TRANSFORMATOR FÜR EIN SCHALTNETZTEIL

Abstract

 Es wird ein Transformator (150) für ein Schaltnetzteil (110) beschrieben. Der Transformator (150) umfasst einen Spulenkern (201) sowie eine Primärspule (211) und eine Sekundärspule (221), die jeweils einen Zentralbereich des Spulenkerns (201) umschließen. Des Weiteren umfasst der Transformator (150) eine mehrfach isolierte Schirmschicht (324), die zwischen dem Zentralbereich des Spulenkerns (201) und der Primärspule (211) und/oder der Sekundärspule (221) angeordnet und elektrisch leitend mit der Primärspule (211) oder der Sekundärspule (221) verbunden ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Transformator für ein Schaltnetzteil, das z.B. in einem Hausgerät verwendet werden kann.

[0002] Ein Hausgerät, wie z.B. eine Waschmaschine oder eine Spülmaschine, weist typischerweise ein Schaltnetzteil auf, mit dem das Hausgerät an ein Wechselstrom-Versorgungsnetz angeschlossen werden kann. Bei Schaltnetzteilen entstehen typischerweise relativ große Common-Mode- bzw. Gleichtakt-Störungen, die meist durch ein oder mehrere Filtermaßnahmen (wie z.B. Common-Mode-Choke, Y-Kondensatoren, Common-Mode-Kondensatoren, etc.) abgeblockt werden. Derartige Common-Mode Störungen können insbesondere durch eine parasitäre kapazitive Kopplung zwischen der Primär- und Sekundärspule des Transformators des Schaltnetzteils bewirkt werden, wobei durch parasitäre kapazitive Kopplung Energie übergekoppelt und in das Common-Mode-System transferiert wird.

[0003] Die Verbau von Filtermaßnahmen in einem Schaltnetzteil zur Blockade von Common-Mode-Störungen ist mit einem relativ hohen Aufwand verbunden. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, Common-Mode-Störungen in einem Schaltnetzteil in besonders effizienter und zuverlässiger Weise zu verhindern.

[0004] Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind insbesondere in den abhängigen Patentansprüchen definiert, in nachfolgender Beschreibung beschrieben oder in der beigefügten Zeichnung dargestellt.

[0005] Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Transformator für ein Schaltnetzteil beschrieben. Das Schaltnetzteil kann ausgebildet sein, an ein elektrisches Versorgungsnetz (z.B. mit einer Wechselspannung von 230V und einer Netzfrequenz von 50Hz) angeschlossen zu werden. Das Schaltnetzteil kann ferner ausgebildet sein, eine Gleichspannung (z.B. 12V) für ein elektrisches Gerät, insbesondere für ein Hausgerät, bereitzustellen. Der Transformator kann dazu genutzt werden, eine galvanische Trennung zwischen dem Gerät und dem Versorgungsnetz zu bewirken. Ferner kann der Transformator dazu genutzt werden, eine Spannungstransformation von dem Spannungsniveau des Versorgungsnetzes auf das Spannungsniveau des Geräts zu bewirken.

[0006] Der Transformator umfasst einen Spulenkern, wobei der Spulenkern z.B. ein ferromagnetisches und/oder ein weichmagnetisches Material (z.B. Ferrit) umfasst. Der Spulenkern kann die Form der Zahl "Acht" und/oder die Form von zwei einander gegenüberstehenden Buchstaben "E" aufweisen. Insbesondere kann der Spulenkern einen Zentralbereich, etwa einen zentralen Schenkel, aufweisen. Ferner kann der Spulenkern an zwei gegenüberliegenden Seiten des Zentralbereichs jeweils einen Außenbereich, insbesondere jeweils einen Außenschenkel, aufweisen. Der Zentralbereich kann jeweils über Querteile des Spulenkerns mit einem Außenbereich verbunden sein.

[0007] Außerdem kann der Transformator einen Spulenkörper aufweisen, der z.B. aus Kunststoff gefertigt ist. Der Spulenkörper kann einen zentralen Hohlzylinder aufweisen, der den Zentralbereich bzw. den zentralen Schenkel der Spulenkerns umschließt. Die ein oder mehreren Spulen des Transformators können um den zentralen Hohlzylinder des Spulenkörpers gewickelt sein. Der zentrale Hohlzylinder des Spulenkörpers kann beispielsweise einen kreisförmigen, einen ovalen, einen rechteckförmigen oder einen achteckförmigen Querschnitt aufweisen. Mit anderen Worten, die Leitkurve des Hohlzylinders kann kreisförmig, oval, rechteckförmig oder achteckig sein.

[0008] Der Transformator umfasst ferner eine Primärspule, die den Zentralbereich des Spulenkerns umschließt. Insbesondere kann der Spulendraht der Primärspule um den Zentralbereich, insbesondere um den zentralen Schenkel, des Spulenkerns gewickelt sein. Des Weiteren umfasst der Transformator eine Sekundärspule, die den Zentralbereich des Spulenkerns umschließt. Dabei kann die Sekundärspule die Primärspule zumindest teilweise oder vollständig umschließen. Alternativ oder ergänzend kann die Primärspule die Sekundärspule zumindest teilweise oder vollständig umschließen.

