专利名称：脉冲变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种脉冲变压器，其包括具有一初级绕组的一初级铁芯、具有第一次 级绕组的第一次级铁芯以及具有第二次级绕组的第二次级铁芯。
背景技术：
接口技术中已知例如用于测量的模组式转换器和控制设备且尤其是隔离放大器 等电子组件。这种类型的隔离放大器可用于对标准和规范信号进行电性隔离、实作、放大及 /或过滤以及对模拟信号进行转接(adaptation)。隔离放大器在输入电路、输出电路及/ 或供电电路中常常被相互电性隔离开来。作为被隔离的结果，由于因各种电路接地而形成 的接地回路被中断，因而能防止传感器与激励电路间出现干扰。电性隔离是例如通过具有电能传输特性的电感性被动组件而实现。现有技术中已 知的一种被动元件是例如可升高或降低交流电压的变压器。并不用于传输能量而是用于对 信息进行模拟传输的变压器在现有技术中被称为脉冲变压器。这种类型的脉冲变压器可用 于传输能量及/或信号，其中上述两种电子组件均根据相同的电感组件原理而发挥作用。 隔离放大器的电子组件、特别是脉冲变压器的电子组件常常安装于印刷电路板(printed circuit board ；PCB)上，其中PCB设置于绝缘材料外壳中并配备有螺钉、插塞或弹簧端子 设备。这种绝缘材料外壳可根据EN 50022而卡扣在顶帽式导轨(top-hat rail)上，并因 此可安装于开关柜中。现有技术中已知的脉冲变压器通常具有铁芯和位于铁芯上的多个绕组。铁芯例如 被设计成由软磁材料(例如氧化铁(ferrite))制成的磁芯，而绕组则较佳由绝缘导线制 成。在那些通常以高电阻状态进行端接的脉冲变压器中或在被设计成通常在输出端中短路 的电流转换器的脉冲变压器中，输出电流或输出电压分别取决于绕组比率。现有技术中已 知的脉冲变压器常常具有多个次级绕组，使得无论输出端是否处于负载状态，均在所有次 级绕组上施加输出电压。在这种情形中，每一个单独的输出电流均随负载变化，且与相邻输 出端的负载无关。从DE 10 2005 041 131中已知一种电流转换器或脉冲变压器，其中两个或更多 个铁芯通过鼠笼式绕组或耦合绕组相连接而形成脉冲变压器或电流转换器。在这种情况 下，两个或更多个绕组缠绕于次级铁芯上。如同现有技术中已知的以及前面作为实例所述 的其它脉冲变压器，DE 10 2005 041 131中的脉冲变压器的二次级绕组的输出电流根据输 出负载而不均等地分布。输出负载这种无法计算的分配使得这种脉冲变压器或电流转换器 不能用于许多应用领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种脉冲变压器，其具有至少两个能可靠地提供相同电流的 输出端。根据本发明，通过独立权利要求项的特征实现该目的。在从属权利要求中则提出了本发明的较佳实施例。因此，该目的是通过一种脉冲变压器而实现，该脉冲变压器包括具有初级绕组的 初级铁芯、具有第一次级绕组的第一次级铁芯以及具有第二次级绕组的第二次级铁芯，其 中初级铁芯、第一次级铁芯及第二次级铁芯通过鼠笼式绕组相互连接。因此，根据本发明，提出一种脉冲变压器或电流转换器，其在功能上用作倍增器， 以通过在第一次级绕组与第二次级绕组上具有相同匝数，而在两个输出端处获得相同信号 的方式，在两个输出端处提供一个输入信号。