DE102018213174A1

DE102018213174A1 - Transformator, Gleichspannungswandler mit einem Transformator

Info

Publication number: DE102018213174A1
Application number: DE102018213174.0A
Authority: DE
Inventors: Jordan Popov
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2019-11-07

Abstract

Offenbart wird ein Transformator (TR), umfassend:
- eine Leiterplatte (LP);
- eine erste Wicklung (WK1);
- eine zweite Wicklung (WK2);
- wobei die erste Wicklung (WK1) als eine Leiterbahn der Leiterplatte (LP) ausgebildet ist; und
- die zweite Wicklung (WK2) als ein bestückbares elektrisches Bauelement ausgebildet ist, das auf der Leiterplatte (LP) bestückt ist.
Ferner wird ein Gleichspannungswandler (GW) mit einem genannten Transformator (TR) vorgestellt.

Description

Technisches Gebiet:
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transformator und einen Gleichspannungswandler mit einem genannten Transformator.
Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:
Transformatoren zur Strom- oder Signalübertragung sind bekannt und werden in vielen elektrischen Systemen, wie z. B. Gleichspannungswandlern, verwendet, wo Ströme oder Spannungen umgewandelt werden oder Signale übertragen werden.
Wie bei allen technischen Komponenten oder Vorrichtungen üblich, besteht bei den oben genannten Transformatoren oder bei den elektrischen Systemen, wie den Gleichspannungswandlern, die allgemeine Anforderung, diese kostengünstig herzustellen.
Damit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit der ein Transformator bzw. ein Gleichspannungswandler kostengünstig hergestellt werden können.
Beschreibung der Erfindung:
Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Transformator bereitgestellt.
Der Transformator weist eine Leiterplatte, eine erste Wicklung (bzw. eine erste Spule) und eine zweite Wicklung (bzw. eine zweite Spule) auf. Dabei ist die erste Wicklung als eine Leiterbahn bzw. in Form von einer Leiterbahn (oder als Teil einer Leiterbahn) auf oder in der Leiterplatte ausgebildet bzw. integriert. Die zweite Wicklung ist dagegen als ein bestückbares elektrisches Bauelement ausgebildet, das auf der Leiterplatte bestückt ist.
Hierbei ist eine Leiterbahn primär eine elektrische leitende Verbindung mit einem in der Regel zweidimensionalen Verlauf, der bei einer einschichtigen Ausführung der Leiterbahn in einer einlagigen Platine bzw. bei einer mehrschichtigen Ausführung der Leiterbahn in einer Mehrlagenplatine in mehreren sogenannten Leiterbahn- oder Metallisierungsebenen ausgeführt ist.
Die erste Wicklung des Transformators ist als eine Leiterbahn bzw. ein Teil der Leiterbahn ausgeführt, die bzw. der einen entsprechenden speziellen Verlauf aufweist, wodurch diese beim Durchleiten von Strömen Magnetfelder erzeugen oder unter Einwirkung von Magnetfeldern Ströme erzeugen kann.
Ist die erste Wicklung als eine mehrschichtige Leiterbahn bzw. als Teil einer mehrschichtigen Leiterbahn in mehreren Leiterbahn- oder Metallisierungsebenen ausgeführt, so sind Abschnitte der Leiterbahn in den unterschiedlichen Leiterbahn- oder Metallisierungsebenen miteinander bspw. über Durchkontaktierungen elektrisch verbunden.
Damit ist die erste Wicklung direkt in der Leiterplatte integriert und in der Regel bereits während des Herstellungsvorgangs der Leiterplatte in denselben Herstellungsschritten wie die restlichen Leiterbahnen ausgebildet. Dabei können die restlichen Leiterbahnen bspw. als eine primärseitige und/oder eine sekundärseitige Transformatorschaltung ausgebildet sein.
Der Ausdruck „bestückbar“ bedeutet, dass die zweite Wicklung eine entsprechende Oberfläche bzw. Oberflächenstruktur oder eine entsprechende Materialschicht aufweist, wodurch die zweite Wicklung auf eine Leiterplatte, die mit der ersten Wicklung verstehen ist, (insb. in einem automatisierten Montageprozess, wie z. B. einem Löt-, Schweiß oder Schraubprozess) aufmontiert werden kann.
Durch die Integration der ersten Wicklung als eine Leiterbahn bzw. ein Teil einer Leiterbahn in die Leiterplatte des Transformators kann die erste Wicklung vergleichsweise kostengünstig ausgebildet werden. Darüber hinaus kann an Bauraum gespart werden, der sonst für die erste Wicklung erforderlich wäre.
Dadurch, dass die zweite Wicklung als ein bestückbares elektrisches Bauelement ausgebildet ist und somit je nach Anforderung bzw. Leistungsklasse des Transformators beliebig ausgetauscht werden kann, kann de Transformator als ein modulares Bauelement kostengünstig hergestellt werden. Dabei kann die Leiterplatte des Transformators samt der integrierten ersten Wicklung als Basisbauteil in einer großen Stückzahl kostengünstig hergestellt werden. Anschließend können die Leiterplatten je nach Anforderung bzw. Leistungsklasse der entsprechenden Transformatoren jeweils mit einer der Anforderung entsprechenden zweiten, als ein bestückbares elektrisches Bauelement ausgebildeten Wicklung in einem Montageprozess wie die restlichen elektronischen Bauelemente des Transformators auf der Leiterplatte aufmontiert werden.
