DE102019000699A1 - Device, in particular switching power supply - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung, insbesondere Schaltnetzteil,
aufweisend eine erste Leiterplatte und eine zweite Leiterplatte sowie ein erstes Bauelement, insbesondere Transistor,
wobei die erste Leiterplatte mit der zweiten Leiterplatte in SMD-Technik und dem ersten Bauelement in SMD-Technik bestückt ist,
insbesondere also die zweite Leiterplatte und das erste Bauelement oberflächenmontiert, insbesondere lötverbunden, sind auf einer Seite der ersten Leiterplatte.

Figure DE102019000699A1_0000
Device, in particular switching power supply,
comprising a first printed circuit board and a second printed circuit board and a first component, in particular transistor,
wherein the first printed circuit board is equipped with the second printed circuit board in SMD technology and the first component in SMD technology,
in particular so the second circuit board and the first component surface mounted, in particular soldered, are on one side of the first circuit board.
Figure DE102019000699A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere Schaltnetzteil.The invention relates to a device, in particular switching power supply.

SMD-Bestückung von Leiterplatten mit Bauteilen ist allgemein bekannt.SMD assembly of printed circuit boards with components is well known.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schaltnetzteil kompakt und mit hoher Leistung weiterzubilden.The invention is therefore the object of developing a switching power supply compact and high performance.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Vorrichtung nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention the object is achieved in the device according to the features specified in claim 1.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Vorrichtung sind, die Vorrichtung, insbesondere Schaltnetzteil, eine erste Leiterplatte und eine zweite Leiterplatte sowie ein erstes Bauelement, insbesondere Transistor, aufweist, wobei die erste Leiterplatte mit der zweiten Leiterplatte in SMD-Technik und dem ersten Bauelement in SMD-Technik bestückt ist,
insbesondere also die zweite Leiterplatte und das erste Bauelement oberflächenmontiert, insbesondere lötverbunden, sind auf einer Seite der ersten Leiterplatte.
Important features of the invention in the device are, the device, in particular switching power supply, a first circuit board and a second circuit board and a first component, in particular transistor, wherein the first circuit board with the second circuit board in SMD technology and the first component in SMD Technology is equipped,
in particular so the second circuit board and the first component surface mounted, in particular soldered, are on one side of the first circuit board.

Von Vorteil ist dabei, dass ein einfaches Herstellverfahren anwendbar ist und trotzdem eine kompakte Lösung erzielbar ist. Denn die zweite Leiterplatte ist im SMD-Verfahren oberflächenmontierbar und somit im gleichen Herstellverfahrensschritt mit den anderen Bauteilen auf einer Seite der ersten Leiterplatte bestückbar. Die zweite Leiterplatte ermöglicht dabei eine erhöhte Windungszahl von Flachwicklungen, welche in den Lagen der beiden Leiterplatten ausgeführt ist. Denn beide Leiterplatten sind als Multilayer-Leiterplatten, also mehrlagige Leiterplatten ausführbar, die somit nicht nur zwei äußere, also an der äußeren Oberfläche angeordnete Kupferlagen aufweisen sondern auch innere Lagen, die somit mittels Trägermaterial von den anderen Lagen beabstandet sind. Als Trägermaterial ist ein Epoxidharz verwendbar oder ähnliche, elektrisch hoch isolationsfest Materialien. Somit sind hohe Spannungsabstände realisierbar.The advantage here is that a simple manufacturing process is applicable and still a compact solution can be achieved. Because the second circuit board is surface mountable in the SMD process and thus in the same manufacturing process step with the other components on one side of the first circuit board can be equipped. The second circuit board allows an increased number of turns of flat windings, which is executed in the layers of the two circuit boards. For both circuit boards are executable as multilayer printed circuit boards, so multi-layer printed circuit boards, which thus not only have two outer, so arranged on the outer surface copper layers but also inner layers, which are thus spaced by means of carrier material from the other layers. As the carrier material is an epoxy resin used or similar, electrically highly insulating materials. Thus, high voltage intervals can be realized.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das erste Bauelement ein insbesondere quaderförmiges Gehäuse auf, an welchem eine Anschlussfläche, insbesondere Anschlusspad, angeordnet ist und an dessen anderer Seite ein erster Anschlussfuss und zweite Anschlussfüsse angeordnet sind,
wobei die zweiten Anschlussfüsse elektrisch miteinander verbunden sind, insbesondere parallel geschaltet sind, also jeweils dasselbe elektrische Potential aufweisen,
insbesondere wobei die Anzahl der zweiten Anschlussfüsse Fünf ist. Von Vorteil ist dabei, dass der in das Bauteil eintretende Strom aufteilbar ist und somit insgesamt ein starker Strom steuerbar ist. Denn die zweiten Anschlussfüsse werden nicht überlastet, insbesondere nicht überhitzt.
In an advantageous embodiment, the first component has a particular cuboidal housing, on which a connection surface, in particular a connection pad, is arranged and on whose other side a first connection foot and second connection feet are arranged,
wherein the second connection feet are electrically connected to each other, in particular, are connected in parallel, ie in each case have the same electrical potential,
in particular, wherein the number of second connection feet is five. The advantage here is that the current entering the component is divisible and thus a total of a strong current is controllable. Because the second connection feet are not overloaded, especially not overheated.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Bauelement ein Transistor,
wobei der erste Anschlussfuss ein Steuereingang, insbesondere Gate, ist,
wobei die zweiten Anschlussfüsse als Versorgungseingang, insbesondere Source, fungieren und wobei die Anschlussfläche ein dritter Anschluss des Transistors ist, insbesondere Drain. Von Vorteil ist dabei, dass der Transistor als Feldeffekttransistor ausführbar ist und somit nur ein geringer Steuerstrom einzuleiten ist, wobei trotzdem hohe Ströme schaltbar sind.
In an advantageous embodiment, the first component is a transistor,
wherein the first connection foot is a control input, in particular gate,
wherein the second connection feet act as a supply input, in particular a source, and wherein the connection surface is a third connection of the transistor, in particular a drain. The advantage here is that the transistor is designed as a field effect transistor and thus only a small control current is to be initiated, yet high currents are switchable.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Anschlussfläche elektrisch verbunden mit einer an der Oberfläche der vom Transistor abgewandten Seite der ersten Leiterplatte angeordneten Leiterbahn,
wobei eine Kühlplatte die Leiterbahn berührt, insbesondere wärmeleitend mit der Leiterbahn verbunden ist,
wobei die erste Leiterplatte schraubverbunden ist mit der Kühlplatte,
insbesondere wobei die Kühlplatte die erste Leiterplatte trägt und/oder hält. Von Vorteil ist dabei, dass eine breite Anschlussfläche einerseits zur Oberflächenmontage verwendbar ist und andererseits starke Ströme herausleitbar sind. Dabei ist vorzugsweise das Potential der Anschlussfläche dasselbe Potential wie das Potential der Kühlplatte, insbesondere vorzugsweise elektrisch Erde, insbesondere elektrisch Masse
In an advantageous embodiment, the connection surface is electrically connected to a conductor track arranged on the surface of the side of the first printed circuit board facing away from the transistor,
wherein a cooling plate touches the conductor track, in particular is connected in a heat-conducting manner to the conductor track,
wherein the first circuit board is screw-connected to the cooling plate,
in particular, wherein the cooling plate carries and / or holds the first circuit board. The advantage here is that a wide connection surface is on the one hand used for surface mounting and on the other hand strong currents can be derived. In this case, the potential of the connection surface is preferably the same potential as the potential of the cooling plate, in particular preferably electrically earth, in particular electrical ground

