WO2022200440A1 - Transformator-anordnung, gleichspannungswandler mit einer transformator-anordnung - Google Patents
Transformator-anordnung, gleichspannungswandler mit einer transformator-anordnung Download PDFInfo
- Publication number
- WO2022200440A1 WO2022200440A1 PCT/EP2022/057649 EP2022057649W WO2022200440A1 WO 2022200440 A1 WO2022200440 A1 WO 2022200440A1 EP 2022057649 W EP2022057649 W EP 2022057649W WO 2022200440 A1 WO2022200440 A1 WO 2022200440A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- transformer
- core
- arrangement
- choke
- cooler
- Prior art date
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 20
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 4
- 240000004050 Pentaglottis sempervirens Species 0.000 description 2
- 235000004522 Pentaglottis sempervirens Nutrition 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H01F27/40—Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
- H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
- H01F1/20—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
- H01F1/34—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites
- H01F1/36—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites in the form of particles
-
- 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
- H01F27/08—Cooling; Ventilating
- H01F27/22—Cooling by heat conduction through solid or powdered fillings
-
- 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
- H01F27/24—Magnetic cores
- H01F27/26—Fastening parts of the core together; Fastening or mounting the core on casing or support
- H01F27/263—Fastening parts of the core together
-
- 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
- H01F27/38—Auxiliary core members; Auxiliary coils or windings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
- H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0064—Magnetic structures combining different functions, e.g. storage, filtering or transformation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
- H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
- H01F2003/106—Magnetic circuits using combinations of different magnetic materials
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
- H02M3/33523—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
Definitions
- Transformer arrangement DC-DC converter with a transformer arrangement
- the present invention relates to a transformer arrangement, especially a power transformer arrangement, and a DC/DC converter with a named transformer arrangement.
- Transformer arrangements especially power transformer arrangements, for converting between voltages of different types of current or different voltage levels are known and are used in many (power) current converters, especially (power) direct-current converters.
- This variant of the transformer aims to optimize the thermal performance.
- the object of the present application is therefore to optimize a transformer arrangement in terms of thermal performance, so that it can be cooled more efficiently during operation.
- a transformer arrangement in particular a power transformer arrangement, is provided.
- the transformer arrangement has a transformer with a transformer core made of a ferrite material and a choke with a choke core made of metal powder or iron powder.
- the transformer core and the inductor core are magnetically coupled via a common magnetic circuit and are physically and thermally connected to one another.
- the transformer arrangement has two inductive components which are magnetically coupled to one another via a common magnetic circuit. Since the magnetic design of the transformer core is usually such. B. is oversized by a required for an optimal function of the arrangement winding window, the transformer core can also be used as a magnetic material for the choke. Correspondingly, metal powder or iron powder can be used for the inductor core without an appreciable drop in performance in the transformer arrangement.
- the use of metal powder or iron powder in the inductor core improves the thermal conductivity of the inductor core and thus efficiently cools the transformer arrangement. This is due to the fact that a core made of metal powder or iron powder has a thermal conductivity that is at least twenty times higher than that of a ferrite core with the same dimensions. As a result, the inductor core made of the metal powder or the iron powder can dissipate the waste heat from the transformer core or the transformer and from other circuit components of the transformer arrangement more efficiently and thus thermally relieve these components.
- a choke core made of metal powder or iron powder improves the electrical performance of the choke and thus also reduces the power loss of the choke, which in turn is positive in terms of the development of its own waste heat.
- This provides a possibility of optimizing a transformer arrangement in terms of thermal performance, so that it can be cooled more efficiently during operation.
- the inductor core is a soft-magnetic powder core, specifically made of a powder composite material.
- the arrangement on the inductor core or between the transformer core and the inductor core has no air gap to avoid magnetic saturation.
- the choke core is designed without an air gap to avoid magnetic saturation.
- the transformer core and the reactor core are arranged to each other without an air gap therebetween to avoid the magnetic.
