RU184103U1 - INDUCTIVE DEVICE - Google Patents
INDUCTIVE DEVICE Download PDFInfo
- Publication number
- RU184103U1 RU184103U1 RU2018106353U RU2018106353U RU184103U1 RU 184103 U1 RU184103 U1 RU 184103U1 RU 2018106353 U RU2018106353 U RU 2018106353U RU 2018106353 U RU2018106353 U RU 2018106353U RU 184103 U1 RU184103 U1 RU 184103U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- winding
- windings
- core
- main winding
- additional
- Prior art date
Links
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 title claims abstract description 11
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 97
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
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
- H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
- Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к электротехнике - к силовым импульсным трансформаторам, применяемым в источниках вторичного электропитания (далее ИВЭ), а именно, к конструкции обмоток.The utility model relates to electrical engineering - to pulse power transformers used in secondary power sources (hereinafter referred to as MVE), namely, to the design of the windings.
Техническим результатом, достигаемым в полезной модели, является создание низкопрофильной конструкции высокочастотного трансформатора позволяющего обеспечить высокую плотность тока в обмотках с одновременным снижением потерь при достаточно простой конструктивной реализации и технологичности монтажа, позволяющей эффективно отводить тепло от сердечника и обмоток трансформатора.The technical result achieved in the utility model is the creation of a low-profile design of a high-frequency transformer that allows for a high current density in the windings while reducing losses with a fairly simple structural implementation and manufacturability that allows efficient heat removal from the core and transformer windings.
Технический результат достигается тем, что индуктивное устройство содержит: магнитный сердечник; основную обмотку, включающую первичную и вторичную обмотки и, по крайней мере, одну дополнительную обмотку; расположенные вокруг центрального керна сердечника, причем проводники основной обмотки выполнены металлической тонкой плоской лентой с изолирующим слоем и намотаны парно в виде спирали в одной плоскости, дополнительная обмотка расположена параллельно плоскости основной обмотки.
Description
Полезная модель относится к электротехнике - к силовым импульсным трансформаторам, применяемым в источниках вторичного электропитания (далее ИВЭ), а именно, к конструкции обмоток.The utility model relates to electrical engineering - to pulse power transformers used in secondary power sources (hereinafter referred to as MVE), namely, to the design of the windings.
В основе работы ИВЭ лежит принцип передачи или накопления энергии во время работы силового ключа с помощью силового импульсного трансформатора.The basis of the IVE operation is the principle of energy transfer or storage during operation of the power switch using a power pulse transformer.
В случае обратноходовой топологии передача этой энергии на выход происходит во время закрытого состояния ключа. В случае прямоходовой топологии передача энергии происходит во время открытого состояния ключа. Силовой трансформатор состоит из двух или более связанных обмоток на сердечнике, через который передается энергия во вторичную цепь или накапливается перед ее передачей во вторичную обмотку. Однако на практике невозможно достичь идеальной согласованности обмоток. Часть энергии из-за индукции рассеяния трансформатора не передается во вторичную обмотку. При закрытии силового ключа возникают высоковольтные выбросы на первичной обмотке трансформатора и силовом ключе. Это также приводит к высокочастотным колебаниям, создающим помехи с участием эффективных эквивалентных емкостей открытого ключа, первичной обмотки трансформатора и индукции рассеяния трансформатора.In the case of a flyback topology, the transfer of this energy to the output occurs during the closed state of the key. In the case of a forward-flow topology, energy transfer occurs during the open state of the key. A power transformer consists of two or more connected windings on the core, through which energy is transferred to the secondary circuit or accumulated before it is transferred to the secondary winding. However, in practice it is not possible to achieve perfect winding coherence. Part of the energy due to the induction of scattering of the transformer is not transmitted to the secondary winding. When the power switch is closed, high-voltage emissions occur on the primary winding of the transformer and the power switch. This also leads to high-frequency oscillations that interfere with the effective equivalent capacities of the public key, the transformer primary and transformer leakage induction.
При существующей тенденции уменьшения габаритов ИВЭ одним из основных направлений является уменьшение размеров трансформатора, оказывающего существенное влияние на габариты ИВЭ. Одним из способов уменьшения размеров является повышение рабочей частоты ИВЭ.Given the current tendency to reduce the size of MVE, one of the main directions is to reduce the size of the transformer, which has a significant impact on the dimensions of the IVE. One way to reduce the size is to increase the operating frequency of the EVE.
