DE4116740A1 - Stromversorgungs-schalttransformator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromversorgungs-Schalttransformator nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.

Derartige Gleichstromwandler werden als Leistungsschalter bzw. als Zeilenkipptransformator verwendet.

Bei herkömmlichen elektronischen Einrichtungen werden Gleichspannungen verschiedener Größe benötigt, wobei die Gleichspannungen dadurch erzeugt werden, daß ein Wandler zum Transformieren einer Gleichspannung verwendet wird. Bei einem solchen Wandler wird ein Strom, der auf die Primärseite eines Wandler-Transformators gegeben wird, durch einen Schalttransistor ein- und ausgeschaltet. Die transformierte Spannung, die man auf der Sekundärseite erhält, wird sodann gleichgerichtet, um eine Gleichspannung zu erhalten. Als ein Wandler dieses Typs ist der Zeilenendtrafo (Ein-Aus-System) allgemein bekannt, der so ausgelegt ist, daß er eine Spannung auf der Sekundärseite eines Transformators bei Stromunterbrechung auf die Primärseite dieses Transformators erzeugt.

Ein Kern vom EER-Typ, wie er in der Fig. 1 dargestellt ist, wird im allgemeinen in einem Leistungsschalttransformator eines Zeilenkippwandlers verwendet. Ein Spalt G ist im wesentlichen in der Mitte der zentralen Schenkel 10 des Kerns vom EER-Typ vorgesehen. Die Oberflächen der zentralen Schenkel 10, die sich einander über den Spalt G gegenüberliegen, sind abgeschliffen. Bei dieser Anordnung verläuft ein Fluß F außerhalb und in der Nähe des Spalts G. Wenn dieser Streufluß F durch die Spulen 11 verläuft, die durch strichpunktierte Linien angedeutet und um den Kern gewickelt sind, entstehend in der Spule 11 Wirbelströme. Wird die Betriebsfrequenz erhöht, so fließen diese Wirbelströme in einem geschlossenen Kreis, der durch die Spulen 11 und die Kapazitäten zwischen diesen Spulen 11 gebildet wird, und erzeugen hierdurch Wirbelstromverluste, was zu einer Erwärmung der Spulen führt. Um die Größe der Transformatoren zu verringern, wurde die Arbeitsfrequenz in der Vergangenheit immer mehr erhöht. Liegt die Arbeitsfrequenz bei etwa 100 kHz oder mehr, so stellt die Wärmeentwicklung ein ernsthaftes Problem dar.

Bei einem herkömmlichen Wandler werden zur Minimierung der ungünstigen Effekte des Streuflusses um die Lücke zwischen den zentralen Schenkeln eines Transformator-Kerns die Spulenwicklungen in der Nähe des Spalts so ausgelegt, daß sie größer sind als anderswo, oder es werden Litzendrähte bzw. aus mehreren verdrillten Drähten bestehende Windungen als Spulen verwendet. Das hierbei entstehende Problem liegt darin, daß sich die Windungszahl der Spulen insgesamt reduziert. Werden Litzendrähte verwendet, so erhöhen sich die Kosten unvermeidlich, außerdem ist es sehr schwierig, die Enden der Drähte zu verarbeiten.

Bei einem anderen bekannten Verfahren werden die ganzen Spulen mittels eines Plattenelements bedeckt und geschützt, das als Kurzschlußring bezeichnet ist und aus einer Kupferplatte besteht. Bei diesem Verfahren tritt das Problem auf, daß sich die Zahl der Komponenten vergrößert und hierdurch die Zahl der Montageschritte entsprechend zunimmt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Wärmeentwicklung in den Spulen zu unterdrücken, indem der Streufluß im Spaltbereich des Kerns verringert wird, ohne daß teure Litzendrähte verwendet werden und ohne daß sich die Zahl der Komponenten und Montageschritte erhöht.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß der Streufluß in der Nähe der Lücke zwischen den zentralen Schenkeln des Kerns vermindert wird. Außerdem werden die in den Spulen erzeugten Wirbelströme vermindert, da die Spulen beim Spalt von dem Kern getrennt sind. Hierdurch wird die auf Wirbelströme beruhende Wärmeerzeugung in den Spulen unterdrückt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des Kerns eines herkömmlichen Stromversorgungs- Schalttransformators;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Kerns eines erfindungsgemäßen Stromversorungs- Schalttransformators;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung, welche die untere Hälfte des Kerns gemäß Fig. 2 zeigt und

Fig. 4A und 4B Ansichten von zentralen Schenkeln des Kerns eines erfindungsgemäßen Stromversorgungs-Schalttransformators, die einen Abstand voneinander mit verschiedenen Formen aufweisen.

