DE 36 00 205 C2 die Ausgangsspannung der aus Gleichrichterelementen aufgebauten Hochspannungs-Gleichrichterschaltung geglättet. Damit soll im konkreten Fall ein unerwünschter Welligkeitsanteil in der Röntgenröhrengleichspannung minimiert werden.
Im Fall von Hochspannungs-Transformatoren treten nach dem Stand der Technik Probleme bei der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) auf. Das heißt, durch den Hochspannungs-Transformator können andere technische Geräte durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte störend beeinflusst werden. Durch die im Fall des Hochspannungs-Transformators auf der Sekundärseite auftretenden Magnetfelder ist die auch gesetzlich vorgeschriebene elektromagnetische Verträglichkeit nicht immer gegeben.
Um die elektromagnetische Verträglichkeit zu verbessern, werden im Stand der Technik (vgl. beispielsweise DE 101 10 609 B4) die einzelnen in Reihe geschalteten Wicklungen des Hochspannungssekundärkreises durch Dioden voneinander entkoppelt. Figur 1 der vorliegenden Erfindung zeigt hierzu ein Funktionsschaubild, bei dem die einzelnen Wicklungen W1 bis W4 mit den Pins P1 bis P1 1 auf einer Leiterplatte (900) kontaktiert sind, wobei die in diesem Fall dargestellten vier Dioden D1 bis D4 ebenfalls auf der Leiterplatte (900) bestückt werden. Für diese Kontaktierung bzw. Bestückung auf einer Leiterplatte sind die Dioden D1 bis D4 gewöhnlicherweise über sehr lange Kontaktbeine auf die Leiterplatte geführt, was zu erhöhten Problemen mit der elektromagnetischen Verträglichkeit führt. Der Stand der Technik sieht zur Einhaltung der elektromagnetischen Verträglichkeit daher beispielsweise gemäß DE 10 2013 109 538 A1 elektrisch leitfähige Gehäuse zum Abschirmen von elektromagnetischen Störsignalen um entsprechende Feldgeräte herum angeordnet vor.
Andere Lösungsvorschläge stellen Transformatoren mit extern angeordneten Dioden oder Transformatoren mit direkt an den Wicklungen handverlöteten Dioden dar. Diese aufwändigen technischen Lösungen sind jedoch höchstens für spezielle Anwendungen praktikabel, bei denen die hohen Kosten der Herstellung nicht ins Gewicht fallen. Eine unproblematische elektromagnetische Verträglichkeit sowie die Möglichkeit einer Massenfertigung bestehen hierbei jedoch nicht. Vor dem Hintergrund des vorstehend wiedergegebenen Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die technische Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungs- Transformator bereitzustellen, der eine sehr hohe elektromagnetische Verträglichkeit zeigt und darüber hinaus durch eine Vereinfachung des Aufbaus einer Massenfertigung zugänglich ist. Ferner ist es das Ziel, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Hochspannungs-Transformators anzugeben.
Die vorstehende Aufgabe wird in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch einen Hochspannungs-Transformator (1 ) gelöst, umfassend
- einen Primärkreis mit einer Primärwicklung (101 ),
- einen Sekundärkreis mit zumindest zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b), die in Reihe geschaltet und mit mindestens einer Sperrdiode (303a) entkoppelt sind, und - einen Kern (500), auf dem die Primärwicklung (101 ) und die mindestens zwei
Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) zumindest teilweise angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) eine voneinander beabstandete Anordnung auf dem Kern (500) aufweisen, und
dass die mindestens eine Sperrdiode (303a) innerhalb des Kerns (500) angeordnet ist.
In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungs-Transformators (1 ) gelöst, umfassend die Schritte:
a) Bereitstellen einer Primärwicklung (101 ) auf einem ersten Träger (103), b) Anbringen mindestens einer Sperrdiode (303a) auf dem zweiten Träger (305), b) Aufbringen von mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) auf dem zweiten Träger (305) und dabei Kontaktieren der mindestens einen Sperrdiode (303a), so dass die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) mittels der mindestens einen Sperrdiode (303a) entkoppelt sind,
d) Einführen der Primärwicklung (101 ) auf dem ersten Träger (103) in einen zweiten Träger (305),
e) Anbringen eines Kerns (500), wodurch zumindest ein Teil des Kerns (500) die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) auf ihrer Außenseite zumindest teilweise umschließt, so dass die mindestens eine Sperrdiode (303a) innerhalb des Kerns (500) angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung weist allgemein den Vorteil auf, dass Störungen der elektromagnetischen Verträglichkeit eines Hochspannungs-Transformators deutlich minimiert werden. Ferner ermöglicht die vorliegende Erfindung eine serientaugliche Fertigung von Hochspannungs-Transformatoren.
