DE69609625T2

DE69609625T2 - HIGH ISOLATION POWER TRANSFORMER

Info

Publication number: DE69609625T2
Application number: DE69609625T
Authority: DE
Inventors: John Robert Pickering
Original assignee: Metron Designs Ltd
Current assignee: Metron Designs Ltd
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 2001-04-12
Anticipated expiration: 2016-12-03
Also published as: EP0864165A1; GB2307795A; DE69609625D1; WO1997021233A1; EP0864165B1; GB9524566D0

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf den Entwurf von Leistungstransformatoren für einen erleichterten Aufbau von isolierten Stromversorgungen, welche sehr niedrige Leck-Wechselströme zwischen den primären und sekundären Seiten aufweisen.This invention relates to the design of power transformers for facilitating construction of isolated power supplies having very low AC leakage currents between the primary and secondary sides.

Dabei ist beabsichtigt, dass sich der Begriff Leistungstransformator auf einen Transformator bezieht, der zur Übertragung von Strom in einem Stromversorgungskreis verwendet wird. Dieser arbeitet insbesondere mit Primär- und Sekundärspannungen auf seinen Wicklungen, die normalerweise größer als 1 Volt sind. Diese Feststellung dient zur Unterscheidung dieser Anmeldung von solchen Stromtransformatoren, die zu Messzwecken verwendet werden und für ein Betreiben mit sehr niedrigen Wicklungsspannungen ausgelegt sind. Stromversorgungen werden in zahlreichen Anwendungen verwendet und betreffen üblicherweise die Wandlung einer Spannung von einem Eingangspegel wie z. B. Netzspannung oder einer Gleichspannung wie beispielsweise üblicherweise in Motorfahrzeugen vorhandenen 12 Volt auf einen zum Betreiben der Schaltkreise oder der mit Strom zu versorgenden Ausrüstung notwendigen Ausgangspegel.The term power transformer is intended to refer to a transformer used to transfer current in a power supply circuit. In particular, it operates with primary and secondary voltages on its windings that are normally greater than 1 volt. This statement serves to distinguish this application from current transformers used for measurement purposes and designed to operate with very low winding voltages. Power supplies are used in numerous applications and typically involve converting a voltage from an input level such as mains voltage or a direct current voltage such as 12 volts commonly found in motor vehicles to an output level necessary to operate the circuits or equipment to be powered.

Somit weist ein Leistungstransformator gemäß der Erfindung normalerweise Primär- und Sekundärwicklungen mit einer verschiedenen Anzahl an Windungen auf, um für ein Herauf oder Herabtransformieren der Spannung zu sorgen. In vielen Fällen ist es aus Sicherheitsgründen oder mit der Messung in Zusammenhang stehenden Gründen notwendig, den Ausgang einer Stromversorgung elektrisch von dem Eingang zu isolieren, wobei diese Typen einen Transformator beteiligen, der allgemein als der Leistungstransformator bezeichnet wird, um sowohl die notwendige Spannungs- und Stromwandlung wie die Isolation bereitzustellen. In einigen Fällen ist eine Mehrzahl an Ausgängen erforderlich, wobei jeder Ausgang von dem anderen isoliert wird, und die Erfindung kann einfach auf diesen Anwendungsbereich ausgedehnt werden.Thus, a power transformer according to the invention will normally have primary and secondary windings with a different number of turns to provide voltage step-up or step-down. In many cases, for safety or metering-related reasons, it is necessary to electrically isolate the output of a power supply from the input, these types involving a transformer, commonly referred to as the power transformer, to provide both the necessary voltage and current conversion and the isolation. In some cases, a plurality of outputs are required, each output being isolated from the other, and the invention can be easily extended to this area of application.

Eine hohe Isolation und ein sehr niedriger Leckstrom ist öfters in solchen Stromversorgungen notwendig, die zum Betreiben von empfindlichen Messgeräten oder sicherheitsrelevanten Ausrüstungen wie z. B. für die Überwachung von Patienten verwendet werden.High insulation and very low leakage current are often necessary in power supplies that are used to operate sensitive measuring instruments or safety-relevant equipment such as patient monitoring.