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse des Transistors quaderförmig. Von Vorteil ist dabei, dass die Anschlussfläche auf einer anderen Seite des quaderförmigen Gehäuses anordenbar ist als die Anschlussfüsse und somit eine Kriechstrecke über eine Kante des Quaders geführt ist. Daher ist eine lange Kriechstrecke und somit eine hohe Isolationsfestigkeit erreichbar.In an advantageous embodiment, the housing of the transistor is cuboid. The advantage here is that the pad can be arranged on another side of the cuboid housing as the connection feet and thus a creepage distance is guided over an edge of the cuboid. Therefore, a long creepage distance and thus a high insulation resistance can be achieved.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung bilden der erste Anschlussfuss und die zweiten Anschlussfüsse eine gerade Reihe von Anschlussfüssen, welche regelmäßig voneinander beabstandet sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herausleitung des Stroms aus dem Bauteil ermöglicht ist.In an advantageous embodiment, the first connection foot and the second connection feet form a straight row of connection feet, which are regularly spaced from one another. The advantage here is that a simple discharge of the current is made possible from the component.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte jeweils mehrlagig ausgeführt, insbesondere jeweils als Multilayer-Leiterplatte,
wobei die beiden äußeren Lagen der ersten Leiterplatte zumindest in einer Leiterbahn jeweils Niederspannung führen,
wobei die beiden äußeren Lagen der zweiten Leiterplatte zumindest in einer Leiterbahn jeweils Niederspannung führen. Von Vorteil ist dabei, dass eine Wicklung als Flachwicklung in mehreren der Lagen der Leiterplatten anordenbar ist. Jede der Windungen ist also auf einer jeweiligen Lage angeordnet und die Windungen einer jeweiligen Wicklung sind mittels einer Durchkontaktierung elektrisch verbunden.
In an advantageous embodiment, the first printed circuit board and the second printed circuit board are each multi-layered, in particular in each case as a multilayer printed circuit board,
wherein the two outer layers of the first printed circuit board each lead to low voltage in at least one printed conductor,
wherein the two outer layers of the second circuit board at least in a conductor track each carry low voltage. The advantage here is that a winding can be arranged as a flat winding in several of the layers of the circuit boards. Each of the windings is thus arranged on a respective layer and the windings of a respective winding are electrically connected by means of a via.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung führt das jeweils zu einer äußeren Lage der ersten Leiterplatte nächstbenachbarte Paar von Lagen der ersten Leiterplatte zumindest in einer Leiterbahn Hochspannung,
und/oder
die inneren Lagen der ersten Leiterplatte führen paarweise abwechselnd zumindest in einer jeweiligen Leiterbahn Hochspannung oder Niederspannung, wobei das jeweilige Paar hierbei jeweils aus zueinander nächstbenachbarten Lagen gebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass zwischen den Hochspannung führenden Lagen Niederspannung führende Lagen angeordnet sind und somit ein vergrößerter Abstand zwischen den Hochspannung führenden Lagern
erreichbar ist. Dadurch ist auch die Isolation verbessert. Die äußeren Lagen führen nur Niederspannung und sind somit ungefährlich für Personen, welche die Leiterplatte berühren. Ebenso besteht kein Risiko eines Spannungsdurchschlags für die beiden einander berührend angeordneten Leiterplatten. Denn die äußeren Lagen sind mit einem elektrisch isolierenden Lack beschichtet, der zwar sehr dünn ist, aber für die Niederspannung ausreichend isolationsfest.
In an advantageous refinement, the pair of layers of the first printed circuit board next to an outer layer of the first printed circuit board leads at least in one printed circuit track to high voltage,
and or
The inner layers of the first circuit board lead in pairs alternately at least in a respective conductor track high voltage or low voltage, the respective pair is in this case each formed from each other next adjacent layers. The advantage here is that between the high voltage leading layers low voltage leading layers are arranged and thus an increased distance between the high voltage leading camps
is reachable. This also improves the insulation. The outer layers carry only low voltage and are therefore safe for people who touch the circuit board. Likewise, there is no risk of voltage breakdown for the two contacting arranged printed circuit boards. Because the outer layers are coated with an electrically insulating paint, which is indeed very thin, but sufficient insulation for the low voltage.