Nachfolgend wird die Erfindung im Detail dargestellt.
Wenn in der Beschreibung des erfindungsgemäßen Hochspannungs-Transformators (1 ) Verfahrensmerkmale genannt werden, so beziehen sich diese insbesondere auf das erfindungsgemäße Verfahren. Ebenso beziehen sich gegenständliche Merkmale, die in der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens angeführt werden, auf den erfindungsgemäßen Hochspannungs-Transformator (1 ). Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungs- Transformator (1 ), der einen Primärkreis mit einer Primärwicklung (101 ) und einen Sekundärkreis mit mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) umfasst. Die zumindest zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) sind in Reihe geschaltet und mit mindestens einer zwischen diesen vorgesehenen Sperrdiode (303a) entkoppelt. Der Hochspannungs-Transformator (1 ) umfasst ferner einen Kern (500), auf dem die Primärwicklung (101 ) und die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) zumindest teilweise angeordnet sind. Der erfindungsgemäße Hochspannungs-Transformator (1 ) zeichnet sich dadurch aus, dass die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) eine voneinander beabstandete Anordnung auf dem Kern (500) aufweisen und dass die mindestens eine Sperrdiode (303a) innerhalb des Kerns (500) angeordnet ist. Unter„Primärkreis mit der Primärwicklung (101 )" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Eingangsseite oder Primärseite des Hochspannungs-Transformators (1 ) verstanden, an der eine im Vergleich zur Ausgangsseite oder Sekundärseite niedrigere Spannung angelegt wird. Vorzugsweise beträgt die Spannung im Primärkreis 9 V bis 35 V, besonders bevorzugt 12 V bis 16 V.
Die mindestens eine Sperrdiode (303a) dient zum Entkoppeln der zumindest zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b), das heißt, die Serienresonanzfrequenz und die Parallelresonanz werden in höhere Frequenzbereiche verlagert. In einem konkreten Beispiel der vorliegenden Erfindung beträgt die Serienresonanzfrequenz 1 ,5 MHz und die Parallelresonanzfrequenz 250 kHz.
Die erfindungsgemäß vorgesehene voneinander beabstandete Anordnung der mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) auf dem Kern (500) ermöglicht es, die mindestens eine Sperrdiode (303a) so in Reihe anzuordnen, dass sie innerhalb des Kerns (500) angeordnet ist, das heißt, dass das Material des Kerns (500) eine zusätzliche Abschirmung auf der Außenseite der mindestens einen Sperrdiode (303a) bildet.
Der erfindungsgemäße Hochspannungs-Transformator (1 ) weist zunächst den Vorteil auf, dass die durch ihn verursachten Störungen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) gegenüber gattungsgemäßen Hochspannungs-Transformatoren deutlich minimiert sind. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Hochspannungs- Transformator (1 ) in einer serientauglichen Fertigung hergestellt werden, was den Stückpreis erheblich reduziert. In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hochspannungs-Transformators (1 ) weist die voneinander beabstandete Anordnung der mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) gleiche Wickelrichtungen aller Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) auf. Damit wird vorteilhafterweise erreicht, dass die Differenzspannung zwischen den Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) an jeder Stelle gleich ist. Zudem sind die Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) in der Serie besser wickelbar.
Eine besondere Ausführungsform sieht vier voneinander getrennte Sekundärwicklungen (301 a, 301 b, 301 c, 301 d) vor. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Hochspannungsseite jeder Sekundärwicklung (301 a, 301 b) innenliegend gehalten wird. Dadurch wird eine noch bessere elektromagnetische Verträglichkeit erreicht.
Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hochspannungs-Transformators (1 ) besteht darin, dass die Primärwicklung (101 ) innerhalb der mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) angeordnet ist. Diese Weiterbildung führt vorteilhafterweise zu einer minimierten Baugröße des erfindungsgemäßen Hochspannungs-Transformators (1 ).