Die meisten Transformatoren und isolierten Stromversorgungen verfügen über einen Leckstrom, der durch die Kapazitanz zwischen den primären und sekundären Seiten fließt und von den an den Primär- und Sekundärwicklungen vorliegenden Wechselspannungen getrieben werden. Für gut konstruierte kleine Netzfrequenztransformatoren (< 10 Watt) liegt dieser typischerweise im Bereich von 0,1 bis 100 Mikroampere. Für Anwendungen vom Schalttyp, in denen höhere Frequenzen verwendet werden, beträgt dieser Leckstrom öfters mehrere Milliampere an der Schaltfrequenz und seiner Harmonischen. Derartig hohe Leckstrompegel können empfindliche Messungen beeinträchtigen und in einigen Fällen ein Sicherheitsrisiko ausmachen.Most transformers and isolated power supplies have a leakage current flowing through the capacitance between the primary and secondary sides and driven by the AC voltages present on the primary and secondary windings. For well-designed small power frequency transformers (< 10 watts) this is typically in the range of 0.1 to 100 microamps. For switching-type applications where higher frequencies are used, this leakage current is often several milliamps at the switching frequency and its harmonics. Such high levels of leakage current can affect sensitive measurements and in some cases pose a safety risk.

Durch einen sorgfältigen Aufbau des Transformators und insbesondere durch die Verwendung von elektrostatischen Abschirmungen um die Wicklungen herum ist eine Minimierung des Leckstroms möglich, wie dem Fachmann wohlbekannt ist. Allerdings ist es mit einer konventionellen Transformatorbauweise schwierig und kostspielig, nahezu perfekte (vollständig umschließende) Abschirmungen zu bewerkstelligen. Weiterhin besteht aus Gründen der Platzbeschränkung und Effizienzüberlegung die Tendenz einer Abschirmungsabtrennung durch eine dünne Isolationslage, was zu einer recht hohen Kapazitanz zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen führt.By carefully designing the transformer and in particular by using electrostatic shielding around the windings, leakage current can be minimized. possible, as is well known to those skilled in the art. However, it is difficult and expensive to achieve nearly perfect (fully enclosing) shields using conventional transformer construction. Furthermore, for reasons of space constraints and efficiency considerations, there is a tendency for the shield to be separated by a thin layer of insulation, which leads to a fairly high capacitance between the primary and secondary windings.

Dies stellt dort des öfteren ein Nachteil dar, wo der Transformator zur Stromzufuhr für Messschaltkreise verwendet wird, da die Kapazitanz zwischen jeder Abschirmung ebenfalls einen Leckstromweg mit niedriger Impedanz für jegliche Spannungen bereitstellt, die aus externen Verbindungen auf die Abschirmungen induziert werden.This is often a disadvantage where the transformer is used to supply power to measurement circuits, since the capacitance between each shield also provides a low impedance leakage path for any voltages induced on the shields from external connections.

Ein häufig beschrittener Weg zur Minimierung dieser Probleme stellt die Verwendung von zwei in Reihe geschalteten Transformatoren dar, wie im Schema der Fig. 2 gezeigt. Dies ermöglicht das Betreiben des Transformators an der sekundären Seite mit einer niedrigeren Spannung als dies der Fall wäre, wenn die primäre Seite vom herunter transformierenden Typ wäre. Allerdings liegt mit diesem normalen Aufbau eine ziemlich hohe Kapazitanz zwischen der Kopplungs- und der Sekundärwicklung vor, und in Abhängigkeit vom Windungsverhältnis ist auf der Kopplungswicklung eine Spannung vorhanden. Diese induzierte Spannung ist weiterhin elektrostatisch mit den Wicklungen und Abschirmungen gekoppelt und bewirkt daher selbst den Fluss von Leckströmen. Durch die Reduzierung auf eine einzige Windung liegt in der Kopplungswicklung zwar eine minimale, nicht Null betragende Spannung vor, aber in Folge fließen hohe Ströme, die möglicherweise zu übermäßigen Streumagnetfeldern und Verlusten aufgrund von Leistungsverlusten in der Kopplungswicklung führen.A common way to minimize these problems is to use two transformers in series, as shown in the schematic of Fig. 2. This allows the transformer on the secondary side to be operated at a lower voltage than would be the case if the primary side were of the step-down type. However, with this normal design, there is a fairly high capacitance between the coupling and secondary windings and, depending on the turns ratio, a voltage is present on the coupling winding. This induced voltage is still electrostatically coupled to the windings and shields and therefore itself causes leakage currents to flow. By reducing to a single turn, there is a minimal non-zero voltage in the coupling winding, but high currents flow as a result, potentially leading to excessive stray magnetic fields and losses due to power losses in the coupling winding.