[0009] Der Transformator kann insbesondere ausgebildet sein, eine an der Primärspule anliegende Primärspannung auf eine gegenüber der Primärspannung reduzierte, an der Sekundärspule anliegende, Sekundärspannung zu transformieren. In diesem Fall kann die Primärspule die Sekundärspule zumindest teilweise oder vollständig umschließen. Insbesondere kann der Spulendraht der Primärspule zumindest teilweise oder vollständig um die Sekundärspule, insbesondere um die Wicklungen der Sekundärspule, gewickelt sein. Alternativ kann der Transformator ausgebildet sein, die an der Primärspule anliegende Primärspannung auf eine gegenüber der Primärspannung erhöhte, an der Sekundärspule anliegende, Sekundärspannung zu transformieren. In diesem Fall kann die Sekundärspule die Primärspule zumindest teilweise oder vollständig umschließen. Insbesondere kann der Spulendraht der Sekundärspule zumindest teilweise oder vollständig um die Primärspule, insbesondere um die Wicklungen der Primärspule, gewickelt sein. So kann ein besonders kosteneffizienter Transformator bereitgestellt werden.

[0010] Ggf. kann auch eine Mischform vorliegen, bei der die Sekundärspule einen Teil der Windungen der Primärspule umschließt, und bei der ein weiterer Teil der Windungen der Primärspule die Sekundärspule umschließt.

[0011] Zwischen den Wicklungen der Primärspule und den Wicklungen der Sekundärspule kann eine Isolationsschicht angeordnet sein.

[0012] Der Transformator kann somit einen Spulenkern mit einem zentralen Schenkel aufweisen. Der zentrale Schenkel kann um die Zentralachse des Transformators angeordnet sein. Die Wicklungen der Primärspule und/oder der Sekundärspule können (radial) um die Zentralachse des Transformators angeordnet sein. Dabei können die Wicklungen der Primärspule (zumindest teilweise oder alle) näher an der Zentralachse angeordnet sein als die Wicklungen der Sekundärspule. Alternativ können die Wicklungen der Sekundärspule (zumindest teilweise oder alle) näher an der Zentralachse angeordnet sein als die Wicklungen der Primärspule.

[0013] Der Transformator umfasst ferner (zumindest) eine mehrfach isolierte, insbesondere eine dreifach isolierte, Schirmschicht (auch als Schirmfolie bezeichnet), die zwischen dem Zentralbereich des Spulenkerns und der Primärspule und/oder der Sekundärspule angeordnet und elektrisch leitend mit der Primärspule oder der Sekundärspule verbunden sein kann. Insbesondere kann der Transformator zumindest eine mehrfach isolierte Schirmschicht aufweisen, die zwischen den beiden Spulen angeordnet ist, und die elektrisch leitend mit der Primärspule oder mit der Sekundärspule verbunden ist.

[0014] Die mehrfach isolierte Schirmschicht kann ausgebildet sein, ein von der Primärspule und/oder von der Sekundärspule gebildetes elektrisches Feld von der jeweils anderen Spule abzuschirmen. Zu diesem Zweck kann die mehrfach isolierte Schirmschicht eine elektrisch leitende Zentralschicht, insbesondere eine elektrisch leitende Folie, aufweisen.

[0015] Durch die Bereitstellung einer mehrfach, insbesondere dreifach, isolierten Schirmschicht kann in (Kosten- und/oder Bauraum-) effizienter Weise ein Transformator mit einer relativ geringen parasitären kapazitiven Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule bereitgestellt werden. Dies ermöglicht es, Filtermaßnahmen eines Schaltnetzteils zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen zu reduzieren oder ganz zu beseitigen, wodurch die Kosten und der erforderliche Bauraum eines Schaltnetzteils reduziert werden können.

[0016] Die mehrfach isolierte Schirmschicht kann, wie oben dargelegt, eine elektrisch leitende Zentralschicht (z.B. eine Metallfolie) aufweisen. Des Weiteren kann die mehrfach isolierte Schirmschicht eine erste Isolationsummantelung umfassen, die die Zentralschicht vollständig umschließt. Die mehrfach (insbesondere die zweifach oder höher) isolierte Schirmschicht kann ferner eine zweite Isolationsummantelung aufweisen, die die erste Isolationsummantelung vollständig umschließt. Außerdem kann die mehrfache (insbesondere die dreifach oder höher) isolierte Schirmschicht eine dritte Isolationsummantelung aufweisen, die die zweite Isolationsummantelung vollständig umschließt.

[0017] Die einzelnen Isolationsummantelungen können dabei jeweils separat ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend können die einzelnen Isolationsummantelungen zumindest teilweise unterschiedlich aufgebaut (z.B. mit unterschiedlichen Materialien und/oder Materialzusammensetzungen) und/oder unterschiedlich strukturiert sein. Die Verwendung von mehreren, insbesondere von drei, unterschiedlichen Isolationsummantelungen ermöglicht eine besonders bauraumeffiziente Unterdrückung der parasitären kapazitiven Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule des Transformators.

