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Patent Searching and Data


Title:
PLANAR TRANSDUCER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1995/003617
Kind Code:
A1
Abstract:
A planar transducer consists of one or several rectangular ferrite cores with a rectangular passage through which a metallic section with a rectangular cross-section is guided, in particular to ensure the secondary regulation of a mains supply unit.

Inventors:
ROEMER FRIEDHELM (DE)
Application Number:
PCT/DE1994/000654
Publication Date:
February 02, 1995
Filing Date:
June 10, 1994
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS NIXDORF INF SYST (DE)
ROEMER FRIEDHELM (DE)
International Classes:
H01F29/14; (IPC1-7): H01F29/14
Foreign References:
FR1068736A1954-06-30
GB618398A1949-02-21
US2690536A1954-09-28
GB735304A1955-08-17
DE3312124A11984-10-04
DE2544574A11977-04-07
DE3433973A11986-03-20
FR2468983A11981-05-08
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Claims:
Patentansprüche
1. PlanarTransduktor mit einer gesteuerten Primär und einer steuernden Sekundärwicklung, die einen für beide Wicklungen gleichen Magnetkreis umwinden, aufgebaut mit einem Kern der Merkmale: der Kern ist einstückig der Kern ist quaderförmig mit einem quaderförmigen Durchbruch, so daß der entstandene rechteckige Ring den Magnetkreis bildet.
2. PlanarTransduktor nach Anspruch 1, wobei die Primär¬ wicklung aus einem Metallprofil mit rechteckigem Quer¬ schnitt besteht, das durch den Druchbruch geführt ist.
3. PlanarTransduktor nach Anspruch 1, wobei die Primär¬ wicklung aus einem, vorzugsweise geflochtenen, Metall band etwa rechteckigen Querschnitts besteht, das durch den Druchbruch geführt ist.
4. PlanarTransduktor nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Primärwicklung Uförmig einen der beiden Schenkel umfaßt und die längere Seite des Querschnitts parallel zu die sem Schenkel liegt.
5. PlanarTransduktor nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Metall Kupfer oder Aluminium ist.
6. PlanarTransduktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wo¬ bei die Steuerwicklung lagenweise mit mindestens einer Lage auf einem der Schenkel aufgebracht ist.
7. PlanarTransduktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wo¬ bei der PlanarTransduktor durch Aneinanderreihung meh¬ rerer quaderförmiger einstückiger Kerne mit quader förmigem Durchbruch gebildet wird, so daß die Durch brüche fluchten.
8. Anwendung eines PlanarTransduktors nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem DurchflußSchaltwandler.
9. Anwendung nach Anspruch 8, wobei mindestens zwei Aus¬ gangspannungen geringen Spannungsunterschieds aus einem einzigen, gemeinsamen Ausgang des Schaltwandlers gewonnen werden und mindestens eine der beiden Ausgangsspannungen durch den Transduktor reduziert und geregelt wird.
10. Anwendung nach Anspruch 9, wobei der Spannungsunterschied nomimal kleiner als zwei Volt ist.
Description:
Planar-Transduktor

Technisches Gebiet

Die Anordnung betrifft die StromflußSteuerung mit Trans¬ duktoren, insbesondere in Schaltnetzteilen.

Stand der Technik

Schaltnetzteile werden in großem Umfang bei Aufgaben einge¬ setzt, bei denen große Ausgangsströme bei niedrigen Spannun¬ gen benötigt werden, beispielsweise in Netzteilen für Hoch¬ leistungscomputer. Hierbei werden sekundärseitig meist meh- rere Spannungen benötigt. Dafür werden mehrere Ausgangs¬ wicklungen benutzt, die getrennt gleichgerichtet werden. Dabei kann eine primärseitige Regelung Lastunterschiede bei den verschiedenen AusgangsSpannungen nicht ausgleichen, so daß eine zusätzliche Sekundärregelung notwendig ist. Hierfür hat sich die Benutzung von Transduktoren, also von in magne¬ tische Sättigung gesteuerten Spulen, bewährt.

