DE102020118743A1

DE102020118743A1 - Elektrische baugruppen, die koppler zum auslöschen eines magnetischen flusses beinhalten

Info

Publication number: DE102020118743A1
Application number: DE102020118743.2A
Authority: DE
Inventors: JaeYoung Choi; Jonathan C.H. (Cheng-Hsien) Hung; Tao Huang
Original assignee: Maxim Integrated Products Inc
Current assignee: Maxim Integrated Products Inc
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2020-07-15
Publication date: 2021-01-21
Also published as: CN112234046A; US20210020358A1

Abstract

Eine elektrische Baugruppe beinhaltet eine erste Spule, die eine erste um eine erste Wicklungsachse herumgewickelte Wicklung beinhaltet, eine zweite Spule, von der ersten Spule in einer ersten Richtung separiert, und einen Koppler, der zumindest teilweise zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule in der ersten Richtung angeordnet ist, wobei der Koppler zumindest einen Teil einer elektrischen Schaltung ausbildet, die ermöglicht, dass elektrischer Strom durch den Koppler fließt.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/874,496 , eingereicht am 15. Juli 2019, die hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Spulen werden in elektronischen Geräten extensiv verwendet. Beispielsweise werden Spulen üblicherweise zur Energiespeicherung in Leistungsumsetzungsschaltungen von elektronischen Geräten verwendet. Zusätzlich werden Spulen häufig zum Filtern von elektrischen Signalen in elektronischen Geräten verwendet. Weiterhin werden Spulen oft in Schwingkreisen, wie etwa Parallelschwingkreisen, von elektronischen Geräten verwendet.
Miniaturisierung von elektronischen Geräten machte es nötig, dass zwei oder mehr Spulen häufig in großer physischer Nähe sind, wie etwa auf einer gemeinsamen Leiterplatte (PCB) oder in einer gemeinsamen integrierten Schaltung. Infolgedessen kann es ungewollte Wechselwirkung zwischen zwei oder mehreren Spulen geben, bei der magnetischer Fluss von einer Spule unerwünschterweise zu einer oder mehreren anderen Spulen koppelt. Solche unerwünschte magnetische Kopplung von Spulen verschlechtert den Spulenbetrieb.
Ungewollte magnetische Kopplung zwischen Spulen kann reduziert, oder sogar beseitigt werden, indem die Distanz zwischen den Spulen vergrößert wird. Allerdings ist eine Vergrößerung der Distanz zwischen Spulen in modernen elektronischen Geräten aufgrund von Raumzwängen häufig nicht machbar. Ungewollte magnetische Kopplung zwischen Spulen kann auch durch Verringern der Größe einer „Aggressor“-Spule reduziert werden, d. h. einer Spule, die magnetischen Fluss erzeugt, der den Betrieb einer anderen Spule stört. Es ist allerdings häufig impraktikabel, die Größe einer Aggressorspule hinreichend zu verringern, um ungewollte magnetische Kopplung zu verhindern, aufgrund von Zwängen, wie etwa Erfordernissen eines minimalen Gütefaktors bzw. Qualitäts(Q)-Faktors und maximaler Impedanzspezifikationen.
KURZFASSUNG
In einem ersten Aspekt beinhaltet eine elektrische Baugruppe (a) eine erste Spule, die eine erste um eine erste Wicklungsachse herumgewickelte Wicklung beinhaltet, (b) eine zweite Spule, von der ersten Spule in einer ersten Richtung separiert, und (c) einen Koppler, der zumindest teilweise in der ersten Richtung zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule angeordnet ist, wobei der Koppler zumindest einen Teil einer elektrischen Schaltung ausbildet, die ermöglicht, dass elektrischer Strom durch den Koppler fließt.
Bei einer Ausführungsform des ersten Aspekts umgibt der Koppler die erste Spule nicht, wie man es sieht, wenn die elektrische Baugruppe im Querschnitt entlang einer Richtung der ersten Wicklungsachse betrachtet wird.
Bei einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts ist der Koppler bezüglich einer Teilungsachse der ersten Spule symmetrisch, die sich in einer zweiten Richtung erstreckt, die zumindest im Wesentlichen zu der ersten Richtung orthogonal ist.
Bei einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts ist die erste Wicklungsachse orthogonal zu jeder der ersten Richtung und der zweiten Richtung und die Teilungsachse schneidet die erste Wicklungsachse.
Bei einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts ist der Koppler derart ausgestaltet, dass (a) ein erster magnetischer Fluss, der sich aus einem ersten elektrischen Strom, der durch die erste Wicklung fließt, ergibt, einen zweiten elektrischen Strom induziert, der durch den Koppler fließt, und (b) der zweite elektrische Strom, der durch den Koppler fließt, einen zweiten magnetischen Fluss induziert, der zumindest teilweise den ersten magnetischen Fluss an der zweiten Spule auslöscht.
Bei einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts gilt: (a) die erste Wicklung umschließt ein erstes Gebiet, wie man es sieht, wenn die elektrische Baugruppe im Querschnitt entlang der Richtung der ersten Wicklungsachse betrachtet wird, (b) der Koppler beinhaltet einen ersten Anteil und einen zweiten Anteil, (c) der erste Anteil ist innerhalb des ersten Gebiets angeordnet, wie man es sieht, wenn die elektrische Baugruppe im Querschnitt entlang der Richtung der ersten Wicklungsachse betrachtet wird, und (d) der erste Anteil ist innerhalb des ersten Gebiets angeordnet, wie man es sieht, wenn die elektrische Baugruppe im Querschnitt entlang der Richtung der ersten Wicklungsachse betrachtet wird.
Bei einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts beinhaltet die elektrische Baugruppe ferner eine Schaltvorrichtung, die elektrisch mit dem Koppler gekoppelt ist, so dass Fluss von elektrischem Strom durch den Koppler durch Steuern eines Betriebszustands der Schaltvorrichtung gesteuert werden kann.
Bei einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts sind die erste Spule und die zweite Spule auf einer gemeinsamen Leiterplatte ausgebildet.
Bei einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts sind die erste Spule und die zweite Spule in einer gemeinsamen integrierten Schaltung ausgebildet.
Bei einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts beinhaltet die elektrische Baugruppe ferner eine dritte Spule, wobei zumindest ein Teil des Kopplers zwischen der ersten Spule und der dritten Spule angeordnet ist.
Bei einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts ist die erste Wicklung in einer Spiralform um die erste Wicklungsachse herum gewickelt.
Bei einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts ist die erste Spule eine Differenzspule.
Bei einem zweiten Aspekt beinhaltet eine elektrische Baugruppe (a) eine erste Spule, die eine erste um eine erste Wicklungsachse herumgewickelte Wicklung beinhaltet, die sich in einer ersten Richtung erstreckt, (b) eine zweite Spule, von der ersten Spule separiert, und (c) einen Koppler, der zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule angeordnet ist und zumindest einen Teil einer elektrischen Schaltung ausbildet, wobei die elektrische Schaltung zumindest eine Teilwindung um eine zusätzliche Wicklungsachse, die sich in einer zweiten Richtung erstreckt, die sich von der ersten Richtung unterscheidet, herum ausbildet.
Bei einer anderen Ausführungsform des zweiten Aspekts ist die zweite Richtung zu der ersten Richtung orthogonal.
Bei einer anderen Ausführungsform des zweiten Aspekts überlappen sich die erste Spule, die zweite Spule und der Koppler jeweils nicht gegenseitig, wie man es sieht, wenn die elektrische Baugruppe im Querschnitt entlang der ersten Richtung betrachtet wird.
Bei einer anderen Ausführungsform des zweiten Aspekts beinhaltet die elektrische Baugruppe ferner eine Schaltvorrichtung, die elektrisch mit dem Koppler gekoppelt ist, so dass Fluss von elektrischem Strom durch den Koppler durch Steuern eines Betriebszustands der Schaltvorrichtung gesteuert werden kann.
Bei einer anderen Ausführungsform des zweiten Aspekts sind die erste Spule und die zweite Spule auf einer gemeinsamen Leiterplatte ausgebildet.