Es ist ein Leistungstransformator bekannt, vgl. die kanadische Patentschrift Nr. 982 667, der mindestens zwei unabhängige Kraftlinienwege aufweist, die von Magnetkernen mit relativ hoher Permeabilität bereitgestellt sind, wobei jeder Kern jeweils von einer oder mehreren Wicklungen umgeben ist, und wobei mindestens eine Kopplungswicklung eine oder mehrere Windungen aufweist, die einen geschlossenen Kreis ausbilden, welcher mindestens zwei der Kraftlinienwege umschließt. Bei dieser Konstruktion ist die Kopplungswicklung von variabler Impedanz und beabsichtigt eine Variation der Ausgangsspannung des Transformators zu bewerkstelligen. Darüber hinaus sind weitere Transformatorformen bekannt, die eine derartige Kopplungswicklung aufweisen, aber diese sind entweder keine Leistungstransformatoren oder sie sind nicht für Anwendungen konzipiert, in denen ein elektrostatisches Abschirmen von primären Interesse ist.A power transformer is known, see Canadian Patent Specification No. 982,667, having at least two independent magnetic paths provided by magnetic cores of relatively high permeability, each core being surrounded by one or more windings, and at least one coupling winding having one or more turns forming a closed circuit enclosing at least two of the magnetic paths. In this design, the coupling winding is of variable impedance and is intended to provide variation in the output voltage of the transformer. In addition, other forms of transformer are known which have such a coupling winding, but these are either not power transformers or they are not designed for applications in which electrostatic shielding is of primary interest.

Dementsprechend besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung einer praktischen und kostengünstigen Anordnung für den Aufbau von Leistungstransformatoren und somit für Stromversorgungen, die sehr geringe Pegel an von den Wicklungsspannungen induziertem Leckstrom aufweisen.Accordingly, it is an object of the invention to provide a practical and cost-effective arrangement for the construction of power transformers and thus power supplies, which have very low levels of leakage current induced by the winding voltages.

Dementsprechend stellt die Erfindung einen Leistungstransformator der oben erwähnten Art dar, der dadurch gekennzeichnet ist, dass jeder Kern zusammen mit der ihm zugeordneten Wicklung bzw. Wicklungen von einer elektrostatischen Abschirmung umschlossen ist, die wiederum von der bzw. jeder Kopplungswicklung umschlossen ist, welche den jeweiligen Kraftlinienweg umschließt.Accordingly, the invention provides a power transformer of the above-mentioned type, which is characterized in that each core together with the winding or windings associated with it is enclosed by an electrostatic shield, which in turn is enclosed by the or each coupling winding which encloses the respective line of force path.

Somit kann jeder Kern mit einer ihn nahezu vollkommen umschließenden Lage aus leitendem oder leicht widerstandbehaftetem Material getrennt abgeschirmt werden. Für diesen Zweck weist das leicht widerstandbehaftete Material von z. B. 0,1 bis 500 Ohm pro Quadrat den Vorteil auf, dass es die Verluste nicht signifikant erhöht, wenn es einen sogenannten "Windungsschluss" ausbildet, während hochleitende Materialen wie z. B. Metallfolien über einen Spalt oder eine isolierte Überlappung verfügen müssen, welche die Abschirmeffizienz im allgemeinen verringert. Die separat umwickelten und abgeschirmten Kerne sind magnetisch gekoppelt, um durch die Kopplungswicklung die Transformatorwirkung bereitzustellen. Diese Anordnung ermöglicht es, dass nahezu ideale elektrostatische Abschirmungen jede Wicklung umschließen, und dass die Wicklungen mit einem weit größerem Abstand voneinander getrennt werden können, als wenn sie beide auf einem ähnlich bemessenen Kern vorlägen. Unter Verwendung dieses Transformatoraufbaus ist die Reduktion der Leckströme in Netzfrequenz-Transformatoren (50 Hz - 60 Hz) auf wenige Picoampere und in Transformatoren, die in bei 3 kHz oder mehr betriebenen Schaltversorgungen verwendet werden, auf wenige Nanoampere möglich.Thus, each core can be shielded separately with a layer of conductive or slightly resistive material that almost completely encloses it. For this purpose, the slightly resistive material of, for example, 0.1 to 500 ohms per square has the advantage that it does not significantly increased when it forms a so-called "turn-to-turn" short, while highly conductive materials such as metal foils must have a gap or insulated overlap which generally reduces shielding efficiency. The separately wound and shielded cores are magnetically coupled to provide the transformer effect through the coupling winding. This arrangement allows nearly ideal electrostatic shields to enclose each winding and the windings to be separated by a far greater distance than if they were both on a similarly sized core. Using this transformer design, the reduction of leakage currents in line frequency transformers (50 Hz - 60 Hz) to a few picoamperes and in transformers used in switching supplies operating at 3 kHz or more to a few nanoamperes is possible.