[0018] Die Primärspule und/oder die Sekundärspule weisen typischerweise jeweils eine bestimmte Wickelbreite von (Spulendraht-) Wicklungen um die Zentralachse des Transformators, insbesondere um den Zentralbereich des Spulenkerns, auf. Die Breite der Primärspule und/oder der Sekundärspule erstreckt sich dabei in Richtung der Zentralachse. Die Primärspule und die Sekundärspule können (im Wesentlichen) die gleiche Wickelbreite aufweisen.

[0019] Die mehrfach isolierte Schirmschicht kann sich (im Wesentlichen) über die gesamte Wickelbreite der Primärspule und/oder der Sekundärspule erstrecken. Mit anderen Worten, die mehrfach isolierte Schirmschicht kann eine Breite (in Richtung der Zentralachse) aufweisen, die gleich wie oder größer als die Wickelbreite der Primärspule und/oder der Sekundärspule ist. So kann die parasitäre kapazitive Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in besonders zuverlässiger Weise reduziert bzw. beseitigt werden.

[0020] Wie bereits oben dargelegt kann die mehrfach isolierte Schirmschicht zwischen der Primärspule (insbesondere zwischen den Wicklungen der Primärspule) und der Sekundärspule (insbesondere den Wicklungen der Sekundärspule) angeordnet sein.

[0021] Die mehrfach isolierte Schirmschicht kann ausgebildet sein, die durch die Wicklungen der Primärspule gebildete Mantelfläche der Primärspule oder die durch die Wicklungen der Sekundärspule gebildete Mantelfläche der Sekundärspule im Wesentlichen vollständig zu umschließen. Die Mantelfläche kann dabei die Zentralachse des Transformators umschließen. Durch das vollständige Umschließen der Mantelfläche der Primärspule oder der Sekundärspule kann die parasitäre kapazitive Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in besonders zuverlässiger Weise reduziert bzw. beseitigt werden.

[0022] Wie bereits weiter oben dargelegt, kann der Spulenkern zwei Querteile aufweisen, die sich ausgehend von dem Zentralbereich des Spulenkerns an gegenüberliegenden Seiten der Primärspule und/oder der Sekundärspule von der Zentralachse des Transformators weg erstrecken. Die Querteile können dabei senkrecht zu der Zentralachse angeordnet sein. Ferner können die Querteile den Zentralbereich mit einem Außenbereich des Spulenkerns verbinden.

[0023] In entsprechender Weise kann der Spulenkörper zwei Querwände aufweisen, die sich ausgehend von dem zentralen Hohlzylinder des Spulenkörpers an gegenüberliegenden Seiten der Primärspule und/oder der Sekundärspule von der Zentralachse des Transformators weg erstrecken. Die Querwände können dabei senkrecht zu der Zentralachse angeordnet sein.

[0024] Die Wicklungen der Primärspule und/oder der Sekundärspule können direkt bis an zumindest ein Querteil oder an beide Querteile des Spulenkerns bzw. direkt bis an zumindest eine Querwand oder an beide Querwände des Spulenkörpers herangeführt werden. Der verfügbare Bereich für Wicklungen zwischen den Querteilen des Spulenkerns bzw. zwischen den Querwänden des Spulenkörpers kann somit vollständig ausgenutzt sein.

[0025] Alternativ oder ergänzend kann der Transformator derart ausgebildet sein, dass zwischen der Primärspule und/oder der Sekundärspule und zumindest einem Querteil (oder beiden Querteilen) des Spulenkerns, abgesehen von der Isolationsschicht des Spulendrahtes der jeweiligen Spule und/oder abgesehen von einer Wand des Spulenkörpers, kein weiteres (elektrisch isolierendes) Isolationselement angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend kann der Transformator derart ausgebildet sein, dass zwischen der Primärspule und/oder der Sekundärspule und zumindest einer Querwand (oder beiden Querwänden) des Spulenkörpers, abgesehen von der Isolationsschicht des Spulendrahtes der jeweiligen Spule, kein weiteres (elektrisch isolierendes) Isolationselement angeordnet ist. Der verfügbare Bereich für Wicklungen zwischen den Querteilen des Spulenkerns bzw. zwischen den Querwänden des Spulenkörpers kann somit vollständig ausgenutzt sein (ohne, dass ein weiteres Isolationselement zwischen dem Spulendraht und einem Querteil des Spulenkerns bzw. einer Querwand des Spulenkörpers verwendet werden muss). So kann ein besonders bauraumeffizienter Transformator bereitgestellt werden.

[0026] Die mehrfach isolierte Schirmschicht kann zumindest ein Querteil des Spulenkerns und/oder eine Querwand des Spulenkörpers, insbesondere beide Querteile des Spulenkerns und/oder beide gegenüberliegenden Querwände des Spulenkörpers, berühren. Mit anderen Worten, die mehrfach isolierte Schirmschicht kann sich von einem Querteil des Spulenkerns bzw. von einer Querwand des Spulenkörpers entlang der Richtung der Zentralachse bis zu dem gegenüberliegenden Querteil des Spulenkerns bzw. bis zu der gegenüberliegenden Querwand des Spulenkörpers erstrecken. So kann die parasitäre kapazitive Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in besonders zuverlässiger Weise reduziert bzw. beseitigt werden.