Bei einer anderen Ausführungsform des zweiten Aspekts sind die erste Spule und die zweite Spule in einer gemeinsamen integrierten Schaltung ausgebildet.
Bei einer anderen Ausführungsform des zweiten Aspekts beinhaltet die elektrische Baugruppe ferner eine dritte Spule, wobei zumindest ein Teil des Kopplers zwischen der ersten Spule und der dritten Spule angeordnet ist.
In einem dritten Aspekt beinhaltet ein Verfahren zum Auslöschen von magnetischem Fluss in einer elektrischen Baugruppe (a) Erzeugen eines ersten magnetischen Flusses durch Fließenlassen eines ersten elektrischen Stroms durch eine erste Wicklung einer ersten Spule, (b) Verwenden des ersten magnetischen Flusses zum Induzieren eines zweiten elektrischen Stroms, der durch zumindest einen Anteil eines Kopplers fließt, der zwischen der ersten Spule und einer zweiten Spule angeordnet ist, (c) Erzeugen eines zweiten magnetischen Flusses aus dem zweiten elektrischen Strom, der durch den Koppler fließt, und (d) Verwenden des zweiten magnetischen Flusses zum zumindest teilweisen Auslöschen des ersten magnetischen Flusses an der zweiten Spule.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe, die einen Koppler zum Auslöschen von magnetischem Fluss beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine Seitenansicht der elektrischen Baugruppe von 1.
3 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform der elektrischen Baugruppe der 1, bei der entgegengesetzte Enden des Kopplers innerhalb eines Substrats elektrisch miteinander verbunden sind.
4 ist eine Querschnittsansicht der elektrischen Baugruppe der 3 entlang der Linie 4A-4A in 3.
5 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform der elektrischen Baugruppe der 1, bei der entgegengesetzte Enden des Kopplers durch leitende Elemente innerhalb eines Substrats und durch ein zum Substrat externes leitendes Element elektrisch verbunden sind.
6 ist eine Querschnittsansicht der elektrischen Baugruppe der 5 entlang der Linie 6A-6A in 5.
7 ist ein schematisches Diagramm, das ein Betriebsprinzip eines zwischen zwei Spulen angeordneten Kopplers veranschaulicht, gemäß einer Ausführungsform.
8 ist ein schematisches Diagramm, das den Betrieb eines zur Rechten eines Paares von Spulen angeordneten Kopplers veranschaulicht.
9 ist eine Seitenansicht einer integrierten Schaltung, gemäß einer Ausführungsform.
10 ist eine Querschnittsansicht der integrierten Schaltung der 9 entlang der Linie 10A-10A in 9.
11 ist eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe, die Spiralspulen und einen Koppler zum Auslöschen von magnetischem Fluss beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform.
12 ist eine Seitenansicht der elektrischen Baugruppe von 11.
13 ist eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe, die Differenzspulen und einen Koppler zum Auslöschen von magnetischem Fluss beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform.
14 ist eine Seitenansicht der elektrischen Baugruppe von 13.
15 ist eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe, die einen Koppler mit zwei Anteilen beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform.
16 ist eine Seitenansicht der elektrischen Baugruppe von 15.
17 ist eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe, die drei Spulen und einen Koppler zum Auslöschen von magnetischem Fluss beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform.
18 ist eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe, die einen asymmetrischen Koppler, der eine Spule umgibt, beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform.
19 ist eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe, die einen asymmetrischen Koppler, der eine Spule teilweise umgibt, beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform.
20 ist eine Draufsicht einer weiteren elektrischen Baugruppe, die einen asymmetrischen Koppler, der eine Spule teilweise umgibt, beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform.
21 ist eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe, die Koppler beinhaltet, die selektiv freigeschaltet und blockiert werden können, gemäß einer Ausführungsform.
22 ist eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe, die in Simulationen des Kopplerbetriebs verwendet wird.
23 ist eine Draufsicht einer weiteren elektrischen Baugruppe, die in Simulationen des Kopplerbetriebs verwendet wird.
24 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Auslöschen von magnetischem Fluss in einer elektrischen Baugruppe veranschaulicht, gemäß einer Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Hier werden elektrische Baugruppen offenbart, die Koppler zum Auslöschen von magnetischem Fluss beinhalten. Die Koppler helfen vorteilhafterweise beim Minimieren unerwünschte Kopplung zwischen Spulen, ohne eine vergrößerte Distanz zwischen Spulen oder eine verringerte Spulengröße zu benötigen.
1 ist eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe 100 und 2 ist eine Ansicht einer Seite 102 der elektrischen Baugruppe 100. Die elektrische Baugruppe 100 ist eine Ausführungsform der neuen elektrischen Baugruppen, die Koppler beinhalten. Die elektrische Baugruppe 100 beinhaltet eine erste Spule 102, eine zweite Spule 104, einen Koppler 106 und ein Substrat 108. Das Substrat 108 ist beispielsweise eine Leiterplatte (PCB) oder ein Anteil einer integrierten Schaltung. Die Spulen 102 und 104 sind auf dem Substrat 108 ausgebildet und der Koppler 106 ist dafür ausgestaltet, einen durch die erste Spule 102 an der zweiten Spule 104 erzeugten magnetischen Fluss zumindest teilweise auszulöschen. Somit hilft der Koppler 106 dabei, unerwünschte magnetische Kopplung der ersten Spule 102 und der zweiten Spule 104 zu minimieren, d. h. ungewollte Störung beim Betrieb der zweiten Spule 104 aus einem durch die erste Spule 102 erzeugten magnetischen Fluss. Die erste Spule 102 und die zweite Spule 104 sind voneinander in einer Richtung 110 separiert, und der Koppler 106 ist zumindest teilweise zwischen der ersten Spule 102 und der zweiten Spule 104 in der Richtung 110 angeordnet.
Die erste Spule 102 beinhaltet eine erste Wicklung 112, die um eine erste Wicklungsachse 114 herum gewickelt ist und sich in einer Richtung 116 erstreckt. Obgleich die Richtung 116 in dieser Ausführungsform zur Richtung 110 orthogonal ist, könnte die Richtung 116 gegenüber der Richtung 110 um einen anderen Winkel versetzt sein, d. h. einen anderen als 90 Grad, solange sich die Richtung 116 von der Richtung 110 unterscheidet. Die erste Wicklung 112 ist beispielsweise durch eine leitende „Spur“ einer PCB oder eine Metallschicht innerhalb einer integrierten Schaltung ausgebildet. Die Anzahl von durch die erste Wicklung 112 ausgebildeten Windungen kann als eine Designwahl variiert sein. Entgegengesetzte Enden der ersten Wicklung 110 sind optional mit jeweiligen Anschlüssen 118 und 120 verbunden, die elektrischen Zugriff auf die erste Spule 102 liefern.
Die zweite Spule 104 beinhaltet eine zweite Wicklung 122, die um eine zweite Wicklungsachse 124 herum gewickelt ist, die sich in der Richtung 116 erstreckt. Die zweite Wicklung 122 ist beispielsweise durch eine leitende Spur einer PCB oder eine Metallschicht innerhalb einer integrierten Schaltung ausgebildet. Die Anzahl von durch die zweite Wicklung 122 ausgebildeten Windungen kann als eine Designwahl variiert sein. Entgegengesetzte Enden der zweiten Wicklung 112 sind optional mit jeweiligen Anschlüssen 126 und 128 verbunden, die elektrischen Zugriff auf die zweite Spule 104 liefern. Obgleich die erste Spule 102 und die zweite Spule 104 die gleiche Ausgestaltung in der elektrischen Baugruppe 100 aufweisen, können die zwei Spulen unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen, ohne vom Schutzumfang davon abzuweichen. Als ein beliebiges Beispiel weisen die erste Spule 102 und die zweite Spule 104 in manchen alternativen Ausführungsformen verschiedene Gestalten auf und/oder bilden verschiedene Anzahlen von Wicklungswindungen aus. Als weiteres Beispiel erstrecken sich die erste Wicklungsachse 114 und die zweite Wicklungsachse 124 in manchen alternativen Ausführungsformen nicht in derselben Richtung, d. h. die zwei Wicklungsachsen weisen gegeneinander einen Winkelversatz auf.