Die Erfindung wird in den beiliegenden Zeichnungen beispielshalber illustriert, wobei:The invention is illustrated by way of example in the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 eine Querschnittszeichnung eines Leistungstransformators gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;Fig. 1 is a cross-sectional drawing of a power transformer according to a preferred embodiment of the invention;

Fig. 2 eine schematische Darstellung von zwei konventionellen abgeschirmten Leistungstransformatoren ist, die in Reihe verbunden sind;Fig. 2 is a schematic representation of two conventional shielded power transformers connected in series;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäß der Erfindung ist;Fig. 3 is a schematic representation of an arrangement according to the invention;

Fig. 4 eine schematische Darstellung von drei konventionellen Leistungstransformatoren ist, die in Reihe verbunden sind, undFig. 4 is a schematic representation of three conventional power transformers connected in series, and

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Anordnung gemäß der Erfindung.Fig. 5 is a schematic representation of another arrangement according to the invention.

Bezugnehmend auf Fig. 3 ist diagrammartig eine Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Darstellung ähnelt dem Schema aus Fig. 2, aber unterscheidet sich darin, dass die Kopplungswicklung aus einer einzigen oder aus mehreren Leitungswindung(en) bzw. Leitungsweg(en) besteht, welche sich um zwei oder mehrere getrennte Magnetkerne schließen, wie symbolisch dargestellt. Da diese. Wicklung beide Magnetkerne umschließt und ein Kurzschluss darstellt, d. h. ihr Beginn ist elektrisch mit ihrem Ende verbunden, tendiert sie dazu, das Magnetfeld in dem Sekundärkern zu einem Ausgleichen des Magnetfelds in dem Primärkern zu drängen, so dass der Nichtlaststrom in der Kopplungswicklung minimiert wird. Befindet sich somit eine Primärwicklung um einen Kern und wird sie mit einer umschließenden elektrostatischen Abschirmung abgedeckt sowie von einer Spannung getrieben, die das Vorliegen eines magnetischen Wechselfeldes in diesem Kern bewirkt, wird die Kopplungswicklung ein Gegenfeld in dem Sekundärkern bewirken, das eine Spannung in der Sekundärwicklung induziert. Die Kopplungswicklung ist geschlossen und umschließt die Vektorsumme des sich dem Wert Null annähernden Flusses in den beiden Kernen, und somit wird unabhängig von der Anzahl an Windungen keine resultierende Spannung induziert, was bedeutet, dass nur minimale Ströme in den Primär- oder Sekundärabschirmungen oder -wicklungen aufgrund von Spannungen fließen, die in der Kopplungswicklung induziert sind, welche durch die Kapazitanz zwischen der Kopplungswicklung und jeder der Abschirmungen elektrostatisch gekoppelt ist.Referring to Fig. 3, there is diagrammatically shown an arrangement according to an embodiment of the invention. The diagram is similar to the diagram of Fig. 2, but differs in that the coupling winding consists of a single or multiple conductor turns or paths closing around two or more separate magnetic cores, as symbolically shown. Since this winding encloses both magnetic cores and is a short circuit, i.e. its start is electrically connected to its end, it tends to urge the magnetic field in the secondary core to balance the magnetic field in the primary core, so that the no-load current in the coupling winding is minimized. Thus, if a primary winding is placed around a core and covered with an enclosing electrostatic shield and driven by a voltage causing an alternating magnetic field to be present in that core, the coupling winding will cause an opposing field in the secondary core which will induce a voltage in the secondary winding. The coupling winding is closed and encloses the vector sum of the flux approaching zero in the two cores and thus no resulting voltage is induced regardless of the number of turns, meaning that only minimal currents will flow in the primary or secondary shields or windings due to voltages induced in the coupling winding which is electrostatically coupled by the capacitance between the coupling winding and each of the shields.