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochspannungs- Transformators (1 ) sind die Primärwicklung (101 ) und die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) auf separaten Trägern (103, 305) aufgebracht, die ineinander angeordnet sind. Konkret ist der erste Träger (103) mit darauf aufgebrachter Primärwicklung (101 ) innerhalb des zweiten Trägers (305) mit den darauf aufgebrachten mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) angeordnet. Dabei wird die Primärwicklung (101 ) vorteilhafterweise mit acht parallelen Drähten gewickelt, so dass die Primärwicklung (101 ) und die in dieser Ausführungsform vier voneinander getrennten Sekundärwicklungen (301 a, 301 b, 301 c, 301 d), bei gleicher Wickelbreite, symmetrisch übereinander liegen. Dabei ist es zum Erreichen einer kleineren Streuinduktivität ferner vorteilhaft, die Primärwicklung (101 ) so auszweiten (beispielsweise durch parallele Drähte oder Flachkabel), dass die Primärwicklung (101 ) unter jeder der Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) zu liegen kommt (vgl. Figur 3).
In einer bevorzugten Ausführungsform es erfindungsgemäßen Hochspannungs- Transformators (1 ) ist der Kern (500) ein zweiteiliger Kern mit zwei Kernhälften (500a, 500b).
Diese Ausführung des Kerns (500) als zweiteiliger Kern mit zwei Kernhälften (500a, 500b) erleichtert die serientaugliche Fertigung des Hochspannungs-Transformators (1 ), indem zunächst die Primärwicklung (101 ) und die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) vorgesehen werden können, bevor die beiden Kernhälften (500a, 500b) zusammengefügt werden.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hochspannungs-Transformators (1 ) sieht vor, dass jede Kernhälfte (500a, 500b) einen Mantelabschnitt (501 a, 501 b) und einen Zentralabschnitt (503a, 503b) aufweist, wobei der Zentralabschnitt (503a, 503b) in das Innere der Primärwicklung (101 ) zumindest teilweise hineinragt und der Mantelabschnitt (501 a, 501 b) die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) auf ihrer Außenseite zumindest teilweise umschließt.
Gegenüber dem Stand der Technik (Ringkerne oder gestapelte Blechkerne in Form von sog. El-Kernen, M-Kernen, U-I-Kernen und Doppel-L-Kernen), bei dem die Primärwicklung und die Sekundärwicklungen auf unterschiedlichen Teilen eines Kerns angeordnet sind, bietet der erfindungsgemäße Hochspannungs-Transformator (1 ) den Vorteil einer sehr kompakten Bauweise, bei welcher die Primärwicklung (101 ) und die zumindest zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) den gleichen Zentralabschnitt (503a, 503b) des Kerns (500) nutzen. Der erfindungsgemäße Kern (500) kann in Anlehnung an den Stand der Technik auch als„Doppel-E-Kern" bezeichnet werden. Der erfindungsgemäß vorgesehene Mantelabschnitt (501 a, 501 b) dient dazu, die zumindest eine Sperrdiode (303a) auf der Außenseite des Hochspannungs- Transformators (1 ) zu umfassen, um so die erfindungsgemäße zusätzliche Abschirmung der Sperrdiode (303a) sicherzustellen.
Um die serientaugliche Fertigung noch weiter zu verbessern, ist in einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hochspannungs-Transformators (1 ) die mindestens eine Sperrdiode (303a) auf einer internen Bestückungsplatine (700) angebracht, die innerhalb des Kerns (500) angeordnet ist. In vorteilhafter Weise wird dabei auf den zweiten Träger (305) zunächst die Bestückungsplatine (700) mit darauf angebrachter mindestens einer Sperrdiode (303a) montiert, bevor die zumindest zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) dann auf dem ersten Träger (103) aufgebracht werden.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochspannungs-Transformators (1 ) ist dieser mit einer Ausgangsspannung von 0 V bis 6.000 V modulierbar. Die Modulierbarkeit des erfindungsgemäßen Hochspannungs-Transformators (1 ) wird durch eine gepulste Eingangsspannung (Primärspannung) mit einer Frequenz zwischen 60 kHz und 300 kHz erreicht.