Aufgabe der Erfindung ist es, Anordnungen anzugeben, die mit geringem Aufwand Transduktoren für Ströme bis 300 A im Niederspannungsbereich bei geringer Streuinduktivität und leichter Fertigung erreichen.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung benutzt einstückige Kerne mit rechteckiger Form, durch die die zu steuernde Primärwicklung als Kupfer¬ profil mit einer Windung geführt wird. Dabei ist die Verwen- dung von einstückigen Kernen, die in Toroidform als Ring¬ kerne bekannt sind, besonders vorteihaft, weil durch den Wegfall eines Luftspalts eine hohe Permeabilität erreicht wird. Der notwendige Querschnitt kann bei guaderförmigen

Kernen in einfacher Weise durch Aufreihen mehrerer Kerne er¬ reicht werden.

Durch den rechteckigen Querschnitt in Verbindung mit einem rechteckigen Leiter für die Primärspule wird eine fast voll- ständige Füllung des Innenraums erreicht. Besonders vorteil¬ haft ist die Verwendung eines flachen Profils für die Primärspule, das außerhalb des Kerns mit geringem Abstand von dem Innenteil zurückgeführt wird. Dadurch wird eine besonders geringe Rest- oder Streuinduktivität erreicht. Die Steuerwicklung kann, im Gegensatz zu einem herkömmlichen Ringkern, lagenweise gewickelt werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen

Fig. 1 eine Schnitt durch einen Kern mit gesteuerter und steuernder Wicklung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch mehrere Kerne mit Wicklun¬ gen und

Fig. 3 eine AnwendungsSchaltung in einem primärgetakten Netzteil.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen einstückigen Kern 10 aus hochpermeablem Material mit geringen Wirbelstrom¬ verlusten, beispielsweise einem Ferrit. Dieser Kern hat die Form eines Quaders, der einen quaderförmigen Durchbruch 12 aufweist und somit einen geschlossenen Eisenweg mit zwei Schenkeln 14a, 14b und den sie verbindenden Jochen 15a, 15b aufweist. Um den einen Schenkel 14a wird eine Primärwicklung 11a, 11b gelegt und auf den anderen Schenkel 14b wird eine Steuerwicklung 13 aufgebracht. Die Primärwicklung besteht

aus einem Metallprofil, das breit ist wie der Durchbruch im Kern und dessen Querschnitt vorzugsweise etwa die Hälfte des Querschnitts des Druchbruchs ist. Die Steuerwicklung 13 besteht aus einer oder mehreren Lagen aus isoliertem Draht.

In Fig. 2 ist diese Anordnung im Querschnitt dargestellt. Dabei ist die bevorzugte Ausführungsform dargestellt, bei der die Primärwicklung 11a, 11b ein U-förmig gebogenes oder verschraubtes Flachprofil aus Kupfer oder Aluminium ist, über das bei der Montage ein vorbereiteter, bereits mit der Steuerwicklung versehener, Kernsatz geschoben wird. Danach wird das Flachprofil direkt an die Gleichrichteranschlüsse (nicht gezeigt) angeschraubt und die Steuerwicklung 13 ange¬ schlossen. Der Kernsatz wird zuvor aus einem oder mehreren Kernen hergestellt, die aneinandergereiht werden, so daß ihre Öffnungen fluchten. Nach einer vorübergehenden Fixie¬ rung, beispielsweise durch Klebeband, kann die Steuerwick¬ lung aufgebracht werden. Die Fixierung kann nach der Montage an den Kernen verbleiben. Es können mehrere Montagesätze je nach Anzahl der verwendeten Kerne Verwendung finden, so daß durch die Anzahl der Kerne der magnetische Querschnitt ein¬ fach an das jeweilig zu fertigende Gerät angepaßt werden kann. Anstelle des Flachprofils kann auch ein aus Kupfer¬ litze geflochtenes Band verwendet werden, wie es beispiels¬ weise zur elektrischen Verbindung von Tür und Gehäuse als Masseband bekannt ist.

