CN104584153A - 平面传送器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有垂直延伸和水平延伸的平面传送器(30)，该传送器具有包含多个电路(1，2，3)的层状结构，其中，第一电路(1)和第二电路(2)相互间电隔离。此传送器还具有至少一个磁芯(4)，这个磁芯至少部分地包围住这个层状结构并且至少作用在第一电路(1)和第二电路(2)，其中第一电路(1)以及第二电路(2)基本上处于一个层面并且构成层状结构的其中一层。此外还这样设定，至少第一电路(1)或者第二电路(2)再分为多个相互间电隔离的电路(1,1a,2,2a)。

Description

平面传送器

技术领域

本发明涉及一种平面传送器。

背景技术

本发明大体上涉及使用电子元件的接口或端口技术领域，这些电子元件可以用于测量、控制和调节任务，特别是作为隔离放大器而安装。这些隔离放大器为初级电路和次级电路之间实现了电隔离。

传送器或者变压器为了电路间的电隔离根据不同的标准而安装，其中通过传送器不仅能够传输电能而且还得可以传输信号和/或数据。

常见的平面传送器中，传送器的个别线圈基本上相邻设置在一个平面。这使其平面构造形态成为可能，从而可以把传送器集成在一个例如具有很小高度的设备内。

发明内容

更加期望的是，可以将这样的传送器的预设几何尺寸充分利用。本发明的目的在于，提供平面传送器微型化的可能性。

这一目的通过具有垂直延伸以及水平延伸的平面传送器的而达到，其中，所述传送器具有包含多个电路的层状结构，并且第一电路与第二电路之间电隔离。此外还这样设置，传送器具有至少一个磁芯，这个磁芯至少部分地包围了层状结构并且至少作用于第一电路与第二电路，其中，第一电路与第二电路基本上处于一个层面上并且构成了层状结构的一层。此外还这样设置，至少把第一电路或者第二电路再分为多个相互间电隔离的电路。

以这样的方式，可以无需改变或限制传输的基本功能与优点，在不改变空间需求的情况下，在平面传送器内设置多个相互电隔离的电路。增加的电路可以设置在已有电路的上面或者下面，并且以功能角度而言与所有其它电路电隔离。

以这种方式，可以实现一种部分或全面自保护的传送器。不易受干扰的传送器又称为自保护传送器而适用于自保护电路。自保护的传送器或变压器根据不同标准为电路的电隔离而安装，其中，通过传送器既可以传输电能还可以传输信号和/或数据。

通过层的方式与其他电路的相叠布置可能发生这样的情况，即，并不是所有电路都根据DIN EN 60079-11标准相互间安全地电隔离。这特别涉及相叠布置的电路。而所有相邻电路之间的电隔离仍然可能存在。

通过这样的方式，产生了混合式传送器，例如涉及到处于相邻的电路的，其部分能够自保护，并且，例如涉及到处于相叠的电路的，具有部分的电功能分离。对此不应该断言，以自保护的角度而言满足了电隔离。

第一电路或第二电路可以分别再分为多个或大量的相互间电隔离的电路。这说明，一个电路构成一个单元，其中这个电路具有多个相互间电隔离的电路。可以例如在传送器上从外部接触每个电隔离的电路。例如可以这样设置，把第一电路设置在传送器的第一柱上，而第二电路设置在传送器的第二柱上。