令人惊讶地，发现根据本发明的脉冲变压器可 以特别简单的方式在两个输出端处提供相同电流，其中电流并没有例如由于负载不同而被 不均等地分配。由于这两个次级绕组位于一个串联电路中，因而具有相同匝数的两个次级 绕组中的电流相同。当次级绕组中的匝数不同时，次级绕组的输出电流因次级绕组中匝数 的比率而异。在本发明的范围内，将输入端和输出端理解为分别表示初级绕组或第一次级绕组 及/或第二次级绕组。因此，输入电压存在于例如初级绕组上，而输出电压则存在于次级绕 组上。初级铁芯、第一次级铁芯及/或第二次级铁芯可被配置成任何类型的铁芯，以与 绕组配合而用于任何类型的电感组件。较佳地，初级铁芯、第一次级铁芯及/或第二次级铁 芯具有由软磁材料制成的磁芯，但尤其较佳地具有氧化铁磁芯。初级绕组、第一次级绕组、 第二次级绕组及/或鼠笼式绕组较佳地被配置成导电体(例如导线)，但尤其较佳地被配 置成绝缘导线。原则上，可在初级绕组、第一次级绕组及/或第二次级绕组上施加任何电 流。然而，较佳地，使脉冲变压器在运行时初级绕组及/或次级绕组上的电流为0mA至5mA、 10mA、20mA、50mA 及 / 或 100mA。如最初所提及的，可以任何方式配置鼠笼式绕组。尤其较佳地，鼠笼式绕组是独立 式(self-contained)的，包括例如闭合的绕组。进一步较佳地，鼠笼式绕组具有一个、两 个、五个或十个绕组。原则上，第一次级绕组及/或第二次级绕组可具有任何匝数。根据本发明尤其较 佳的实施例，第一次级绕组中的匝数与第二次级绕组中的匝数相同。由于这种配置，这两 个次级绕组中(即第一次级绕组中与第二次级绕组中)具有同样大的电流，从而在第一次 级绕组与第二次级绕组上具有不相等负载的情形中电流不会被不均等地分配，而是保持相 同。根据本发明另一较佳实施例，初级铁芯、第一次级铁芯及第二次级铁芯各具有中 心孔，其中初级绕组、第一次级绕组及第二次级绕组通过其各自的中心孔进行定位，且鼠笼 式绕组通过其各自的中心孔进行定位。通过这种配置，初级铁芯、第一次级铁芯及第二次级 铁芯各形成电感组件，其中初级铁芯、第一次级铁芯及第二次级铁芯较佳地包括由软磁材 料制成的磁芯，且初级绕组、第一次级绕组及第二次级绕组连同鼠笼式绕组较佳地由绝缘 导线形成。可将初级绕组、第一次级绕组及第二次级绕组及/或鼠笼式绕组制成所需的尺 寸以达到预期的电压、电流及匝数。原则上，可利用现有技术中已知的任何类型的制造程序来将变压器制成任何类型 的电气组件。根据本发明尤其较佳的实施例，预想使脉冲变压器包括要设置于PCB上的基 板，该基板包括导体，且初级铁芯、第一次级铁芯及/或第二次级铁芯可以使导体构成鼠笼式绕组的方式，附装至基板上。结果，可制成特别节省空间且高度较低的变压器，此种变压 器可尤其容易地安装于现有技术中已知的PCB上。此外，根据本发明的脉冲变压器尤其较佳地被配置成满足内在安全性标准(也 称为EX标准)，对间隙距离及爬电距离的要求。这些标准包括标准EN 60079-11或EN 60079-0，这意味着具有初级绕组的初级铁芯、具有第一次级绕组的第一次级铁芯、具有第 二次级绕组的第二次级铁芯及鼠笼式绕组的尺寸及在基板上的位置符合EX标准。类似地， 较佳使导体的尺寸与鼠笼式绕组中的预期电流及/或电压相匹配。进一步较佳地，在基板 内设置导体，以使基板形成导体的绝缘体。基板还可被配置成现有技术中已知的PCB，以对 初级铁芯与次级铁芯进行定位。根据本发明的另一较佳实施例，在基板上及/或PCB上设置第二导体，且将所述导 体连接至第二导体以形成鼠笼式绕组。