Die bevorzugte Ausgangsspannung liegt somit zwischen 0 V und 6.000 V, die bevorzugte Eingangsspannung liegt zwischen 9 V und 35 V, bevorzugt zwischen 12 V und 16 V.
Vorteilhafterweise erreicht der erfindungsgemäße Hochspannungs-Transformator (1 ) eine Ausgangleistung von mindestens 5 W, vorzugsweise zwischen 50 W und 100 W.
Die vorstehenden Ausführungen und Bevorzugungen im Hinblick auf den erfindungsgemäßen Hochspannungs-Transformator (1 ) gelten für das nachstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren entsprechend. Ebenso gelten die nachstehenden Ausführungen und Bevorzugungen im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren für den erfindungsgemäßen Hochspannungs- Transformator (1 ) entsprechend.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Hochspannungs-Transformators (1 ). Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zunächst einen Schritt a), in dem eine Primärwicklung (101 ) auf einem ersten Träger (103) bereitgestellt wird, bevor in einem Schritt b) mindestens eine Sperrdiode (303a) auf einem zweiten Träger (305) angebracht wird.
Der erste Träger (103) und/oder der zweite Träger (305) sind/ist aus einem geeigneten Material vorzusehen. In einem Schritt c) werden mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) auf dem zweiten Träger (305) aufgebracht und dabei die mindestens eine Sperrdiode (303a) kontaktiert, so dass die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) mittels der mindestens einen Sperrdiode (303a) entkoppelt sind.
In einem Schritt d) wird die in Schritt a) bereitgestellte Primärwicklung (101 ) auf dem ersten Träger (103) in den zweiten Träger (305) eingeführt, so dass die Primärwicklung (101 ) und die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) im Wesentlichen konzentrisch angeordnet sind. Dabei wird die Primärwicklung (101 ) vorzugsweise so positioniert, dass jede einzelne Wicklung unter einer der mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) zu liegen kommt.
Schließlich wird in einem Schritt e) ein Kern (500) angebracht, wodurch zumindest ein Teil des Kerns (500) die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) auf ihrer Außenseite zumindest teilweise umschließt, so dass die mindestens eine Sperrdiode (303a) innerhalb des Kerns (500) angeordnet ist.
Die Formulierung „innerhalb des Kerns (500) angeordnet" bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die mindestens eine Sperrdiode (303a) so in dem erfindungsgemäßen Hochspannungs-Transformator (1 ) positioniert ist, dass die durch das Material des Kerns (500) abgeschirmt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist grundsätzlich die gleichen Vorteile wie der erfindungsgemäße Hochspannungs-Transformator (1 ) gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf. Insbesondere kann durch das erfindungsgemäße Verfahren der erfindungsgemäße Hochspannungs-Transformator (1 ) in einer serientauglichen Fertigung hergestellt werden, was den Stückpreis erheblich reduziert. In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Anbringen der mindestens einen Sperrdiode (303a) in Schritt b) mittels einer vorbestückten internen Bestückungsplatine (700), die nach dem Bestücken mit der mindestens einen Sperrdiode (303a) auf dem zweiten Träger (305) montiert wird, bevor die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) aufgebracht werden. Durch diese Maßnahme wird die serientauglichen Fertigung weiter verbessert, da in einem herkömmlichen automatisierten Verfahren zunächst die Bestückungsplatine (700) erstellt werden kann, bevor sie - vorzugsweise ebenfalls automatisiert - auf dem zweiten Träger (305) montiert wird.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Funktionsschaubild eines Hochspannungs-Transformators nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 ein schematisches Funktionsschaubild des erfindungsgemäßen Hochspannungs-Transformators 1 nach einer Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Hochspannungs- Transformator 1 .
Figur 1 zeigt, wie vorstehend bereits ausgeführt, das schematische Funktionsschaubild eines Hochspannungs-Transformators nach dem Stand der Technik. Die Pins P1 bis P1 1 sind dabei wie die einzelnen Wicklungen W1 bis W4 auf einer Leiterplatte 900 kontaktiert. Die vier Dioden D1 bis D4 sind ebenfalls auf dieser Leiterplatte 900 bestückt, wobei nach dem Stand der Technik diese Dioden D1 bis D4 teilweise von Hand eingelötet werden müssen.