- metal powder or iron powder for the choke core does not require a (mechanically manufactured) air gap to avoid magnetic saturation, as this is already distributed in the metal powder or iron powder in the form of numerous fine cracks and cavities.
- the air gap that is not required also enables an additional contact surface on the inductor core, via which the inductor core can also be physically and thermally contacted with the transformer core.
- the inductor core can be in physical and thermal contact with the transformer core via all available surfaces. This further improves the cooling efficiency in the transformer assembly.
- the arrangement has a printed circuit board with at least one conductor track formed in or on the printed circuit board.
- the choke has a choke winding which is formed from the conductor track or from a section of the conductor track.
- the choke winding is formed as a planar, specially spirally running winding.
- the transformer core is shaped in such a way that it at least partially encloses a cavity.
- the transformer has a transformer winding which is arranged in the cavity and is thus at least partially enclosed by the transformer core.
- the transformer arrangement also has a cooler for cooling the arrangement.
- the restrictor rests on the radiator and is physically and thermally connected to the radiator.
- a DC-DC converter in particular a (power) DC-DC converter, especially for an electrically driven motor vehicle, is provided.
- the DC-DC converter has a primary-side converter circuit, a secondary-side converter circuit and a transformer arrangement as described above.
- the transformer arrangement is electrically connected between the primary-side and the secondary-side converter circuit.
- a converter circuit is, for example, a bridge circuit, a rectifier circuit, etc.
- the choke winding of the transformer arrangement is electrically connected to the primary-side converter circuit, with the primary-side converter circuit being formed at least partially on or in the printed circuit board of the transformer arrangement.
- the transformer winding of the transformer arrangement is electrically connected to the secondary converter circuit, the secondary converter circuit being formed, for example, on or in a further printed circuit board of the transformer arrangement.
- transformer arrangement described above and the DC voltage converter described above are used in particular in electrically driven motor vehicles, especially in hybrid electric vehicles.
- Figure 1 in a schematic cross-sectional view of a portion of a
- Figure 2 shows a schematic bird's-eye view of a section of a DC voltage converter with a transformer arrangement from Figure 1.
- FIG. 1 shows a section of a transformer arrangement TA according to an exemplary embodiment of the invention in a schematic cross-sectional illustration.
- the transformer arrangement TA has a transformer TF, a choke DS with a choke core DK made of iron powder, and a cooler KL for cooling the transformer arrangement TA.
- the transformer TF has a transformer core TK made of a known ferrite material and a transformer winding TW, which is wound, for example, from a flat conductor similar to a form of compressed flat wire.
- the transformer core TK partially encloses a cavity HR in which the transformer winding TW is arranged.
- the transformer core TK has a center leg portion MS which is located in the center of the cavity HR and around which the transformer winding TW is "wound".
- the choke DS has a choke core DK made of iron powder and a choke winding DW, which is formed from a partial section of a conductor track LB to be described below and has a spiral shape.
- the reactor core DK is E-shaped in cross-sectional view and has three leg portions SA and a bottom portion BA, the three leg portions SA extending parallel to one another from the bottom portion BA.
- the choke winding DW is “wound” around a middle one of the three leg sections SA.
- the inductor core DK is physically and thermally connected to the transformer core TK via the three leg sections SA without a gap, ie without an air gap to avoid magnetic saturation in between.
- the transformer core TK and the inductor core DK are positioned relative to one another in such a way that they are coupled to one another via a common magnetic circuit MK.
- the throttle DS rests on a cooler surface KF of the cooler KL via the base section BA and is physically and thermally connected to the cooler KL via an electrically insulating heat-conducting paste WP.
- the transformer core TK or the transformer TF, the inductor core DK or the inductor DS and the cooler KL are stacked vertically to one another (seen in the direction of the cooler surface KF), with the inductor core DK between the transformer core TK and the cooler KL is arranged and is physically and thermally connected to both the transformer core TK and the cooler KL.
- the inductor core DK thus also serves as a heat exchanger for transferring the waste heat from the transformer TK to the cooler KL.