就此，所有第一电路以及第二电路例如基本处于一个水平层面上，其中第一电路分别依垂直方向层叠设置。第二电路也可以依垂直方向层叠设置。

根据一种实施例可以这样设置，传送器集成在主电路板上。以这种方式，不需要作为单独的元件而单独制造传送器，而是在生产主电路板时把传送器一并生产出来。

根据一种实施例可以这样设置，传送器实施为单独的元件。这样的设置是尤其有利的，如果传送器需要的层比其所装置在的线路板设置的层更多。

根据一种实施例可以这样设置，把传送器构造在副电路板上。可以不涉及到主电路板而对副电路板进行生产和检测，从而在生产过程中提前避免了缺陷。

根据一种实施例可以这样设置，即，副电路板能够设置在主电路板上。由此，可以通过例如插塞接触在副电路板与电路板之间建立低成本的连接。

根据一种实施例可以这样设置，把电路板作为载体来构造，在这个载体上可以设置传导路径和/或线圈和/或导线。这实现了不同制造技术的组合，例如像蚀刻技术以及绕接线技术。

根据一种实施例可以这样设置，使至少一个电路具有一个或多个中心抽头。中心抽头可以具有能够用于对称或不对称电路的中间电位。

根据一种实施例可以这样设置，使传送器具有多个芯。多个芯可以这样相互组合，即，传送器例如以类似组合模块的方式在其水平的几何结构上扩展。

根据一种实施例可以这样设置，多个芯至少部分包围住了单独的或多个电路。一个具有多个芯的电路可以作为同时耦合多个次级线圈的初级线圈。

根据一种实施例可以这样设置，在第一电路与第二电路之间的最小间距实现了自保护的电隔离。在这种情况下可以这样设置，使一个或多个自保护的电路例如以水平方向相邻地设置并且分别在其高度内，即在垂直范围内，再次分为多个电隔离的电路。由此，可以实现一种传送器，特别是适用于自保护电路的平面的、不易受干扰的传送器，可以称这种传送器为平面自保护传送器。

作为第一、第二或第三电路的扩展，电隔离的电路能够例如以垂直方向叠加地处于电路板的不同位置上。为了不增加或者只是少量增加传送器的外廓高度，上下叠加设置的电路之间的位置间隔可能很小，从而只实现了电功能分离，而最终没有实现依据自保护观点的隔离(根据DIN EN 60079-11)。需要说明的是，通过这样的方式，没有损害到侧面处于相邻的电路之间的自保护电隔离。

在不同的规定和标准中，例如DIN EN 60079-11，为设备的不同的安全等级预设了用于分隔电路以及变压器的线圈匝或线圈的最小间距。这些最小间距取决于绝缘介质，由此最小间距细分为固体绝缘、空气间隙和爬电距离。在一个典型的绝缘等级，例如375伏的防护等级，固体绝缘的最小隔离间距为1毫米，空气中的爬电距离为10毫米，而防护层下的爬电距离为大约3.3毫米。

自保护的传送器根据其几何结构这样架设和优化，使其针对指定的安全等级保证所需的隔离间距。这一点，既可以通过缠绕的线圈也可以通过在电路板上印制或蚀刻的线圈而得到保证。其中，印制或蚀刻的线圈有利的是，不需要额外的缠绕步骤并且保证了其可复制性。其它的优势还在于，同样磁芯体积情况下增强的热性能。此外，其生产成本也更低。

附图说明

接下来，结合附图中示出的本发明的一些实施例，进行进一步说明。其中：

图1示出了一种常见的传送器的示意图；

图2示出了根据本发明的传送器的第一种实施方式；

图3示出了根据本发明的传送器的第二种实施方式的俯视图；

图4示出了图3中所示的根据本发明的传送器的截面图。

所有的附图示出的是示意图而不是等比例显示图像。类似的或同样的元件在图中由相同的附图标记标明。

具体实施方式

图1示出了常见的自保护的传送器20的示意图，这个传送器具有3个相互电隔离并且水平方向相邻设置的线圈，即第一电路1，第二电路2和第三电路3。第一电路的1的第一线圈延伸通过电路板结构9的5a至5c三个层面，第二电路2的第二线圈延伸通过5a至5b两个层面，而第三电路3的第三线圈延伸通过5c一个层面。

图1中的电路通过绝缘厚度T1和T2相互电隔离并且通过绝缘间距3同样地与磁芯4，41电隔离。磁芯在这个实施例中由两个相邻布置的磁芯的部分4和41构成并且在区域11穿过电路板装置9。其中，电路2可以包围例如区域11并且由此与磁芯4和41联合作用。尽管个别线圈或电路1，2，3可以安装在5a至5c的不同层面上，基本上将它们视为水平相邻的，因为绝缘层(绝缘间距1，绝缘间距2)形成于同一水平维度。只有分隔磁芯4，41与电路的第三绝缘间距(绝缘间距3)通过两个最小部分T31和T32在垂直维度上延伸。由此在三个安全地电隔离的电路1，2，3之间的总绝缘厚度至少为1×T0，其中T0是关系着防护等级的绝缘介质的最小绝缘厚度。

图1中，独立的自保护分隔的电路1，2，3基本在一个层面上，这些层面由电路板9的中间层5a,5b,5c构成。中间层5a,5b,5c通过这里标记为7a的绝缘层相互间电隔离，但也可以通过镀通孔8来连接。

图2中示出了根据发明的传送器30基于图1所示实施例的一种实施方式。就此在图2中，为根据发明的传送器30的第一电路1扩展出附加的第一电路1a。和图1对比，第二电路2保持不变。另外，在图2中从第三电路3扩展出两个附加的第三电路3a和3b。