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung führt das jeweils zu einer äußeren Lage der zweiten Leiterplatte nächstbenachbarte Paar von Lagen der zweiten Leiterplatte zumindest in einer Leiterbahn Hochspannung und das weiter innen in der zweiten Leiterplatte angeordnete, zum Paar wiederum nächstbenachbarte Paar von Lagen führt zumindest in einer Leiterbahn Niederspannung. Von Vorteil ist dabei, dass zwischen zwei Paaren von Hochspannung führenden Lagen jeweils ein Paar von Niederspannung führenden Lagen angeordnet ist. Auf diese Weise ist zwischen den Hochspannung führenden Paaren ein ausreichend hoher Isolationsabstand erreichbar, obwohl die Leiterplatten sehr dünnwandig ausgeführt sind. Die Abstände zwischen den einzelnen zueinander nächstbenachbarten Lagen sind dabei geringer als 2 mm, insbesondere geringer als 1 mm.In an advantageous refinement, the pair of layers of the second printed circuit board next to an outer layer of the second printed circuit board carries high voltage at least in one printed circuit trace and the pair of layers arranged next to the pair in the second printed circuit board leads to low voltage at least in one printed circuit trace. The advantage here is that between two pairs of high voltage leading layers each have a pair of low voltage leading layers is arranged. In this way, a sufficiently high insulation distance can be achieved between the high-voltage pairs, although the printed circuit boards are made very thin-walled. The distances between the individual layers adjacent to each other are less than 2 mm, in particular less than 1 mm.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung führen die inneren Lagen der zweiten Leiterplatte paarweise abwechselnd zumindest in einer Leiterbahn Hochspannung oder Niederspannung, wobei das jeweilige Paar hierbei jeweils aus zueinander nächstbenachbarten Lagen gebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass zwischen zwei Paaren von Hochspannung führenden Lagen jeweils ein Paar von Niederspannung führenden Lagen angeordnet ist. Auf diese Weise ist zwischen den Hochspannung führenden Paaren ein ausreichend hoher Isolationsabstand erreichbar, obwohl die Leiterplatten sehr dünnwandig ausgeführt sind. Die Abstände zwischen den einzelnen zueinander nächsbenachbarten Lagen sind dabei geringer als 2 mm, insbesondere geringer als 1 mm.In an advantageous embodiment, the inner layers of the second printed circuit board lead in pairs alternately at least in a conductor track high voltage or low voltage, the respective pair is in this case each formed from each other next adjacent layers. The advantage here is that between two pairs of high voltage leading layers each have a pair of low voltage leading layers is arranged. In this way, a sufficiently high insulation distance can be achieved between the high-voltage pairs, although the printed circuit boards are made very thin-walled. The distances between the individual mutually adjacent layers are less than 2 mm, in particular less than 1 mm.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Hochspannung eine Spannung aus dem Spannungswertebereich über 800 Volt, insbesondere gegen elektrisch Erde und/oder Masse gemessen,
und/oder ist die Niederspannung eine Spannung von weniger als 50 Volt, insbesondere weniger als 48 Volt, insbesondere gegen elektrisch Erde und/oder Masse gemessen. Von Vorteil ist dabei, dass die Spannung eines Zwischenkreises eines Umrichters verwendbar ist. Dabei speist der Umrichter im motorischen Betrieb eines Elektromotors diesen Elektromotor und im
generatorischen Betrieb steigt die Zwischenkreisspannung an, insbesondere bis oder über 800 Volt, insbesondere gegen elektrisch Erde und/oder Masse gemessen..
In an advantageous embodiment, the high voltage is a voltage from the voltage range above 800 volts, in particular measured against electrical ground and / or ground,
and / or the low voltage is a voltage of less than 50 volts, in particular less than 48 volts, in particular measured against electrical ground and / or ground. The advantage here is that the voltage of a DC link of an inverter is used. The inverter feeds this electric motor in the motor operation of an electric motor and in the
regenerative operation increases the intermediate circuit voltage, in particular to or over 800 volts, in particular measured against electrical ground and / or ground.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung trägt die jeweilige Leiterbahn eine jeweilige Windung einer Primärwicklung oder Sekundärwicklung. Von Vorteil ist dabei, dass die Wicklungen als zueinander konzentrische Flachwicklungen ausführbar sind, insbesondere mit gleichem maximalen Wicklungsdurchmesser.In an advantageous embodiment, the respective conductor carries a respective turn of a primary winding or secondary winding. The advantage here is that the windings are executable as concentric flat windings, in particular with the same maximum winding diameter.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die erste und die zweite Leiterplatte Windungen einer Primärwicklung und Windungen einer Sekundärwicklung auf,
