DE3703561A1

DE3703561A1 - Inductive component

Info

Publication number: DE3703561A1
Application number: DE19873703561
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Herrmann
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1988-08-18
Also published as: DE3703561C2

Abstract

The inductive component described consists of at least one coil whose turns are wound on a core having an airgap. Examples of such components are transformers and inductors. In order that the inductance of the coil has a defined dependency on the coil current, it is provided for a foil consisting of soft-magnetic material to be wound in an integer number of layers on the core. The thickness and material of the soft-magnetic foil are intended to be designed such that the foil is magnetically saturated in the operating conditions. Components which are designed in accordance with this instruction are used, for example, in the case of pulsed DC/DC voltage converters in order to avoid so-called "intermittent operation".

Description

Die Erfindung betrifft eine induktives Bauelement mit mindestens einer Spule, deren Windungen auf einen Kern mit einem Luftspalt gewickelt sind.The invention relates to an inductive component at least one coil, whose turns on a core are wound with an air gap.

Unter induktiven Bauelementen werden hier Transformatoren mit mehreren Spulen oder Sieb- und Speicherdrosseln mit mindestens einer Spule verstanden. Insbesondere geht es hier vorwiegend um solche induktiven Bauelemente, bei denen die Induktivität einer Spule beabsichtigt von der Stärke des sie durchfließenden Stromes abhängt.Transformers are used here as inductive components with several coils or filter and storage chokes with understood at least one coil. In particular, it works here mainly around such inductive components which the inductance of a coil intends from the Strength of the current flowing through it depends.

Transformatoren oder Siebdrosseln mit derartigen Spulen werden z.B. bei getakteten Stromversorgungen benötigt, um den sogenannten "lückenden Betrieb" zu vermeiden. Dabei soll für kleine Spulenströme, also für kleines Magnetfeld im Kern der Spule, die Induktivität größer sein als für größere Spulenströme.Transformers or chokes with such coils e.g. with clocked power supplies needed to to avoid the so-called "intermittent operation". Here intended for small coil currents, i.e. for a small magnetic field in the core of the coil, the inductance may be greater than for larger coil currents.

Aus der DE-OS 30 20 400 ist ein Transformator bekannt, bei dem mindestens zwei Wicklungen auf einen Schenkel gewickelt sind und bei dem Abschirmfolien zwischen den beiden Wicklungen oder zwischen einer Wicklung und dem Kern angebracht sind. Die Abschirmfolien bestehen aus weichmagnetischem Material, d.h. aus Material mit fast keiner Hysterese, und dienen der kapazitiven Abschirmung von Primär- und Sekundärwicklung des Übertragers gegen über seiner Umgebung. Die Folien sind über Anschlüsse geerdet.A transformer is known from DE-OS 30 20 400, with at least two windings on one leg are wrapped and the shielding films between the both windings or between one winding and the Core are attached. The shielding foils consist of soft magnetic material, i.e. made of material with almost no hysteresis, and are used for capacitive shielding primary and secondary winding of the transformer against over its surroundings. The foils are over connections grounded.

Eine weichmagnetische Folie ist deshalb für die Abschir mung elektromagnetischer Wechselfelder geeignet, weil die Felder wegen der großen magnetischen Suszeptibilität der Folien nur geringfügig in sie eindringen können. Für die vollständige Abschirmung sind z.B. Folien mit einer Dicke von 50 µm bei Wechselfeldern von etwa 300 MHz aus reichend.A soft magnetic film is therefore for shielding suitable alternating electromagnetic fields because the Fields because of the great magnetic susceptibility of the Slides can only penetrate them slightly. For the complete shielding are e.g. Foils with a thickness of 50 µm with alternating fields of around 300 MHz reaching.