[0027] Die Spule (d.h. die Primärspule oder die Sekundärspule), mit der die mehrfach isolierte Schirmschicht elektrisch leitend verbunden ist, kann einen Referenzpunkt aufweisen, der im Vergleich zu einem AC-Punkt der Spule ein weniger schwankendes, insbesondere ein (im Wesentlichen) konstantes, Spannungspotential aufweist. Der Referenzpunkt kann an einem ersten Ende und der AC-Punkt kann an einem gegenüberliegenden zweiten Ende (des Spulendrahts) der Spule angeordnet sein. Der Referenzpunkt kann z.B. auf einem (konstanten) Referenzpotential (etwa 0V) liegen. Andererseits kann das Potential des AC-Punktes mit der Zeit schwanken, z.B. zwischen dem Referenzpotential und einer bestimmten Maximalspannung.

[0028] Die mehrfach isolierte Schirmschicht kann elektrisch leitend mit dem Referenzpunkt verbunden sein. So kann die parasitäre kapazitive Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in besonders zuverlässiger Weise reduziert bzw. beseitigt werden.

[0029] In einem Beispiel ist die mehrfach isolierte Schirmschicht zwischen dem Zentralbereich des Spulenkerns und der Primärspule angeordnet. Ferner ist in dem Beispiel die mehrfach isolierte Schirmschicht elektrisch leitend mit der Sekundärspule verbunden. Durch die Anordnung der mehrfach isolierten Schirmschicht an der Sekundärspule kann die parasitäre kapazitive Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in besonders zuverlässiger Weise reduziert bzw. beseitigt werden.

[0030] Der Transformator kann ferner eine zumindest einfach isolierte Schirmschicht zwischen dem Zentralbereich des Spulenkerns und der Primärspule umfassen. Die zumindest einfach isolierte Schirmschicht kann elektrisch leitend mit der Primärspule verbunden sein. Durch die Verwendung einer weiteren Schirmschicht kann die parasitäre kapazitive Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule weiter reduziert werden.

[0031] Die Primärspule und/oder die Sekundärspule können jeweils einen mehrfach, insbesondere einen dreifach, isolierten Spulendraht aufweisen. Ein mehrfach isolierter Spulendraht kann dabei eine metallische und/oder elektrisch leitende Litze bzw. Draht aufweisen, die bzw. der durch mehrere Isolationsschichten umschlossen ist. Insbesondere kann der mehrfach isolierte Spulendraht einen elektrisch leitenden Draht umfassen, sowie eine erste Isolationsummantelung, die den Draht vollständig umschließt, eine zweite Isolationsummantelung, die die erste Isolationsummantelung vollständig umschließt, und ggf. eine dritte Isolationsummantelung, die die zweite Isolationsummantelung vollständig umschließt. Durch die Verwendung eines mehrfach isolierten Spulendrahts kann der erforderliche Bauraum des Transformators weiter reduziert werden.

[0032] Der Transformator kann derart aufgebaut sein, dass die Primärspule die Sekundärspule zumindest teilweise oder vollständig umschließt. In diesem Fall kann zumindest die Sekundärspule einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweisen. Alternativ kann der Transformator derart ausgebildet sein, dass die Sekundärspule die Primärspule zumindest teilweise oder vollständig umschließt. In diesem Fall kann zumindest die Primärspule einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweisen. So kann ein besonders kosteneffizienter Transformator bereitgestellt werden.

[0033] Die Primärspule kann somit einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweisen. In diesem Fall kann der Transformator eine mehrfach isolierte Schirmschicht aufweisen, die elektrisch leitend mit der Primärspule verbunden ist. Alternativ oder ergänzend kann die Sekundärspule einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweisen. In diesem Fall kann der Transformator eine mehrfach isolierte Schirmschicht aufweisen, die elektrisch leitend mit der Sekundärspule verbunden ist. So kann eine besonders zuverlässige Reduzierung der parasitären kapazitiven Kopplung des Transformators bewirkt werden.

[0034] Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Schaltnetzteil für ein Hausgerät beschrieben. Das Schaltnetzteil umfasst dabei einen Transformator, der wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet ist. Die Verwendung des in diesem Dokument beschriebenen Transformators ermöglicht es, dass das Schaltnetzteil keine Filtereinheit zur Unterdrückung von Gleichtakt- und/oder Common-Mode-Störungen umfasst. So kann ein besonders kosten- und bauraumeffizientes Schaltnetzteil bereitgestellt werden.

[0035] Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Hausgerät (z.B. eine Waschmaschine, eine Spülmaschine, ein Ofen, ein Herd, eine Küchenmaschine, ein Staubsauger, ein Trockner, ein Kühlschrank, etc.) beschrieben, der das in diesem Dokument beschriebene Schaltnetzteil umfasst.