Использование трансформаторов на высоких частотах представляет собой определенные проблемы из-за повышенного значения потерь в сердечнике, в обмотках, скин-эффекта, индуктивности рассеяния и паразитной емкости обмоток.The use of transformers at high frequencies poses certain problems due to the increased value of losses in the core, in the windings, skin effect, scattering inductance and stray capacitance of the windings.
Индуктивность рассеяния и паразитная емкость трансформатора имеют обратную зависимость: если уменьшается индуктивность рассеяния, то увеличивается паразитная емкость; если уменьшается паразитная емкость, то увеличивается индуктивность рассеяния.The leakage inductance and stray capacitance of the transformer have an inverse relationship: if the leakage inductance decreases, the stray capacitance increases; if the stray capacitance decreases, the scattering inductance increases.
Конструкция обмотки оказывает большое влияние на индуктивность рассеяния. Чтобы свести к минимуму индуктивность рассеяния, первичная и вторичная обмотки должны быть намотаны на магнитный сердечник как можно ближе, используя минимум изоляции.The design of the winding has a large effect on the leakage inductance. To minimize leakage inductance, the primary and secondary windings should be wound around the magnetic core as close as possible using a minimum of insulation.
Для уменьшения скин-эффекта необходимо уменьшать толщину проводников обмотки и увеличивать количество параллельных проводников.To reduce the skin effect, it is necessary to reduce the thickness of the winding conductors and increase the number of parallel conductors.
Одним из способов сведения к минимуму индуктивности рассеяния является использование бифилярной обмотки, представляющей собой пару близко расположенных изолированных проводов, намотанных параллельно.One way to minimize dissipation inductance is to use a bifilar winding, which is a pair of closely spaced insulated wires wound in parallel.
Еще одним способом снижения потерь, при необходимости пропускания по обмоткам большой плотности тока, является использование большого количества параллельных тонких проводников (литцендрат).Another way to reduce losses, if it is necessary to pass high current density through the windings, is to use a large number of parallel thin conductors (littsendrat).
При использовании литцендрата неэффективно используется окно трансформатора из-за возникновения пустот между проводниками и изоляцией.When using littsendrata, the transformer window is inefficiently used due to the occurrence of voids between the conductors and the insulation.
Кроме того, выполнение обмотки проводом требует применение каркаса для намотки, что еще больше снижает эффективность использования окна сердечника.In addition, the implementation of the winding wire requires the use of a frame for winding, which further reduces the efficiency of using the core window.
Еще одним способом снижения индуктивности рассеяния при работе на высоких частотах является исполнение конструкции с чередованием слоев первичной и вторичной обмоток.Another way to reduce the leakage inductance when working at high frequencies is to design with alternating layers of primary and secondary windings.
В связи с этим на высоких частотах и при больших значениях тока наиболее часто используются обмотки трансформатора, выполненные из фольги. В этом случае достаточно просто реализуется чередование обмоток. Еще одним ее преимуществом является то, что она легко может заполнять окно сердечника по всей длине почти непрерывным проводящим листом, что обеспечивает равномерное распределение электрического поля. Тем самым уменьшается индуктивность рассеяния.In this regard, at high frequencies and at high currents, transformer windings made of foil are most often used. In this case, the alternation of the windings is quite simple. Another advantage is that it can easily fill the core window along the entire length with an almost continuous conductive sheet, which ensures uniform distribution of the electric field. Thereby, the leakage inductance is reduced.
Известна конструкция обмоток из патента US 6087922 «Folded foil transformer construction», в котором для получения низкопрофильного трансформатора одна обмотка выполнена из фольги в виде ленты с изоляцией. Для получения необходимой конфигурации лента сворачивается под углом с множественными повторами. Другая обмотка выполнена сегментами. Выполнение обмоток плоскими позволяет повысить проводимость. Непрерывная обмотка перемежается сегментами другой обмотки для снижения потерь на вихревые токи. Недостатком такой конструкции является сложность изготовления обмотки и возможность деформаций и разрушений в многочисленных местах перегиба.Known design of the windings from US patent 6087922 "Folded foil transformer construction", in which to obtain a low-profile transformer, one winding is made of foil in the form of tape with insulation. To obtain the necessary configuration, the tape is folded at an angle with multiple repetitions. Another winding is made in segments. Making the windings flat can increase conductivity. A continuous winding is interleaved with segments of another winding to reduce eddy current losses. The disadvantage of this design is the complexity of the manufacture of the winding and the possibility of deformation and destruction in numerous places of inflection.