Der Koppler 106 ist auf einem Substrat 108 ausgebildet. Der Koppler 106 ist beispielsweise eine leitende Spur einer PCB oder eine Metallschicht innerhalb einer integrierten Schaltung. Wichtig ist, dass der Koppler 106 in Bezug auf die Spule 102 asymmetrisch ist. Beispielsweise ist der Koppler 106 bei manchen Ausführungsformen in Bezug auf eine Teilungsachse 129 der ersten Spule 102 asymmetrisch, wobei sich die Teilungsachse 129 in einer Richtung 134 erstreckt, die zumindest im Wesentlichen zur Richtung 110 orthogonal ist. In diesem Dokument bedeutet der Ausdruck „im Wesentlichen“ innerhalb von plus oder minus zehn Prozent. Dementsprechend ist eine erste Richtung im Wesentlichen orthogonal zu einer zweiten Richtung, falls die erste Richtung gegenüber der zweiten Richtung um einen Winkel versetzt ist, der von 81 Grad bis zu 99 Grad reicht. Die Teilungsachse 129 teilt die erste Spule 102 in einen linken und einen rechten Anteil und in manchen Ausführungsformen schneidet die Teilungsachse 129 die Wicklungsachse 114. Der Anmelder fand, dass, dass der Koppler 106 in Bezug auf die Teilungsachse 129 asymmetrisch ist, dabei hilft, eine hohe Leistungsfähigkeit zu erreichen, indem magnetischer Fluss erzeugt wird, der beim Auslöschen eines magnetischen Flusses an der Spule 104 hilft, der von der ersten Spule 102 stammt, wie nachfolgend erörtert wird. Es sei allerdings angemerkt, dass die erste Spule 102 nicht notwendigerweise in Bezug auf die Teilungsachse 129 symmetrisch sein muss. In dem Beispiel von 1 und 2 muss der Koppler 106 nicht vollständig von der Spule 102 umgeben sein, wie man es sieht, wenn man die Baugruppe 100 im Querschnitt entlang der Richtung der ersten Wicklungsachse 114 betrachtet, was dazu führt, dass der Koppler 106 in Bezug auf die Teilungsachse 129 asymmetrisch ist.
Der Koppler 106 bildet zumindest einen Teil einer elektrischen Schaltung 130 aus, die elektrischen Strom zum Fließen durch den Koppler freischaltet. Die gestrichelte Linie 132 in 1 repräsentiert zusätzliche elektrische Leiter, z. B. PCB-Spuren, Metallschichten einer integrierten Schaltung und/oder externe Leiter, die mit dem Koppler 106 zusammenwirken, um die elektrische Schaltung 130 auszubilden. Die physische Ausgestaltung von zusätzlichen elektrischen Leitern 132 kann variieren, solange wie sie es dem Koppler 106 ermöglichen, einen magnetischen Nettofluss an der zweiten Spule 104 zu erzeugen, der dem magnetischen Fluss von der ersten Spule 102 entgegenwirkt. Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 3-6 zwei Beispiele von möglichen Ausgestaltungen von zusätzlichen elektrischen Leitern 132 erörtert. Man sei sich allerdings bewusst, dass zusätzliche elektrische Leiter 132 andere Formen annehmen können, ohne vom Schutzumfang hiervon abzuweichen.
3 ist eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe 300 und 4 ist eine Querschnittsansicht der elektrischen Baugruppe 300 entlang der Linie 4A-4A in 3. Die elektrische Baugruppe 300 ist eine Ausführungsform der elektrischen Baugruppe 100, in der zusätzliche elektrische Leiter 132 durch ein leitendes Element 402 im Substrat 108 implementiert sind. Das leitende Element 402 ist beispielsweise eine Metallschicht innerhalb einer PCB oder eine Metallschicht innerhalb einer integrierten Schaltung. Das leitende Element 402 verbindet entgegengesetzte Enden des Kopplers 106 in Richtung 134, so dass der Koppler 106 und das leitende Element 402 kollektiv die elektrische Schaltung 130 ausbilden. Die elektrische Schaltung 130 bildet mindestens eine Windung um eine Achse 404 aus, die sich in Richtung 110 erstreckt, d. h. in eine andere Richtung als die der ersten Wicklungsachse 114.
5 ist eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe 500 und 6 ist eine Querschnittsansicht der elektrischen Baugruppe 500 entlang der Linie 6A-6A in 5. Die elektrische Baugruppe 500 ist eine Ausführungsform der elektrischen Baugruppe 100, in der zusätzliche elektrische Leiter 132 durch leitende Elemente 602 im Substrat 108 und durch ein zum Substrat 108 externes leitendes Element 604 implementiert sind. Die leitenden Elemente 602 sind beispielsweise Vias innerhalb einer PCB oder einer integrierten Schaltung. Das leitende Element 604 ist beispielsweise ein Draht oder eine leitende Spur einer PCB einer (nicht gezeigten) zusätzlichen PCB, die an das Substrat 108 angrenzt. Die leitenden Elemente 602 und 604 verbinden entgegengesetzte Enden des Kopplers 106 in Richtung 134, so dass der Koppler 106 und die leitenden Elemente 602 und 604 kollektiv die elektrische Schaltung 130 ausbilden. Die elektrische Schaltung 130 bildet eine Windung um eine Achse 606 aus, die sich in Richtung 110 erstreckt, d. h. in eine andere Richtung als die der ersten Wicklungsachse 114.
7 ist ein schematisches Diagramm, das ein Betriebsprinzip eines Kopplers veranschaulicht. Die Spulen A und B von 7 sind beispielsweise jeweils die erste und die zweite Spule 102 und 104 und der Koppler von 7 ist beispielsweise der Koppler 106. Der Koppler ist zwischen den Spulen A und B in einer Richtung 706 angeordnet. In diesem Beispiel erzeugt ein durch die Spule A fließender elektrischer Strom einen magnetischen Fluss 702, der in einer Gegenuhrzeigersinn-Richtung fließt, wie man es sieht, wenn man in die Seite von 7 hineinschaut. Der Koppler ist dergestalt ausgestaltet, dass ein Teil des magnetischen Flusses 702 einen elektrischen Strom induziert, der durch den Koppler fließt und in die Seite von 7 hinein fließt, was durch den Buchstaben „X“ innerhalb des Kopplers repräsentiert ist. Der durch den Koppler fließende elektrische Strom induziert einen magnetischen Fluss 704, der in einer Uhrzeigersinn-Richtung fließt, wie man es sieht, wenn man in die Seite von 7 hineinschaut. Anhand von 7 ist klar, dass der magnetische Fluss 704 von dem Koppler zumindest teilweise den magnetischen Fluss 702 von der Spule A an der Spule B auslöscht, d. h. destruktiv mit diesem interferiert. Somit hilft der Koppler beim Minimieren von Wechselwirkung zwischen der Spule A und der Spule B.
Der Koppler ist in 7 zwischen den Spulen A und B angeordnet, wie oben erwähnt wurde. Man betrachte nun 8, wo der Koppler zur Rechten von Spule A bewegt wurde, anstatt zwischen der Spule A und der Spule B angeordnet zu sein. Ähnlich dem Beispiel von 7 erzeugt die Spule A einen magnetischen Fluss 802, der in einer Gegenuhrzeigersinn-Richtung fließt. Allerdings veranlasst der relative Ort des Kopplers diesen, einen magnetischen Fluss 804 zu erzeugen, der auch in einer Gegenuhrzeigersinn-Richtung fließt. Infolgedessen addieren sich der magnetische Fluss 802 von Spule A und der magnetische Fluss von dem Koppler an der Spule B, anstatt sich auszulöschen. Daher erhöht die Ausgestaltung des Kopplers in 8 die Wechselwirkung zwischen den Spulen A und B, statt diese zu verringern.