Es ist unmittelbar einsichtig, daß die Schirmwirkung einer Folie ganz wesentlich reduziert wird, sobald sie in die magnetische Sättigung gerät, weil dann die elektro magnetische Eindringtiefe bei manchen Materialien um Zehnerpotenzen wachsen kann. Daher ist bei Folien, die der Abschirmung elektromagnetischer Felder dienen, unbe dingt darauf zu achten, daß sie unter normalen Betriebs bedingungen nicht in die Sättigung geraten.It is immediately apparent that the shielding effect a film is significantly reduced as soon as it is in the magnetic saturation gets because then the electro magnetic penetration depth with some materials Powers of ten can grow. Therefore, with foils that serve to shield electromagnetic fields, unbe must make sure that they are under normal operation conditions are not saturated.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 00 12 629 ist es bekannt, nichtlineares Verhalten von induktiven Bauele menten - also Abhängigkeit der Induktivität einer ihrer Spulen vom Spulenstrom - dadurch zu erreichen, daß der Luftspalt eines Kernes durch ein Stück weichmagnetisches Material überbrückt wird. Wird die Induktivität in Ab hängigkeit vom Spulenstrom in einem Diagramm aufgetragen, so ergibt sich bei kleinen Spulenströmen eine große In duktivität, die in einem Übergangsbereich des Spulen stromes zu kleinen Werten hin abfällt. Aus der genannten Druckschrift ist nicht zu entnehmen, welche Maßnahmen zu ergreifen sind, um den Bereich des Abfalls der Indukti vität gezielt zu kleineren oder größeren Werten des Spulenstromes hin zu verschieben.From the European patent application EP 00 12 629 it is known to achieve non-linear behavior of inductive components - that is, dependence of the inductance of one of its coils on the coil current - in that the air gap of a core is bridged by a piece of soft magnetic material. If the inductance is plotted in a diagram as a function of the coil current, there is a large inductance in the case of small coil currents, which drops to small values in a transition region of the coil current. It is not apparent from the cited document which measures are to be taken in order to specifically shift the area of the drop in inductivity to smaller or larger values of the coil current.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein induktives Bauelement der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem auf einfache Weise der Bereich des Spulenstromes, in dem die Induktivität der Spule abfällt, definiert verschieb bar ist.The invention has for its object an inductive Specify component of the type mentioned, in which the range of the coil current in which the inductance of the coil drops, defined shift is cash.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Folie aus weichmagnetischem Material mit auf den Kern gewickelt ist, deren Dicke und deren Material so beschaffen sind, daß sie unter Betriebsbedingungen in die magnetische Sättigung gerät.This object is achieved in that a film soft magnetic material with wound on the core whose thickness and material are such that they operate under magnetic conditions Saturation device.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims specified.

Experimentell wurde nachgewiesen, daß sich z.B. bei zwei Folienlagen der Wert des Spulenstromes, bei dem die Induktivität auf kleinere Werte abfällt, gegenüber dem Wert bei einer Lage ungefähr verdoppelt. Entsprechendes gilt für mehr als zwei Folienlagen. Dieser Zusammenhang ermöglicht die in der Aufgabenstellung erwähnte Verschiebung.It has been experimentally proven that e.g. at two Foil layers the value of the coil current at which the Inductance drops to smaller values compared to Value approximately doubled for one layer. Corresponding applies to more than two layers of film. This connection enables the mentioned in the task Shift.

Anhand der Figuren und eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden.Based on the figures and an embodiment the invention will be explained in more detail.

Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil einer Drosselspule mit erfindungsgemäßen Merkmalen und Fig. 2 zeigt ein Spulenstrom-Zeit-Diagramm. Fig. 1 shows a cross section through part of a choke coil with inventive features and FIG. 2 shows a coil current-time diagram.

Der in Fig. 1 gezeigte Teil einer Drosselspule enthält die nicht angedeutete Längsachse des Kernes 1 mit Luft spalt 2. Um den Kern 1 und den Luftspalt 2 sind drei Lagen a, b, c einer weichmagnetischen Folie 3 gewickelt. Um die Folie sind die Windungen 4 der Spule gewickelt; angedeutet sind zwei Lagen von Windungen. Der Übersicht halber sind elektrisch isolierende Schichten zwischen den Lagen der Folien sowie der Folie und den Wicklungen nicht eingetragen.The part of a choke coil shown in Fig. 1 contains the untracked longitudinal axis of the core 1 with air gap 2nd Three layers a , b , c of a soft magnetic film 3 are wound around the core 1 and the air gap 2 . The windings 4 of the coil are wound around the film; two layers of turns are indicated. For the sake of clarity, electrically insulating layers are not entered between the layers of the foils, the foil and the windings.