Figur 2 zeigt ein an die Darstellung der Figur 1 angelehntes Funktionsschaubild des Hochspannungs-Transformators 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist die Platzierung der zumindest zwei Sekundärwicklungen 301 a, 301 b und der zumindest einen Sperrdiode 303a nun so geändert, dass die Pins P4 bis P10 als sog.„interne Pins" aufgeführt werden können. Der Ausdruck „interne Pins" bedeutet gemäß der vorliegenden Erfindung, dass aus dem System „vergossener Hochspannungs- Transformator 1 " diese Pins nicht herausgeführt werden und so nach dem Verguss erreicht werden können. Die Pins P1 und P2 stellen die Anschlusspins der Primärspule dar, während die Pins P3 und P1 1 die Anschlusspins der zumindest zwei Sekundärwicklungen 301 a, 301 b darstellen. Diese Anschlusspins P1 , P2, P3 und P1 1 werden auf der Leiterplatte 900 kontaktiert.
Durch diese geänderte Platzierung von Wicklungen und Dioden können die Sperrdioden 303a, 303b, 303c, 303d innerhalb des erfindungsgemäßen Hochspannungs- Transformators 1 platziert werden, was bei herkömmlichen Trafowicklungen nach dem Stand der Technik nicht möglich war.
Figur 3 zeigt schematisch den Schnitt durch den erfindungsgemäßen Hochspannungs- Transformator 1 , aus dem ersichtlich wird, wie die Sperrdioden 303a, 303b, 303c, 303d innerhalb des Hochspannungs-Transformators 1 , das heißt innerhalb des Kerns 500, angeordnet sind. Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind gleiche Teile nur einmal mit Bezugszeichen versehen.
Auf dem ersten Träger 103 ist die Primärwicklung 101 aufgebracht. Auf dem zweiten Träger 305 werden die zumindest zwei Sekundärwicklungen 301 a, 301 b aufgebracht, wobei in der Darstellung der Figur 3 bevorzugt vier Sekundärwicklungen 301 a, 301 b, 301 c, 301 d dargestellt sind. Auf dem zweiten Träger 305 wird zunächst die zumindest eine Sperrdiode 303a, im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel vier Sperrdioden 303a, 303b, 303c, 303d, aufgebracht, bevor die Sekundärwicklungen 301 a, 301 b, 301 c, 301 d aufgebracht werden. Dies hat den Vorteil, dass in einer speziellen Ausführungsform die Sperrdioden 303a, 303b, 303c, 303d auf der internen Bestückungsplatine 700 maschinell bestückt werden können. Durch die Verwendung dieser internen Bestückungsplatine 700 ist es möglich, nicht nur die Sperrdioden 303a, 303b, 303c, 303d, sondern auch die Pins P3 und P1 1 zur Kontaktierung der Sekundärwicklungen 301 a, 301 b, 301 c, 301 d kostengünstig in Serie zu bestücken. Nach dem Fertigstellen des Primärkreises und des Sekundärkreises können die beiden Kernhälften 500a, 500b des Kerns 500 zusammengefügt werden, wobei die beiden Zentralabschnitte 503a, 503b im Inneren von Primärkreis und Sekundärkreis angeordnet werden, während die Mantelabschnitte 501 a, 501 b den außen angeordneten Sekundärkreis auf der Außenseite umgeben. Wie der Darstellung der Figur 3 zu entnehmen ist, wird dadurch die Anordnung der Sperrdioden 303a, 303b, 303c, 303d in das Innere des Hochspannungs-Transformators 1 , das heißt in das Innere des Kerns 500 aufgenommen, wodurch eine sehr gute elektromagnetische Verträglichkeit erreicht wird.
Schließlich wird der erfindungsgemäße Hochspannungs-Transformator 1 auf der Leitplatte 900 kontaktiert.
Der Hochspannungs-Transformator 1 der vorliegenden Erfindung ersetzt aus dem Stand der Technik bekannte gattungsgemäße Transformatoren mit externen Dioden oder experimentell bei der Anmelderin vorhandene Transformatoren mit internen handverlöteten Dioden. Hierdurch wird eine bisher unbekannte elektromagnetische Verträglichkeit erreicht und mit einer sehr guten Massenfertigungsmöglichkeit kombiniert.