Somit veranschaulichen 7 und 8 die Wichtigkeit, dass sich der Koppler 106 in der elektrischen Baugruppe 100 zwischen der ersten Spule 102 und der zweiten Spule 104 befindet. Wenn der Koppler 106 stattdessen zur Rechten der ersten Spule 102 angeordnet wäre, würde der Koppler 106 die Wechselwirkung zwischen der ersten Spule 102 und der zweiten Spule 104 erhöhen. Weiterhin würde Modifizieren des Kopplers 106, so dass er in Bezug auf eine Teilungsachse der Spule A symmetrisch ist, z. B. so, dass der Koppler 106 eine symmetrische Schleife um die Spule A ausbildet, den Betrieb des Kopplers 106 verschlechtern, indem bewirkt wird, dass ein Teil des durch den Koppler erzeugten magnetischen Flusses konstruktiv mit dem magnetischen Fluss von Spule A interferiert. Dementsprechend ist es wichtig, dass der Koppler vollständig zwischen der Spule A und der Spule B angeordnet ist, oder dass Anteile des Kopplers zur Rechten der Spule A die Spule B minimal beeinflussen.
Wie oben erwähnt wurde, sind manche Ausführungsformen der elektrischen Baugruppe 100 von 1 Teil einer integrierten Schaltung. 9 und 10 veranschaulichen ein Beispiel für eine Ausführungsform mit integrierter Schaltung. Insbesondere ist 9 eine Seitenansicht einer integrierten Schaltung 900 und 10 ist eine Querschnittsansicht der integrierten Schaltung 900 entlang der Linie 10A-10A in 9. Die integrierte Schaltung 900 beinhaltet einen Körper 902, elektrische Kontakte 904, elektronische Schaltungsanordnungen 1002-1014 und eine Ausführungsform der elektrischen Baugruppe 100. Der Körper 902 kapselt die integrierte Schaltung 900 ein und der Körper 902 ist beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial oder einem Keramikmaterial ausgebildet. Elektrische Kontakte 904 stellen elektrischen Zugriff auf die integrierte Schaltung 900 bereit und nur zwei Instanzen von elektrischen Kontakten 904 sind in 9 gekennzeichnet. Die elektrischen Kontakte 904 beinhalten beispielsweise elektrische oberflächenmontierte Kontakte und/oder elektrische Durchgangslochkontakte.
Die elektronischen Schaltungsanordnungen 1002-1014 sind innerhalb der integrierten Schaltung 900 um die Elemente der elektrischen Baugruppe 100 herum, z. B. um die erste Spule 102 und die zweite Spule 104 herum, angeordnet. Details der elektronischen Schaltungsanordnungen 1002-1004 sind nicht gezeigt, um die veranschaulichende Klarheit zu fördern. Die Anzahl, Größe, Gestalt und Ausgestaltung der elektronischen Schaltungen in der integrierten Schaltung 900 kann variieren, ohne von dem Schutzumfang hiervon abzuweichen.
11 ist eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe 1100, die eine alternative Ausführungsform der elektrischen Baugruppe 100 einschließlich spiralförmigen Spulen ist. Die elektrische Baugruppe 1100 beinhaltet eine erste Spule 1102, eine zweite Spule 1104, einen Koppler 1106 und ein Substrat 1108. Das Substrat 1108 ist beispielsweise eine PCB oder ein Anteil einer integrierten Schaltung. Die Spulen 1102 und 1104 sind auf dem Substrat 1108 ausgebildet und der Koppler 1106 ist dafür ausgestaltet, einen durch die erste Spule 1102 an der zweiten Spule 1104 erzeugten magnetischen Fluss, auf eine Weise, die der oben mit Bezug auf den Koppler 106 erörterten ähnlich ist, zumindest teilweise auszulöschen.
Die erste Spule 1102 beinhaltet eine in Spiralform gewickelte erste Wicklung 1112, die um eine erste Wicklungsachse 1114 herum gewickelt ist, wobei sich die erste Wicklungsachse 1114 in einer Richtung 1116 erstreckt. Obgleich die Richtung 1116 in dieser Ausführungsform zur Richtung 1110 orthogonal ist, könnte die Richtung 1116 gegenüber der Richtung 1110 um einen anderen Winkel versetzt sein, d. h. einen anderen als 90 Grad, solange sich die Richtung 1116 von der Richtung 1110 unterscheidet. Die erste Wicklung 1112 ist beispielsweise durch eine leitende Spur einer PCB oder eine Metallschicht innerhalb einer integrierten Schaltung ausgebildet. Die Anzahl von durch die erste Wicklung 1112 ausgebildeten Windungen kann als eine Designwahl variiert sein. Entgegengesetzte Enden der ersten Wicklung 1112 sind optional mit jeweiligen (für veranschaulichende Klarheit nicht gekennzeichneten) Anschlüssen verbunden, die elektrischen Zugriff auf die erste Spule 1102 liefern.
Die zweite Spule 1104 beinhaltet eine zweite Wicklung 1122, die um eine zweite Wicklungsachse 1124 herum gewickelt ist, die sich in der Richtung 1116 erstreckt. Die zweite Wicklung 1122 ist beispielsweise durch eine leitende Spur einer PCB oder eine Metallschicht innerhalb einer integrierten Schaltung ausgebildet. Die Anzahl von durch die zweite Wicklung 1122 ausgebildeten Windungen kann als eine Designwahl variiert sein. Entgegengesetzte Enden der zweiten Wicklung 1112 sind optional mit jeweiligen (für veranschaulichende Klarheit nicht gekennzeichneten) Anschlüssen verbunden, die elektrischen Zugriff auf die zweite Spule 1104 liefern.
Der Koppler 1106 ist auf einem Substrat 1108 zwischen der ersten Spule 1102 und der zweiten Spule 1122 in Richtung 1110 ausgebildet. Der Koppler 1106 ist beispielsweise eine leitende Spur einer PCB oder eine Metallschicht innerhalb einer integrierten Schaltung. Der Koppler 1106 bildet einen Teil einer elektrischen Schaltung aus, die elektrischen Strom zum Fließen durch den Koppler freischaltet. Zusätzliche (nicht gezeigte) elektrische Leiter, wie etwa zusätzliche elektrische Leiter ähnlich denen von 4 oder 6, wirken mit dem Koppler 1106 zusammen, um die elektrische Schaltung auszubilden. Wichtig ist, dass der Koppler 1106 in Bezug auf die erste Spule 1102 asymmetrisch ist. Beispielsweise ist der Koppler 1106 bei manchen Ausführungsformen in Bezug auf eine Teilungsachse 1129 der ersten Spule 1102 asymmetrisch, wobei sich die Teilungsachse 1129 in einer Richtung 1134 erstreckt, die zumindest im Wesentlichen zur Richtung 1110 orthogonal ist. Die Teilungsachse 1129 schneidet die erste Wicklungsachse 1114. Der Koppler 1106 erzeugt einen magnetischen Fluss, der zumindest teilweise einen magnetischen Fluss von der ersten Spule 1102 an der zweiten Spule 1104 auslöscht.
13 ist eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe 1300, die eine alternative Ausführungsform der elektrischen Baugruppe 100 einschließlich Differenzspulen ist. Die elektrische Baugruppe 1300 beinhaltet eine erste Spule 1302, eine zweite Spule 1304, einen Koppler 1306 und ein Substrat 1308. Das Substrat 1308 ist beispielsweise eine PCB oder ein Anteil einer integrierten Schaltung. Die Spulen 1302 und 1304 sind auf dem Substrat 1308 ausgebildet und der Koppler 1306 ist dafür ausgestaltet, einen durch die erste Spule 1302 an der zweiten Spule 1304 erzeugten magnetischen Fluss, auf eine Weise, die der oben mit Bezug auf den Koppler 106 erörterten ähnlich ist, zumindest teilweise auszulöschen.
Die erste Spule 1302 beinhaltet eine erste Wicklung 1312, die um eine erste Wicklungsachse 1314 herum gewickelt ist, wobei sich die erste Wicklungsachse 1314 in einer Richtung 1316 erstreckt. Obgleich die Richtung 1316 in dieser Ausführungsform zur Richtung 1310 orthogonal ist, könnte die Richtung 1316 gegenüber der Richtung 1310 um einen anderen Winkel versetzt sein, d. h. einen anderen als 90 Grad, solange sich die Richtung 1316 von der Richtung 1310 unterscheidet. Die erste Wicklung 1312 ist beispielsweise durch eine leitende Spur einer PCB oder eine Metallschicht innerhalb einer integrierten Schaltung ausgebildet. Die Anzahl von durch die erste Wicklung 1312 ausgebildeten Windungen kann als eine Designwahl variiert sein. Entgegengesetzte Enden der ersten Wicklung 1312 und eines Zentrums der ersten Wicklung 1312 sind optional mit jeweiligen (für veranschaulichende Klarheit nicht gekennzeichneten) Anschlüssen verbunden, die elektrischen Zugriff auf die erste Spule 1302 liefern.