insbesondere wobei die Primärwicklung Hochspannung führt und/oder das erste Bauelement den durch die Primärwicklung fließenden Strom, insbesondere Primärstrom, steuert und/oder wobei die Sekundärwicklung Niederspannung führt. Von Vorteil ist dabei, dass ein Bauelement verwendbar ist, welches hohe Ströme schalten kann und somit den in der Primärwicklung fließenden Primärstrom „zerhacken“ kann. Auf diese Weise ist sekundärseitig eine ausreichend hohe Wechselspannung induzierbar trotz Verwendung einer geringen Anzahl von Windungen in beiden Wicklungen, insbesondere in der Primärwicklung. Sekundärseitig speist wird aus der Sekundärwicklung ein Gleichrichter gespeist und somit eine Niederspannung zur Verfügung gestellt, die mittels einer elektronischen Schaltung auf einen konstanten Wert gebracht wird trotz an der Primärwicklung anliegender, veränderlicher Spannung. Vorzugsweise wird die sekundärseitig bereit gestellte Spannung erfasst und dadurch auf einen Sollwert hin geregelt, indem das erste Bauelement entsprechend angesteuert wird. Vorzugsweise wird das erste Bauelement pulsweitenmoduliert angesteuert und die Pulsweite als Stellgröße von einer Reglereinheit, insbesondere lineare Reglereinheit, insbesondere P-Regler, Pl-Regler oder PID-Regler, bestimmt, welcher die erfasste Spannung zugeführt und der Sollwert vorgegeben ist.
In an advantageous embodiment, the first and the second printed circuit board windings of a primary winding and turns of a secondary winding,
in particular wherein the primary winding carries high voltage and / or the first component controls the current flowing through the primary winding, in particular primary current, and / or wherein the secondary winding carries low voltage. The advantage here is that a device can be used which can switch high currents and thus "chop" the primary current flowing in the primary current. In this way, on the secondary side, a sufficiently high alternating voltage can be induced despite the use of a small number of turns in both windings, in particular in the primary winding. The secondary side feeds a rectifier from the secondary winding and thus provides a low voltage which is brought to a constant value by means of an electronic circuit, despite the variable voltage applied to the primary winding. Preferably, the voltage provided on the secondary side is detected and thereby regulated to a desired value by the first component being driven accordingly. Preferably, the first component is controlled pulse width modulated and the pulse width as a control variable from a regulator unit, In particular, linear regulator unit, in particular P-controller, PI controller or PID controller determines which of the detected voltage supplied and the desired value is specified.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist ein Spulenkern zumindest zwei Teile auf, wobei zumindest eines der beiden Teile einen Mittelschenkel und Außenschenkel aufweist,
wobei der Mittelschenkel durch eine Ausnehmung der ersten Leiterplatte und durch eine Ausnehmung der zweiten Leiterplatte hindurchragt,
wobei die Windungen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung um den Mittelschenkel herum geführt sind. Von Vorteil ist dabei, dass nach Oberflächenmontage der zweiten Leiterplatte auf die erste Leiterplatte und somit auch nach Bestückung der ersten Leiterplatte
mit Bauelementen der erste Teil des Spulenkerns von einer Seite der ersten Leiterplatte her kommend und der andere Teil des Spulenkerns von der anderen Seite der zweiten Leiterplatte her kommend aufgeschoben wird. Somit ragt dann der Mittelschenkel durch die Ausnehmung der beiden Leiterplatten hindurch. Die Windungen beider Wicklungen sind um den Mittelschenkel herumgeführt. Somit ist eine effektive induktive Kopplung zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung erreichbar. Da auch Außenschenkel vorgesehen sind, welche auf beiden Seiten der ersten Leiterplatte mittels eines jeweiligen Jochteils mit dem Mittelschenkel verbunden sind, ist ein hoher Wirkungsgrad bei der induktiven Kopplung erreichbar.
In an advantageous embodiment, a spool core has at least two parts, wherein at least one of the two parts has a middle leg and outer leg,
wherein the middle leg protrudes through a recess of the first circuit board and through a recess of the second circuit board,
wherein the turns of the primary winding and the secondary winding are guided around the center leg. The advantage here is that after surface mounting of the second circuit board on the first circuit board and thus after placement of the first circuit board
with components of the first part of the coil core coming from one side of the first printed circuit board coming forth and the other part of the coil core from the other side of the second printed circuit board coming forth is pushed. Thus, then projects through the middle leg through the recess of the two circuit boards. The windings of both windings are led around the middle leg. Thus, an effective inductive coupling between the primary winding and the secondary winding can be achieved. Since outer legs are also provided, which are connected on both sides of the first circuit board by means of a respective yoke part with the center leg, a high efficiency in the inductive coupling can be achieved.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.Further advantages emerge from the subclaims. The invention is not limited to the combination of features of the claims. For the skilled person, further meaningful combination options of claims and / or individual claim features and / or features of the description and / or figures, in particular from the task and / or the task posing by comparison with the prior art arise.

Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:

  • In der 1 ist eine Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteils gezeigt.
  • In der 2 ist das Schaltnetzteil aus einem anderen Blickwinkel gezeigt.
The invention will now be explained in more detail with reference to schematic illustrations:
  • In the 1 is an oblique view of a switching power supply according to the invention shown.
  • In the 2 the switching power supply is shown from a different angle.

Wie in den Figuren dargestellt, weist das Schaltnetzteil eine erste Leiterplatte 7, welche mit Bauteilen in SMD-Technik bestückt ist. Dabei weisen die Bauteile Lötflächen auf oder Anschlussfüsse, welche für die Oberflächenmontage mittels Lötverbindung geeignet sind. Ein Durchführen von Anschlussfüssen durch eine durchgehende Bohrung in der ersten Leiterplatte 7 entfällt also.As shown in the figures, the switching power supply has a first printed circuit board 7 , which is equipped with components in SMD technology. The components have soldering surfaces or connection feet which are suitable for surface mounting by means of soldered connections. Passing through feet through a through hole in the first circuit board 7 so it does not apply.

Außerdem ist eine zweite Leiterplatte 3 an ihrem Außenumfang mit Lötflächen ausgeführt, auf die erste Leiterplatte 7 direkt, insbesondere also berührend, aufgelegt und mittels SMD-Technik verbunden, also mittels Lötverbindung der Lötflächen der zweiten Leiterplatte 3 mit Leiterbahnen der ersten Leiterplatte 7.There is also a second circuit board 3 executed on its outer periphery with solder pads, on the first circuit board 7 directly, in particular so touching, applied and connected by means of SMD technology, ie by means of solder connection of the solder pads of the second circuit board 3 with tracks of the first circuit board 7 ,

Die erste und zweite Leiterplatte (3, 7) ist jeweils mehrlagig ausgeführt.The first and second circuit boards ( 3 . 7 ) is multi-layered.

Ein aus zwei Teilen zusammengesetzter Spulenkern weist drei Schenkel auf, wobei zumindest der mittlere der drei Schenkel durch eine durch die erste Leiterplatte 7 und durch die zweite Leiterplatte 3 hindurchgehende Ausnehmung geführt ist.A coil core composed of two parts has three legs, at least the middle one of the three legs passing through the first printed circuit board 7 and through the second circuit board 3 passing recess is guided.

Das Schaltnetzteil weist einen induktiven Übertrager auf, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist. Die Primärwicklung wird von einem mittels eines Transistors gesteuerten Starkstroms durchflossen, wobei Spannungen von mehr als 800 V vorgesehen sind. Solche Spannungen werden hier und im Folgenden als Hochspannung bezeichnet. Sekundärseitig ist eine Niedervoltspannung vorgesehen.The switching power supply has an inductive transformer, which has a primary winding and a secondary winding. The primary winding is flowed through by a transistor controlled by a high current, with voltages of more than 800 V are provided. Such voltages are referred to here and below as high voltage. On the secondary side, a low-voltage is provided.

Vorzugsweise ist die erste Leiterplatte 7 vierlagig ausgeführt und die zweite Leiterplatte 3 achtlagig.Preferably, the first circuit board 7 four layers executed and the second circuit board 3 achtlagig.

Dabei sind zwei Windungen der Sekundärwicklung in den beiden äußeren Lagen der zweiten Leiterplatte 3 angeordnet und führen somit Niederspannung. Weitere Windungen der Sekundärwicklung sind auf der ersten Leiterplatte 7 angeordnet, nämlich auf den beiden äußeren Lagen der ersten Leiterplatte 7 und in den beiden mittleren Lagen der ersten Leiterplatte 7, insbesondere also in der vierten und fünften Lage der ersten Leiterplatte 7. Diese weiteren Windungen führen somit ebenfalls Niederspannung.There are two turns of the secondary winding in the two outer layers of the second circuit board 3 arranged and thus lead low voltage. Further turns of the secondary winding are on the first circuit board 7 arranged, namely on the two outer layers of the first circuit board 7 and in the two middle layers of the first circuit board 7 , ie in particular in the fourth and fifth position of the first printed circuit board 7 , These further turns thus also lead to low voltage.

Zwei Windungen der Primärwicklung sind in den mittleren Lagen der zweiten Leiterplatte 3 angeordnet, also in der zweiten und dritten Lage der zweiten Leiterplatte 3. Somit führen die zweite und dritte Lage der zweiten Leiterplatte 3 Hochspannung.Two turns of the primary winding are in the middle layers of the second circuit board 3 arranged, ie in the second and third layers of the second circuit board 3 , Thus, the second and third layers guide the second circuit board 3 High voltage.

Weitere Windungen der Primärwicklung sind in der zweiten und dritten sowie sechsten und siebten Lage der ersten Leiterplatte 7 angeordnet und führen somit Hochspannung, also mehr als 800 Volt. Dabei wird die Spannung stets gegen Masse, insbesondere also elektrisch Erde, gemessen.Further turns of the primary winding are in the second and third and sixth and seventh position of the first circuit board 7 arranged and thus carry high voltage, ie more than 800 volts. In this case, the voltage is always measured against ground, in particular so that electrical ground.

Da bei beiden Leiterplatten (3, 7) die beiden äußeren Lagen jeweils Niederspannung führen, ist ein direktes, also berührendes, Auflegen der zweiten Leiterplatte 3auf die erste Leiterplatte 7 ermöglicht, ohne dass besondere Maßnahmen zur Verbesserung der elektrischen Isolationsfestigkeit und/oder Isolierung notwendig sind. Es genügt also beispielsweise eine dünne Lackschicht auf den äußeren Lagen, um eine ausreichende Isolierung zu erhalten. Because with both circuit boards ( 3 . 7 ) lead the two outer layers each low voltage, is a direct, so touching, placing the second circuit board 3auf the first circuit board 7 allows without special measures to improve the electrical insulation resistance and / or insulation are necessary. So it is sufficient, for example, a thin layer of lacquer on the outer layers to obtain sufficient insulation.

Innerhalb der jeweiligen Leiterplatte sind die Lagen mittels Trägermaterial der Leiterplatte 3 und 7 jeweils derart gut beabstandet, dass eine genügend hohe Isolationsfestigkeit besteht.Within the respective circuit board, the layers are by means of carrier material of the circuit board 3 and 7 each spaced so well that there is a sufficiently high insulation strength.