Angewendet wird der Planar-Transduktor vorzugsweise als Transduktor zur sekundärseitigen Regelung der Ausgangsspan¬ nung bei primär getakteten Schaltnetzteilen nach Fig. 3. Diese bestehen aus einem Gleichrichter 30, einem Siebkonden- sator 31, einer Steuerschaltung 32, einem elektronischen Schalter 33 und einem Übertrager 40 mit Primärwicklung 41 und Sekundärwicklung 42. Der Primärwicklung 41 wird dabei durch die erste SteuerSchaltung 32 ein gepulster Strom zuge¬ führt, der auf der Sekundärseite gleichgerichtet wird. Diese Form der Schaltnetzteile, vorzugsweise als Durchflußwandler

ausgeführt, ist allgemein bekannt, weshalb auf Details der Ausführung, insbesonder auch Schutzmittel, zugunsten der Übersichtlichkeit verzichtet wurde.

Für Netzteile in Hochleistungsrechnern sind beispielsweise Ströme von ca. 300A bei 5,0V und 3,3V AusgangsSpannung ver¬ langt, die auf 1% genau auch bei unterschiedlicher Last ein¬ gehalten werden müssen. In Fig. 3 ist eine besonders vor¬ teilhafte Anordnung für diesen Fall dargestellt. Hierbei wird seitens des Schaltnetzteils nur eine Sekundärwicklung verwendet, aus der gleichzeitig 5V und 3,3V gewonnen werden. Dabei besteht die Sekundärwicklung 42 aus nur einer Windung. Eine zweite Sekundärwicklung würde die Leistungszahl durch den dann erheblich ungünstigeren Übertrager 40 verschlech¬ tern. Dabei ist nicht dargestellt, daß die AusgangsSpannung von 5V durch die Steuerschaltung 32 eingestellt wird. Die zweite Ausgangsspannung von 3,3V wird dann durch den Planar- Transduktor sekundärseitig geregelt. Die Gleichrichterschal¬ tungen für beide AusgangsSpannungen sind herkömmlich ausge¬ führt mit Gleichrichterdioden 43, 53, Siebdrosseln 47, 57, Dioden 44, 54 zur Übernahme des Siebdrosselstroms und Sieb¬ kondensatoren 45, 55.

Für die kleinere Spannung von 3,3V liegt der Planar-Trans- duktor in Serie mit der Sekundärwicklung 42 und der Gleich¬ richterdiode 43. Der Planar-Transduktor wird in selbst- sättigender Betriebsart verwendet. Hierbei baut der durch ihn fließende Strom das Magnetfeld bis zur Sättigung auf. Nach magnetischer Sättigung des Kerns 10 fällt die Indukti¬ vität auf einen kleinen Wert, der als Streu- oder Restinduk¬ tivität bezeichnet wird. Dieser Wert muß sehr klein sein, weil bei hoher Last für den 3,3V Ausgang und bei niedriger Last an dem 5V Ausgang nur eine kleine Spannungsdifferenz von weniger als IV zwischen den Punkten A und B zulässig ist. Ist die Spannung am 3,3V-Ausgang zu groß, so wird über die Steuerschaltung 46 ein Strom in die Wicklung 13 einge- speist, der in den Stromflußpausen den magnetischen Fluß im

Kern 10 vermindert, so daß bei der nächsten Stromflußphase zunächst das Magnetfeld im Transduktor bis zu Sättigung auf¬ gebaut wird und erst anschließend Energie in den Ausgang gespeist wird. Die SteuerSchaltung benutzt als Führungsgröße die zu regelnde AusgangsSpannung.

Bei hartmagnetischem Material ist, wie beschrieben, eine Steuerung über einen Steuerstrom zur Entmagnetisierung not¬ wendig. Bei weichmagnetischen Kernen kann die Entmagnetisie¬ rung durch Leerlauf der Steuerwicklung' erreicht werden. Beide bekannte Formen der Steuerung sind mit der Erfindung anwendbar.

Durch die einstückige Form der Kerne aus Ferriten und die leichte Anreihung sind damit bei einer u-förmigen Windung aus einem Kupferprofil die notwendigen magnetischen Fluß- zahlen erreichbar bei gleichzeitig geringer Streuindukti¬ vität.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Transduktors läßt trotz der geringen Spannungsdifferenz die Benutzung einer gemein¬ samen Wicklung bei Schaltnetzteilen zu. Voraussetzung hierzu ist eine geringe Streuinduktivität des Transduktors. Die Streuinduktivität ist die Restinduktivität bei gesättigtem Kern. Für den angegegenen Bereich von 300A konnte dies mit herkömmlichen Bauformen nicht erreicht werden.




 
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