Die zweite Spule 1304 beinhaltet eine zweite Wicklung 1322, die um eine zweite Wicklungsachse 1324 herum gewickelt ist, die sich in der Richtung 1316 erstreckt. Die zweite Wicklung 1322 ist beispielsweise durch eine leitende Spur einer PCB oder eine Metallschicht innerhalb einer integrierten Schaltung ausgebildet. Die Anzahl von durch die zweite Wicklung 1322 ausgebildeten Windungen kann als eine Designwahl variiert sein. Entgegengesetzte Enden der zweiten Wicklung 1322 und eines Zentrums der zweiten Wicklung 1322 sind optional mit jeweiligen (für veranschaulichende Klarheit nicht gekennzeichneten) Anschlüssen verbunden, die elektrischen Zugriff auf die zweite Spule 1304 liefern.
Der Koppler 1306 ist auf einem Substrat 1308 zwischen der ersten Spule 1302 und der zweiten Spule 1304 in Richtung 1310 ausgebildet. Der Koppler 1306 ist beispielsweise eine leitende Spur einer PCB oder eine Metallschicht innerhalb einer integrierten Schaltung. Der Koppler 1306 bildet einen Teil einer elektrischen Schaltung aus, die elektrischen Strom zum Fließen durch den Koppler freischaltet. Zusätzliche (nicht gezeigte) elektrische Leiter, wie etwa zusätzliche elektrische Leiter ähnlich denen von 4 oder 6, wirken mit dem Koppler 1306 zusammen, um die elektrische Schaltung auszubilden. Wichtig ist, dass der Koppler 1306 in Bezug auf die erste Spule 1302 asymmetrisch ist. Beispielsweise ist der Koppler 1306 bei manchen Ausführungsformen in Bezug auf eine Teilungsachse 1329 der ersten Spule 1302 asymmetrisch, wobei sich die Teilungsachse 1329 in einer Richtung 1334 erstreckt, die zumindest im Wesentlichen zur Richtung 1310 orthogonal ist. Die Teilungsachse 1329 schneidet die erste Wicklungsachse 1314. Der Koppler 1306 erzeugt einen magnetischen Fluss, der zumindest teilweise einen magnetischen Fluss von der ersten Spule 1302 an der zweiten Spule 1304 auslöscht.
Wiederum Bezug nehmend auf 1 überlappen sich die erste Spule 102, die zweite Spule 104 und der Koppler 106 jeweils nicht untereinander, wie man es sieht, wenn man die elektrische Baugruppe 100 im Querschnitt entlang der Richtung 116 (in die Seite von 1 hinein) betrachtet. Allerdings könnte der Koppler 106 modifiziert werden, um zumindest teilweise mit der ersten Spule 102 zu überlappen, wenn (a) ein Anteil des Kopplers zwischen der ersten Spule 102 und der zweiten Spule 104 in Richtung 110 angeordnet ist und (b) der Koppler ausgestaltet ist zum Erzeugen eines magnetischen Flusses, der zumindest teilweise den magnetischen Fluss von der ersten Spule 102 an der zweiten Spule 104 auslöscht. 15 ist beispielsweise eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe 1500, welche eine alternative Ausführungsform der elektrischen Baugruppe 100 ist, wobei der Koppler 106 durch den Koppler 1506 ersetzt ist. 16 ist eine Ansicht der Seite 102 der elektrischen Baugruppe 1500.
Der Koppler 1506 beinhaltet einen ersten Anteil 1538 und einen zweiten Anteil 1540. Der erste Anteil 1538 ist innerhalb eines ersten Gebiets 1542 angeordnet, wobei das erste Gebiet 1542 ein durch die erste Wicklung 112 eingeschlossenes Gebiet ist, wie man es sieht, wenn die elektrische Baugruppe 1500 im Querschnitt entlang der Richtung 116 (in die Seite von 15 hinein) betrachtet wird. Der zweite Anteil 1540 ist außerhalb des ersten Gebiets 1542 angeordnet, wie man es sieht, wenn die elektrische Baugruppe 1500 im Querschnitt entlang der Richtung 116 betrachtet wird. Der zweite Anteil 1540 ist auch zwischen der ersten Spule 102 und der zweiten Spule 104 in Richtung 110 angeordnet. Der erste Anteil 1538 und der zweite Anteil 1540 sind über Kreuz verbunden. Insbesondere ist das Ende A des ersten Anteils 1538 elektrisch mit dem Ende A des zweiten Anteils 1540 verbunden und ein Ende B des ersten Anteils 1538 ist elektrisch mit dem Ende B des zweiten Anteils 1540 verbunden. Elektrische Verbindungen zwischen dem ersten Anteil 1538 und dem zweiten Anteil 1540 sind in 15 zwecks veranschaulichender Klarheit nicht gezeigt. Der Koppler 1506 ist in Bezug auf die erste Spule 102 asymmetrisch. Beispielsweise ist der Koppler 1506 in Bezug auf die Teilungsachse 129 (in 15 zwecks veranschaulichender Klarheit nicht gezeigt) asymmetrisch. Die Positionierung des ersten Anteils 1538 und des zweiten Anteils 1540 relativ zur ersten Wicklung 112 sowie die Überkreuzverbindung zwischen diesen Anteilen ermöglicht es dem Koppler 1506, dabei zu helfen, den magnetischen Fluss von der ersten Spule 102 an der zweiten Spule 104 auszulöschen.
Gewisse Ausführungsformen der hier offenbarten Koppler könnten zum Minimieren unerwünschter magnetischer Kopplung zwischen einer ersten Spule und zwei oder mehr zusätzlichen Spulen ausgestaltet sein. Beispielsweise ist 17 eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe 1700, die eine Instanz einer ersten Spule 1102 (11), eine Instanz einer zweiten Spule 1104, eine Instanz eines Kopplers 1106 und eine dritte Spule 1736, ausgebildet auf einem Substrat 1708, beinhaltet. Das Substrat 1708 ist beispielsweise eine PCB oder ein Anteil einer integrierten Schaltung. Die dritte Spule 1736 ist der zweiten Spule 1104 ähnlich, d. h., dass die dritte Spule 1736 eine dritte Wicklung 1738 beinhaltet, die in einer Spiralform um eine dritte Wicklungsachse 1740 herum gewickelt ist. Der Koppler 1106 ist zwischen der ersten Spule 1102 und jeweils einer zweiten Spule 1104 und einer dritten Spule 1736 in einer Richtung 1710 angeordnet. Dementsprechend hilft der Koppler 1106 dabei, magnetischen Fluss von der ersten Spule 1102, auf eine mit der in 7 veranschaulichten konsistenten Weise, am Koppeln zu entweder der zweiten Spule 1104 oder der dritten Spule 1736 zu hindern.
Die in 1-6 und 10-17 dargestellten Koppler umgeben deren jeweilige ersten Spulen nicht vollständig, wie man es sieht, wenn deren jeweiligen elektrischen Baugruppen im Querschnitt entlang der Richtung der ersten Wicklungsachse betrachtet werden. Allerdings könnten die Koppler modifiziert werden, so dass sie deren jeweilige ersten Spulen umgeben oder deren jeweilige erste Spulen im Wesentlichen umgeben, solange wie (1) jeder Koppler in Bezug auf dessen erste Spule asymmetrisch ist, z. B. in Bezug auf eine Teilungsachse von dessen jeweiliger ersten Spule asymmetrisch ist, und (2) jeder Koppler zu dessen jeweiliger zweiten Spule gewichtet ist. Ein Koppler ist zu dessen jeweiliger zweiten Spule gewichtet, indem er so ausgestaltet ist, dass eine Mehrheit des magnetischen Flusses von dem Koppler an der zweiten Spule magnetischen Fluss von der ersten Spule auslöscht.