- the transformer arrangement TA also has a circuit board LP1 with a plurality of conductor tracks LB.
- the choke winding DW of the choke DS is formed from a partial section of one of the conductor tracks LB.
- the printed circuit board LP1 is also physically and thermally connected to the cooler KL via an electrically insulating heat-conducting paste WP.
- Figure 2 shows a schematic bird's-eye view of a section of a DC voltage converter GW with a transformer arrangement from Figure 1.
- the DC-DC converter GW has a primary-side converter circuit PS, such as. B. a switching bridge circuit, which is at least partially executed on or in the circuit board LP1 described above.
- the DC-DC converter GW also has a secondary-side converter circuit SS, such as. B. a rectifier circuit, which is at least partially executed on or in a further printed circuit board LP2.
- a secondary-side converter circuit SS such as. B. a rectifier circuit, which is at least partially executed on or in a further printed circuit board LP2.
- the DC-DC converter GW also has the previously described transformer arrangement TA with two transformers TF and two inductors DS, which is electrically connected between the primary-side converter circuit PS and the secondary-side converter circuit SS.
- the transformer arrangement TA is electrically connected to the secondary-side converter circuit SS via the transformer windings TW of the respective transformers TF.
- the transformer arrangement TA is also electrically connected to the primary-side converter circuit PS via the choke windings DW of the respective choke DS, with the choke windings DW each being formed from a partial section of two conductor tracks LB on the printed circuit board LP1 of the primary-side converter circuit PS.
- the DC-DC converter GW also has a housing with an integrated cooler KL, in which the two converter circuits PS, SS and the transformer arrangement TA are arranged.
- the Transformer arrangement TA thermally connected to the cooler KL via the inductor cores DK of the two inductors DS.
- the waste heat that occurs during the operation of the DC-DC converter GW in the transformer arrangement TA or on the two transformers TF is dissipated via the inductor cores DK of the two inductors DS to the cooler KL without the two lyre plates LP1, LP2 or the primary-side converter circuit PS and the secondary-side converter circuit SS are thermally loaded.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Offenbart wird eine Transformator-Anordnung (TA), aufweisend: - einen Transformator (TF) mit einem Transformatorkern (TK) aus einem Ferritmaterial; - eine Drossel (DS) mit einem Drosselkern (DK) aus Metallpulver oder Eisenpulver; - wobei der Transformatorkern (TK) und die Drosselkern (DK) über einen gemeinsamen magnetischen Kreis (MK) gekoppelt sind, und miteinander körperlich und thermisch verbunden sind. Ferner wird ein Gleichspannungswandler (GW) mit einer genannten Transformator-Anordnung (TA) offenbart.
Description
Beschreibung
Transformator-Anordnung, Gleichspannungswandler mit einer T ransformator-Anordnung
Technisches Gebiet:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transformator-Anordnung, insb. eine Leistungstransformator-Anordnung, und einen Gleichspannungswandler mit einer genannten T ransformator-Anordnung.
Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:
Transformator-Anordnungen, insb. Leistungstransformator-Anordnungen, zur Umwandlung zwischen Spannungen unterschiedlicher Stromarten oder unterschiedlicher Spannungsniveaus sind bekannt und finden in vielen (Leistungs-)Stromwandlern, insb. (Leistungs-)Gleichspannungswandlern, ihre Anwendung.
Wie bei vielen (leistungs-)elektrischen Anordnungen besteht auch bei den Transformator-Anordnungen die Anforderung an effiziente Kühlung.
Diese Variante des Transformators hat eine Optimierung der thermischen Performance zum Ziel.
Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, eine Transformator-Anordnung hinsichtlich der thermischen Performance zu optimieren, sodass diese im Betrieb effizienter gekühlt werden kann.
Beschreibung der Erfindung:
Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Transformator-Anordnung, insb. eine Leistungstransformator-Anordnung, bereitgestellt.
