EP0459570A1 - Drossel oder Transformator, insbesondere für getaktete Stromversorgungseinrichtungen - Google Patents

Drossel oder Transformator, insbesondere für getaktete Stromversorgungseinrichtungen Download PDF

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EP0459570A1
EP0459570A1 EP91201233A EP91201233A EP0459570A1 EP 0459570 A1 EP0459570 A1 EP 0459570A1 EP 91201233 A EP91201233 A EP 91201233A EP 91201233 A EP91201233 A EP 91201233A EP 0459570 A1 EP0459570 A1 EP 0459570A1
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EP
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core
air gap
inductance
ferrite
double
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EP91201233A
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Burghard Dipl.-Ing. Krahl
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Patentverwaltung GmbH
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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    • 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
    • H01F3/14—Constrictions; Gaps, e.g. air-gaps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type with magnetic core
    • H01F17/06—Fixed inductances of the signal type with magnetic core with core substantially closed in itself, e.g. toroid
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type with magnetic core
    • H01F17/06—Fixed inductances of the signal type with magnetic core with core substantially closed in itself, e.g. toroid
    • H01F2017/067—Core with two or more holes to lead through conductor

Definitions

  • the invention relates to a choke or a transformer with a ferrite core provided with at least one winding.
  • Ferrite cores are used in particular for storage chokes or storage transformers in clocked power supply devices.
  • inductance profiles can be generated through an air gap. have low inductance values for small currents and low inductance values for high modulation. This can be achieved, for example, by using a stepped air gap.
  • a stepped air gap for example in the case of a ferrite ring core, an inductance curve arises which is composed of the inductance curve of a first ring core without an air gap and that of a second ring core with an air gap.
  • the introduction of a stepped air gap with a defined depth requires a high degree of precision in production.
  • the invention has for its object to provide a device of the type mentioned, the ferrite core can be produced in a simple and inexpensive manner is, the inductance profile in particular has the properties of a ferrite ring core with a stepped air gap.
  • the ferrite core is designed as a multi-hole core having at least one air gap, in particular as a double-hole core.
  • the air gap of a ferrite core formed in this way can be sawn in or cut in without this requiring any particular precision.
  • the same inductance curve is achieved as in the case of a ring core with a stepped air gap, without the need to introduce a stepped air gap with a precisely defined depth. With such an inductance curve, the saturation of the ferrite core can be shifted towards higher magnetization currents, for example.
  • the inductance profile of the ferrite core can be influenced in a targeted manner.
  • At least one air gap has an insert made of permanent magnetic material, a maximum of the inductance is achieved, for example, at high magnetizing currents.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a ferrite core designed as a double-hole core.
  • FIG. 1 schematically shows an exemplary embodiment of a ferrite core 1 designed as a double-hole core.
  • the double-hole core 1 has an air gap 2, which can be introduced into the double-hole core in a simple manner by sawing or milling.
  • the air gap can also be pressed in another way, for example already during the manufacture of the ferrite core, before sintering.
  • the double-hole core 1 is composed of an inductance profile of a ring core 1a without an air gap and the inductance profile of a ring core 1b with a continuous air gap.
  • the overall behavior of the inductance profile of the double-hole core with an air gap thus corresponds to a ring core with a stepped air gap, without the complex manufacturing process or the precision in the production of a stepped air gap being necessary.
  • the double-hole core 1 offers a relatively large cross section with a small base area, which makes a small number of turns necessary.
  • the inductance profile of the double-hole core can be influenced in a targeted manner.
  • One way to change the inductance curve is to fill the air gap 2 with a permanent magnetic material.
  • curve 4 shows the inductance profile of a double-hole core without an air gap.
  • the inductance profile 4 corresponds to that of a ferrite core designed as a single-hole core (toroidal core), ie the inductance profile 4 of a double-hole core without an air gap shows a high inductance L at low magnetization currents I, but this decreases sharply with increasing magnetization current due to the saturation of the coil core.
  • Curve 5 shows the inductance curve of a double-hole core in accordance with the exemplary embodiment shown in FIG.
  • a core half has an air gap.
  • the inductance remains constant after a maximum at low magnetization currents I over a wide range and only shows a decrease in the inductance at higher magnetization currents I, ie the saturation is shifted towards higher magnetization currents I compared to curve 4.
  • This corresponds to the inductance profile of a ferrite core with a stepped air gap designed as a ring core.
  • Curve 6 shows the inductance curve of a double-hole core, in which both core halves 1a, 1b (Fig. 1) each have an air gap. This corresponds to the inductance curve of a ferrite core with a continuous air gap.
  • Curve 7 shows the inductance curve of a double-hole core, in which one core half (FIG.