[0036] Es ist zu beachten, dass jegliche Aspekte des in diesem Dokument beschriebenen Transformators oder Schaltnetzteils in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden können. Insbesondere können die Merkmale der Patentansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.

[0037] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

Figur 1a ein Blockdiagramm eines beispielhaften Hausgeräts mit einem Schaltnetzteil;

Figur 1b ein Blockdiagramm eines beispielhaften Schaltnetzteils;

Figur 2a ein Schaltbild eines Transformators für ein Schaltnetzteil;

Figur 2b beispielhafte Wicklungen eines Transformators;

Figur 2c einen beispielhaften Transformator mit Abschirmungen;

Figur 3a ein Schaltbild eines Transformators mit einer mehrfach isolierten Abschirmung;

Figur 3b beispielhafte Wicklungen eines Transformators mit einer mehrfach isolierten Abschirmung; und

Figur 3c einen beispielhaften Aufbau einer mehrfach isolierten Abschirmung (d.h. Schirmschicht).

[0038] Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten und zuverlässigen Vermeidung von Common-Mode bzw. Gleichtakt-Störungen in einem Schaltnetzteil. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 1a ein beispielhaftes Hausgerät 100, z.B. eine Waschmaschine, mit einem Schaltnetzteil 110, über das das Hausgerät 100 an ein Wechselstrom-Versorgungsnetz 101 angeschlossen werden kann.

[0039] Fig. 1b zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Schaltnetzteils 110. Das Schaltnetzteil 110 weist an einem Eingang einen Gleichrichter 112 auf, der eingerichtet ist, eine von dem Versorgungsnetz 101 bereitgestellte Wechsel- und/oder Netzspannung 121 (z.B. eine Netzspannung von 230V mit einer Frequenz von 50Hz) in eine Gleichspannung zu wandeln (z.B. eine Gleichspannung mit einem Nennwert von 325V). Dabei kann ein Glättungskondensator 113 verwendet werden, um die gleichgerichtete Spannung zu glätten. Ferner kann das Schaltnetzteil 110 am Eingang (zwischen dem Netzanschluss und dem Gleichrichter 112) eine Filtereinheit 111 umfassen, die eingerichtet ist, von dem Schaltnetzteil 110 bewirkte Störungen, insbesondere Common-Mode-Störungen, zu blockieren.

[0040] Das Schaltnetzteil 110 umfasst ferner einen Transformator 150, der ausgebildet ist, eine galvanische Trennung zwischen dem Netzanschluss und dem Gerät 100 zu bewirken, in dem das Schaltnetzteil 110 verbaut ist. Ferner kann durch den Transformator 150 eine Spannungstransformation von der gleichgerichteten Netzspannung 124 (z.B. 325V) auf die Betriebsspannung 126 (z.B. 12V) des Geräts 100 bewirkt werden.

[0041] Das Schaltnetzteil 110 umfasst ein Schaltelement 114, insbesondere einen Transistor, das eingerichtet ist, auf Basis der netzseitigen Gleichspannung 124 eine geschaltete Spannung 123 zu erzeugen, wobei die geschaltete Spannung 123 z.B. eine Frequenz zwischen 15 und 300kHz aufweist. Die geschaltete Spannung 123 wird dann anhand des Transformators 150 in eine transformierte (geschaltete) Spannung 125 überführt, wobei die transformierte (geschaltete) Spannung 125 z.B. um den Faktor 10 oder mehr kleiner als die geschaltete Spannung 123 ist. Die transformierte (geschaltete) Spannung 125 kann mittels eines Gleichrichters 115 gleichgerichtet werden, um die Betriebsspannung 126 des Geräts 100 bereitzustellen.

[0042] Das Schaltelement 114 kann mittels einer Regelschleife in Abhängigkeit von dem Wert der erzeugten Betriebsspannung 126 betrieben, insbesondere getaktet und/oder geschaltet, werden, um zu bewirken, dass der Wert der Betriebsspannung 126 einen bestimmten Sollwert (z.B. 12V) aufweist.

[0043] Fig. 2a zeigt ein Schaltbild eines beispielhaften Transformators 110. Der Transformator 110 weist eine Primärseite 210 mit einer Primärspule 211 auf, die mit der (netzseitigen) geschalteten Spannung 123 gekoppelt ist. Dabei wird der AC-Punkt 212 in gepulster Weise mit dem Maximalwert der geschalteten Spannung 123 belastet. Des Weiteren weist der Transformator 110 eine Sekundärseite 220 mit einer Sekundärspule 221 auf, an der die transformierte (geschaltete) Spannung 125 bereitgestellt wird. Dabei wird der AC-Punkt 222 in gepulster Weise mit dem Maximalwert der transformierten (geschalteten) Spannung 125 belastet. Zwischen der Primärspule 211 und der Sekundärspule 221 ist ein Spulenkern 201 angeordnet.