Darüber hinaus wird eine technische Lösung für einen modulierbaren Hochspannungs- Transformator 1 geschaffen, der einerseits die Anforderungen für elektromagnetische Verträglichkeit und andererseits einen sehr kompakten Bauraum ermöglicht.
Bezugszeichen
1 Hochspannungs-Transformator
101 Primärwicklung
103 erster Träger
301a, 301b Sekundärwicklungen
301c, 301d Sekundärwicklungen
303a, 303b Sperrdioden
303c, 303d Sperrdioden
305 zweiter Träger
500 Kern
500a, 500b Kernhälften
501a, 501b Mantelabschnitte
503a, 503b Zentralabschnitte
700 interne Bestückungsplatine
900 Leiterplatte
D1 - D4 Dioden
P1 -P11 Pins
W1 -W4 Sekundärwicklungen

Claims

Patentansprüche
1 . Hochspannungs-Transformator (1 ), umfassend
- einen Primärkreis mit einer Primärwicklung (101 ),
- einen Sekundärkreis mit zumindest zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b), die in Reihe geschaltet und mit mindestens einer Sperrdiode (303a) entkoppelt sind, und - einen Kern (500), auf dem die Primärwicklung (101 ) und die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) zumindest teilweise angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) eine voneinander beabstandete Anordnung auf dem Kern (500) aufweisen, und
dass die mindestens eine Sperrdiode (303a) innerhalb des Kerns (500) angeordnet ist.
2. Hochspannungs-Transformator (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die voneinander beabstandete Anordnung der mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) gleiche Wickelrichtungen aller Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) aufweist.
3. Hochspannungs-Transformator (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Primärwicklung (101 ) innerhalb der mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) angeordnet ist.
4. Hochspannungs-Transformator (1 ) nach Anspruch 3, wobei die Primärwicklung (101 ) und die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) auf separaten
Trägern (103, 305) aufgebracht sind, die ineinander angeordnet sind.
5. Hochspannungs-Transformator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kern (500) ein zweiteiliger Kern mit zwei Kernhälften (500a, 500b) ist, wobei jede Kernhälfte (500a, 500b) einen Mantelabschnitt (501 a, 501 b) und einen
Zentralabschnitt (503a, 503b) aufweist, wobei der Zentralabschnitt (503a, 503b) in das Innere der Primärwicklung (101 ) zumindest teilweise hineinragt und der Mantelabschnitt (501 a, 501 b) die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) auf ihrer Außenseite zumindest teilweise umschließt. Hochspannungs-Transformator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mindestens eine Sperrdiode (303a) auf einer internen Bestückungsplatine (700) angebracht ist, die innerhalb des Kerns (500) angeordnet ist.
Hochspannungs-Transformator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Hochspannungs-Transformator (1 ) mit einer Ausgangsspannung von 0 V bis 6.000 V modulierbar ist.
Hochspannungs-Transformator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Hochspannungs-Transformator (1 ) eine Ausgangleistung von mindestens 5 W erreicht.
Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungs-Transformators (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend die Schritte:
a) Bereitstellen einer Primärwicklung (101 ) auf einem ersten Träger (103), b) Anbringen mindestens einer Sperrdiode (303a) auf einem zweiten Träger (305), c) Aufbringen von mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) auf dem zweiten Träger (305) und dabei Kontaktieren der mindestens einen Sperrdiode (303a), so dass die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) mittels der mindestens einen Sperrdiode (303a) entkoppelt sind,
d) Einführen der Primärwicklung (101 ) auf dem ersten Träger (103) in den zweiten Träger (305),
e) Anbringen eines Kerns (500), wodurch zumindest ein Teil des Kerns (500) die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) auf ihrer Außenseite zumindest teilweise umschließt, so dass die mindestens eine Sperrdiode (303a) innerhalb des Kerns (500) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Anbringen der mindestens einen Sperrdiode (303a) in Schritt b) mittels einer vorbestückten internen Bestückungsplatine (700) erfolgt, die auf dem zweiten Träger (305) montiert wird, bevor die mindestens zwei Sekundärwicklungen (301 a, 301 b) aufgebracht werden.
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