尤其较佳地，由于具有这种配置而制备闭合的鼠笼 式绕组。在基板上及/或PCB上设置第二导体可使鼠笼式绕组具有尤其简单的配置。原则上，初级绕组、次级绕组、第二次级绕组及/或鼠笼式绕组可利用现有技术中 已知的任何手段进行电性接触。然而，根据本发明另一较佳实施例，基板具有接触面，以用 于与PCB进行电性接触及/或与初级绕组、第一次级绕组、第二次级绕组及/或鼠笼式绕组 进行电性接触。接触面可例如由金属制成，使得可通过焊接、接合或现有技术中已知的其它 手段在PCB、导体、初级绕组、第一次级绕组、第二次级绕组、鼠笼式绕组及/或外部触点之 间形成导电性连接。通过这种接触面，可例如以尤其简单的方式形成变压器与触发电路的 导电性接触。根据本发明的另一较佳实施例，基板包含用以对初级铁芯、第一次级铁芯及/或 第二次级铁芯进行定位的多个臂，其中导体设置于臂中。进一步较佳地，基板具有两个相对 定位的臂，初级铁芯布置于第一臂上，且第一次级铁芯及第二次级铁芯布置于第二臂上。尤 其较佳地，第一臂与第二臂被相互间隔开。进一步较佳地，导体由例如由基板的至少0. 5mm 的绝缘材料环绕。通过这种配置，可满足EX标准的要求。此外，通过恰当地布置初级绕组、 第一次级绕组及第二次级绕组，可通过定位于相对排列的臂上而确保为符合安全电性隔离 EX标准而需要的空间、间隙距离及爬电距离。尤其较佳地，在相对布置的臂的两侧上均等地 分配鼠笼式绕组，从而改善如此配置的电感组件的脉冲。进一步较佳地，使第一次级绕组与第二次级绕组二者较佳地布置于相对布置的臂 中之一上是通过绝缘体而相互隔离。这种绝缘体可以是例如由非导电材料制成的圆盘，其 中该绝缘体较佳地具有中心孔，以使绝缘体可以与第一次级铁芯及第二次级铁芯相同的方 式布置于臂上。根据本发明的另一较佳实施例，基板被设计成平面基板及/或基板可利用SMD技 术附装至PCB上。进一步较佳地，基板具有吸附面，以使真空吸附装置可拾取基板、运送基 板、将基板定位于PCB上并放下基板。通过利用SMD技术，脉冲变压器可具有节省空间的设 计并可甚至用于有限的空间中。根据本发明的另一较佳实施例，鼠笼式绕组具有至少一个绕组。进一步较佳地，初 级铁芯、第一次级铁芯及/或第二次级铁芯被实作为环形铁芯或矩形铁芯。将根据本发明 的脉冲变压器用作电流转换器是尤其较佳的。根据另一较佳实施例，脉冲变压器包括至少三个次级铁芯，其中每一次级铁芯具有各自的次级绕组，且初级铁芯与次级铁芯通过鼠笼式绕组而相互连接。因此，较佳地，除 第一次级铁芯与第二次级铁芯外，脉冲变压器还包括至少一个具有各自的额外次级绕组的 额外次级铁芯，其中额外次级铁芯与初级铁芯、第一次级铁芯及第二次级铁芯通过鼠笼式 绕组而类似地相互连接。通过从前面所实施的实施例进行类推，可分别得出额外次级铁芯 或额外次级绕组的其它实施例。
在下文中，将利用较佳实施例并参照附图对本发明进行更详细的解释，附图中图1显示根据本发明较佳实施例的发明性脉冲变压器的示意图；图2显示根据本发明较佳实施例的发明性脉冲变压器的等效电路图；以及图3显示根据本发明较佳实施例的位于基板上的发明性脉冲变压器的平面图。