[0044] Fig. 2b veranschaulicht beispielhafte Wicklungen des Transformators 150. Insbesondere können die Primärspule 211 und die Sekundärspule 221 um einen gemeinsamen Zentralbereichs des Spulenkerns 201 gewickelt sein. Dabei kann die Primärspule 211 innen liegen und die Sekundärspule 221 kann die Primärspule 211 umschließen. In einem alternativen (nicht-dargestellten) Beispiel ist die Sekundärspule 221 innenliegend angeordnet und wird durch die Primärspule 211 umschlossen. Der Spulendraht der Primärspule 211 und der Sekundärspule 221 ist dabei jeweils elektrisch isoliert. Ferner kann zwischen der Primärspule 211 und der Sekundärspule 221 eine Isolationsschicht 202 angeordnet sein.

[0045] Die Primärspule 211 und/oder die Sekundärspule 221 sind typischerweise auf einem nicht-leitenden Spulenkörper 203 angeordnet. Der Spulenkörper 203 kann einen zentralen Hohlzylinder aufweisen, um den die Wicklungen der Primärspule 211 und/oder der Sekundärspule 221 angeordnet sind. Der Zentralbereich des Spulenkerns 201 kann innerhalb des Hohlzylinders des Spulenkörpers 203 angeordnet sein. Der Spulenkörper 203 kann Querwände aufweisen, die sich in radialer Richtung von dem zentralen Hohlzylinder weg erstrecken. Die Wicklungen der Primärspule 211 und/oder der Sekundärspule 221 können zwischen den Querwänden des Spulenkörpers 203 angeordnet sein.

[0046] Zur Vermeidung bzw. zur Verlängerung einer Kriechstrecke zwischen den Wicklungen der Primärspule 211 und den Wicklungen der Sekundärspule 221 ist zwischen den Wicklungen und dem sich an den Stirnflächen der Spulen 211, 221 erstreckenden Querteil des Spulenkerns 201 bzw. den Querwänden des Spulenkörpers 203 typischerweise jeweils ein (elektrisch isolierendes) Isolationselement 213, 223 angeordnet. Als Folge daraus können die Wicklungen der Spulen 211, 221 nicht bis an den quer zur Längs- bzw. Zentralachse der Spulen 211, 221 verlaufenden Querteil des Spulenkerns 201 bzw. bis an die Querwände des Spulenkörpers 203 herangeführt werden, so dass der erforderliche Bauraum des Transformators 150 erhöht wird.

[0047] Wie eingangs dargelegt, können die Common-Mode Störungen des Schaltnetzteils 110 insbesondere durch eine kapazitive Kopplung zwischen der Primärspule 211 und der Sekundärspule 221 bewirkt werden. Zur Reduzierung der kapazitiven Kopplung können zwischen der Primärspule 211 und der Sekundärspule 221 ein oder mehrere Schirmschichten 214, 224, insbesondere Schirmfolien, angeordnet werden. Insbesondere können eine primärseitige Schirmschicht 214 und eine sekundärseitige Schirmschicht 224 verwendet werden, wie beispielhaft in Fig. 2c dargestellt.

[0048] Eine besonders zuverlässige Reduzierung bzw. Vermeidung der kapazitiven Kopplung zwischen der Primärspule 211 und der Sekundärspule 221 kann, wie in Fig. 3a dargestellt, durch die Verwendung zumindest einer mehrfach, insbesondere dreifach, (elektrisch) isolierten Schirmschicht 324 bewirkt werden. Die Verwendung zumindest einer mehrfach isolierten Schirmschicht 324 ermöglicht es auch (wie beispielhaft in Fig. 3b dargestellt), auf Isolationselemente 213, 223 zwischen den Wicklungen der Spulen 211, 221 und einem Querteil des Spulenkerns 201 bzw. einer Querwand des Spulenkörpers 203 zu verzichten, so dass die Wicklungen bis an den Querteil des Spulenkerns 201 bzw. bis an die Querwand des Spulenkörpers 203 herangeführt werden können.

[0049] Eine Schirmschicht 214, 234 für eine Spule 211, 221 kann mit einem Referenzpotential der jeweiligen Spule 211, 221 elektrisch leitend verbunden sein, wie beispielhaft in Fig. 3a dargestellt. Das Referenzpotential kann dabei das Potential an der jeweiligen Spule 211, 221 sein, das einen möglichst geringen AC (Alternating Current) bzw. Wechsel-Anteil aufweist. Das Referenzpotential kann insbesondere an dem gegenüberliegenden Referenzpunkt 215, 225 zu dem AC-Punkt 212, 222 mit dem Maximalwert der geschalteten Spannung 123, 125 der jeweiligen Spule 211, 221 anliegen. Die primärseitige Schirmschicht 214 kann somit mit dem primärseitigen Referenzpunkt 215 gekoppelt sein. Die sekundärseitige Schirmschicht 324 kann mit dem sekundärseitigen Referenzpunkt 225 gekoppelt sein.