Dadurch kann der Transformator insgesamt kostengünstig hergestellt werden. Entsprechend kann ein Gleichspannungswandler mit einem entsprechenden Transformator ebenfalls kostengünstig hergestellt werden.
Bspw. sind die erste Wicklung als die Sekundärwicklung des Transformators und die zweite Wicklung als die Primärwicklung des Transformators ausgebildet.
Bspw. ist die erste Wicklung als eine Planarwicklung ausgebildet.
Bspw. ist die erste Wicklung spiral- bzw. schneckenförmig verlaufend ausgebildet.
Bspw. ist die erste Wicklung bifilar verlaufend ausgebildet.
Bspw. ist die zweite Wicklung als eine Drahtspule ausgebildet.
Bspw. ist die zweite Wicklung als ein oberflächenmontierbares Bauelement (SMD-Bauelement, „SMD“ auf Englisch „Surface-mount Device“) ausgebildet.
Bspw. weist der Transformator ferner einen Magnetkern oder einen Teilabschnitt eines Magnetkerns (bzw. einer Magnetkernhälfte) auf, der zur Bündelung von magnetischem Fluss zwischen der ersten und der zweiten Wicklung über die erste und die zweite Wicklung angeordnet ist.
Bspw. ist der Magnetkern (bzw. der Teilabschnitt des Magnetkerns) ebenfalls als ein bestückbares Bauelement ausgebildet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein uni- oder bi-direktionaler Gleichspannungswandler, insb. für ein Kraftfahrzeug, speziell für ein Hybridelektro-/Elektrofahrzeug, bereitgestellt.
Der Gleichspannungswandler weist eine primärseitige Wandler-Schaltung und eine sekundärseitige Wandler-Schaltung, sowie einen zuvor beschriebenen Transformator auf. Dabei ist die zweite Wicklung des Transformators an der primärseitigen Wandler-Schaltung elektrisch angeschlossen. Analog ist die erste Wicklung des Transformators an der sekundärseitigen Wandler-Schaltung elektrisch angeschlossen. Die uni- oder bi-direktionale Energie- bzw. Strom- oder Signalübertragung zwischen den beiden Wandler-Schaltungen erfolgt über die erste und die zweite Wicklung des Transformators.
Bspw. können die die primärseitige und die sekundärseitige Wandler-Schaltung in bzw. auf derselben Leiterplatte des Transformators ausgebildet sein, in bzw. auf der auch die erste Wicklung ausgebildet ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben beschriebenen Transformators sind, soweit im Übrigen, auf den oben genannten Gleichspannungswandler übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Gleichspannungswandlers anzusehen.
Beschreibung der Zeichnung:
Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in einer schematischen Explosionsdarstellung einen Gleichspannungswandler GW mit einem Transformator TR gemäß der beispielhaften Ausführungsform.
Der Gleichspannungswandler GW weist eine sekundärseitige Wandler-Schaltung WS1 und eine primärseitige Wandler-Schaltung WS2, sowie den Transformator TR zwischen den beiden Wandler-Schaltungen WS1, WS2 auf.
Der Transformator TR weist eine erste Wicklung als eine Sekundärwicklung WK1 und eine zweite Wicklung als eine Primärwicklung WK2 auf. Über seine Sekundärwicklung WK1 ist der Transformator TR an der sekundärseitigen Wandler-Schaltung WS1 elektrisch angeschlossen. Analog ist der Transformator TR über seine Primärwicklung WK2 an der primärseitigen Wandler-Schaltung WS2 elektrisch angeschlossen.
Der Transformator TR weist ferner eine Leiterplatte LP auf, auf der die primärseitige und die sekundärseitige Wandler-Schaltung WS2, WS1, sowie die Sekundärwicklung WK1 als eine gedruckte Schaltung ausgebildet sind.
Dabei ist die Sekundärwicklung WK1 als eine Planarwicklung in Form von einer Leiterbahn bzw. einem Teil einer Leiterbahn auf der Leiterplatte LP und somit als Teil der gedruckten Schaltung ausgebildet. Ferner ist die Sekundärwicklung WK1 wie die restlichen Leiterbahnen der primärseitigen und der sekundärseitigen Wandler-Schaltung WS2, WS1 während ein und derselben Layout-Phase der Leiterplatte LP mitentworfen und während ein und desselben Herstellungsvorgangs der Leiterplatte LP wie die primärseitige und die sekundärseitige Wandler-Schaltung WS2, WS1 in bzw. auf der Leiterplatte LP ausgebildet. Außerdem ist die Sekundärwicklung WK1 spiral- oder schneckenförmig, insb. auch bifilar, verlaufend ausgebildet.
Die Primärwicklung WK2 ist dagegen als eine bestückbare bzw. oberflächenmontierbare Drahtspule, insb. als ein SMD-Bauelement, ausgebildet, die in ein und demselben bekannten Montage- bzw. Bestückungsprozess auf die Leiterplatte LP oberflächenmontiert ist, in dem auch andere oberflächenmontierbare elektronische Bauelemente des Gleichspannungswandlers GW auf die Leiterplatte LP oberflächenmontiert sind.
Der Transformator TR weist ferner einen Magnetkern MK auf, der zur Bündelung von magnetischem Fluss zwischen der Primär- und Sekundärwicklung WK2, WK1 über die beiden Wicklungen WK2, WK1 angeordnet ist. Dabei besteht der Magnetkern MK aus zwei Magnetkernhälften und wurde im Anschluss zu dem Montage- bzw. Bestückungsprozess der Primärwicklung WK2 auf die Primär- und die Sekundärwicklung WS2, WS1 aufgeklappt und auf die Leiterplatte LP geklebt.