Wie oben beschrieben weist also die Sekundärwicklung die Windungszahl Sechs auf und die Primärwicklung ebenfalls die Windungszahl Sechs.As described above, therefore, the secondary winding has the number of turns six and the primary winding also has the number of turns six.

In Weiterbildung sind aber auch zwei oder drei Windungen der Primärwicklung parallel schaltbar, so dass der Primärstrom sich entsprechend aufteilt und die Windungszahl Drei oder Zwei beträgt.In a further development, however, two or three turns of the primary winding can also be connected in parallel so that the primary current divides itself accordingly and the number of turns is three or two.

Da die zweite Leiterplatte 3 wie andere Bauteile auch oberflächenmontiert sind, ist die Bestückung der ersten Leiterplatte 7 mit den Bauteilen und auch der zweiten Leiterplatte 3 im gleichen Herstellverfahrensschritt ausführbar. Dabei werden die Bauteile und auch die zweite Leiterplatte 3 mittels einer Haltevorrichtung relativ zur ersten Leiterplatte 7 fixiert und dann durch ein Wellenlötbad geführt. Somit ist dann die SMD-Montage in einfacher Art und Weise ausführbar.Because the second circuit board 3 like other components are also surface-mounted, the assembly of the first circuit board 7 with the components and also the second circuit board 3 executable in the same manufacturing process step. This will be the components and the second circuit board 3 by means of a holding device relative to the first printed circuit board 7 fixed and then passed through a Wellenlötbad. Thus, then the SMD assembly is feasible in a simple manner.

Eines dieser Bauteile ist ein Transistor, welcher den Primärstrom steuert, also große Ströme schalten muss. Dabei liegt an dem Transistor Hochspannung an.One of these components is a transistor, which controls the primary current, that is, has to switch large currents. This is due to the transistor high voltage.

Der Transistor 1 weist an seinem Gehäuse eine Anschlussfläche 12, insbesondere Anschlusspad für Drain des Transistors 1, auf, welche direkt lötverbindbar ist mit einer Leiterbahn, welche an der äußeren Oberfläche der ersten Leiterplatte 7 angeordnet ist. Die Anschlussfläche 12 liegt also am Gehäuse an und bildet einen Teil der Oberfläche des Transistors.The transistor 1 has a connection surface on its housing 12 , in particular terminal pad for the drain of the transistor 1 , which is directly solderable to a conductor track, which on the outer surface of the first circuit board 7 is arranged. The connection surface 12 thus abuts the housing and forms part of the surface of the transistor.

Aus dem Gehäuse des Transistors 1 ragen auch ein Anschlussfuss 6 für den Steuereingang Gate des Transistors 1 und fünf Anschlussfüsse 5 für den Versorgungsanschluss Source des Transistors 1 heraus. Dabei werden die Anschlussfüsse (5, 6) an der Oberfläche der ersten Leiterplatte 7 aufgelegt und dann im genannten Herstellverfahrensschritt lötverbunden. Mittels der Parallelschaltung der Anschlussfüsse 5 für Drain ist ein hoher Strom mittels des Transistors 1 steuerbar.From the case of the transistor 1 also protrude a connection foot 6 for the control gate of the transistor 1 and five connection feet 5 for the supply connection Source of the transistor 1 out. The connection feet ( 5 . 6 ) on the surface of the first circuit board 7 placed on and then soldered in the said manufacturing process step. By means of the parallel connection of the connection feet 5 for drain is a high current by means of the transistor 1 controllable.

Dadurch, dass die Anschlussfläche 12 für Drain an der Unterseite des Transistors 1 angeordnet ist und die Anschlussfüsse 5 an einer Seite des Transistors 1 ist ein hoher Abstand zwischen Drain und Source und somit Kriechstrecken für mehr als 800 Volt, insbesondere mehr als 2000 Volt, realisierbar. Dabei ist die Anschlussfläche 12 an einem möglichst weit von den Anschlussfüssen 5 entfernten Bereich der Unterseite des Transistors 1 angeordnet. Die Anschlussfüsse sind aus mechanischen Gründen und konstruktiven Gründen in der Mitte der Seite des Transistors 1 angeordnet.Because of the pad 12 for drain at the bottom of the transistor 1 is arranged and the connection feet 5 on one side of the transistor 1 is a high distance between the drain and source and thus creepage distances for more than 800 volts, in particular more than 2000 volts, feasible. Here is the connection area 12 at one as far as possible from the connection feet 5 removed area of the bottom of the transistor 1 arranged. The connection feet are for mechanical reasons and design reasons in the middle of the side of the transistor 1 arranged.

Das Gehäuse des Transistors 1 ist vorzugsweise quaderförmig ausgeführt.The case of the transistor 1 is preferably executed cuboid.

Die zwei Teile (9, 10) des Spulenkerns werden von einer Klammer 11 aufeinander gedrückt und somit zusammengehalten. Da das erste der beiden Teile 9 von der Oberseite der ersten Leiterplatte 7 her kommend und das andere der beiden Teile 10 von der Unterseite der ersten Leiterplatte 7 her kommendThe two parts ( 9 . 10 ) of the spool core are from a bracket 11 pressed together and thus held together. Because the first of the two parts 9 from the top of the first circuit board 7 Coming here and the other of the two parts 10 from the bottom of the first circuit board 7 coming here

Vorzugsweise wird hier unter Niederspannung eine Spannung von weniger als 50 Volt, insbesondere von weniger als 48 Volt, verstanden.Preferably, low voltage is understood to mean a voltage of less than 50 volts, in particular less than 48 volts.