具体实施例方式图1至图3显示脉冲变压器，该脉冲变压器包括具有初级绕组2的初级铁芯1、具 有第一次级绕组4的第一次级铁芯3以及具有第二次级绕组6的第二次级铁芯5。初级铁 芯1、第一次级铁芯3以及第二次级铁芯5通过鼠笼式绕组7相互连接。使用这种脉冲变压器或电流转换器是为了传输能量或传输电性分离的信号。视输 入电流Il或输入电压Ul而定，绕组Ni、N2、N3的数目分别决定输出电流12、13或输出电 压U2、U3。电流转换器通常在输出端中在次级绕组4、6上短路，而电压互感器则在输出端 中以高电阻状态端接。如上所述，当使用脉冲变压器作为电流转换器时，次级绕组4、6短路运行，使得施 加在初级侧上的电流Il可在二次级回路中流动(12、13)。因此，如果将电流Il在初级侧 上施加到电流转换器中，则其会通过传输比W NK而增大至鼠笼式绕组7中。从图2所示的根据本发明的脉冲变压器的等效电路图也可看出，这种增大的电流 IK作为初级电流流过额外的子变压器(additional sub-transformer)，即具有次级绕组 4、6的次级铁芯3、5，并以传输比NK N2或NK N3再次减小。因绕组N2与N3中的匝数 相同，因而在这两个次级绕组4、6中流动的电流12、13相同，这是因为初级电流(即各子变 压器的短路电流IK)同样大。令人惊讶地发现，在绕组N2与N3中的匝数相同时，在第一次级绕组4中及在第二 次级绕组6中流动的电流12或13相同。根据本发明的脉冲变压器或电流转换器使得输入 信号Ul、Il在两个输出信号U2、I2、U3、13上电性分离，从而使相同的电流在两个输出端中 流动，且当绕组N2与N3具有相同匝数时电流12、13不会被不均等地分割。图3显示根据本发明的可整合到PCB中的SMD技术变压器，其中初级铁芯1、第 一次级铁芯3以及第二次级铁芯5具有由软磁材料制成的磁芯，其中各个磁芯具有中心孔 (图未示出)，藉此引导初级绕组2、第一次级绕组4或第二次级绕组6以及被设计成导体的 鼠笼式绕组7。被设计成导体的鼠笼式绕组7布置于基板8中。从图3可进一步看出，基板8具有用以对初级铁芯1、第一次级铁芯3及第二次级 铁芯5进行定位的多个臂9，其中导体布置于臂9中。初级铁芯1位于第一臂9上，且第一 次级铁芯3及第二次级铁芯5相互间隔开地位于第二臂9上。由于这种间隔(即用于使初级绕组2与次级绕组4、6实现安全电性隔离的适当大的间隙距离与爬电距离)，可实现达成EX标准所需的间隔。此外，绝缘体10设置于第一次级绕组4与第二次级绕组6之间，其中绝缘体10是由绝缘材料制成。基板8还具有第二导体11，其中第二导体11及/或设置在PCB上的导体(图未示出)可用于形成闭合鼠笼式绕组7。设置有金属接触面12，以与PCB及初级绕组2、第一次级绕组4、第二次级绕组6、 鼠笼式绕组7以及第二导体11进行电性接触；所述触点可通过现有技术中已知的方式(例 如通过焊接)利用适当的PCB触点进行连接。根据本发明的变压器可在绕组N2与N3中存在相同匝数时，以尤其简单且紧凑的 方式提供两个相同的次级侧电流12、13，无论负载如何，这两个二次级侧电流12、13均相 同。
权利要求
1.一种脉冲变压器，其特征在于，其包括具有初级绕组(2)的初级铁芯(1)、具有第一 次级绕组(4)的第一次级铁芯(3)以及具有第二次级绕组(6)的第二次级铁芯(5)，其中， 所述初级铁芯(1)、所述第一次级铁芯(3)及所述第二次级铁芯(5)通过鼠笼式绕组(7)相互连接。
2.如权利要求1所述的脉冲变压器，其特征在于，所述鼠笼式绕组(7)是独立式的。
3.如权利要求1或2所述的脉冲变压器，其特征在于，所述第一次级绕组(4)上的匝数 与所述第二次级绕组(6)上的匝数相同。