18 ist beispielsweise eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe 1800, welche eine alternative Ausführungsform der elektrischen Baugruppe 1800 ist, wobei der Koppler 106 durch den Koppler 1806 ersetzt ist. Der Koppler 1806 umgibt die erste Spule 102; allerdings ist der Koppler 1806 in Bezug auf die Teilungsachse 129 asymmetrisch. Insbesondere beinhaltet der Koppler 1806 Seiten 1836, 1838, 1840 und 1842. Die Seite 1836, die sich zwischen der ersten Spule 102 und der zweiten Spule 104 in Richtung 110 befindet, ist von der ersten Spule 102 durch eine erste Separationsdistanz D1 separiert. Die Seiten 1838, 1840 und 1842 des Kopplers 1806 sind von der ersten Spule 102 jeweils durch die Separationsdistanzen D2, D3 und D4 separiert. Es ist wichtig, dass D1 kleiner als jeweils D2, D3 und D4 ist. Infolgedessen ist der Koppler 1806 in Bezug auf die Teilungsachse 129 asymmetrisch und die Seite 1836 ist stärker magnetisch an die erste Spule 102 gekoppelt als die Seiten 1838, 1840 und 1842. Daher ist der Koppler 1806 zur zweiten Spule 104 hin gewichtet. Dementsprechend hilft der durch den Koppler 1806 erzeugte magnetische Fluss beim Auslöschen von magnetischem Fluss von der ersten Spule 102. Bei manchen Ausführungsformen beträgt D1 nicht mehr als fünfzig Prozent von jeweils D2, D3 und D4. Idealerweise ist D1 viel kleiner als jeweils D2, D3 und D4, um die Leistungsfähigkeit des Kopplers 1806 zu maximieren.
Als ein weiteres Beispiel ist 19 eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe 1900, die eine Instanz einer ersten Spule 1102 (11), eine Instanz einer zweiten Spule 1104, einen Koppler 1906 und ein Substrat 1908 beinhaltet. Die erste Spule 1102, die zweite Spule 1104 und der Koppler 1906 sind jeweils auf dem Substrat 1908 ausgebildet. Das Substrat 1908 ist beispielsweise eine PCB oder ein Anteil einer integrierten Schaltung. Der Koppler 1906 bildet nahezu eine vollständige Schleife um die erste Spule 1102 herum und der Koppler 1906 bildet zumindest einen Teil einer elektrischen Schaltung 1930, die elektrischen Strom zum Fließen durch den Koppler freischaltet. Die gestrichelte Linie 1932 in 19 repräsentiert zusätzliche elektrische Leiter, z. B. PCB-Spuren, Metallschichten einer integrierten Schaltung und/oder externe Leiter, die mit dem Koppler 1906 zusammenwirken, um die elektrische Schaltung 1930 auszubilden. Die physische Ausgestaltung zusätzlicher elektrischer Leiter 1932 kann variieren.
Der Koppler 1906 beinhaltet vier Seiten 1936, 1938, 1940 und 1942, wobei die Seite 1936 zwischen der ersten Spule 1102 und der zweiten Spule 1104 in einer Richtung 1910 angeordnet ist. Es ist wichtig, dass die Seite 1936 näher an der ersten Spule 1102 ist als die verbliebenen Seiten 1938, 1940 und 1942, so dass der Koppler 1906 in Bezug auf die Teilungsachse 1129 asymmetrisch ist und die Seite 1936 stärker magnetisch an die erste Spule 102 gekoppelt ist als die Seiten 1938, 1940 und 1942. Daher ist der Koppler 1906 zur zweiten Spule 1104 hin gewichtet. Dementsprechend hilft der durch den Koppler 1906 erzeugte magnetische Fluss beim Auslöschen von magnetischem Fluss von der ersten Spule 1102 an der zweiten Spule 1104.
20 ist eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe 2000, die eine Instanz einer ersten Spule 1102, eine Instanz einer zweiten Spule 1104, einen Koppler 2006 und ein Substrat 2008 beinhaltet. Die erste Spule 1102, die zweite Spule 1104 und der Koppler 2006 sind jeweils auf dem Substrat 2008 ausgebildet. Das Substrat 2008 ist beispielsweise eine PCB oder ein Anteil einer integrierten Schaltung. Im Gegensatz zum Koppler 1906 der elektrischen Baugruppe 1900 bildet der Koppler 2006 nahezu eine vollständige Schleife um die zweite Spule 1104 herum aus. Zusätzlich bildet der Koppler 2006 zumindest einen Teil einer elektrischen Schaltung 2032 aus, die elektrischen Strom zum Fließen durch den Koppler freischaltet. Die gestrichelte Linie 2032 in 20 repräsentiert zusätzliche elektrische Leiter, z. B. PCB-Spuren, Metallschichten einer integrierten Schaltung und/oder externe Leiter, die mit dem Koppler 2006 zusammenwirken, um die elektrische Schaltung 2030 auszubilden. Die physische Ausgestaltung zusätzlicher elektrischer Leiter 2032 kann variieren.
Der Koppler 2006 beinhaltet vier Seiten 2036, 2038, 2040 und 2042, wobei die Seite 2036 zwischen der ersten Spule 1102 und der zweiten Spule 1104 in einer Richtung 2010 angeordnet ist. Es ist wichtig, dass die Seite 2036 näher an der ersten Spule 1102 ist als die verbliebenen Seiten 2038, 2040 und 2042, so dass der Koppler 2006 in Bezug auf die Teilungsachse 1129 asymmetrisch ist und die Seite 2036 stärker magnetisch an die erste Spule 1102 gekoppelt ist als die Seiten 2038, 2040 und 2042. Daher ist der Koppler 2006 zur zweiten Spule 1104 hin gewichtet. Dementsprechend hilft der durch den Koppler 2006 erzeugte magnetische Fluss beim Auslöschen von magnetischem Fluss von der ersten Spule 1102.
Die hier offenbarten Koppler könnten derart ausgestaltet werden, dass sie selektiv freigeschaltet und blockiert werden können. Beispielsweise ist 21 eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe 2100, die eine Instanz einer ersten Spule 1102, eine Instanz einer zweiten Spule 1104 und eine Instanz einer dritte Spule 2136 (11 und 21), ausgebildet auf einem Substrat 2108, beinhaltet. Das Substrat 2108 ist beispielsweise eine PCB oder ein Anteil einer integrierten Schaltung. Der Koppler 1106 ist in der elektrischen Baugruppe 2100 durch drei Koppler 2106, 2136 und 2138 ersetzt. Jeder der Koppler 2106, 2136 und 2138 ist elektrisch mit einer jeweiligen Schaltvorrichtung 2107, 2137 und 2139 gekoppelt, die in 21 symbolisch durch gestrichelte Linien gezeigt sind. Die Schaltvorrichtung 2107 ermöglicht es dem Koppler 2106 in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Schaltvorrichtung 2107 freigeschaltet oder blockiert zu werden. Insbesondere wird der Koppler 2106 durch Steuern der Schaltvorrichtung 2107 freigeschaltet, in dessen geschlossenem Zustand zu arbeiten, so dass elektrischer Strom durch den Koppler 2106 fließen kann. Umgekehrt wird der Koppler 2106 durch Steuern der Schaltvorrichtung 2107 blockiert, um in dessen offenem Zustand zu arbeiten, so dass kein elektrischer Strom durch den Koppler 2106 fließen kann. Die Koppler 2136 und 2138 können auf eine ähnliche Weise selektiv freigeschaltet und blockiert werden, indem Betriebszustände von deren jeweiligen Schaltvorrichtungen 2137 und 2139 gesteuert werden.
Die Fähigkeit zum selektiven Freischalten und Blockieren der Koppler 2106, 2136 und 2138 kann beispielsweise dann wertvoll sein, wenn sich die Ausgestaltung der elektrischen Baugruppe 2100 ändern kann. Bei manchen Ausführungsformen beinhaltet die elektrische Baugruppe 2100 beispielsweise eine Anschlussfläche 2140 für eine optionale vierte Spule. In dem Beispiel von 21 ist diese vierte Spule nicht vorhanden, d. h. die vierte Spule ist nicht auf das Substrat 2108 „gestopft“. Dementsprechend kann die elektrische Baugruppe 2100 so betrieben werden, dass der Koppler 2136 blockiert ist, weil es keine dem Koppler 2136 gegenüberliegende Spule gibt. Falls andererseits stattdessen eine (nicht gezeigte) vierte Spule an der Spulenanschlussfläche 2140 vorhanden wäre, kann der Koppler 2136 befähigt sein, dabei zu helfen, Koppeln magnetischen Flusses von der ersten Spule 1102 zu dieser vierten Spule zu minimieren.