Mit der Abkürzung NV für Niederspannung, und mit der Abkürzung HV für die Hochspannung führen die Lagen der ersten Leiterplatte 7 Spannungen in der Reihenfolge NV, HV, HV, NV.With the abbreviation NV for low voltage, and with the acronym HV for the high voltage, the layers of the first circuit board lead 7 Tensions in the order NV . HV . HV . NV ,

Die zweite Leiterplatte 3 führt die Lagen mit der Reihenfolge NV, HV, HV, NV, NV, HV, HV, NV.The second circuit board 3 leads the layers with the order NV . HV . HV . NV . NV . HV, HV . NV ,

Die inneren Lagen sind somit jeweils paarweise mit der gleichen Spannung beaufschlagt. Die äußeren Lagen sind jeweils mit NV beaufschlagt.The inner layers are thus subjected in pairs with the same voltage. The outer layers are each with NV applied.

Die erste Leiterplatte 7 ist mit der Kühlplatte 2 schraubverbunden, insbesondere mittels schrauben 8. Der Transistor 1 ist auf der von der Kühlplatte abgewandten Seite der ersten Leiterplatte 7 auf dieser bestückt. Seine Anschlussfläche 12 ist vorzugsweise durchkontaktiert zu einer Leiterbahn auf der der Kühlplatte 2 zugewandten Seite der ersten Leiterplatte 7, welche mit der Kühlplatte 2 wärmeleitend verbunden ist, so dass die vom Transistor 1 erzeugte Wärme über die Kühlplatte 2 abführbar ist an die Umgebung.The first circuit board 7 is with the cooling plate 2 screwed, in particular by means of screws 8th , The transistor 1 is on the side facing away from the cooling plate side of the first circuit board 7 stocked on this. Its interface 12 is preferably plated through to a conductor track on the cooling plate 2 facing side of the first circuit board 7 , which with the cooling plate 2 is thermally conductively connected, so that from the transistor 1 generated heat through the cooling plate 2 is dischargeable to the environment.

Außerdem fungiert die Kühlplatte 2 als Halteteil für die erste Leiterplatte 7 und somit indirekt auch für die von der ersten Leiterplatte 7 gehaltenen Bauelemente sowie die zweite Leiterplatte 3.In addition, the cooling plate acts 2 as a holding part for the first circuit board 7 and thus indirectly for those of the first circuit board 7 held components and the second circuit board 3 ,

Mittels einer weiteren Schraube 13 ist die Kühlplatte an einem anderen Teil eines Elektrogeräts schraubverbindbar.By means of another screw 13 the cooling plate is screw-connected to another part of an electrical appliance.

Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird eine andere geradzahlige Anzahl von Lagen der ersten Leiterplatte 7 und/oder eine andere geradzahlige Anzahl der Lagen der zweiten Leiterplatte 3 vorgesehen. Zwar führen dabei wiederum die äußeren Lagen Niederspannung NV, aber die inneren Lagen führen wiederum in abwechselnder Reihenfolge paarweise HV oder NV.In further embodiments of the invention, another even number of layers of the first circuit board 7 and / or another even number of layers of the second circuit board 3 intended. Although in turn lead the outer layers low voltage NV but the inner layers lead in turn in alternating order in pairs HV or NV ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Transistortransistor
22
Kühlplattecooling plate
33
zweite Leiterplattesecond circuit board
44
Lötpadsolder pad
55
Anschlussfuss für SourceConnection foot for Source
66
Anschlussfuss für GateConnection foot for gate
77
erste Leiterplattefirst circuit board
88th
SchaubeSchaube
99
SpulenkernPlunger
1010
SpulenkernPlunger
1111
Klammerclip
1212
Anschlussfläche, insbesondere Anschlusspad für DrainPad, in particular pad for drain
1313
Schraubescrew

Claims (13)