Die Transformator-Anordnung weist einen Transformator mit einem Transformatorkern aus einem Ferritmaterial und eine Drossel mit einem Drosselkern aus Metallpulver oder Eisenpulver auf. Dabei sind der Transformatorkern und die Drosselkern über einen gemeinsamen magnetischen Kreis magnetisch gekoppelt und miteinander körperlich und thermisch verbunden.
Die Transformator-Anordnung weist mit einem Transformatorkern aus einem Ferritmaterial für den Transformator und einem Drosselkern aus Metallpulver oder Eisenpulver für die Drossel zwei induktiven Komponenten, die miteinander über einen gemeinsamen magnetischen Kreis magnetisch gekoppelt sind. Da die magnetische Auslegung des Transformatorkern in der Regel, wie z. B. durch ein für eine optimale Funktion der Anordnung erforderliches Wickelfenster, überdimensioniert ist, kann der Transformatorkern zusätzlich als magnetisches Material für die Drossel genutzt werden. Entsprechend kann Metallpulver oder Eisenpulver für den Drosselkern ohne einen nennenswerten Leistungseinbruch bei der Transformator-Anordnung verwendet werden.
Der Einsatz des Metallpulvers oder des Eisenpulvers bei dem Drosselkern sorgt für eine Verbesserung der Wärmeleiteigenschaft des Drosselkerns und somit zu einer effizienten Kühlung der Transformator-Anordnung. Dies liegt darin, dass ein Kern aus dem Metallpulver oder dem Eisenpulver eine mindestens zwanzigfach höhere Wärmeleitfähigkeit gegenüber einem Ferritkern bei gleichen Abmessungen aufweist. Dadurch kann der Drosselkern aus dem Metallpulver oder dem Eisenpulver die Abwärme von dem Transformatorkern bzw. dem Transformator und von sonstigen Schaltungskomponenten der Transformator-Anordnung effizienter abführen und somit diese Komponenten thermisch entlasten. Darüber hinaus verbessert ein Drosselkern aus dem Metallpulver oder dem Eisenpulver eine verbesserte elektrische Performance der Drossel und reduziert somit auch die Verlustleistung der Drossel, was wiederum positiv in Bezug auf Entwicklung der eigenen Verlustabwärme ist.
Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, eine Transformator-Anordnung hinsichtlich der thermischen Performance zu optimieren, sodass diese im Betrieb effizienter gekühlt werden kann.
Insb. ist der Drosselkern ein weichmagnetischer Pulverkern, speziell aus einem Pulververbundwerkstoff.
Bspw. weist die Anordnung an dem Drosselkern bzw. zwischen dem Transformatorkern und dem Drosselkern keinen Luftspalt zur Vermeidung der magnetischen Sättigung auf. Mit anderen Worten: der Drosselkern ist ohne einen Luftspalt zur Vermeidung der magnetischen Sättigung ausgeführt. Bzw. sind der Transformatorkern und der Drosselkern sind zueinander ohne einen Luftspalt dazwischen zur Vermeidung der magnetischen angeordnet.
Dank dem Einsatz vom Metallpulver oder Eisenpulver für den Drosselkern benötigt dieser keinen (mechanisch gefertigten) Luftspalt zur Vermeidung der magnetischen Sättigung, da sich dieser bereits in Form von zahlreichen feinen Rissen und Hohlräumen verteilt in dem Metallpulver bzw. Eisenpulver befindet. Der nicht-erforderliche Luftspalt ermöglicht auch eine zusätzliche Kontaktfläche bei dem Drosselkern, über die der Drosselkern zusätzlich mit dem Transformatorkern körperlich wie thermisch kontaktiert werden kann. Entsprechend kann der Drosselkern über sämtliche zur Verfügung stehenden Oberflächen mit dem Transformatorkern körperlich wie thermisch kontaktiert werden. Dies verbessert zusätzlich die Kühlungseffizienz bei der Transformator-Anordnung.