In der Fig. 2 ist eine Seitenansicht dargestellt, die nur einen Kern zeigt, der aus einem erfindungsgemäßen Stromversorgungs-Schalttransformator herausgenommen ist. Die Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der unteren Hälfe des Kerns gemäß Fig. 2.

Wie in der Fig. 2 dargestellt, ist der Kern durch die horizontale Linie A-A in obere und untere Bereiche unterteilt, d. h. in eine obere Kernhälfte 1 und in eine untere Kernhälfte 2. Jede Kernhälfte wird durch Pressen eines Ferritmaterials mittels Druckformen integral hergestellt. Jede Kernhälfte weist außerdem eine E-Form mit zwei Seitenschenkeln und einem zentralen Schenkel auf. Die obere Kernhälfte 1 besitzt zwei seitliche Schenkel 1a, 1b und einen zentralen Schenkel 1c. Entsprechend besitzt die untere Kernhälfte 2 zwei seitliche Schenkel 2a, 2b und einen zentralen Schenkel 2c. Wenn die oberen und unteren Kernhälften 1 und 2 so angeordnet sind, daß sie sich in vertikaler Richtung gegenüberliegen, werden die Seitenschenkel 1a, 2a und 1b, 2b in engen Kontakt zueinander gebracht, doch bildet sich hierbei ein Spalt zwischen den zentralen Schenkeln 1c und 2c, wodurch ein EER-Kern gebildet wird. Die Bezeichnung EER deutet darauf hin, daß zwei E-förmige Hälften vorgesehen sind, wobei der mittlere Schenkel einen kreisförmigen Querschnitt hat, während die beiden äußeren Schenkel einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt haben.

Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, daß jeder der zentralen Schenkel 1c und 2c des Kerns so ausgebildet ist, daß zwei zylindrische Bereiche B und C verschiedenen Durchmessers, nämlich d₁ und d₂ aufweisen und über einen konischen Bereich D miteinander verbunden sind. Bezogen auf die Breite d₃ des Spalts G sind die Durchmesser d₁ und d₂ der zylindrischen Bereiche B und C auf 0,6 d₁ < d₂ < 0,95 d₁ festgelegt.

Wenn die voneinander entfernten Endbereiche der zentralen Schenkel 1c und 2c der oberen und der unteren Kernhälften 1 und 2 konisch ausgebildet sind, um die Querschnitte der zentralen Schenkel 1c und 2c in der Nähe des Spalts G auf diese Weise zu reduzieren, weil der magnetische Widerstand in den zentralen Bereichen der zentralen Schenkel 1c und 2c kleiner als der in dem äußeren Bereich wird, konzentriert sich der Fluß durch die zentralen Schenkel in den zentralen Bereichen der zentralen Schenkel und wird somit verdichtet. Folglich nimmt der Streufluß um den Spalt G betragsmäßig ab. Außerdem wird ein Streufluß, der durch die Spulen geht, reduziert, weil die zentralen Schenkel des Kerns und die Spulen in der Nähe des Spalts G voneinander getrennt sind. Wegen dieses synergetischen Effekts werden die Wirbelströme in der Nähe des Spalts verringert, wodurch die Wärmeentwicklung in den Spulen unterdrückt wird.

Jeder zentrale Schenkel 1c und 2c des Kerns kann so ausgebildet sein, daß nur der konische Bereich D ein konisches Ende aufweist, wie es die Fig. 4A zeigt. Er kann indessen auch so ausgebildet sein, daß die zylindrischen Bereiche B und C, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen, direkt miteinander verbunden sind, so daß sie ein Ende ohne konischen Bereich besitzen, wie es in der Fig. 4B gezeigt ist.

Im Hinblick auf die Kernherstellungsverfahren, bei denen ein Ferritmaterial gepreßt wird und angesichts der Unterschiede in der Abtraggenauigkeit von spalt-gebildeten Oberflächen, wird jedoch die in der Fig. 3 dargestellte Form bevorzugt, die einen zylindrischen Bereich am äußeren Ende besitzt. Der äußere Endbereich der zentralen Schenkel 1c und 2c muß nicht hergestellt werden, wenn der Kern durch Pressen hergestellt wird; er kann vielmehr auch nach dem Pressen geschnitten werden.