Werden die Anschlüsse einer Drossel (ohne Folie) an eine Spannungsquelle mit kleinem Innenwiderstand angeschlos sen, so steigt der Spulenstrom bekanntlich so lange linear an, bis der ohmsche Widerstand der Windungen zu einer erkennbaren Strombegrenzung führt. Fig. 2 zeigt das typische Verhalten des Spulenstromes I als Funktion der Zeit t für eine Drossel mit ein, zwei, und drei Lagen weichmagnetischer Folie. Für kleine Werte des Spulenstro mes I steigt er in allen drei Fällen mit der gleichen Steigung an, weil die magnetische Folie - unabhängig von der Zahl der Lagen - für diese Werte des Stromes I die Wirkung des Luftspaltes 2 nahezu aufhebt. Hat der Spulen strom I eine erste Schwelle überschritten, so gerät - bei einer Lage - die Folie in die magnetische Sättigung. Das führt zu einer augenblicklichen Verringerung der Indukti vität der Drossel und folglich zu einem stärkeren Anstieg des Stromes I, wie die durchgezogene Linie in Fig. 2 zeigt.If the connections of an inductor (without foil) are connected to a voltage source with a small internal resistance, the coil current increases linearly until the ohmic resistance of the windings leads to a recognizable current limitation. Fig. 2 shows the typical behavior of the coil current I as a function of time t for a choke with one, two, and three layers of soft magnetic film. For small values of the coil current I , it increases in all three cases with the same slope, because the magnetic film - regardless of the number of layers - for these values of the current I almost eliminates the effect of the air gap 2 . If the coil current I has exceeded a first threshold, the film - in one layer - gets into magnetic saturation. This leads to an instantaneous reduction in the inductance of the inductor and consequently to a greater increase in the current I , as the solid line in FIG. 2 shows.

Bei zwei Lagen muß der Spulenstrom I erst eine zweite Schwelle (punktierte Linie) überschritten haben, bevor der steilere Stromanstieg erfolgt. Entsprechendes gilt für drei Lagen (gestrichelte Linie).In the case of two layers, the coil current I must first have exceeded a second threshold (dotted line) before the steeper current rise takes place. The same applies to three layers (dashed line).

Alle drei Schwellen sind ungefähr ganze Vielfache der kleinsten Schwelle. Dieser Zusammenhang kann dazu ausge nutzt werden, den Knickpunkt in Fig. 2 - also die Ände rung der Induktivität - durch Bemessung der Dicke der Fo lie oder der Anzahl der Folienlagen oder beides an einen vorherbestimmten Wert des Drosselstromes I zu legen.All three thresholds are approximately whole multiples of the smallest threshold. This relationship can be used to place the break point in Fig. 2 - that is, the change in inductance - by measuring the thickness of the film or the number of film layers or both to a predetermined value of the inductor current I.

Magnetische Folien, die sich z.B. für die Drosseln von Durchflußwandlern eignen, sind im Handel unter der Typen bezeichnung VITROVAC 6025 X erhältlich; ihre Dicke be trägt etwa 0,03 mm und ihre Breite kann zwischen 1 und 50 mm liegen.Magnetic foils, e.g. for the chokes from Flow transducers are commercially available under the types designation VITROVAC 6025 X available; their thickness be carries about 0.03 mm and their width can be between 1 and 50 mm lie.

Zur elektrischen Isolierung der Folienlagen gegeneinander und gegen die Windungen der Drossel eignet sich Kunst stoffolie aus 0,036 mm dickem Hostaphan. Die Isolierung reduziert die Verluste in der Drossel.For electrical insulation of the foil layers against each other and art is suitable against the turns of the choke Fabric film made of 0.036 mm thick Hostaphan. The insulation reduces the losses in the choke.

Claims

1. Inductive component with at least one coil, the turns of which are wound on a core with an air gap, characterized in that a film of soft magnetic material is wound on the core, the thickness and the material of which are such that they are under operating conditions gets into magnetic saturation.

2. Inductive component according to claim 1, characterized records that the magnetic foil in an integer Number of layers wrapped around the core.

3. Inductive component according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the layers of the magnetic sheet by electrically insulating layers from each other and are separated from the turns of the coil.