Известна конструкция обмоток трансформатора из патента US 5206621 «Barrel-wound conductive film transformer», которая позволяет одновременно формировать первичную и вторичную обмотку, улучшить исполнение концевых выводов обмоток и увеличить площадь сечения проводника обмотки. Недостатком такой реализации конструкции является сложность исполнения обмоток.A known design of transformer windings is from US Pat. No. 5,206,621, "Barrel-wound conductive film transformer", which allows one to simultaneously form a primary and secondary winding, improve the performance of the terminal leads of the windings and increase the cross-sectional area of the winding conductor. The disadvantage of this implementation of the design is the complexity of the execution of the windings.
Известна конструкция обмоток из патента US 7477121 «Structure for assembling electrical windings about a central member», в которой целью является создание способа и структуры для сборки электрических обмоток вокруг центрального элемента электромагнитного устройства, не требующее исполнения выводов для коммутации между отдельных слоями соответствующих обмоток. Недостатком такой конструкции является сложность исполнения как самих обмоток, так и последующий процесс их реализации на электромагнитном элементе, в особенности на керне магнитного сердечника с округлым сечением.The design of the windings is known from US Pat. No. 7,477,121, “Structure for assembling electrical windings about a central member”, in which the goal is to create a method and structure for assembling electrical windings around a central element of an electromagnetic device, which does not require execution of leads for switching between the individual layers of the respective windings. The disadvantage of this design is the complexity of the execution of both the windings themselves, and the subsequent process of their implementation on an electromagnetic element, especially on a core of a magnetic core with a rounded cross section.
Задача полезной модели заключается в увеличении эффективности использования высокочастотного трансформатора.The objective of the utility model is to increase the efficiency of using a high-frequency transformer.
Техническим результатом, достигаемым в полезной модели, является создание низкопрофильной конструкции высокочастотного трансформатора, позволяющего обеспечить высокую плотность тока в обмотках с одновременным снижением потерь при достаточно простой конструктивной реализации и технологичности монтажа, позволяющей эффективно отводить тепло от сердечника и обмоток трансформатора.The technical result achieved in the utility model is the creation of a low-profile design of a high-frequency transformer, which allows to provide a high current density in the windings while reducing losses with a fairly simple structural implementation and manufacturability that allows efficient heat removal from the core and transformer windings.
Технический результат достигается тем, что индуктивное устройство (фиг. 1), содержит: магнитный сердечник (1); основную обмотку (2), включающую первичную (2.1) и вторичную (2.2) обмотки; и, по крайней мере, одну дополнительную обмотку (3) расположенные вокруг центрального керна сердечника причем, проводники основной обмотки (2) выполнены металлической тонкой плоской лентой с изолирующим слоем и намотаны парно в виде спирали в одной плоскости, дополнительная обмотка (3) расположена параллельно плоскости основной обмотки.The technical result is achieved by the fact that the inductive device (Fig. 1) contains: a magnetic core (1); the main winding (2), including the primary (2.1) and secondary (2.2) windings; and at least one additional winding (3) located around the core core; moreover, the conductors of the main winding (2) are made of metal thin flat ribbon with an insulating layer and are wound in pairs in the form of a spiral in one plane, the additional winding (3) is located in parallel the plane of the main winding.
В преимущественном варианте проводники основной обмотки (2) выполнены медной лентой.In an advantageous embodiment, the conductors of the main winding (2) are made of copper tape.
В преимущественном варианте дополнительная обмотка (3) выполнена на полиимидном основании.In an advantageous embodiment, the additional winding (3) is made on a polyimide base.
В варианте исполнения основная обмотка (2) может быть выполнена на полиимидном основании.In an embodiment, the main winding (2) can be made on a polyimide base.
В варианте исполнения дополнительная обмотка (3) может быть выполнена на печатной плате.In an embodiment, an additional winding (3) can be performed on a printed circuit board.