Vorrichtung, insbesondere Schaltnetzteil, aufweisend eine erste Leiterplatte und eine zweite Leiterplatte sowie ein erstes Bauelement, insbesondere Transistor, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte mit der zweiten Leiterplatte in SMD-Technik und dem ersten Bauelement in SMD-Technik bestückt ist, insbesondere also die zweite Leiterplatte und das erste Bauelement oberflächenmontiert, insbesondere lötverbunden, sind auf einer Seite der ersten Leiterplatte. Device, in particular switching power supply, comprising a first circuit board and a second circuit board and a first component, in particular transistor, characterized in that the first circuit board is equipped with the second circuit board in SMD technology and the first component in SMD technology, in particular so second printed circuit board and the first component surface mounted, in particular soldered, are on one side of the first circuit board. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement ein insbesondere quaderförmiges Gehäuse aufweist, an welchem eine Anschlussfläche, insbesondere Anschlusspad, angeordnet ist und an dessen anderer Seite ein erster Anschlussfuss und zweite Anschlussfüsse angeordnet sind, wobei die zweiten Anschlussfüsse elektrisch miteinander verbunden sind, insbesondere parallel geschaltet sind, also jeweils dasselbe elektrische Potential aufweisen, insbesondere wobei die Anzahl der zweiten Anschlussfüsse Fünf ist..Device after Claim 1 , characterized in that the first component has a particular cuboid housing, on which a connection surface, in particular connection pad, is arranged and on the other side a first connection foot and second connection feet are arranged, wherein the second connection feet are electrically connected to each other, in particular connected in parallel are each having the same electrical potential, in particular wherein the number of second connection feet is five. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement ein Transistor ist, wobei der erste Anschlussfuss ein Steuereingang, insbesondere Gate, ist, wobei die zweiten Anschlussfüsse als Versorgungseingang, insbesondere Source, fungieren und wobei die Anschlussfläche ein dritter Anschluss des Transistors ist, insbesondere Drain.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first component is a transistor, wherein the first connection foot is a control input, in particular gate, wherein the second connection feet act as a supply input, in particular source, and wherein the connection surface is a third connection of the Transistor is, in particular drain. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussfläche elektrisch verbunden ist mit einer an der Oberfläche der vom Transistor abgewandten Seite der ersten Leiterplatte angeordneten Leiterbahn, wobei eine Kühlplatte die Leiterbahn berührt, insbesondere wärmeleitend mit der Leiterbahn verbunden ist, wobei die erste Leiterplatte schraubverbunden ist mit der Kühlplatte, insbesondere wobei die Kühlplatte die erste Leiterplatte trägt und/oder hält.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the connection surface is electrically connected to a arranged on the surface of the side facing away from the transistor side of the first circuit board conductor, wherein a cooling plate touches the conductor, in particular thermally conductively connected to the conductor, wherein the the first printed circuit board is screw-connected to the cooling plate, in particular wherein the cooling plate carries and / or holds the first printed circuit board. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Transistors quaderförmig ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the housing of the transistor is cuboidal. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschlussfuss und die zweiten Anschlussfüsse eine gerade Reihe von Anschlussfüssen bilden, welche regelmäßig voneinander beabstandet sind.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first connection foot and the second connection feet form a straight row of connection feet, which are regularly spaced from each other. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte jeweils mehrlagig ausgeführt ist, insbesondere jeweils als Multilayer-Leiterplatte, wobei die beiden äußeren Lagen der ersten Leiterplatte zumindest in einer Leiterbahn jeweils Niederspannung führen, wobei die beiden äußeren Lagen der zweiten Leiterplatte zumindest in einer Leiterbahn jeweils Niederspannung führen.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first printed circuit board and the second printed circuit board is in each case multi-layered, in particular as a multilayer printed circuit board, wherein the two outer layers of the first printed circuit board at least in a conductor track each lead to low voltage, the two outer layers of the second circuit board at least in a conductor track each lead low voltage. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils zu einer äußeren Lage der ersten Leiterplatte nächstbenachbarte Paar von Lagen der ersten Leiterplatte zumindest in einer Leiterbahn Hochspannung führt, und/oder dass die inneren Lagen der ersten Leiterplatte paarweise abwechselnd zumindest in einer jeweiligen Leiterbahn Hochspannung oder Niederspannung führen, wobei das jeweilige Paar hierbei jeweils aus zueinander nächstbenachbarten Lagen gebildet ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that each closest to an outer layer of the first circuit board pair of layers of the first circuit board at least in a conductor high voltage, and / or that the inner layers of the first circuit board in pairs alternately at least in one respective Conductor high voltage or low voltage lead, the respective pair is in this case each formed of mutually next adjacent layers. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils zu einer äußeren Lage der zweiten Leiterplatte nächstbenachbarte Paar von Lagen der zweiten Leiterplatte zumindest in einer Leiterbahn Hochspannung führt und das weiter innen in der zweiten Leiterplatte angeordnete, zum Paar wiederum nächstbenachbarte Paar von Lagen zumindest in einer Leiterbahn Niederspannung führt. und/oder dass die inneren Lagen der zweiten Leiterplatte paarweise abwechselnd zumindest in einer Leiterbahn Hochspannung oder Niederspannung führen, wobei das jeweilige Paar hierbei jeweils aus zueinander nächstbenachbarten Lagen gebildet ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that each adjacent to an outer layer of the second circuit board next pair of layers of the second circuit board at least in a conductor high voltage and the further inside of the second circuit board arranged, in turn next pair next Lays at least in a conductor low voltage leads. and / or that the inner layers of the second printed circuit board lead in pairs alternately at least in a conductor track high voltage or low voltage, wherein the respective pair is formed here in each case from each next adjacent layers. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannung eine Spannung aus dem Spannungswertebereich über 800 Volt ist und/oder dass die Niederspannung eine Spannung von weniger als 50 Volt, insbesondere weniger als 48 Volt, ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the high voltage is a voltage from the voltage range above 800 volts and / or that the low voltage is a voltage of less than 50 volts, in particular less than 48 volts. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Leiterbahn eine jeweilige Windung einer Primärwicklung oder Sekundärwicklung ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the respective conductor track is a respective turn of a primary winding or secondary winding. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Leiterplatte Windungen einer Primärwicklung und Windungen einer Sekundärwicklung aufweist, insbesondere wobei die Primärwicklung Hochspannung führt und/oder das erste Bauelement den durch die Primärwicklung fließenden Strom, insbesondere Primärstrom, steuert und/oder wobei die Sekundärwicklung Niederspannung führt.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first and the second printed circuit board turns of a primary winding and turns of a secondary winding, in particular wherein the primary winding high voltage leads and / or the first component controls the current flowing through the primary winding current, in particular primary current controls and / or wherein the secondary winding carries low voltage. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spulenkern zumindest zwei Teile aufweist, wobei zumindest eines der beiden Teile einen Mittelschenkel und Außenschenkel aufweist, wobei der Mittelschenkel durch eine Ausnehmung der ersten Leiterplatte und durch eine Ausnehmung der zweiten Leiterplatte hindurchragt, wobei die Windungen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung um den Mittelschenkel herum geführt sind.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a coil core has at least two parts, wherein at least one of the two parts has a middle leg and outer leg, wherein the center leg protrudes through a recess of the first circuit board and through a recess of the second circuit board, wherein the turns of the primary winding and the secondary winding are guided around the center leg.
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