Im Folgenden werden Simulationen erörtert, die durch den Anmelder vorgenommen wurden, um verschiedene Kopplerausgestaltungen zu evaluieren. Die Simulationen zeigen signifikante Vorteile der hier offenbarten Kopplerausgestaltungen.
22 ist eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe 2200, die eine erste Spule 2202 und eine zweite Spule 2204 beinhaltet, die voneinander in einer Richtung 2206 getrennt sind. Die erste Spule 2202 ist der ersten Spule 1102 von 11 ähnlich und die zweite Spule 2204 ist der zweiten Spule 1104 von 11 ähnlich. Die elektrische Baugruppe 2200 beinhaltet acht Koppler 2208-2222, die um einen Randbereich der ersten Spule 2202 herum angeordnet sind. Jeder Koppler 2208-2222 kann selektiv freigeschaltet und blockiert werden, etwa durch Verwendung einer (nicht gezeigten) Schaltvorrichtung auf eine Weise, die der oben unter Bezugnahme auf 21 erörterten ähnlich ist.

Der Anmelder hat Computersimulationen der Leistungsfähigkeit der Koppler 2208-2222 durchgeführt. Die nachfolgende Tabelle 1 fasst die Ergebnisse der Simulationen zusammen. „L1“ ist die Induktivität der ersten Spule 2202; „L1-Q-Faktor“ ist ein Q-Faktor der ersten Spule 2202; „L1/L10“ repräsentiert die Induktivität der ersten Spule 2202, mit dem(den) spezifizierten Koppler(n) freigeschaltet, über der Induktivität der ersten Spule 2202, ohne freigeschaltete Koppler; „QL1/QL10“ repräsentiert den Q-Faktor der ersten Spule 2202, mit dem(den) spezifizierten Koppler(n) freigeschaltet, über der Induktivität der ersten Spule 2202, ohne freigeschaltete Koppler; und dS21 repräsentiert eine Änderung magnetischer Kopplung der ersten Spule 2202 zu der zweiten Spule 2204, mit dem(den) spezifizierten Koppler(n) freigeschaltet, relativ zu keinem freigeschalteten Koppler. TABELLE 1

Koppler Freigeschaltet	L1 (nH)	L1 Q-Faktor	L1/L10 (%)	QL1/QL10 (%)	dS21 (dB)
Keine Koppler freigeschaltet	2,43	12,99	100	100	0,00
Alle Koppler freigeschaltet	2,00	8,117	82,3	62,5	-5,85
Koppler 2220 freigeschaltet	2,36	11,84	97,1	91,1	-11,34
Koppler 2212 freigeschaltet	2,36	12,01	97,3	92,5	2,81
Koppler 2208 freigeschaltet	2,32	11,35	95,8	87,4	1,39
Koppler 2216 freigeschaltet	2,38	12,19	98,3	93,8	1,25
Koppler 2222 freigeschaltet	2,32	11,44	95,6	88,1	-7,61
Koppler 2218 freigeschaltet	2,38	12,09	98,0	93,1	-2,52
Koppler 2210 freigeschaltet	2,32	11,28	95,8	0	3,53
Koppler 2214 freigeschaltet	2,38	12,1	98,1	93,1	2,42
Koppler 2218 & 2222 freigeschaltet	2,29	11,01	94,3	84,8	-16,65

Tabelle 1 zeigt, dass die größte Reduktion magnetischer Kopplung der zweiten Spule 2204 von der ersten Spule 2202 mit freigeschalteten Kopplern zur Linken der ersten Spule 2202 erreicht wurde. Zusätzlich zeigt Tabelle 1, dass magnetische Kopplung erhöht wurde, wenn Koppler zur Rechten der ersten Spule 2202 freigeschaltet wurden. Somit lehrt Tabelle 1, dass ein Koppler zwischen der ersten Spule 2202 und der zweiten Spule 2204 angeordnet werden sollte, um eine größte Reduktion von Kopplung zu erreichen. Zusätzlich zeigt Tabelle 1, dass größere Reduktion von Kopplung mit nur Kopplern zur Linken der ersten Spule 2202 freigeschaltet erreicht werden kann, wodurch gelehrt wird, dass ein Koppler idealerweise die erste Spule 2202 nicht umgeben sollte oder dass Anteile eines Kopplers zur Rechten der ersten Spule 2202 signifikant von der ersten Spule 2202 verschoben sein sollten.
23 ist eine Draufsicht einer elektrischen Baugruppe 2300, die eine erste Spule 2302 und eine zweite Spule 2304 beinhaltet, die voneinander in einer Richtung 2306 getrennt sind. Die erste Spule 2302 ist der ersten Spule 1302 von 13 ähnlich und die zweite Spule 2304 ist der zweiten Spule 1304 von 13 ähnlich. Die elektrische Baugruppe 2300 beinhaltet acht Koppler 2308-2322, die um einen Randbereich der ersten Spule 2302 herum angeordnet sind. Jeder Koppler 2308-2322 kann selektiv freigeschaltet und blockiert werden, wie etwa eine Verwendung einer (nicht gezeigten) Schaltvorrichtung auf eine Weise, die der oben unter Bezugnahme auf 21 erörterten ähnlich ist.

Der Anmelder hat Computersimulationen der Leistungsfähigkeit der Koppler 2308-2324 durchgeführt. Die nachfolgende Tabelle 2 fasst die Ergebnisse der Simulationen zusammen. „L1“ ist die Induktivität der ersten Spule 2302; „L1-Q-Faktor“ ist ein Q-Faktor der ersten Spule 2302;„L1/L10“ repräsentiert die Induktivität der ersten Spule 2302, mit dem(den) spezifizierten Koppler(n) freigeschaltet, über der Induktivität der ersten Spule 2302, ohne freigeschaltete Koppler; „QL1/QL10“ repräsentiert den Q-Faktor der ersten Spule 2302, mit dem(den) spezifizierten Koppler(n) freigeschaltet, über der Induktivität der ersten Spule 2302, ohne freigeschaltete Koppler; und dS21 repräsentiert eine Änderung magnetischer Kopplung der ersten Spule 2302 zu der zweiten Spule 2304, mit dem(den) spezifizierten Koppler(n) freigeschaltet, relativ zu keinem freigeschalteten Koppler. Die Daten von Tabelle 2 lehren auch, dass die beste Leistungsfähigkeit erreicht wird, wenn nur Koppler zur Linken der ersten Spule 2302 freigeschaltet sind. TABELLE 2

Koppler Freigeschaltet	L1 (nH)	L1 Q-Faktor	L1/L10 (%)	QL1/QL10 (%)	dS21 (dB)
Keine Koppler freigeschaltet	2,43	12,99	100	100	0,00
Alle Koppler freigeschaltet	2,05	8,712	84,4	67,1	-4,36
Koppler 2320 freigeschaltet	2,36	12,9	97,3	99,3	-12,15
Koppler 2312 freigeschaltet	2,38	13,19	98,0	101,5	3,33
Koppler 2308 freigeschaltet	2,38	13,04	98,3	100,4	1,39
Koppler 2316 freigeschaltet	2,37	13,31	97,7	102,5	1,81
Koppler 2324 freigeschaltet	2,38	13,05	97,9	100,5	-3,8
Koppler 2318 freigeschaltet	2,38	13,09	98,1	100,8	-2,573
Koppler 2310 freigeschaltet	2,38	13,11	98,0	100,9	2,82
Koppler 2314 freigeschaltet	2,38	13,01	98,1	100,2	2,76
Koppler 2318 & 2320 freigeschaltet	2,32	12,29	95,8	94,6	-14,44

Es sei angemerkt, dass die Simulationen von Tabelle 1 und Tabelle 2 unter der Annahme durchgeführt wurden, dass die Schaltvorrichtungen, die die Koppler selektiv freischalten oder blockieren einen Widerstand von null aufweisen, d. h., dass die Schaltvorrichtungen ideal sind. Weitere Simulationen haben gezeigt, dass ein Schaltvorrichtungswiderstand die Kopplereffektivität reduzieren kann, wobei allerdings weiterhin eine signifikante Reduktion magnetischer Kopplung von zwei Spulen mit Schaltvorrichtungen, die realistische Widerstandswerte aufweisen, erreicht werden kann.