Da die Funktion der Kopplungswicklung in der Aufrechterhaltung eines insgesamt Null betragenden Magnetfelds in sich selbst besteht, vollzieht sich dies unabhängig von der Anzahl an Windungen. Die Transformatorfunktion erfolgt daher zwischen der Primär- und Sekundärwicklung auf eine für konventio nelle Transformatoren normale Weise. Somit ist das Windungsverhältnis einfach das Verhältnis der Anzahl an Windungen der Primärwicklung zu der Anzahl an Windungen der Sekundärwicklung unabhängig von der Anzahl in der Kopplungswicklung.Since the function of the coupling winding is to maintain a total zero magnetic field within itself, this occurs regardless of the number of turns. The transformer function therefore takes place between the primary and secondary windings in a conventional manner. nal transformers normally. Thus, the turns ratio is simply the ratio of the number of turns in the primary winding to the number of turns in the secondary winding, regardless of the number in the coupling winding.

In der Fig. 1 der Zeichnungen ist ein Querschnitt dargestellt, der einen praktischen Aufbau eines Leistungstraasformators zeigt, der diese Konstruktionsprinzipien umsetzt. Er verwendet zwei unabhängige ringförmiige Kerne 7, 8 des in der Transformatorherstellung allgemein verwendeten Typs. Jeder Kern ist von einer oder mehreren Wicklungen 1, 4 in einer vom Fachmann auf dem Gebiet der Transformatortechnik cder Induktorherstellung wohlbekannte Weise umgeben, und jeder Kern ist darüber hinaus von einer leitenden oder widerstandbehafteten elektrostatischen Abschirmung umschlossen. Im folgenden wird der Kern 7 als der die Primärwicklungen 1 und eine Abschirmung 2 tragende Primärkern und der Kern 8 als der die Sekundärwicklungen 4 und eine Abschirmung 5 tragende Sekundärkern bezeichnet. Die Aufgabe der Konstruktion besteht in der Bereitstellung einer nahezu normalen Transformatorfunktion zwischen den Primäranschlüssen 9 und den Sekundäranschlüssen 12 mit einer minimalen elektrostatischen Kopplung der Primär- und Sekundärspannungen zwischen sich selbst oder der Primärspannung zu der Sekundärabschirmung 5 oder der Sekundärspannung zu der Primärabschirmung 2. Eine Isolierung 3 wird auf die Oberseite der Wicklungen 1, 4 und leitende Abschirmungen 2,5 werden auf die Oberseite der Isolierung 3 angebracht. Jede Abschirmung kann wie zuvor beschrieben in dem Bereich von 0,1 bis 500 Ohm pro Quadrat widerstandbehaftet sein oder ein Material mit sehr niedrigem spezifischen Widerstand wie z. B. Kupfer aufweisen, jedoch muss sie dann um ihre Peripherie herum unterbrochen sein und idealer Weise mit der dazwischen liegenden Isolierung überlappen, so dass sie keine kurzgeschlossene Windung bildet. Ein Beispiel einer widerstandbehafteten Abschirmung kann ein Material wie z. B. ein leitender Anstrich sein, das einen ausreichend hohen Widerstand aufweist, um eine vernachlässigbare Last an dem Transformator zu sein, wenn er den Kern unter Bildung einer kurzgeschlossenen Windung um den einzelnen Kern umschließt, aber der Widerstand muss auch hinreichend niedrig sein, um als effektive elektrostatische Abschirmung dienen zu können. Ein Anschluss 10,11 wird für jede Abschirmung vorgesehen und kann wie gezeigt für eine Verbindung mit einem externen Stromkreis herausgeführt werden oder er kann intern mit einer Stelle auf einer Wicklung verbunden sein. Normalerweise wird eine weitere Lage aus Isolierung 3 zum Schutz der Abschirmungen 2, 5 über diesen vorgesehen.In Fig. 1 of the drawings there is shown a cross-section showing a practical construction of a power transformer which implements these design principles. It uses two independent annular cores 7, 8 of the type commonly used in transformer manufacture. Each core is surrounded by one or more windings 1, 4 in a manner well known to those skilled in the art of transformer technology and inductor manufacture, and each core is further enclosed by a conductive or resistive electrostatic shield. In the following, the core 7 is referred to as the primary core carrying the primary windings 1 and a shield 2 and the core 8 is referred to as the secondary core carrying the secondary windings 4 and a shield 5. The object of the design is to provide a nearly normal transformer function between the primary terminals 9 and the secondary terminals 12 with minimal electrostatic coupling of the primary and secondary voltages between themselves or the primary voltage to the secondary shield 5 or the secondary voltage to the primary shield 2. Insulation 3 is applied to the top of the windings 1, 4 and conductive shields 2,5 are applied to the top of the insulation 3. Each shield may be resistive in the range 0.1 to 500 ohms per square as previously described or may comprise a very low resistivity material such as copper but it must then be discontinuous around its periphery and ideally overlap with the intervening insulation so that it does not form a shorted turn. An example of a resistive shield may comprise a material such as For example, the conductive coating must be of sufficiently high resistance to be a negligible load on the transformer when it encloses the core to form a shorted turn around the single core, but the resistance must also be sufficiently low to act as an effective electrostatic shield. A terminal 10,11 is provided for each shield and may be brought out as shown for connection to an external circuit or it may be connected internally to a point on a winding. Normally a further layer of insulation 3 will be provided over the shields 2,5 to protect them.