В варианте исполнения дополнительная обмотка (3) может быть выполнена металлической пластиной.In an embodiment, the additional winding (3) can be made of a metal plate.
В варианте исполнения (фиг. 2) устройство может содержать два слоя дополнительной обмотки (3) и (4), расположенные по обе стороны основной обмотки.In the embodiment (Fig. 2), the device may contain two layers of an additional winding (3) and (4) located on both sides of the main winding.
Ниже описывается конструкция трансформатора в соответствии с преимущественном вариантом полезной модели (фиг. 3).The transformer design is described below in accordance with an advantageous embodiment of the utility model (FIG. 3).
Основная обмотка трансформатора выполняется металлической лентой, например медной. Металлическая лента покрытой слоем изоляции, например полиимидной пленкой для достижения наилучшего соотношения толщина - диэлектрическая прочность.The main winding of the transformer is made of metal tape, such as copper. A metal tape coated with a layer of insulation, such as a polyimide film, to achieve the best ratio of thickness - dielectric strength.
Дополнительная обмотка выполняется на полиимидном основании по тем же соображениям толщина - диэлектрическая прочность.An additional winding is carried out on a polyimide base for the same reasons as thickness - dielectric strength.
Дополнительным преимуществом исполнения дополнительной обмотки на полиимидном основании является то, что существует возможность формирования выводы обмотки с коммутационными площадками при изготовлении обмотки (фиг. 4), что в свою очередь позволяет упростить процесс коммутации, соединять обмотки с основной печатной платой ИВЭ без использования дополнительных элементов.An additional advantage of performing an additional winding on a polyimide base is that it is possible to form winding leads with switching pads in the manufacture of the winding (Fig. 4), which in turn makes it possible to simplify the switching process, connect the windings to the main circuit board of the IVE without using additional elements.
Концы металлической ленты формуются для получения выводных контактов, например, как показано на фиг. 5.The ends of the metal strip are molded to provide lead contacts, for example, as shown in FIG. 5.
Далее, любым известным способом, проводится процесс намотки обмоток на вспомогательный элемент идентичный по сечению центральному керну используемого сердечника. Обмотки наматываются парно. После окончания процесса намотки производится закрепление обмоток и удаляется вспомогательный элемент. Затем в магнитный сердечник устанавливается дополнительная обмотка. После этого устанавливается сформированная основная обмотка и формуются ее выводы (фиг. 6). Магнитный сердечник закрывается (фиг. 7).Further, by any known method, the process of winding the windings on the auxiliary element, identical in cross section to the central core of the core used, is carried out. Windings are wound in pairs. After the winding process is completed, the windings are fixed and the auxiliary element is removed. Then an additional winding is installed in the magnetic core. After that, the formed main winding is installed and its conclusions are formed (Fig. 6). The magnetic core closes (Fig. 7).
В варианте исполнения с двумя дополнительными обмотками, сначала устанавливается одна дополнительная обмотка, затем основная, и опять дополнительная.In the embodiment with two additional windings, first one additional winding is installed, then the main one, and again the additional one.
Для большей эффективности работы трансформатора площадь одной дополнительной обмотки должна быть не меньшей, чем площадь сечения основной обмотки.For greater efficiency of the transformer, the area of one additional winding should be no less than the cross-sectional area of the main winding.
Экспериментальные данные показали, что использование такой конструкции обмоток позволяет: оптимально заполнять окно трансформатора, обеспечивать хорошую связь между обмотками и сердечником за счет чередования первичной и вторичной обмотки и использования бескаркасной намотки, экранировать помехи основных обмоток, за счет использования дополнительных обмоток, что в целом позволяет улучшить ЭМС модуля ИВЭ, уменьшить энергию выбросов при работе силового ключа в преобразователе, что, в свою очередь, позволяет уменьшить количество электронных компонентов задействованных на реализацию демпферных цепей, гасящих данные выбросы и количество выделяемой на них энергии, что в свою очередь повышает надежность и эффективность преобразователя.Experimental data showed that the use of such a design of the windings allows you to: optimally fill the transformer window, provide good communication between the windings and the core due to the alternation of the primary and secondary windings and the use of frameless winding, to shield the interference of the main windings, through the use of additional windings, which generally allows to improve the EMC of the IVE module, to reduce the emission energy during the operation of the power switch in the converter, which, in turn, allows to reduce the number of elec ron components involved in the implementation of damper circuits that absorb these emissions and the amount of energy released to them, which in turn increases the reliability and efficiency of the converter.