Bspw. weist die Anordnung eine Leiterplatte mit mindestens einer Leiterbahn auf, die in oder auf der Leiterplatte geformt ist. Die Drossel weist eine Drosselwicklung auf, die aus der Leiterbahn oder aus einem Teilabschnitt der Leiterbahn gebildet ist. Insb. ist die Drosselwicklung als eine planare, speziell spiralförmig verlaufende, Wicklung geformt.
Bspw. ist der Transformatorkern derart geformt, dass dieser einen Hohlraum zumindest teilweise umschließt. Der Transformator weist eine Transformatorwicklung auf, die in dem Hohlraum angeordnet ist und somit von dem Transformatorkern zumindest teilweise umschlossen ist.
Bspw. weist die Transformator-Anordnung ferner einen Kühler zur Kühlung der Anordnung auf. In diesem Fall liegt die Drossel auf dem Kühler auf und ist mit dem Kühler körperlich und thermisch verbunden.
Dabei kann die Drossel bzw. der Drosselkern auf dem Kühler aufliegen oder zumindest teilweise in eine Vertiefung des Kühlers eingelassen, um auch seitlich einen körperlichen Kontakt zur Wärmeübertragung zu ermöglichen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Gleichspannungswandler, insb. ein (Leistungs-)Gleichspannungswandler, speziell für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, bereitgestellt.
Der Gleichspannungswandler weist eine primärseitige Wandlerschaltung, eine sekundärseitige Wandlerschaltung, sowie eine zuvor beschriebene Transformator-Anordnung auf. Dabei ist die Transformator-Anordnung zwischen der primärseitigen und der sekundärseitigen Wandlerschaltung elektrisch angeschlossen. Hierbei ist eine Wandlerschaltung bspw. eine Brückenschaltung, eine Gleichrichterschaltung, etc.
Bspw. ist die Drosselwicklung der Transformator-Anordnung an der primärseitigen Wandlerschaltung elektrisch angeschlossen, wobei die primärseitige Wandlerschaltung zumindest teilweise auf oder in der Leiterplatte der Transformator-Anordnung gebildet ist. Analog ist die Transformatorwicklung der Transformator-Anordnung an der sekundären Wandlerschaltung elektrisch angeschlossen, wobei die sekundäre Wandlerschaltung bspw. auf oder in einer weiteren Leiterplatte der Transformator-Anordnung gebildet ist.
Die oben beschriene Transformator-Anordnung bzw. der oben beschriene Gleichspannungswandler finden Anwendung insb. in elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, speziell in Hybridelektrofahrzeugen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 in einer schematischen Querschnittdarstellung einen Abschnitt einer
Transformator-Anordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
Figur 2 in einer schematischen Vogelperspektivdarstellung einen Abschnitt eines Gleichspannungswandlers mit einer Transformator-Anordnung aus Figur 1.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen:
Figur 1 zeigt in einer schematischen Querschnittdarstellung einen Abschnitt einer Transformator-Anordnung TA gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
Die Transformator-Anordnung TA weist einen Transformator TF, eine Drossel DS mit einem Drosselkern DK aus Eisenpulver, sowie einen Kühler KL zur Kühlung der Transformator-Anordnung TA auf.
Der Transformator TF weist einen Transformatorkern TK aus einem bekannten Ferritmaterial und eine Transformatorwicklung TW auf, die bspw. aus einem Flachleiter ähnlich einer Form einer zusammengedrückten Flachdraht gewickelt ist.
Der Transformatorkern TK umschließt einen Hohlraum HR teilweise, in dem die Transformatorwicklung TW angeordnet ist. Der Transformatorkern TK weist einen Mittelschenkelabschnitt MS auf, der sich in der Mitte des Hohlraums HR befindet und um den die Transformatorwicklung TW „gewickelt“ ist.