[0050] In dem in Fig. 3a dargestellten Beispiel ist die sekundärseitige Schirmschicht 324 als mehrfach, insbesondere als dreifach, isolierte Schirmschicht ausgebildet. Die primärseitige Schirmschicht 214 ist als einfach isolierte Schirmschicht ausgebildet. Die Verwendung einer einzigen mehrfach isolierten Schirmschicht 324 auf der Sekundärseite 220 ist typischerweise ausreichend, um eine zuverlässige Reduzierung bzw. Vermeidung der kapazitiven Kopplung zwischen der Sekundärspule 221 und der Primärspule 211 zu bewirken.

[0051] Fig. 3c zeigt einen beispielhaften Aufbau einer mehrfach, insbesondere einer dreifach, (elektrisch) isolierten Schirmschicht 324. Die Schirmschicht 324 umfasst eine elektrisch leitende und/oder metallische Zentralschicht 300. Die Zentralschicht 300 wird durch mehrere, insbesondere durch drei, nicht-leitende Isolationsummantelungen 301, 302, 303 umgeben. Dabei umschließt die erste Isolationsummantelung 301 die Zentralschicht 300. Die zweite Isolationsummantelung 302 umschließt die erste Isolationsummantelung 301 mit der Zentralschicht 300. Ferner kann eine dritte Isolationsummantelung 303 die zweite Isolationsummantelung 302 umschließen. Durch die Verwendung einer mehrfach isolierten Schirmschicht 324 kann in besonders bauraumeffizienter Weise die kapazitive Kopplung zwischen der Sekundärspule 221 und der Primärspule 211 vermieden bzw. reduziert werden. Als Folge daraus kann ggf. auf den Verbau einer Filtereinheit 111 in einem Schaltnetzteil 110 verzichtet werden.

[0052] Es wird somit ein Schaltnetzteil-Transformator 150 beschrieben, der zwei Schirmfolien (d.h. Schirmschichten) 214, 324 aufweist, um Common-Mode-Störungen zu vermeiden. Dabei ist zumindest eine Schirmfolie 324, vorzugsweise die Schirmfolie 324 auf der Sekundärseite 220, als mehrfach, insbesondere als dreifach, isolierte Abschirmung ausgeführt. Die primärseitige Schirmfolie 214 kann an den Zwischenkreis an einem Referenzpunkt 215 mit der geringstmöglichen AC-Beladung (z.B. 0V oder + Zwischenkreisspannung) angeschlossen werden. Die sekundärseitige Schirmfolie 324 kann sekundärseitig an einem Referenzpunkt 225 mit einem Potential von 0V oder der Ausgangsspannung angeschlossen werden.

[0053] Die kapazitive Kopplung zwischen dem Primärkreis 210 und dem Sekundärkreis 220 des Transformators 150 kann durch die Verwendung der Schirmfolien 214, 324 unterbunden werden, und es entstehen als Folge daraus keine Common-Mode-Störungen. Die beiden Schirmfolien 214, 324 sind bevorzugt derart ausgebildet, dass die Schirmfolien 214, 324 die Wickelbreite der jeweiligen Spule 211, 221 möglichst vollständig ausfüllen.

[0054] Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen ermöglichen es (da keine Common-Mode-Störungen mehr erzeugt werden), auf ein oder mehrere Filterelemente 111, wie z.B. einen Common-Mode-Choke, einen Y-Kondensator und/oder einen Common-Mode-Kondensator, teilweise oder komplett zu verzichten, wodurch die Kosten und/oder der Bauraum eines Schaltnetzteils 110 reduziert werden können. Ferner kann durch die Verwendung einer mehrfach isolierten Schirmschicht 324 bewirkt werden, dass (ggf. gesetzlich) vorgegebene Isolationswerte des Transformators 150 in effizienter und zuverlässiger Weise erfüllt werden können.

[0055] Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip des vorgeschlagenen Transformators und/oder Schaltnetzteils veranschaulichen sollen.

Ansprüche

1. Transformator (150) für ein Schaltnetzteil (110); wobei der Transformator (150) umfasst,

- einen Spulenkern (201);

- eine Primärspule (211) und eine Sekundärspule (221), die jeweils einen Zentralbereich des Spulenkerns (201) umschließen; und

- eine mehrfach isolierte Schirmschicht (324), die zwischen dem Zentralbereich des Spulenkerns (201) und der Primärspule (211) und/oder der Sekundärspule (221) angeordnet und elektrisch leitend mit der Primärspule (211) oder der Sekundärspule (221) verbunden ist.

2. Transformator (150) gemäß Anspruch 1, wobei die mehrfach isolierte Schirmschicht (324) umfasst,

- eine elektrisch leitende Zentralschicht (300);

- eine erste Isolationsummantelung (301), die die Zentralschicht (300) vollständig umschließt;

- eine zweite Isolationsummantelung (302), die die erste Isolationsummantelung (301) vollständig umschließt; und

- insbesondere eine dritte Isolationsummantelung (303), die die zweite Isolationsummantelung (302) vollständig umschließt.

3. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

- die Primärspule (211) und/oder die Sekundärspule (221) jeweils eine Wickelbreite von Wicklungen um eine Zentralachse des Transformators (150) aufweisen; und

- sich die mehrfach isolierte Schirmschicht (324) im Wesentlichen über die gesamte Wickelbreite der Primärspule (211) und/oder der Sekundärspule (221) erstreckt.

4. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

- die mehrfach isolierte Schirmschicht (324) zwischen der Primärspule (211) und der Sekundärspule (221) angeordnet ist; und

- die mehrfach isolierte Schirmschicht (324) ausgebildet ist, eine durch Wicklungen der Primärspule (211) gebildete Mantelfläche der Primärspule (211) oder eine durch Wicklungen der Sekundärspule (221) gebildete Mantelfläche der Sekundärspule (221) im Wesentlichen vollständig zu umschließen.

5. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

- der Spulenkern (201) zwei Querteile aufweist, die sich ausgehend von dem Zentralbereich des Spulenkerns (201) an gegenüberliegenden Seiten der Primärspule (211) und/oder der Sekundärspule (221) von einer Zentralachse des Transformators (150) weg erstrecken; und

- zwischen der Primärspule (211) und/oder der Sekundärspule (221) und zumindest einem Querteil des Spulenkerns (201), abgesehen von einer Isolationsschicht eines Spulendrahtes der jeweiligen Spule (211, 221) und/oder abgesehen von einer Querwand eines Spulenkörpers (203), kein weiteres Isolationselement (213, 223) angeordnet ist.

6. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

- die Spule (211, 221), mit der die mehrfach isolierte Schirmschicht (324) elektrisch leitend verbunden ist, einen Referenzpunkt (215, 225) aufweist, der im Vergleich zu einem AC-Punkt (212, 222) der Spule (211, 221) ein weniger schwankendes, insbesondere ein im Wesentlichen konstantes, Spannungspotential aufweist;

- der Referenzpunkt (215, 225) insbesondere an einem ersten Ende und der AC-Punkt (212, 222) an einem gegenüberliegenden zweiten Ende der Spule (211, 221) angeordnet ist; und

- die mehrfach isolierte Schirmschicht (324) elektrisch leitend mit dem Referenzpunkt (215, 225) verbunden ist.

7. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

- die mehrfach isolierte Schirmschicht (324) zwischen dem Zentralbereich des Spulenkerns (201) und der Primärspule (211) angeordnet ist; und/oder

- die mehrfach isolierte Schirmschicht (324) elektrisch leitend mit der Sekundärspule (221) verbunden ist.

8. Transformator (150) gemäß Anspruch 7, wobei

- der Transformator (150) eine zumindest einfach isolierte Schirmschicht (214) zwischen dem Zentralbereich des Spulenkerns (201) und der Primärspule (211) umfasst; und

- die zumindest einfach isolierte Schirmschicht (214) elektrisch leitend mit der Primärspule (221) verbunden ist.

9. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Primärspule (211) und/oder die Sekundärspule (221) jeweils einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweisen.

10. Transformator (150) gemäß Anspruch 9, wobei der mehrfach isolierte Spulendraht umfasst,

- einen elektrisch leitenden Draht;

- eine erste Isolationsummantelung, die den Draht vollständig umschließt;

- eine zweite Isolationsummantelung, die die erste Isolationsummantelung vollständig umschließt; und

- insbesondere eine dritte Isolationsummantelung, die die zweite Isolationsummantelung vollständig umschließt.

11. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

- die Primärspule (211) einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweist, und

- der Transformator (150) eine mehrfach isolierte Schirmschicht (214) aufweist, die elektrisch leitend mit der Primärspule (211) verbunden ist; und/oder

- die Sekundärspule (211) einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweist, und

- der Transformator (150) eine mehrfach isolierte Schirmschicht (324) aufweist, die elektrisch leitend mit der Sekundärspule (211) verbunden ist.

12. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

- die Primärspule (211) die Sekundärspule (221) zumindest teilweise oder vollständig umschließt; und

- die Sekundärspule (221) einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweist; oder

- die Sekundärspule (221) die Primärspule (211) zumindest teilweise oder vollständig umschließt; und

- die Primärspule (211) einen mehrfach isolierten Spulendraht aufweist.

13. Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

- der Transformator (150) ausgebildet ist, eine an der Primärspule (211) anliegende Primärspannung auf eine gegenüber der Primärspannung reduzierte, an der Sekundärspule (221) anliegende, Sekundärspannung zu transformieren; und

- die Primärspule (211) die Sekundärspule (221) zumindest teilweise oder vollständig umschließt; oder

- der Transformator (150) ausgebildet ist, eine an der Primärspule (211) anliegende Primärspannung auf eine gegenüber der Primärspannung erhöhte, an der Sekundärspule (221) anliegende, Sekundärspannung zu transformieren; und

- die Sekundärspule (221) die Primärspule (211) zumindest teilweise oder vollständig umschließt.

14. Schaltnetzteil (110) für ein Hausgerät (100); wobei das Schaltnetzteil (110) einen Transformator (150) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.

15. Schaltnetzteil (110) gemäß Anspruch 14, wobei das Schaltnetzteil (110) keine Filtereinheit (111) zur Unterdrückung von Gleichtakt- und/oder Common-Mode-Störungen umfasst.

Zeichnung