4.如权利要求1或2所述的脉冲变压器，其特征在于，所述初级铁芯(1)、所述第一次 级铁芯(3)与所述第二次级铁芯(5)各具有中心孔，所述初级绕组(2)、所述第一次级绕组 (4)与所述第二次级绕组(6)通过其各自的中心孔进行定位，且所述鼠笼式绕组(7)通过其 各自的中心孔进行定位。
5.如权利要求1或2所述的脉冲变压器，其特征在于，所述变压器具有欲设置于印刷电 路板(PCB)上的基板(8)，所述基板(8)具有导体，且所述初级铁芯(1)、所述第一次级铁芯 (3)及/或所述第二次级铁芯(5)可以使所述导体形成所述鼠笼式绕组(7)的方式附装至 所述基板上。
6.如权利要求5所述的脉冲变压器，其特征在于，在所述基板上及/或所述PCB上提供 第二导体(11)，且所述导体连接至所述第二导体(11)以形成所述鼠笼式绕组(7)。
7.如权利要求5所述的脉冲变压器，其特征在于，所述基板(8)具有接触面(12)，以用 于与所述PCB进行电性接触及/或与所述初级绕组(2)、所述第一次级绕组(4)、所述第二 次级绕组(6)及/或所述鼠笼式绕组(7)进行电性接触。
8.如权利要求5所述的脉冲变压器，其特征在于，所述基板(8)具有用以对所述初级铁 芯(1)、所述第一次级铁芯(3)及/或所述第二次级铁芯(5)进行定位的多个臂(9)，且所 述导体设置于所述臂(9)中。
9.如权利要求8所述的脉冲变压器，其特征在于，所述基板(8)具有二相对定位的臂 (9)，所述初级铁芯(1)布置于所述第一臂(9)上，且所述第一次级铁芯(3)及所述第二次 级铁芯(5)布置于所述第二臂(9)上。
10.如权利要求9所述的脉冲变压器，其特征在于，所述第一臂(9)与所述第二臂(9) 彼此间隔开定位。
11.如权利要求1或2所述的脉冲变压器，其特征在于，所述第一次级绕组(4)与所述 第二次级绕组(6)通过绝缘体(10)而相互绝缘。
12.如权利要求5所述的脉冲变压器，其特征在于，所述基板(8)是平面基板及/或所 述基板(8)利用SMD技术附装至所述PCB上。
13.如权利要求1或2所述的脉冲变压器，其特征在于，所述鼠笼式绕组(7)具有至少 一个绕组。
14.如权利要求1或2所述的脉冲变压器，其特征在于，所述初级铁芯(1)、所述第一次 级铁芯(3)及/或所述第二次级铁芯(5)分别被设计成环形铁芯或矩形铁芯。
15.如权利要求1或2所述的脉冲变压器，其特征在于，具有至少三个次级铁芯(3，5)， 其中各次级铁芯(3，5)具有各自的次级绕组(4，6)，且所述初级铁芯(1)与所述次级铁芯 (3,5)通过所述鼠笼式绕组(7)而相互连接。
全文摘要
本发明的主题是一种脉冲变压器，其包括具有初级绕组(2)的初级铁芯(1)、具有第一次级绕组(4)的第一次级铁芯(3)以及具有第二次级绕组(6)的第二次级铁芯(5)，其中所述初级铁芯(1)、所述第一次级铁芯(3)及所述第二次级铁芯(5)通过鼠笼式绕组(7)相互连接。根据本发明，提出一种变压器，该变压器作为倍增器，其以通过在第一次级绕组(4)与第二次级绕组(6)上具有相同匝数，而在两个输出端处获得相同信号的方式，在这两个输出端处提供输入信号。
文档编号H01F27/24GK101996738SQ20101025733
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月12日 优先权日2009年8月14日
发明者J·布兰克 申请人:凤凰通讯两合有限公司