24 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 2400 zum Auslöschen magnetischen Flusses in einer elektrischen Baugruppe veranschaulicht. In einem Block 2402 wird ein erster magnetischer Fluss durch Fließenlassen eines ersten elektrischen Stroms durch eine erste Wicklung einer ersten Spule erzeugt. In einem Beispiel für Block 2402 wird ein erster magnetischer Fluss durch Fließenlassen eines ersten elektrischen Stroms durch eine erste Wicklung 112 einer ersten Spule 102 erzeugt (1). In einem Block 2404 wird der erste magnetische Fluss zum Induzieren eines zweiten elektrischen Stroms, der durch zumindest einen Anteil eines Kopplers fließt, der zwischen der ersten Spule und einer zweiten Spule angeordnet ist, verwendet. In einem Beispiel für Block 2404 wird der erste magnetische Fluss von der ersten Spule 102 zum Induzieren eines zweiten elektrischen Stroms über den Koppler 106 verwendet. In einem Block 2406 wird ein zweiter magnetischer Fluss aus dem zweiten elektrischen Strom, der durch den Koppler fließt, erzeugt. In einem Beispiel für Block 2406 wird ein zweiter magnetischer Fluss aus dem zweiten elektrischen Strom, der durch den Koppler 106 fließt, erzeugt. In einem Block 2408 wird der zweite magnetische Fluss verwendet, um den ersten magnetischen Fluss an einer zweiten Spule zumindest teilweise auszulöschen. In einem Beispiel für Block 2408 wird der zweite magnetische Fluss vom Koppler 106 verwendet, um magnetischen Fluss von der ersten Spule 102 an der zweiten Spule 104 zumindest teilweise auszulöschen.
Änderungen können an den obigen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang davon zu verlassen. Somit sei angemerkt, dass der in der obigen Beschreibung enthaltene und in den begleitenden Zeichnungen gezeigte Erfindungsgegenstand als veranschaulichend und nicht in einem einschränkenden Sinne interpretiert werden sollte. Die folgenden Ansprüche sollen hier beschriebene allgemeine und spezielle Merkmale sowie alle Aussagen über den Schutzumfang des vorliegenden Verfahrens und Systems abdecken, die sprachlich gesehen unter diese fallen könnten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62/874496 [0001]

Claims

Elektrische Baugruppe, die Folgendes umfasst: eine erste Spule, die eine erste um eine erste Wicklungsachse herumgewickelte Wicklung beinhaltet; eine zweite Spule, von der ersten Spule in einer ersten Richtung separiert; und einen Koppler, der zumindest teilweise in der ersten Richtung zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule angeordnet ist, wobei der Koppler zumindest einen Teil einer elektrischen Schaltung ausbildet, die ermöglicht, dass elektrischer Strom durch den Koppler fließt.
Elektrische Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Koppler die erste Spule nicht umgibt, wie man es sieht, wenn die elektrische Baugruppe im Querschnitt entlang einer Richtung der ersten Wicklungsachse betrachtet wird.
Elektrische Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Koppler bezüglich einer Teilungsachse der ersten Spule symmetrisch ist, die sich in einer zweiten Richtung erstreckt, die zumindest im Wesentlichen zu der ersten Richtung orthogonal ist.
Elektrische Baugruppe nach Anspruch 3, wobei: die erste Wicklungsachse zu jeder der ersten und der zweiten Richtung orthogonal ist; und die Teilungsachse die erste Wicklungsachse schneidet.
Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Koppler so ausgestaltet ist, dass: ein erster magnetischer Fluss, der sich aus einem ersten elektrischen Strom, der durch die erste Wicklung fließt, ergibt, einen zweiten elektrischen Strom induziert, der durch den Koppler fließt; und der zweite elektrische Strom, der durch den Koppler fließt, einen zweiten magnetischen Fluss induziert, der zumindest teilweise den ersten magnetischen Fluss an der zweiten Spule auslöscht.
Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: die erste Wicklung ein erstes Gebiet umschließt, wie man es sieht, wenn die elektrische Baugruppe im Querschnitt entlang der Richtung der ersten Wicklungsachse betrachtet wird; der Koppler einen ersten Anteil und einen zweiten Anteil beinhaltet; der erste Anteil innerhalb des ersten Gebiets angeordnet ist, wie man es sieht, wenn die elektrische Baugruppe im Querschnitt entlang der Richtung der ersten Wicklungsachse betrachtet wird; und der zweite Anteil außerhalb des ersten Gebiets angeordnet ist, wie man es sieht, wenn die elektrische Baugruppe im Querschnitt entlang der Richtung der ersten Wicklungsachse betrachtet wird.
Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner eine Schaltvorrichtung umfasst, die elektrisch mit dem Koppler gekoppelt ist, so dass Fluss von elektrischem Strom durch den Koppler durch Steuern eines Betriebszustands der Schaltvorrichtung gesteuert werden kann.
Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Spule und die zweite Spule auf einer gemeinsamen Leiterplatte ausgebildet sind.
Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Spule und die zweite Spule in einer gemeinsamen integrierten Schaltung ausgebildet sind.
Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die ferner eine dritte Spule umfasst, wobei zumindest ein Teil des Kopplers zwischen der ersten Spule und der dritten Spule angeordnet ist.
Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die erste Wicklung in einer Spiralform um die erste Wicklungsachse herum gewickelt ist.
Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die erste Spule eine Differenzspule ist.
Elektrische Baugruppe, die Folgendes umfasst: eine erste Spule, die eine erste um eine erste Wicklungsachse herumgewickelte Wicklung beinhaltet, die sich in einer ersten Richtung erstreckt; eine zweite Spule, von der ersten Spule separiert; und einen Koppler, der zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule angeordnet ist und zumindest einen Teil einer elektrischen Schaltung ausbildet, wobei die elektrische Schaltung zumindest eine Teilwindung um eine zusätzliche Wicklungsachse, die sich in einer zweiten Richtung erstreckt, die sich von der ersten Richtung unterscheidet, herum ausbildet.
Elektrische Baugruppe nach Anspruch 13, wobei die zweite Richtung im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Richtung ist.
Elektrische Baugruppe nach Anspruch 13 oder 14, wobei sich die erste Spule, die zweite Spule und der Koppler jeweils nicht gegenseitig überlappen, wie man es sieht, wenn die elektrische Baugruppe im Querschnitt entlang der ersten Richtung betrachtet wird.
Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 13 bis 15, die ferner eine Schaltvorrichtung umfasst, die elektrisch mit dem Koppler gekoppelt ist, so dass Fluss von elektrischem Strom durch den Koppler durch Steuern eines Betriebszustands der Schaltvorrichtung gesteuert werden kann.
Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die erste Spule und die zweite Spule auf einer gemeinsamen Leiterplatte ausgebildet sind.
Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die erste Spule und die zweite Spule in einer gemeinsamen integrierten Schaltung ausgebildet sind.
Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 13 bis 18, die ferner eine dritte Spule umfasst, wobei zumindest ein Teil des Kopplers zwischen der ersten Spule und der dritten Spule angeordnet ist.
Verfahren zum Auslöschen von magnetischem Fluss in einer elektrischen Baugruppe, das Folgendes umfasst: Erzeugen eines ersten magnetischen Flusses durch Fließenlassen eines ersten elektrischen Stroms durch eine erste Wicklung einer ersten Spule; Verwenden des ersten magnetischen Flusses zum Induzieren eines zweiten elektrischen Stroms, der durch zumindest einen Anteil eines Kopplers fließt, der zwischen der ersten Spule und einer zweiten Spule angeordnet ist; Erzeugen eines zweiten magnetischen Flusses aus dem zweiten elektrischen Strom, der durch den Koppler fließt; und Verwenden des zweiten magnetischen Flusses zum zumindest teilweisen Auslöschen des ersten magnetischen Flusses an der zweiten Spule.