Die zwei umwickelten abgeschirmten Kerne werden dann wie in der Fio. 1 dargestellt, übereinander gestapelt, wobei die Isolierung 3 zwischen ihnen liegt. Diese kann ziemlich dick ausfallen, um die Kapazitanz zwischen den Abschirmungen der zwei Kerne zu minimieren. Dann wird eine Kopplungswicklung 6 um die zwei aufeinander gestapelten Kerne gewunden, so als ob sie, wie in der Fig. 1 gezeigt, ein einziger Kern wären, und das Ende der Kopplungswicklung wird unabhängig von der Anzahl an Windungen mit ihrem Anfang verbunden. Der Strom in der Kopplungswicklung ist umgekehrt proportional zu der Anzahl an Windungen und daher sollte ihr spezifischer Widerstand hinsichtlich einer Minimierung der Verluste ausgewählt sein, die von dieser Stromverlustleistung in dem Widerstand der Kopplungswicklung bewirkt werden.The two wound shielded cores are then stacked on top of each other as shown in Fig. 1 with insulation 3 between them. This may be quite thick to minimize the capacitance between the shields of the two cores. A coupling winding 6 is then wound around the two stacked cores as if they were a single core as shown in Fig. 1 and the end of the coupling winding is connected to its start regardless of the number of turns. The current in the coupling winding is inversely proportional to the number of turns and therefore its resistivity should be selected to minimize the losses caused by this current dissipation in the resistance of the coupling winding.

Zur Minimierung der auf der Oberseite jeder Abschirmung erforderlichen Isolierungsmenge kann die Kopplungswicklung vom Typ sein, der eine Isolationsbeschichtung oder einen Isolierschlauch aufweist und vorzugsweise besteht sie aus einem Werkstoff mit einer sehr hohen Durchschlagsspannung und niedriger Dielektrizitätskonstante wie z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE oder "Teflon") oder Polyethylen.To minimize the amount of insulation required on top of each shield, the coupling winding may be of the type having an insulating coating or sleeve and preferably is made of a material having a very high breakdown voltage and low dielectric constant such as polytetrafluoroethylene (PTFE or "Teflon") or polyethylene.

Es versteht sich, dass viele andere Variationen im Grundentwurf einschließlich eine Platzierung der Kerne Seite an Seite und die Verwendung von anderen (nicht ringförmigen) Kernformen wie z. B. "E", "C", "EFD", "ETD", "U" und anderer Kerne, bei welchen der Grundentwurf der Abschirmung und Kopplung; möglich ist, möglich sind. Ebenfalls können die Kraftlinienwege von einem Kern eines speziellen Typs "E", der als "planarer" Kern bekannt ist, bereitgestellt werden, und es können ebene Wicklungen wie z. B. Leiterbahnen auf einer gedruckten Leiter- oder Metallplatte für die Primär-, Sekundär- oder Kopplungswicklungen verwendet werden. Auch die elektrostatischen Abschirmungen können aus einem geeigneten widerstandbehafteten synthetischen Kunststoffmaterial ausgebildet sein.It will be understood that many other variations in the basic design are possible including placing the cores side by side and using other (non-annular) core shapes such as "E", "C", "EFD", "ETD", "U" and other cores where the basic design of shielding and coupling is possible. Also, the magnetic paths may be provided by a core of a special type "E" known as a "planar" core and planar windings such as traces on a printed circuit or metal board may be used for the primary, secondary or coupling windings. Also, the electrostatic shields may be formed of a suitable resistive synthetic plastic material.