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Abstract

2.1. Die Erfindung betrifft eine Drossel oder einen Transformator mit einem Ferritkern, insbesondere für getaktete Stromversorgungseinrichtungen. Es soll ein Ferritkern angegeben werden, dessen Induktivitätsverlauf auf einfache und kostengünstige Weise so veränderbar ist, daß der Ferritkern insbesondere die Eigenschaften eines Ferritringkerns mit Stufenluftspalt aufweist. 2.2. Es wird vorgeschlagen, daß der Ferritkern (1) als mindestens einen Luftspalt (2) aufweisender Mehrfachlochkern, insbesondere als Doppellochkern, ausgebildet ist. 2.3. Getaktete Stromversorgungseinrichtungen. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Drossel oder einen Transformator mit einem mit wenigstens einer Wicklung versehenen Ferritkern.
  • Ein Einsatzgebiet für Ferritkerne ist die Stromversorgungstechnik. Dabei werden Ferritkerne insbesondere für Speicherdrosseln oder Speichertransformatoren bei getakteten Stromversorgungseinrichtungen verwendet.
  • In dem Aufsatz "Ferrite für moderne Technologien" in Siemens Components 27, 1989, Heft 3, Seiten 94 bis 97, von Dr. Erich Röß, ist beschrieben, wie mit Hilfe eines Luftspalts die magnetischen Eigenschaften eines Ferritkerns einstellbar sind. So sind durch einen Luftspalt Induktivitätsverläufe erzeugbar, die bei kleiner Aussteuerung, d.h. bei kleinen Strömen, hohe Induktivitätswerte und bei hoher Aussteuerung niedrige Induktivitätswerte aufweisen. Dies kann beispielsweise durch einen gestuften Luftspalt erreicht werden. Durch das Einbringen eines Stufenluftspalts beispielsweise bei einem Ferritringkern, entsteht ein Induktivitätsverlauf, der sich aus dem Induktivitätsverlauf eines ersten Ringkernes ohne Luftspalt und dem eines zweiten Ringkernes mit Luftspalt zusammensetzt. Das Einbringen eines Stufenluftspalts mit einer definierten Tiefe erfordert jedoch eine hohe Präzision bei der Herstellung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, deren Ferritkern auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar ist, wobei der Induktivitätsverlauf insbesondere die Eigenschaften eines Ferritringkerns mit Stufenluftspalt aufweist.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Ferritkern als mindestens einen Luftspalt aufweisender Mehrfachlochkern, insbesondere als Doppellochkern, ausgebildet ist.
  • Der Luftspalt eines so ausgebildeten Ferritkerns kann im Gegensatz zu einem beispielsweise als Ringkern ausgebildeten Ferritkerns seitlich eingesägt oder eingeschnitten werden, ohne daß dies eine besondere Präzision erfordert. Dabei wird insbesondere bei einem Doppellochkern mit einem durchgehenden Luftspalt der gleiche Induktivitätsverlauf erreicht, wie bei einem Ringkern mit Stufenluftspalt, ohne daß das Einbringen eines Stufenluftspaltes mit einer präzise definierten Tiefe notwendig ist. Bei einem solchen Induktivitätsverlauf kann die Sättigung des Ferritkerns beispielsweise zu höheren Magnetisierungsströmen hin verschoben werden.
  • Durch das Einbringen von weiteren Luftspalten, die auch einen Reststeg aufweisen können, d.h. als Stufenluftspalt ausgebildet sein können, kann der Induktivitätsverlauf des Ferritkerns gezielt beeinflußt werden.
  • Dadurch, daß mindestens ein Luftspalt eine Einlage aus permanentmagnetischem Material aufweist, wird beispielsweise bei hohen Magnetisierungsströmen ein Maximum der Induktivität erreicht.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines als Doppellochkern ausgebildeten Ferritkerns.
  • Fig. 2 zeigt den Verlauf der Induktivität verschiedener Ferritkerne als Funktion ihres Magnetisierungsstroms.
  • Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungbeispiel eines als Doppellochkern ausgebildeten Ferritkerns 1. Der Doppellochkern 1 weist einen Luftspalt 2 auf, der auf einfache Weise durch Einsägen oder Einfräsen in den Doppellochkern eingebracht werden kann. Der Luftspalt kann auch auf andere Weise, beispielsweise bereits bei der Herstellung des Ferritkerns, vor der Sinterung beispielsweise eingepreßt werden. Im Gegensatz zur Herstellung eines Stufenluftspalts ist es bei dem in der Fig. 1 dargestellten durchgehenden Luftspalt lediglich erforderlich, den Luftspalt seitlich durchgehend einzuschneiden. Dies hat zur Folge, daß ein so ausgebildeter Doppellochkern einfach und kostengünstig, insbesondere