在图2中的电路1，2，3相互间自保护地绝缘。各个自保护隔离的电路1，2，3基本处于一个由电路板的中间层5a，5b，5c构成的层面。中间层5a，5b，5c通过这里标记为7a的绝缘层来相互间电隔离。与图1相反，中间层5a，5b，5c分别以隔离的电路1，1a以及3，3a，3b来实施。这些电路1，1a，3，3a，3b分别通过相应的传送器上为外部所设有的镀通孔而连接。

电路1，2，3的扩展分别都在垂直维度内(Z轴)完成，换言之，电路1，2，3分别通过位于其上方或下方的电路1a，3a，3b扩展，从而将电路1，2，3中的至少一个电路再分为多个相互间电隔离的电路1，1a，2，3，3a，3b。

通过这种方式，可以实现更多的相互间电隔离的电位组或电路。同时，传送器30的总厚度保持不变并且同样地也保持了或者仅仅轻微地改变了其水平维度上(x轴)的大小。正如图2中已经可以看出的，通过根据发明的办法，上下相叠布置中的单个电路之间的绝缘间距相对较小。因此电路1和电路1a之间的分隔间距T11a通常比电路1和2之间的分隔间距T1要小，以便于满足自保护的严格规定。由此根据这一观点可能电路1和1a之间达不到通过自保护的检测的足够绝缘。但是根据其他标准或依据，分隔间距T11a无论如何都足够大，从而通过负荷电压检测。

与第一电路1相反的是，在图2中从第三电路3扩展出两个电路3a和3b。这些电路3，3a，3b上下层叠而处于电路板结构的层5a，5b，5c上并且通过绝缘间距T33a以及T33b相互间电隔离。绝缘间距T33a以及T33与间距T2相比也更小，由此它们最终不能达到自保护隔离。在一种范例的层结构内，T33a以及T33b可能分别大约为100微米，而T2可能为1毫米。

图3和图4示出了本发明另一个实施例的不同角度视图。图3示出了一种根据发明的传送器30的俯视图，而图4示出了根据发明的传送器的剖面图。

在图3中，平面传送器或者平面变压器30淀积在可以作为电路连接的主电路板的电路板9上。这样一来，可以在传送器30旁边安装其他的电子元件。替代性地，可以把传送器30安装在独立的电路板上，这个电路板上基本上只有传送器30。在这种情况下，可以把传送器30的连接点设在电路板9的边缘，以便于可以从电路板上的这个位置连接其他的电子模块。电路板9具有由5a到5d的四个层面以及9a和9b两个空隙组成的四层结构，由于这两个空隙使磁芯能够穿过。

在图3中，各个自保护隔离的电路1和2，2a基本处于一个由电路板9的中间层5b，5c构成的层面。中间层5b，5c经由绝缘层相互间电隔离，例如以T22a的间距(参见图4)。第一电路1在图3和图4中像在图1中一样实施，即，在具有图3中所示的镀通孔8a的5b，5c两层。而第二电路2，2a相互间电隔离并且分别通过为电路2所设的8d，8e以及为电路2a所设的8h，8g，8f这些各自的镀通孔而连接，这些镀通孔在传送器30的5a层向外导出。就此，镀通孔连接为从一层到另一层的电连接，这些镀通孔可以通过例如电路板上的孔而实现并且例如其内测有可导电的材料的涂层。

在这个实施例中，图3中的第一电路1是传送器或变压器30的初级线圈，这个线圈在两个不同的内层5b(黑色填充的部分)和5c(白色填充的部分)上螺旋形地以总共6个线匝来实施。在镀通孔8a处，5b和5c两层相互电连接，并且在可选的镀通孔8b，8c将整个线圈导入到(虚线表示的)外层5a上。第一电路1的线圈匝与电路板9的空隙9a之间以T0/2的最小绝缘间距相隔并且因其突起而靠近电路板上侧和下侧的间距不小于T0/2。这可以通过层状结构而得以保证，因为绝缘层6a和6b具有T0/2的最小厚度。

第一电路通过T1>＝T0的隔离间距与其他第二电路2和2安全地电隔离。这两个电路2，2a可以表现为例如传送器30的两个次级线圈。而这两个电路2和2a的螺旋形线圈匝也实施在电路板9的内层上，并且同样地，因突起而靠近空隙9b的间距不小于T0/2，从而达到第一电路1和第二电路2，2a之间安全地电隔离。