In einigen Fällen kann es nützlich sein, eine Mehrzahl an Kopplungswicklungen zu verwenden.In some cases it may be useful to use a plurality of coupling windings.

Ebenso kann die Verwendung eines Zwischenkerns nützlich sein, indem der Primärkern an den Zwischenkern mit einer Kopplungswicklung und der Sekundärkern an den Zwischenkern mit einer weiteren Kopplungswicklung gekoppelt wird. Dann wird die Herstellung von Verbindungen zu den Kopplungswicklungen sinnvoll, damit diese zusätzlich zu den oben genannten elektrostatischen Abschirmungen für ein elektrostatisches Abschirmen verwendet werden können. In dieser besonderen Ausführungsform mit drei Kernen kann durch die Verwendung von einer oder der beiden Kopplungswicklungen als Abschirmungen eine Vereinfachung bzw. ein Weglassen der oben angeführten elektrostatischen Abschirmungen möglich werden, während der elektrostatische Kopplungsstrom nach wie vor sehr niedrig gehalten wird. Fig. 5 stellt das Schema einer derartigen die Erfindung verwendende Anordnung dar, während Fig. 4 eine Anordnung mit geringerem Wert zeigt, die auf bekannte Weise einen zusätzlichen Transformator verwendet. Die letztgenannte Anordnung weist eine höhere Spannung auf, die in den Zwischenwicklungen für eine ähnliche Anzahl an Windungen induziert wird, was somit zu einem zusätzlichen elektrostatisch gekoppelten Stromfluss zwischen der Primär- und Sekundärwicklung führt.It may also be useful to use an intermediate core by coupling the primary core to the intermediate core with a coupling winding and the secondary core to the intermediate core with a further coupling winding. It then becomes useful to make connections to the coupling windings so that they can be used for electrostatic shielding in addition to the electrostatic shields mentioned above. In this particular embodiment with three cores, the use of one or both of the coupling windings as shields may allow the electrostatic shields mentioned above to be simplified or omitted, while the electrostatic coupling current is still kept very low. Fig. 5 shows the schematic of such an arrangement using the invention, while Fig. 4 shows a lower value arrangement using an additional transformer in a known manner. The latter arrangement has a higher voltage induced in the intermediate windings for a similar number of turns, thus resulting in additional electrostatically coupled current flow between the primary and secondary windings.

Claims

1. Power transformer for power coupling, with at least two independent force paths provided by two magnetic cores (7, 8) with relatively high permeability, each surrounded by one or more windings (1, 4) individually assigned to the respective core, and at least one coupling winding (6) having one or more turns forming a closed circuit enclosing at least two of the force paths, characterized in that each magnetic core (7, 8) together with the winding(s) (1, 4) assigned to it is enclosed by an electrostatic shield (5) which in turn is enclosed by the or each coupling winding (6) enclosing the respective force path.

2. Power transformer according to claim 1, wherein the cores (7, 8) are formed as ring-shaped cores.

3. Power transformer forming a modification of the transformer according to claim 1 or 2, wherein the or each coupling winding (6) is replaced by two coupling windings and an additional magnetic core (Fig. 5) so that one or more of the magnetic lines and the additional core are enclosed by one of the two coupling windings and the additional core and another or more of the magnetic lines are enclosed by the second coupling winding.

4. Power transformer according to one of claims 1 to 3, wherein the electrostatic shields (5) are formed from a resistive material having a specific resistance of 0.1 to 500 ohms per square.

5. The power transformer of claim 4, wherein the resistive material comprises a conductive coating.

6. The power transformer of claim 4, wherein the resistive material comprises a synthetic plastic material.

7. The power transformer of claim 4, wherein the resistive material comprises a molded synthetic plastic material.