Die Drossel DS weist einen Drosselkern DK aus Eisenpulver und eine Drosselwicklung DW auf, die aus einem Teilabschnitt einer nachfolgend zu beschreibenden Leiterbahn LB gebildet ist und eine Spiral-Form aufweist. Der Drosselkern DK in der Querschnittsicht E-förmig geformt und weist drei Schenkelabschnitte SA und einen Bodenabschnitt BA auf, wobei sich die drei Schenkelabschnitte SA zueinander parallel von dem Bodenabschnitt BA erstrecken. Die Drosselwicklung DW ist um einen Mittleren der drei Schenkelabschnitte SA „gewickelt“. Der Drosselkern DK ist über die drei Schenkelabschnitte SA spaltfrei, also ohne einen Luftspalt zur Vermeidung der magnetischen Sättigung dazwischen, mit dem Transformatorkern TK körperlich wie thermisch verbunden. Dabei sind der Transformatorkern TK und der Drosselkern DK zueinander derart positioniert, dass diese miteinander über einen gemeinsamen magnetischen Kreis MK gekoppelt sind. Die Drossel DS liegt über den Bodenabschnitt BA auf einer Kühleroberfläche KF des Kühlers KL auf und ist über eine elektrisch isolierende Wärmeleitpaste WP mit dem Kühler KL körperlich wie thermisch verbunden.
Damit sind der Transformatorkern TK bzw. der Transformator TF, der Drosselkern DK bzw. die Drossel DS und der Kühler KL zueinander (in Richtung zur Kühleroberfläche KF gesehen) vertikal gestapelt angeordnet, wobei der Drosselkern DK zwischen dem Transformatorkern TK und dem Kühler KL
angeordnet ist und sowohl mit dem Transformatorkern TK als auch dem Kühler KL körperlich wie thermisch verbunden ist. Damit dient der Drosselkern DK auch als Wärmeübertrager zur Übertragung der Abwärme von dem T ransformator TK an den Kühler KL.
Die Transformator-Anordnung TA weist ferner eine Leiterplatte LP1 mit mehreren Leiterbahnen LB auf. Die Drosselwicklung DW der Drossel DS ist wie bereits oben erwähnt aus einem Teilabschnitt einer der Leiterbahnen LB gebildet. Die Leiterplatte LP1 ist ebenfalls über eine elektrisch isolierende Wärmeleitpaste WP mit dem Kühler KL körperlich wie thermisch verbunden.
Figur 2 zeigt in einer schematischen Vogelperspektivdarstellung einen Abschnitt eines Gleichspannungswandlers GW mit einer Transformator-Anordnung aus Figur 1.
Der Gleichspannungswandler GW weist eine primärseitige Wandlerschaltung PS, wie z. B. eine Schaltbrückenschaltung, auf, die zumindest teilweise auf oder in der zuvor beschriebenen Leiterplatte LP1 ausgeführt ist.
Der Gleichspannungswandler GW weist ferner eine sekundärseitige Wandlerschaltung SS, wie z. B. eine Gleichrichterschaltung, auf, die zumindest teilweise auf oder in einer weiteren Leiterplatte LP2 ausgeführt ist.
Der Gleichspannungswandler GW weist zudem die zuvor beschriene Transformator-Anordnung TA mit zwei Transformatoren TF und zwei Drossel DS auf, die zwischen der zwischen der primärseitigen Wandlerschaltung PS und der sekundärseitigen Wandlerschaltung SS elektrisch angeschlossen ist. Dabei ist die Transformator-Anordnung TA über die Transformatorwicklungen TW der jeweiligen Transformatoren TF an der sekundärseitigen Wandlerschaltung SS elektrisch angeschlossen. Über die Drosselwicklungen DW der jeweiligen Drossel DS ist die Transformator-Anordnung TA ferner an der primärseitigen Wandlerschaltung PS elektrisch angeschlossen, wobei die Drosselwicklungen DW aus jeweils einem Teilabschnitt von zwei Leiterbahnen LB der Leiterplatte LP1 der primärseitigen Wandlerschaltung PS gebildet sind.