bei hohen Stückzahlen, gefertigt werden kann. Ist um den Doppellochkern 1 eine Wicklung 3 in bekannter Weise angeordnet, so ergibt sich für den Doppellochkern 1 ein Induktivitätsverlauf, der sich aus einem Induktivitätsverlauf eines Ringkerns 1a ohne Luftspalt und dem Induktivitätsverlauf eines Ringkerns 1b mit durchgehenden Luftspalt zusammensetzt. Das Gesamtverhalten des Induktivitätsverlaufs des Doppellochkerns mit Luftspalt entspricht somit einem Ringkern mit Stufenluftspalt, ohne daß das aufwendige Herstellungsverfahren bzw. die Präzision bei der Herstellung eines Stufenluftspalts notwendig wird. Als weiterer Vorteil gegenüber einem Ringkern mit Stufenluftspalt bietet der Doppellochkern 1 bei kleiner Grundfläche einen verhältnismäßig großen Querschnitt, was eine geringe Windungszahl erforderlich macht. Beim Einsatz eines in der Fig. 1 dargestellten Doppellochkerns bei einer getakteten Stromversorgungseinrichtung kann durch Aufstecken einer einfachen Abschirmkappe eine wirksame Abschirmung benachbarter Bauteile realisiert werden. Durch das Einbringen weiterer Luftspalte in den Doppellochkern 1 kann der Induktivitätsverlauf des Doppellochkerns gezielt beeinflußt werden. Eine Möglichkeit zur Veränderung des Induktivitätsverlaufs besteht auch darin, den Luftspalt 2 mit einem permanentmagnetischen Material auszufüllen. Dadurch wird bei einem solchen mit Wicklungen versehenen Doppellochkern das Induktivitätsmaximum, beispielsweise zu höheren Magnetisierungsströmen hin, verschoben.
  • Fig. 2 zeigt die prinzipiellen Verläufe 4, 5, 6, 7 der Induktivität L verschiedener als Doppellochkerne ausgebildeter Ferritkerne als Funktion ihres Magnetisierungsstroms I. Die Kurve 4 zeigt als Vergleichskurve den Induktivitätsverlauf eines Doppellochkerns ohne Luftspalt. Der Induktivitätsverlauf 4 entspricht dabei dem eines als Einfachlochkern (Ringkern) ausgebildeten Ferritkerns, d.h., der Induktivitätsverlauf 4 eines Doppellochkerns ohne Luftspalt zeigt bei niedrigen Magnetisierungsströmen I eine hohe Induktivität L, die aber bei steigendem Magnetisierungsstrom wegen der Sättigung des Spulenkerns stark abnimmt. Die Kurve 5 zeigt den Induktivitätsverlauf eines Doppellochkerns entsprechend dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, d.h., eine Kernhälfte weist einen Luftspalt auf. Dabei bleibt die Induktivität nach einem Maximum bei geringen Magnetisierungsströmen I über einen weiten Bereich konstant und zeigt erst bei höheren Magnetisierungsströmen I ein Abfallen der Induktivität, d.h., die Sättigung ist im Vergleich zur Kurve 4 zu höheren Magnetisierungsströmen I hin verschoben. Dies entspricht dem Induktivitätsverlauf eines als Ringkern ausgebildeten Ferritkerns mit Stufenluftspalt. Die Kurve 6 zeigt den Induktivitätsverlauf eines Doppellochkerns, bei dem beide Kernhälften 1a, 1b (Fig. 1) jeweils einen Luftspalt aufweisen. Dies entspricht dem Induktivitätsverlauf eines Ferritkerns mit durchgehendem Luftspalt. Die Kurve 7 zeigt den Induktivitätsverlauf eines Doppellochkerns, bei dem eine Kernhälfte (Fig. 1) einen Luftspalt aufweist, in welchen eine Einlage aus permanentmagnetischem Material eingebracht ist. Ein solcher Induktivitätsverlauf 7 weist bei hohen Magnetisierungsströmen I ein Maximum der Induktivität L auf. Die Kombination Luftspalt und permanentmagnetische Einlage ermöglicht somit eine hohe Induktivität L einer Speicherdrossel oder eines Transformators bei hohen Magnetisierungsströmen I.

Claims (4)

  1. Drossel oder Transformator mit einem mit wenigstens einer Wicklung versehenen Ferritkern,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Ferritkern (1) als mindestens einen Luftspalt (2) aufweisender Mehrfachlochkern, insbesondere als Doppellochkern, ausgebildet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Luftspalt (2) senkrecht zur Lochachse des Ferritkerns (1) eingebracht ist.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mindestens ein Luftspalt (2) eine Einlage aus permanentmagnetischem Material aufweist.
  4. Ferritkern, der geeignet ist für die Verwendung in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
EP91201233A 1990-05-30 1991-05-24 Drossel oder Transformator, insbesondere für getaktete Stromversorgungseinrichtungen Withdrawn EP0459570A1 (de)

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