根据本发明，在图3中，两个第二线圈2和2a安装在电路板9的两个不同内层上并且不与电路板上任何几何位置接触。电路2的线圈匝就这样实施在电路板的层5b上并且通过镀通孔8d或8e连接到电路层5a的连接导线。内层5c上的电路2a的螺旋形线圈匝与此相对地实施，并且通过镀通孔8f，8g和8h与电路连接层5a连接。这种情况下，线圈2a由三个连接点构成，其中，图3中的中间的连接点构成了中心抽头。

在图3中的电路2和2a的线圈匝的尺寸这样确定，即，电路2和2a之间不会发生短路。尤其在镀通孔处要对此注意。电路2的三个线圈匝例如这样围绕镀通孔8f和8g而延伸，即，不会发生短路并且能够保持最小绝缘间距。

通过所述的方式，两个电路，即线圈匝2和2a相互间电隔离。在对这两个电路2，2a的隔离间距进行尺寸确定时，可以依据其他的标准。可以例如这样设计电路2和2a之间的绝缘间距，使其可以承受例如3千伏的直流电压的负荷电压。

图4以侧面角度示出了图3中的实施例。第一电路的线圈匝设置在电路板9的电路板层5b和5c上，并且通过镀通孔8b和8c与上方层5a以及第一电路的线圈连接点连接。各个线圈匝以螺旋形围绕磁芯4的左边柱，这个磁芯在图4中的实施例中可以由两个相同的相互粘住或者夹住的U形轮廓部分4’，4”来构成。也可以对单个磁芯部分4’，4”做出变化，这样可以使一个U形磁芯部分和一个I形磁芯部分—即直线形几何结构—形成类似的磁芯几何结构4。

第二电路2和2a通过厚度为T22a的绝缘层相互电隔离并且围绕磁芯4的右边柱延伸。第二电路2和2a的线圈匝与图3相应地通过(图3所示的)镀通孔8d和8e以及通过镀通孔8f，8g，8h与外层5a及其连接点接触。在这个实施例中并没有利用到下方的外部可传导层5d。

本发明并不受限于所述的实施例，因此任一种实施例的特征可以和其它实施例的特征相结合。

附图标记说明

1，2，3  电路或电位组

1a,2a,3a,3b  扩展电路

4  磁芯

4’  磁芯的第一部分

4”  磁芯的第二部分

41  磁芯

5a至5g  传导路径

6a至6c  电路之间的绝缘层

7a至7b  电路内部的隔离层

8，8a至8h  镀通孔

9  电路板

9a，9b  空隙

11  电路板内的空隙区域

20  传送器

30  根据发明的传送器

T0  最小绝缘间隔/防护等级/绝缘厚度

TK1  磁芯的第一厚度

TK2  磁芯的第二厚度

T1  第一绝缘厚度

T2  第二绝缘厚度

T21  距离/绝缘厚度

T22  距离/绝缘厚度

T31  距离/绝缘厚度

T32  距离/绝缘厚度

T11a,T22a,T33a,T33b  绝缘间距

Claims (10)

1.一种具有垂直延伸和水平延伸的平面传送器(30)，具有：

包含多个电路(1，2，3)的层状结构，其中第一电路(1)和第二电路(2)相互电隔离；

至少一个磁芯(4),所述磁芯至少部分地包围所述层状结构并且至少作用于所述第一电路(1)和所述第二电路(2)，

其中所述第一电路(1)以及所述第二电路(2)基本处于一个层面并且构成层状结构的一层，

其特征在于，至少所述第一电路(1)或所述第二电路(2)再分为多个相互间电隔离的电路(1,1a,2,2a)。

2.根据权利要求1所述的传送器，其特征在于，所述传送器(30)集成在主电路板上。

3.根据权利要求1所述的传送器，其特征在于，所述传送器(30)实施为独立的元件。

4.根据权利要求3所述的传送器，其特征在于，所述传送器(30)构造在副电路板上。

5.根据权利要求4所述的传送器，其特征在于，所述副电路板能够装置在所述主电路板上。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的传送器，其特征在于，把电路板(9)作为载体来构造，在这个载体上可以设置传导路径和/或线圈和/或导线。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的传送器，其特征在于，至少一个所述电路(1，2，3)具有一个或多个中心抽头。

8.根据权利要求1到7中任意一项所述的传送器，其特征在于，所述传送器(30)具有多个芯(4，41)。

9.根据权利要求8所述的传送器，其特征在于，所述多个芯(4，41)至少部分地包围住单个或多个所述电路(1，2，3)。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的传送器，其特征在于，所述第一电路(1)和所述第二电路(2)之间的最小绝缘间隔(T0)实现了自保护的电隔离。