Der Gleichspannungswandler GW weist ferner ein Gehäuse mit einem integrierten Kühler KL auf, in dem die beiden Wandlerschaltungen PS, SS sowie die Transformator-Anordnung TA angeordnet sind. Dabei ist die
Transformator-Anordnung TA über die Drosselkernen DK der beiden Drossel DS mit dem Kühler KL thermisch verbunden. Die Abwärme, die während des Betriebs des Gleichspannungswandlers GW in der Transformator-Anordnung TA bzw. an den beiden Transformatoren TF entsteht, wird über die Drosselkernen DK der beiden Drossel DS an den Kühler KL abgeführt, ohne dass die beiden Leierplatten LP1, LP2 bzw. die primärseitige Wandlerschaltung PS und die sekundärseitige Wandlerschaltung SS thermisch belastet.
Claims
1. Transformator-Anordnung (TA), aufweisend:
- einen Transformator (TF) mit einem Transformatorkern (TK) aus einem Ferritmaterial;
- eine Drossel (DS) mit einem Drosselkern (DK) aus Metallpulver oder Eisenpulver;
- wobei der Transformatorkern (TK) und die Drosselkern (DK) über einen gemeinsamen magnetischen Kreis (MK) gekoppelt sind, und miteinander körperlich und thermisch verbunden sind.
2. Transformator-Anordnung (TA) nach Anspruch 1 , wobei die Anordnung (TA) an dem Drosselkern (DK) bzw. zwischen dem Transformatorkern (TK) und dem Drosselkern (DK) keinen Luftspalt zur Vermeidung der magnetischen Sättigung aufweist.
3. Transformator-Anordnung (TA) nach Anspruch 1 oder 2, wobei,
- die Anordnung (TA) eine Leiterplatte (LP1 ) mit einer Leiterbahn (LB) aufweist;
- die Drossel (DS) eine Drosselwicklung (DW) aufweist;
- wobei die Drosselwicklung (DW) zumindest aus einem Teilabschnitt der Leiterbahn (LB) gebildet ist.
4. Transformator-Anordnung (TA) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei,
- der Transformatorkern (TK) einen Hohlraum (HR) (teilweise) umschließt; und
- der Transformator (TF) eine Transformatorwicklung (TW) aufweist, die in dem Hohlraum (HR) angeordnet ist.
5. Transformator-Anordnung (TA) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend:
- einen Kühler (KL) zur Kühlung der Anordnung (TA);
- wobei die Drossel (DS) auf dem Kühler (KL) aufliegt und mit dem Kühler (KL) körperlich und thermisch verbunden ist.
6. Gleichspannungswandler (GW), aufweisend:
- eine primärseitige Wandlerschaltung (PS);
- eine sekundärseitige Wandlerschaltung (SS);
- eine Transformator-Anordnung (TA) nach einem der vorangehenden Ansprüche;
- wobei die Transformator-Anordnung (TA) zwischen der primärseitigen (PS) und der sekundärseitigen (SS) Wandlerschaltung elektrisch angeschlossen ist.
7. Gleichspannungswandler (GW) nach Ansprüchen 3 und 6, wobei
- die Drosselwicklung (DW) der Transformator-Anordnung (TA) an der primärseitigen Wandlerschaltung (PS) elektrisch angeschlossen ist;
- wobei die primärseitige Wandlerschaltung (PS) auf oder in der Leiterplatte (LP1) der Transformator-Anordnung (TA) gebildet ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021202977.9A DE102021202977A1 (de) | 2021-03-26 | 2021-03-26 | Transformator-Anordnung, Gleichspannungswandler mit einer Transformator-Anordnung |
DE102021202977.9 | 2021-03-26 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2022200440A1 true WO2022200440A1 (de) | 2022-09-29 |
Family
ID=81388914
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/EP2022/057649 WO2022200440A1 (de) | 2021-03-26 | 2022-03-23 | Transformator-anordnung, gleichspannungswandler mit einer transformator-anordnung |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102021202977A1 (de) |
WO (1) | WO2022200440A1 (de) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5726615A (en) * | 1994-03-24 | 1998-03-10 | Bloom; Gordon E. | Integrated-magnetic apparatus |