Wie oben bereits beschrieben, wird bei einem erfindungsgemäßen Schalttransformator eines Zeilenendstufen-Wandlers der Streufluß in der Nähe des Spalts reduziert, weil die zentralen Schenkel des EER-Kerns so ausgelegt sind, daß die Schenkelbereiche in der Nähe des Spalts kleinere Querschnittsflächen aufweisen als die anderen Bereiche.

Da die Spulen außerdem in der Nähe des Spalts vom Kern getrennt sind, werden die in den Spulen erzeugten Wirbelströme reduziert, wodurch die Wärmeentwicklung in den Spulen unterdrückt wird. Somit kann die Arbeitsfrequenz erhöht und der Transformator weiter in seinen Abmessungen reduziert werden. Erfindungsgemäß kann der Transformator mit geringen Kosten hergestellt werden, ohne daß Litzendrähte, ein Kurzschlußring oder eine erhöhte Zahl von Herstellungsschritten erforderlich sind.

Claims (5)

1. Stromversorgungs-Schalttransformator mit einem EER-Kern, der einen Spalt zwischen den zentralen Schenkeln aufweist und als Zeilenrücklauf-Wandler einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Schenkelbereiche (1, 2c) des EER-Kerns in der Nähe des Spalts (G) kleinere Querschnittsflächen aufweisen als andere Bereiche.

2. Stromversorgungs-Schalttransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der EER-Kern aus zwei E-Kernhälften (1, 2) besteht, von denen jede zwei Seitenschenkel (1a, 1b; 2a, 2b) mit einem zentralen Schenkel (1c, 2c) aufweist, die sich derart gegenüberliegen, daß die beiden Seitenschenkel (1a, 1b; 2a, 2b) der beiden Kernhälften (1, 2) in festem Berührungskontakt stehen, wobei jeweils der zentrale Schenkel der beiden Kernhälften (1, 2) so ausgebildet ist, daß ein erster zylindrischer Bereich (B) mit einem zweiten zylindrischen Bereich (C), der einen kleineren Durchmesser besitzt als der erste zylindrische Bereich, über einen konischen Bereich (D) verbunden ist, wobei der zentrale Schenkelbereich sich in Richtung seines äußeren Endes verjüngt und wobei ein Spalt (G) zwischen dem zweiten zylindrischen Bereich (C) der zentralen Schenkel der Kernhälften vorgesehen ist.

3. Stromversorgungs-Schalttransformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchmesser d₁ des ersten zylindrischen Bereich (B) und ein Durchmesser d₂ des zweiten zylindrischen Bereichs so festgelegt sind, daß sie der folgenden Bedingung genügen: 0,6 d₁ < d₂ < 0,95 d₁.

4. Stromversorgungs-Schalttransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der EER-Kern aus zwei E-Kernhälften (1, 2) besteht, von denen jede zwei Seitenschenkel (1a, 1b; 2a, 2b) und einen zentralen Schenkel (1c, 2c) aufweist, die sich derart gegenüberliegen, daß die beiden Seitenschenkel (1a, 1b; 2a, 2b) der beiden Kernhälften (1, 2) in festem Berührungskontakt miteinander stehen, wobei jeweils der zentrale Schenkel der beiden Kernhälften (1, 2) so ausgebildet ist, daß er zwei zylindrische Bereiche (1c, 2c) und einen konischen Bereich (D) aufweist, wobei sich der konische Bereich zum äußeren Ende des Schenkels hin verjüngt, und daß ein Spalt zwischen den äußeren Enden der konischen Bereiche der zentralen Schenkel der Kernhälften vorgesehen ist.

5. Stromversorgungs-Schalttransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der EER-Kern aus zwei E-Kernhälften (1, 2) besteht, von denen jede zwei Seitenschenkel (1a, 1b; 2a, 2b) und einen zentralen Schenkel (1c, 2c) aufweist, die sich derart gegenüberliegen, daß die beiden Seitenschenkel (1a, 1b; 2a, 2b) der beiden Kernhälften (1, 2) in festem Berührungskontakt zueinander stehen, wobei jeweils der zentrale Schenkel der beiden Kernhälften (1, 2) so ausgebildet ist, daß ein erster zylindrischer Bereich (B, 1c) und ein zweiter zylindrischer Bereich (C) miteinander verbunden sind, wobei der zweite zylindrische Bereich (C) einen kleineren Durchmesser hat als der erste zylindrische Bereich, und daß ein Spalt zwischen dem zweiten zylindrischen Bereich (C) der zentralen Schenkel der Kernhälften vorgesehen ist.