Также указанная конструкция позволяет повысить технологичность сборки ИВЭ, так как высота трансформатора определяется высотой низкопрофильного сердечника, а выводы формируются до монтажа в ИВЭ.Also, this design allows to increase the manufacturability of the IVE assembly, since the height of the transformer is determined by the height of the low-profile core, and the conclusions are formed before installation in the IVE.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018106353U RU184103U1 (en) | 2018-02-20 | 2018-02-20 | INDUCTIVE DEVICE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018106353U RU184103U1 (en) | 2018-02-20 | 2018-02-20 | INDUCTIVE DEVICE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU184103U1 true RU184103U1 (en) | 2018-10-16 |
Family
ID=63858923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018106353U RU184103U1 (en) | 2018-02-20 | 2018-02-20 | INDUCTIVE DEVICE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU184103U1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU94020732A (en) * | 1991-09-13 | 1996-04-27 | Фэреди Энерджи Фаундейшн | Electric motor winding manufacturing process |
| EP1683394B1 (en) * | 2003-10-30 | 2007-04-04 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Inductor comprising a litz wire that is rolled up so as to form a spiral-shaped induction coil |
| RU93577U1 (en) * | 2009-11-05 | 2010-04-27 | Иван Григорьевич Писларь | POLARIZED INDUCTION |
| RU104376U1 (en) * | 2010-12-28 | 2011-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательская компания "ФАСТ" | POWER PULSE TRANSFORMER |
-
2018
- 2018-02-20 RU RU2018106353U patent/RU184103U1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU94020732A (en) * | 1991-09-13 | 1996-04-27 | Фэреди Энерджи Фаундейшн | Electric motor winding manufacturing process |
| EP1683394B1 (en) * | 2003-10-30 | 2007-04-04 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Inductor comprising a litz wire that is rolled up so as to form a spiral-shaped induction coil |
| RU93577U1 (en) * | 2009-11-05 | 2010-04-27 | Иван Григорьевич Писларь | POLARIZED INDUCTION |
| RU104376U1 (en) * | 2010-12-28 | 2011-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательская компания "ФАСТ" | POWER PULSE TRANSFORMER |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI278876B (en) | Transformer structure | |
| Dalessandro et al. | Self-capacitance of high-voltage transformers | |
| RU2374713C2 (en) | Planar high-voltage transformer | |
| KR102482752B1 (en) | semiconductor transformer | |
| CN105144317B (en) | magnetic device | |
| CN101017730A (en) | Transformer structure | |
| CN102272869B (en) | High frequency transformers | |
| US7142085B2 (en) | Insulation and integrated heat sink for high frequency, low output voltage toroidal inductors and transformers | |
| WO2000078100A1 (en) | Magnetron drive step-up transformer and transformer of magnetron drive power supply | |
| US12046409B2 (en) | Transformer and switch-mode power supply | |
| Fei et al. | High-efficiency high-power-density 380V/12V DC/DC converter with a novel matrix transformer | |
| US11328857B2 (en) | High-voltage isolation withstand planar transformer and high-voltage insulation method thereof | |
| CN104582262A (en) | Coil-integrated printed circuit board and magnetic device | |
| RU184103U1 (en) | INDUCTIVE DEVICE | |
| CN208538655U (en) | Flat surface transformer with cooling mechanism | |
| KR20040024724A (en) | Transformer and electric appliance using it | |
| CN211428000U (en) | High-frequency transformer for switching power supply and switching power supply | |
| CN209168903U (en) | A kind of winding construction and transformer | |
| RU104376U1 (en) | POWER PULSE TRANSFORMER | |
| CN222300428U (en) | A magnetic switch structure | |
| CN215955020U (en) | Transformer and vehicle-mounted power supply applicable to same | |
| CN213519559U (en) | Shielding layer for planar transformer | |
| JPH0311534B2 (en) | ||
| CN210837416U (en) | A new type of planar transformer | |
| CN211016726U (en) | LL C main transformer |