Claims

Transformator (TR), umfassend: - eine Leiterplatte (LP); - eine erste Wicklung (WK1); - eine zweite Wicklung (WK2); - wobei die erste Wicklung (WK1) als eine Leiterbahn der Leiterplatte (LP) ausgebildet ist; und - die zweite Wicklung (WK2) als ein bestückbares elektrisches Bauelement ausgebildet ist, das auf der Leiterplatte (LP) bestückt ist.
Transformator (TR) nach Anspruch 1, wobei die erste Wicklung (WK1) die Sekundärwicklung des Transformators (TR) ist und die zweite Wicklung (WK2) die Primärwicklung des Transformators (TR) ist.
Transformator (TR) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Wicklung (WK1) als eine Planarwicklung ausgebildet ist.
Transformator (TR) nach Anspruch 3, wobei die erste Wicklung (WK1) spiral- oder schneckenförmig verlaufend ausgebildet ist.
Transformator (TR) nach Anspruch 4, wobei die erste Wicklung (WK1) bifilar verlaufend ausgebildet ist.
Transformator (TR) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Wicklung (WK2) als eine Drahtspule ausgebildet ist.
Transformator (TR) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Wicklung (WK2) als ein oberflächenmontierbares Bauelement ausgebildet ist.
Transformator (TR) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Magnetkern (MK), der zur Bündelung von magnetischem Fluss zwischen der ersten (WK1) und der zweiten (WK2) Wicklung über die erste (WK1) und die zweite (WK2) Wicklung angeordnet ist.
Transformator (TR) nach Anspruch 8, wobei der Magnetkern (MK) als ein bestückbares Bauelement ausgebildet ist.
Gleichspannungswandler (GW), umfassend: - eine sekundärseitige Wandler-Schaltung (WS1); - eine primärseitige Wandler-Schaltung (WS2); - einen Transformator (TR) nach einem der vorangehenden Ansprüche; - wobei die erste Wicklung (WK1) an der sekundärseitigen Wandler-Schaltung (WS1) elektrisch angeschlossen ist; und - die zweite Wicklung (WK2) an der primärseitigen Wandler-Schaltung (WS2) elektrisch angeschlossen ist.
Gleichspannungswandler (GW) nach Anspruch 10, wobei die sekundärseitige (WS1) und die primärseitige (WS2) Wandler-Schaltung in bzw. auf der Leiterplatte (LP) der ersten Wicklung (WK1) ausgebildet sind.