US20020070835A1 (en) * | 2000-05-19 | 2002-06-13 | Majid Dadafshar | Multi-layer, multi-functioning printed circuit board (pcb) with integrated magnetic components |
US20130201728A1 (en) * | 2012-02-02 | 2013-08-08 | Det International Holding Limited | Forward converter with magnetic component |
US20150303792A1 (en) * | 2012-11-20 | 2015-10-22 | Lg Innotek Co., Ltd. | Integrated-type transformer |
CN112260547A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-22 | 重庆美的制冷设备有限公司 | 功率转换电路、电路板及空调器 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3050069B1 (fr) | 2016-04-08 | 2018-05-11 | Valeo Siemens Eautomotive France Sas | Composant magnetique, circuit electrique resonant, convertisseur electrique et systeme electrique |
DE102018213157A1 (de) | 2018-08-07 | 2020-02-13 | Conti Temic Microelectronic Gmbh | Transformator, Gleichspannungswandler mit einem Transformator |
-
2021
- 2021-03-26 DE DE102021202977.9A patent/DE102021202977A1/de active Pending
-
2022
- 2022-03-23 WO PCT/EP2022/057649 patent/WO2022200440A1/de active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5726615A (en) * | 1994-03-24 | 1998-03-10 | Bloom; Gordon E. | Integrated-magnetic apparatus |
US20020070835A1 (en) * | 2000-05-19 | 2002-06-13 | Majid Dadafshar | Multi-layer, multi-functioning printed circuit board (pcb) with integrated magnetic components |
US20130201728A1 (en) * | 2012-02-02 | 2013-08-08 | Det International Holding Limited | Forward converter with magnetic component |
US20150303792A1 (en) * | 2012-11-20 | 2015-10-22 | Lg Innotek Co., Ltd. | Integrated-type transformer |
CN112260547A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-22 | 重庆美的制冷设备有限公司 | 功率转换电路、电路板及空调器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102021202977A1 (de) | 2022-09-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102011086940A1 (de) | Drosselspule | |
DE102018115654A1 (de) | Aktiv gekühlte Spule | |
DE112016002549B4 (de) | Leistungsumwandlungseinrichtung | |
DE112016001620T5 (de) | Rauschfilter | |
DE102015105388A1 (de) | Induktionsvorrichtung | |
DE112018006472T5 (de) | Eine spulenanordnung zur verwendung in einer gleichtaktdrossel | |
DE102014221012B4 (de) | Leiterplatte mit integrierter Spule und magnetische Vorrichtung | |
DE102018206389A1 (de) | Dreiphasiger Transformator | |
WO2022200440A1 (de) | Transformator-anordnung, gleichspannungswandler mit einer transformator-anordnung | |
DE102018206388A1 (de) | DC/DC-Wandler | |
DE102011016320A1 (de) | Schaltnetzteil | |
EP1085536B1 (de) | Transformator | |
DE112016003970T5 (de) | Leistungswandler | |
WO2014048726A1 (de) | Vorrichtung zum kühlen | |
DE112022000924T5 (de) | Spulengerät und Leistungskonvertierungsgerät | |
WO2018068963A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines leiterplattenstromwandlers | |
WO2008095660A1 (de) | Transformator | |
DE102018220415A1 (de) | Transformator, Gleichspannungswandler und elektrischer Kraftwagen | |
EP2751814B1 (de) | Transformator und zugehöriges herstellungsverfahren | |
DE19920268C1 (de) | Induktivitätsanordnung | |
DE202014006814U1 (de) | Wicklungsanordnung | |
DE202008005139U1 (de) | Transformator sowie zugehörige Vorrichtung zur Hochspannungs- und Hochleistungsversorgung | |
DE102018213167A1 (de) | Transformator, Gleichspannungswandler mit einem Transformator | |
DE102022125323A1 (de) | Elektrische Schaltung und Gekoppelte-Spuleneinheit | |
EP3230991A1 (de) | Filteranordnung, spannungswandler mit einer filteranordnung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 22719209 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 22719209 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |