DE102022113571A1 - Kernloser planarer Übertrager - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen planaren Übertrager, welcher eine parallel zu einer gemeinsamen Ebene angeordnete Abfolge von mehreren Lagen, bei welcher eine leitfähige Lage und eine isolierende Lage jeweils abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind, sodass zwischen jeweils zwei leitfähigen Lagen jeweils eine isolierende Lage angeordnet ist, undeine Mehrzahl von galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen sowie eine Mehrzahl von Leiterwicklungen umfasst. Jeder Stromkreis umfasst wenigstens eine Leiterwicklung. Jede Leiterwicklung ist jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend jeweils als Leiterbahnstruktur einer leitfähigen Lage ausgebildet. Der planare Übertrager zeichnet sich dadurch aus, dass er ein magnetkernloser Übertrager ist und zumindest eine parallel zu der gemeinsamen Ebene angeordnete erste Schirmfläche aufweist, welche zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage ausbildet und zum elektromagnetischen Abschirmen zumindest einer der Mehrzahl von Leiterwicklungen gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers ausgebildet ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen planaren Übertrager, welcher eine parallel zu einer gemeinsamen Ebene angeordnete Abfolge von mehreren Lagen aufweist, bei welcher eine leitfähige Lage und eine isolierende Lage jeweils abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind, sodass zwischen jeweils zwei leitfähigen Lagen jeweils eine isolierende Lage angeordnet ist. Der planare Übertrager umfasst ferner eine Mehrzahl von galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen sowie eine Mehrzahl von Leiterwicklungen. Jeder Stromkreis umfasst wenigstens eine Leiterwicklung und jede Leiterwicklung ist jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend jeweils als Leiterbahnstruktur einer leitfähigen Lage ausgebildet.
• Aus dem Stand der Technik sind Übertrager, einschl. Transformatoren, zur galvanisch getrennten Übertragung von Leistung, von Energie und/oder von Daten-, Informations- und/oder anderen Signalen bekannt. Diese aus dem Stand der Technik bekannten Übertrager werden üblicherweise entweder durch Bewicklung eines geschlossenen Kerns, beispielsweise eines Ringkerns, mit einem elektrischen Leiter gebildet oder durch Einbringen mehrerer Kernteile in einen Wickelkörper oder in eine Leiterplatte, der bzw. die die notwendigen Leiterwicklungen enthält. Die Kernteile werden anschließend, in der Regel durch Kleben oder Klammern, mechanisch zu einem geschlossenen Körper zusammengefügt. Heutzutage besitzen Übertrager oftmals einen Aufbau in Planartechnik, typischerweise in Leiterplattentechnologie, und Leiterwicklungen in Multilayertechnik.
• Die EP 0 715 322 A1 beschreibt z.B. einen Übertrager bzw. Transformator, dessen Leiterbahnen vollständig in Planartechnik mit Lagenaufbau gefertigt ist, bei dem die Leiterwicklungen in einer zu einem Stück zusammengefügten Leiterplatte untergebracht sind, die von einem geschlossenen Magnetkern umgeben wird.
• Die EP 2 637 183 A2 beschreibt z.B. einen planaren Übertrager bzw. Planarübertrager, der sich folglich durch eine grundsätzlich flache Bauweise auszeichnet, wobei sich der dort beschriebene aus zwei planaren magnetischen Körpern und zwei galvanisch getrennten Wicklungen zusammensetzt. Durch die Verwendung von zwei magnetischen Körpern, die als Kernteile aufwändig miteinander verbunden werden müssen, ergibt sich jedoch eine dennoch verhältnismäßig große Bauhöhe.
• Die EP 3 576 113 B1 betrifft einen Planartransformator mit einem Magnetkern und mit einer ersten Wicklung, einer zweiten Wicklung sowie einer dritten und vierten Wicklung, die zwischen der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung angeordnet sind. Die dritte und vierte Wicklung umfassen jeweils eine Abschirmwindung, die mindestens 30 Prozent von einem Wicklungsfenster des Planartransformators abdeckt. Die Abschirmwindungen sind so angeordnet, dass sie zusammen mindestens 50 Prozent des Wicklungsfensters abdecken, wobei eine der Abschirmwindungen auf der inneren Hälfte des Wicklungsfensters und die andere der Abschirmwindungen an der äußeren Hälfte des Wicklungsfensters angeordnet ist. Die Wicklungen sind dabei um Öffnungen, die den Magnetkern aufnehmen, herumgewickelt.
• Die CN 111883345 A beschreibt einen Planartransformator mit einer Sekundärspulenschicht, einer ersten und zweiten Abschirmschicht und einer Primärspulenschicht, die alle auf einer Leiterplatte angeordnet sind. Die Sekundärspulenschicht umfasst zumindest einen Teil einer Sekundärspule mit einem sekundären statischen Punktende. Die erste Abschirmschicht umfasst N1 Kreise von ersten Abschirmspulenabschnitten, von denen jeder ein erstes abschirmendes statisches Punktende und ein erstes freies abschirmendes Ende umfasst. Die zweite Abschirmschicht umfasst einen zweiten Abschirmspulenabschnitt von N2 Kreisen, der ein zweites abschirmendes statisches Punktende und ein zweites freies abschirmendes Ende umfasst. Die einzelnen Schichten haben Öffnungen zum Aufnehmen eines Transformatorkerns.
• Vor dem Hintergrund des Standes der Technik ist es zumindest eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen planaren Übertrager aufzuzeigen, der bei einem schichtartigen Aufbau mit einer Mehrzahl von darin angeordneten, galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen besonders kompakt aufgebaut und mit besonders geringer Bauhöhe ausgestattet ist, wobei die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) unter Einhaltung der geforderten Mindestabstände bezüglich der elektrischen Isolation zusätzlich zu einer weiteren Reduzierung der Bauhöhe verbessert wird. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, EMV-basierte Störaussendungen und Störeinkopplungen zu reduzieren und für eine geringe kapazitive Kopplung zwischen den jeweiligen Leiterwicklungen zu sorgen.
• Die Lösung der Erfindung ist durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 wiedergegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der weiteren Merkmale der Unteransprüche.
• Dementsprechend betrifft die Lösung gemäß der Erfindung einen planaren Übertrager, der eine parallel zu einer gemeinsamen Ebene angeordnete Abfolge von mehreren Lagen, bei welcher eine leitfähige Lage und eine isolierende Lage jeweils abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind, sodass zwischen jeweils zwei leitfähigen Lagen jeweils eine isolierende Lage angeordnet ist, und eine Mehrzahl von galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen sowie eine Mehrzahl von Leiterwicklungen umfasst. Jeder Stromkreis umfasst wenigstens eine Leiterwicklung. Jede Leiterwicklung ist jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend als Leiterbahnstruktur einer leitfähigen Lage ausgebildet. Der planare Übertrager zeichnet sich dadurch aus, dass er ein magnetkernloser Übertrager ist und zumindest eine parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufende erste Schirmfläche aufweist. Die erste Schirmfläche bildet zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage aus und ist ferner zum elektromagnetischen Abschirmen zumindest einer der Mehrzahl von Leiterwicklungen gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers ausgebildet.
• Der planare Übertrager erstreckt sich über eine Fläche, deren Länge und Breite um ein Vielfaches größer als die Höhe, in die sich der planare Übertrager erstreckt, bzw. als die Dicke des planaren Übertragers sind. Die von dem planaren Übertrager umfasste Abfolge von mehreren Lagen umfasst mindestens zwei leitfähige Lagen und mindestens eine zwischen diesen angeordnete isolierende Lage. Insbesondere weist die Abfolge von mehreren Lagen jedoch mindestens vier leitfähige Lagen auf, und zwar zwei leitfähige Außenlagen und eine Mehrzahl von leitfähigen Innenlagen, die von den leitfähigen Außenlagen jeweils umgeben sind.
• Dadurch dass der erfindungsgemäße planare Übertrager keinen magnetischen Kern umfasst, kann er besonders klein und kompakt ausgestaltet sein. So muss weder Platz für den magnetischen Kern selbst in dem planaren Übertrager vorgesehen werden, was in der Regel gleichbedeutend mit einer größeren Höhe des planaren Übertragers ist, noch müssen in den einzelnen Lagen des planaren Übertragers Öffnungen für einen durchdringenden magnetischen Kern vorgesehen werden. Die Leiterwicklungen der galvanisch voneinander getrennten Stromkreise des planaren Übertragers sind folglich nicht um einen Teilbereich eines Magnetkerns gewickelt, wie dies üblicherweise der Fall ist. Dies hat u.a. den Vorteil einer größeren nutzbaren Fläche der jeweiligen leitfähigen Lagen, sodass beispielsweise galvanisch voneinander getrennte Leiterwicklungen derselben leitfähigen Lage auch nebeneinander angeordnet sein können, solange die geforderten Mindestisolationsabstände eingehalten werden. Die Leiterwicklungen des erfindungsgemäßen planaren Übertragers sind allesamt als Leiterbahnstrukturen einer jeweiligen leitfähigen Lage des planaren Übertragers ausgebildet, was den planaren Übertrager u.a. kostengünstiger macht. Die Anforderungen an eine elektrische Isolation, z.B. die Einhaltung von geforderten Luft- und Kriechstrecken, werden dabei stets berücksichtigt. Der erfindungsgemäße planare Übertrager stellt somit einen Leiterplattenübertrager dar, dessen leitfähige Lagen, welche zumindest die als Leiterbahnstrukturen ausgebildeten Leiterwicklungen und ggf. auch weitere Leiterbahnen umfassen, als Leiterplatten bzw. Leiterplattenschichten aufgefasst werden können. Insbesondere kann der planare Übertrager beispielsweise eine mehrschichtige Leiterplatte (PCB) sein.
• Die Verwendung von zumindest einer ersten Schirmfläche, insbesondere von mehreren Schirmflächen, verbessert die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des planaren Übertragers und verringert sowohl eine von dem planaren Übertrager ausgehende elektromagnetische Abstrahlung, d.h. eine elektromagnetische Störausstrahlung, als auch eine elektromagnetische oder elektrische Störeinkopplung von außen in den planaren Übertrager. Eine jeweilige Schirmfläche, einschließlich der ersten Schirmfläche, bildet dabei stets zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage des planaren Übertragers aus und bewirkt in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Anordnung innerhalb des planaren Übertragers eine elektromagnetische Abschirmung zumindest einer Leiterwicklung gegenüber dem Bereich außerhalb des planaren Übertragers.
• Dabei ist die erste Schirmfläche, und vorzugsweise auch jede weitere Schirmfläche des planaren Übertragers insbesondere jeweils als zumindest ein Teil einer leitfähigen Lage zum elektromagnetischen Abschirmen so angeordnet, dass sie zumindest eine Leiterwicklung derselben leitfähigen Lage zumindest teilweise umgibt, was zu einem elektromagnetischen Abschirmen der Leiterwicklung in im Wesentlichen radialer Richtung führt, und/oder dass sie zumindest eine Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage zumindest teilweise bedeckt, was zu einem elektromagnetischen Abschirmen der Leiterwicklung in einer Richtung senkrecht zur jeweiligen, die Leiterwicklung umfassenden leitfähigen Lage führt. D.h. die von einer jeweiligen Schirmfläche abzuschirmende Leiterwicklung kann ein Teil der gleichen leitfähigen Lage, welche auch die Schirmfläche umfasst, oder auch ein Teil einer anderen leitfähigen Lage sein. So kann die erste Schirmfläche bzw. eine jeweilige weitere Schirmfläche beispielsweise in einem äußeren Bereich einer leitfähigen Lage angeordnet sein und zumindest teilweise eine Leiterwicklung derselben leitfähigen Lage, d.h. einer diese Leiterwicklung und die Schirmfläche umfassenden leitfähigen Lage, umgeben, wobei die Schirmfläche diese Leiterwicklung insbesondere zumindest teilweise flächig in Umfangsrichtung umgibt und diese in radialer Richtung nach außen hin begrenzt und somit entsprechend elektromagnetisch abschirmt. Ergänzend oder auch alternativ dazu kann die erste Schirmfläche bzw. eine jeweilige Schirmfläche zumindest eine Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage, welche die Schirmfläche nicht umfasst, elektromagnetisch abschirmen, indem sie diese Leiterwicklung zumindest teilweise, insbesondere vollständig, bedeckt, und zwar bei einer Draufsicht auf die jeweiligen Lagen des planaren Übertragers, d.h. senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen bzw. senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Abfolge der Lagen. In diesem Fall schirmt die Schirmfläche die Leiterwicklung im Wesentlichen in einer Richtung senkrecht zur Schirmfläche hin nach außen elektromagnetisch ab. Dabei kann der planare Übertrager beispielsweise derart ausgebildet sein, dass die erste Schirmfläche und jede weitere Schirmfläche jeweils zwischen zumindest 70 Prozent bis zu 100 Prozent der durch die Außenkonturen einer jeweiligen Leiterwicklung aufgespannten Fläche bedeckt.
• Aus den zuvor aufgeführten Merkmalen einer ersten und einer jeweiligen weiteren Schirmfläche geht hervor, dass eine Schirmfläche im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht mit einer leitfähigen Lage gleichzusetzen ist, die vollständig bzw. ausschließlich eine Abschirmschicht aus elektrisch leitfähigem Material ausbildet, sich parallel zu den die Leiterwicklungen tragenden Schichten eines Übertragers erstreckt und eine Abschirmung über die gesamte Fläche des planaren Übertragers nach außen hin bewirkt. *
• In Weiterbildung kann bei einem erfindungsgemäßen planaren Übertrager, dessen Abfolge von mehreren Lagen zwei leitfähige Außenlagen und eine Mehrzahl von leitfähigen Innenlagen, die von den leitfähigen Außenlagen jeweils umgeben sind, umfasst, vorgesehen sein, dass die erste Schirmfläche und wenigstens eine Leiterwicklung jeweils einen Teil einer selben der leitfähigen Innenlagen des planaren Übertragers ausbilden, wobei die erste Schirmfläche die wenigstens eine Leiterwicklung zumindest teilweise umgibt, und zwar in Umfangsrichtung zumindest teilweise umgibt bzw. begrenzt. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die erste Schirmfläche zumindest einen Teil einer der zwei leitfähigen Außenlagen des planaren Übertragers ausbildet, wobei die erste Schirmfläche zumindest eine Leiterwicklung dieser leitfähigen Außenlage zumindest teilweise umgibt und/oder zumindest eine Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage, d.h. einer nicht die erste Schirmfläche umfassende leitfähigen Lage, zumindest teilweise bedeckt.
• Weiterhin kann der erfindungsgemäße planare Übertrager auch beispielsweise eine zweite Schirmfläche aufweisen, wobei die erste Schirmfläche und die zweite Schirmfläche einen Teil derselben leitfähigen Lage ausbilden und voneinander elektrisch isoliert sind. Die erste und die zweite Schirmfläche können insbesondere jeweils dazu ausgebildet sein, dieselbe Leiterwicklung oder verschiedene Leiterwicklungen anderer leitfähiger Lagen zumindest teilweise zu bedecken und diese somit in Richtung senkrecht zur jeweiligen leitfähigen Lage nach außen hin elektromagnetisch abzuschirmen. Ferner können die erste und/oder die zweite Schirmfläche jeweils dazu ausgebildet sein, dieselbe Leiterwicklung oder auch verschiedene Leiterwicklungen zumindest teilweise zu umgeben und in radialer Richtung nach außen hin elektromagnetisch abzuschirmen.
• Ergänzend oder alternativ dazu kann der erfindungsgemäße planare Übertrager auch beispielsweise eine dritte Schirmfläche aufweisen, welche zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage ausbildet und mit einer Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage über eine Durchkontaktierung elektrisch verbunden ist. Demnach kann an die dritte Schirmfläche und an die mit dieser verbundenen leitfähigen Lage dasselbe Potential angelegt werden.
• In einer Weiterbildung kann der planare Übertrager zumindest eine weitere Schirmfläche aufweisen, wobei die erste Schirmfläche und die zumindest eine weitere Schirmfläche zumindest einen Teil jeweils einer von mindestens zwei verschiedenen leitfähigen Lagen ausbilden und über mindestens eine Durchkontaktierung miteinander verbunden sind. Die mindestens eine Durchkontaktierung kann z.B. in etwa der Mitte der jeweiligen zwei verschiedenen leitfähigen Lagen des planaren Übertragers oder in einem Außenbereich der jeweiligen zwei verschiedenen leitfähigen Lagen angeordnet sein. Vorzugsweise sind die erste und die zumindest eine weitere Schirmfläche über eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen miteinander verbunden.
• Weiterhin kann zumindest die erste Schirmfläche des planaren Übertragers eine Unterbrechung, insbesondere einen Schlitz, aufweisen. Durch einen auf einer Schirmfläche ausgebildeten Schlitz können Wirbelströme abgeschwächt werden, durch welche Verluste bei der Signal- und/oder Energieübertragung hervorgerufen werden.
• Weiterhin kann der planare Übertrager zusätzlich zu der ersten Schirmfläche, und auch zusätzlich oder alternativ zu der zweiten Schirmfläche, zumindest eine weitere Schirmfläche aufweisen, wobei jede weitere Schirmfläche des planaren Übertragers jeweils zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage ausbildet derart, dass jede leitfähige Lage des planaren Übertragers jeweils mindestens eine Schirmfläche umfasst, welche zumindest eine Leiterwicklung derselben leitfähigen Lage zumindest teilweise umgibt und/oder zumindest eine Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage zumindest teilweise bedeckt. Ergänzend oder alternativ dazu bildet jede weitere Schirmfläche des planaren Übertragers jeweils zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage derart aus, dass eine Summe der Flächen der ersten Schirmfläche und jeder weiteren Schirmfläche des planaren Übertragers mindestens einer Summe der durch die Außenkonturen der jeweiligen Leiterwicklungen des planaren Übertragers aufgespannten Flächen entspricht. Der Einsatz von möglichst vielen Schirmflächen innerhalb des planaren Übertragers, die jeweils zum elektromagnetischen Abschirmen zumindest einer Leiterwicklung entsprechend angeordnet sind, führt zu einer verbesserten EMV des planaren Umformers, d.h. zu einem geringeren Einfluss von elektromagnetischen und elektrischen Störabstrahlungen und Störeinkopplungen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn Schirmflächen in den äußeren Bereichen der jeweiligen leitfähigen Lagen, insbesondere der leitfähigen Innenlagen, angeordnet sind, sodass sie die Leiterwicklungen derselben leitfähigen Lagen zumindest teilweise umgeben und in Umfangsrichtung nach außen hin begrenzen. Ferner ist dies der Fall, wenn Schirmflächen zumindest einen Teil der leitfähigen Außenlagen des planaren Übertragers ausbilden, sodass sie zumindest die leitfähigen Lagen der Abfolge von Lagen jeweils in einer Richtung senkrecht zur Fläche der jeweiligen leitfähigen Lagen begrenzen. Unter der Voraussetzung einer solchen Anordnung von Schirmflächen mit möglichst effektiver Abschirmwirkung von Leiterwicklungen gilt somit, dass der planare Übertrager gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers, d.h. gegenüber der Außenwelt, umso effektiver abgeschirmt wird, je größer die Summe der von den Schirmflächen des planaren Übertragers jeweils eingenommenen Flächen ist.
• In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen planaren Übertragers umfasst eine leitfähige Lage, insbesondere eine leitfähige Innenlage, zwei galvanisch getrennte Leiterwicklungen, welche nebeneinander angeordnet sind. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass aufgrund des fehlenden Magnetkerns mehr Fläche der jeweiligen leitfähigen Lagen genutzt werden kann. Dadurch, dass zwei galvanisch getrennte Leiterwicklungen auf derselben Lage angeordnet sind, ergibt sich eine geringe kapazitive Kopplung der Wicklungen. Dies trägt dazu bei, die EMV des planaren Übertragers zu verbessern, insbesondere EMV-Störaussendungen, zu reduzieren und die Empfindlichkeit gegenüber Störeinkopplungen zu erhöhen.
• Alternativ oder in Kombination dazu sind galvanisch voneinander getrennte Leiterwicklungen zweier verschiedener leitfähiger Lagen, welche nur durch eine dazwischen angeordnete isolierende Lage voneinander getrennt sind, so angeordnet, dass sie sich an keiner Stelle gegenseitig bedecken. Unter dem Begriff der Leiterwicklung ist im Rahmen der Erfindung der „gewickelte Teil“ einer Leiterbahnstruktur zu verstehen. Eine etwaige als Leiterbahnstruktur ausgebildete Anschlussleitung zum Verbinden einer Leiterwicklung mit einem Anschluss ist hingegen nicht von einer Leiterwicklung im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst. D.h. galvanisch voneinander getrennte Leiterwicklungen, insbesondere Leiterwicklungen von unmittelbar aufeinanderfolgenden leitfähigen Lagen mit nur einer dazwischen angeordneten isolierenden Lage, sind vorteilhafterweise stets so angeordnet, dass sie sich bei einer Draufsicht auf die Abfolge der Lagen, d.h. in Richtung senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen bzw. senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Abfolge der Lagen, nicht direkt übereinander befinden. Jedoch kann es zu einer geringfügigen Überlappung zwischen einer Leiterwicklung einer leitfähigen Lage und einer Anschlussleitung einer anderen leitfähigen Lage mit dazwischenliegender isolierender Lage kommen. In diesem Fall befinden sich ein geringfügiger Bereich einer Leiterwicklung einer leitfähigen Lage und ein Teil einer Anschlussleitung einer anderen leitfähigen Lage bei einer Draufsicht auf die Abfolge der Lagen, d.h. in Richtung senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen, direkt übereinander und bedecken sich gegenseitig. Da dieser Überlappungsbereich aber sehr klein ist, sind damit keine wesentlichen Einschränkungen hinsichtlich der EMV des planaren Übertragers verbunden. Insgesamt betrachtet kann auf die zuvor beschriebene Weise die kapazitive Kopplung zwischen den entsprechenden Leiterwicklungen bzw. deren Windungen reduziert werden, was folglich einen Beitrag zur Verbesserung der EMV des planaren Übertragers leistet.
• Jedoch ist in einer weiteren Ausgestaltung des planaren Übertragers gemäß der Erfindung auch denkbar, dass galvanisch getrennte Leiterwicklungen, die sich auf unmittelbar aufeinanderfolgenden leitfähigen Lagen, d.h. mit nur einer dazwischen angeordneten isolierenden Lage, befinden, zumindest teilweise direkt übereinander angeordnet sind. In diesem Fall können andere Faktoren, z.B. der Platzbedarf der Leiterwicklungen, die Gütefaktoren der Windungen der Leiterwicklungen und der damit einhergehende Wirkungsgrad, positiv beeinflusst werden, um auf diese alternative Weise für eine Verbesserung der EMV des planaren Übertragers zu sorgen.
• Ergänzend oder alternativ dazu kann in einer Weiterbildung des planaren Übertragers zumindest einer, vorzugsweise jeder, der galvanisch voneinander getrennten Stromkreise des planaren Übertragers zwei Leiterwicklungen umfassen, welche symmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch, zueinander aufgebaut sind. Insbesondere im Fall, dass jeder Stromkreis des planaren Übertragers symmetrisch aufgebaute Leiterwicklungen umfasst, können Gleichtaktstörungen, wie sie z.B. bei Störeinkopplungen auf mit dem planaren Übertrager verbundene Schaltungsteile auftreten können, von Übertrager nicht übertragen bzw. weitergeleitet werden.
• Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der erfindungsgemäße magnetkernlose planare Übertrager eine Anordnung galvanisch getrennter Leiterwicklungen nebeneinander und über mehrere Lagen bzw. Schichten hinweg ermöglicht, die zu einer geringen kapazitiven Kopplung der Leiterwicklungen führt. Ferner ermöglicht eine jeweilige Schirmfläche von vorzugsweise mehreren Schirmflächen, welche zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage ausbildet und insbesondere in einem Außenbereich einer leitfähigen Lage angeordnet ist und/oder zumindest einen Teil einer leitfähigen Außenlage ausbildet, eine elektromagnetische Abschirmung gegenüber dem Bereich außerhalb des Übertragers, indem sie zumindest eine Leiterwicklung des planaren Übertragers nach außen hin elektromagnetisch abschirmt.
• Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad und damit verbunden eine hohe Wicklungsgüte und eine hohe magnetische Kopplung zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn die von dem planaren Übertrager zu übertragenden Signale eine Frequenz im zweistelligen MHz-Bereich, z.B. 50 MHz, aufweisen. Der erfindungsgemäße planare Übertrager ist insbesondere für Anwendungen geeignet, bei denen eine galvanische Trennung der Leiterwicklungen mit moderatem Leistungsbedarf erforderlich ist. Beispiele hierfür sind u.a. Sensorschaltungen und Ansteuerungen von Halbleiterbauelementen wie Leistungs-Feldeffekttransistoren und Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, sog. IGBTs.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen davon sowie der dazugehörigen Figuren deutlich. Es zeigen:
• 1: eine schematische Darstellung eines beispielhaften Aufbaus einer mehrschichtigen Leiterplatte gemäß dem Stand der Technik,
• 2: eine schematische Darstellung der einzelnen Lagen eines planaren Übertragers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
• 3: eine schematische Darstellung der einzelnen Lagen eines planaren Übertragers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
• 4: eine schematische Darstellung der einzelnen Lagen eines planaren Übertragers gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, und
• 5: eine schematische Darstellung der einzelnen Lagen eines planaren Übertragers gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Aufbaus einer mehrschichtigen Leiterplatte gemäß dem Stand der Technik, wobei ein solcher Aufbau auch für einen planaren Übertrager im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die in 1 skizzierte mehrschichtige Leiterplatte umfasst eine parallel zu einer gemeinsamen Ebene angeordnete beispielhafte Abfolge von vier leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 und fünf isolierenden Lagen 8. Die leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 sind üblicherweise, wie auch in dem dargestellten Beispiel, aus Kupfer hergestellt. Die isolierenden Lagen 8 umfassen sogenannte Kerne bzw. Cores oder Prepregs, welche jeweils ein mit Harz getränktes Glasgewebe beschreiben. Bei der in 1 gezeigten Abfolge sind eine leitfähige Lage 1, 2, 3, 4 und eine isolierende Lage 8 jeweils abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet, sodass sich zwischen jeweils zwei der leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 jeweils eine isolierende Lage 8, die zumindest ein sogenanntes Prepreg umfasst, befindet. Die leitfähigen Lagen 1 und 4 bilden leitfähige Außenlagen und umgeben die leitfähigen Lagen 2 und 3, welche somit als leitfähige Innenlagen bezeichnet werden. In dem Ausführungsbeispiel der 1 stellt die zwischen den leitfähigen Innenlagen 2, 3 angeordnete isolierende Lage 8 den sogenannten Kern der mehrschichtigen Leiterplatte dar, welcher als ein zwischen den zwei als Kupferfolien ausgebildeten leitfähigen Innenlagen 2, 3 vorverpresster und ausgehärteter Prepreg ausgebildet ist. Die zwischen einer leitfähigen Innenlage 2, 3 und einer leitfähigen Außenlage 1, 4 jeweils angeordneten isolierenden Schichten 8 bzw. Prepregs können je nach Anwendungsbereich unterschiedliche Dicken aufweisen. Auf den leitfähigen Außenlagen 1, 4 ist im Beispiel der 1 jeweils eine isolierende Schicht 8 angeordnet, welche als ein auf die jeweiligen leitfähigen Außenlagen 1, 4 aufgebrachter Lötstopplack ausgebildet ist. In einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform einer mehrschichtigen Leiterplatte mit vier leitfähigen Lagen können jedoch auch beispielsweise zwei Kerne mit einem zwischen den zwei Kernen angeordneten Prepreg als isolierende Lage angeordnet sein. Ferner ist auch denkbar, dass eine oder mehrere der isolierenden Lagen aus beispielsweise zwei oder mehr Prepregs bzw. Teilschichten aufgebaut ist, wenn dies für den vorgesehenen Anwendungsbereich zweckdienlich ist, beispielsweise um erhöhte Isolationsanforderungen sicherzustellen.
• 2 zeigt eine schematische Darstellung eines planaren Übertragers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der planare Übertrager 10 eine parallel zu einer gemeinsamen Ebene angeordnete Abfolge von mehreren Lagen, im Beispiel der 2 vier leitfähige Lagen 1, 2, 3, 4 und zumindest drei isolierende Lagen (nicht in 2 gezeigt), umfasst. Die vier leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 des planaren Übertragers 10 sind in 2 jeweils einzeln gezeigt, wobei die in den 2-5 jeweils dargestellte rechteckige Umrandung eine jeweilige Ebene symbolisiert, in welcher die jeweilige leitfähige Lage 1, 2, 3, 4 jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend angeordnet ist. Der planare Übertrager 10 ist anhand der Zusammensetzung dieser vier leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 in 2 unten rechts skizziert. Dabei wurde der Übersichtlichkeit halber auf eine Darstellung jeweils einer zwischen den leitfähigen Lagen 1 und 2, den leitfähigen Lagen 2, 3 sowie den leitfähigen Lagen 3 und 4 angeordneten isolierenden Lage verzichtet. Der in 2 skizzierte Aufbau des planare Übertragers 10 entspricht jedoch grundsätzlich im Wesentlichem einem in 1 skizzierten Aufbau, bei dem eine leitfähige Lage 1, 2, 3, 4 und eine isolierende Lage 8 jeweils abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind, sodass zwischen jeweils zwei leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 jeweils eine isolierende Lage 8 angeordnet ist. Eine zwischen jeweils zwei leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 angeordnete isolierende Lage kann aus einem Prepreg, aber auch aus zwei oder mehr Prepregs aufgebaut sein, wobei sich die jeweiligen Prepregs in ihrer Dicke voneinander unterscheiden können, aber nicht müssen. Die zwei leitfähigen Lagen 1 und 4 sind im Beispiel der 2 die äußeren leitfähigen Lagen 1, 4 des planaren Übertragers 10, begrenzen folglich zumindest die in der Abfolge umfassten leitfähigen Lagen und werden im Folgenden daher auch als leitfähige Außenlagen 1, 4 bezeichnet. Die leitfähigen Lagen 2 und 3 hingegen werden von den leitfähigen Außenlagen 1, 4 jeweils umgeben und werden daher im Folgenden auch als leitfähige Innenlagen des planaren Übertragers 10 bezeichnet. Grundsätzlich kann der planare Übertrager 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung neben den zwei leitfähigen Außenlagen 1, 4 jedoch auch eine Mehrzahl von leitfähigen Innenlagen, d.h. insbesondere auch mehr als zwei leitfähige Innenlagen, welche von diesen leitfähigen Außenlagen 1, 4 umgeben sind, aufweisen. Zudem können optional auch zwei weitere, die zwei leitfähigen Außenlagen 1, 4 nach außen hin begrenzende isolierende Lagen vorgesehen sein, welche insbesondere als Lötstopplack ausgebildet sein können und die leitfähigen Außenlagen 1, 4 jeweils bedecken, wie in 1 beispielhaft dargestellt.
• Der erfindungsgemäße planare Übertrager 10 umfasst zudem eine Mehrzahl von galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen, gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform zwei galvanisch voneinander getrennte Stromkreise I1, I2, und eine Mehrzahl von Leiterwicklungen 21, 22, 31, 32. Jeder der zwei Stromkreise I1, I2 umfasst wenigstens eine Leiterwicklung, im Beispiel der 2 jeweils zwei Leiterwicklungen 21, 31 bzw. 22, 32, wobei jede Leiterwicklung jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend als Leiterbahnstruktur 55 einer leitfähigen Lage ausgebildet ist. Gemäß 2 umfasst der erste Stromkreis I1 die Leiterwicklungen 21, 31 und der zweite Stromkreis I2 die beispielhaft in Form eines „Tennisschlägers“ ausgebildeten Leiterwicklungen 22, 32, wobei die Leiterwicklungen 21, 22, jeweils als Leiterbahnstrukturen 55 der leitfähigen Innenlage 2 und die Leiterwicklungen 31, 32 jeweils als Leiterbahnstrukturen 55 der leitfähigen Innenlage 3 ausgebildet sind. Im zusammengebauten Zustand des planaren Übertragers 10 sind sowohl die Leiterwicklungen 21, 22 der leitfähigen Innenlage 2 als auch die Leiterwicklungen 31, 32 der leitfähigen Innenlage 3 galvanisch voneinander getrennt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die insbesondere aus Kupferfolie ausgestanzten Leiterbahnstrukturen, welche jeweils Leiterwicklungen eines Stromkreises des planaren Übertragers ausbilden, im Rahmen der Herstellung des planaren Übertragers mit zumindest einer isolierenden Lage bzw. einem Prepreg verpresst werden, sodass sich infolgedessen isolierendes Material des Pregregs in der leitfähigen Lage zwischen den einzelnen Leiterbahnstrukturen befindet. Die erforderlichen Mindestisolationsabstände, wie z.B. Luft- und Kriechstrecken, zwischen den jeweiligen Leiterwicklungen 21, 22 der leitfähigen Innenlage 2 und zwischen den jeweiligen Leiterwicklungen 31, 32 der leitfähigen Innenlage 3 sind dabei stets eingehalten.
• Wie anhand der in 2 gezeigten einzelnen leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 zu sehen, fehlt es dem planaren Übertrager 10 an einem Magnetkern, d.h. der planare Übertrager 10 ist ein magnetkernloser Übertrager. Dies hat den Vorteil, dass der planare Übertrager 10 besonders klein und kompakt ausgestaltet werden kann, insbesondere da die Bauhöhe des planaren Übertragers 10 aufgrund des fehlenden Magnetkerns im Vergleich zu einem planaren Übertrager mit Magnetkern verringert werden kann. Zudem steht eine größere Fläche für die Anordnung der Leiterwicklungen 21, 22, 31, 32 zur Verfügung, verglichen mit einem von den geometrischen Abmessungen her gleichen planaren Übertrager mit Magnetkern, da u.a. die einzelnen leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 des erfindungsgemäßen planaren Übertragers 10 keine Durchgangsöffnungen für Teilbereiche eines Magnetkerns aufweisen müssen, um welche die Leiterwicklungen jeweils herumgewickelt werden müssen. Dies macht den erfindungsgemäßen planaren Übertrager 10 u.a. auch kostengünstiger. So ist es wie im Beispiel der 2 möglich, dass eine leitfähige Lage des planaren Übertragers zwei galvanisch voneinander getrennte Leiterwicklungen umfasst, welche nebeneinander angeordnet sind, wie die Leiterwicklungen 21, 22 der leitfähigen Lage 2 und die Leiterwicklungen 31, 32 der leitfähigen Lage 3. Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise eine geringere kapazitive Kopplung der Leiterwicklungen 21, 22 bzw. 31, 32, welche zu einer Erhöhung der EMV des planaren Übertragers, und somit zu einer Reduzierung von elektromagnetischen und elektrischen Störaussendungen und Störeinkopplungen beiträgt.
• Der erfindungsgemäße planare Übertrager 10 gemäß 2 stellt somit einen Leiterplattenübertrager dar, dessen Leiterwicklungen 21, 22, 31, 32 und evtl. weitere Leiterbahnen wie Anschlussleitungen jeweils Bestandteile einer leitfähigen Lage 1, 2, 3, 4 des planaren Übertragers 10 sind, wobei diese leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 als Leiterplattenschichten aufgefasst werden können. Insbesondere handelt es sich bei dem planaren Übertrager 10 gemäß 2 um eine mehrschichtige Leiterplatte (PCB), wie sie in 1 beispielhaft skizziert ist.
• Weiterhin umfasst der erfindungsgemäße planare Übertrager 10 zumindest eine parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufende erste Schirmfläche S1, welche zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage 1, 2, 3, 4 ausbildet und welche ferner zum elektromagnetischen Abschirmen zumindest einer der Mehrzahl von Leiterwicklungen 21, 22, 31, 32 gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers 10 ausgebildet ist. Insbesondere ist die erste Schirmfläche S1, und vorzugsweise auch jede weitere Schirmfläche S2, S3, S4 des planaren Übertragers 10, als zumindest ein Teil einer leitfähigen Lage 1, 2, 3, 4 so angeordnet, dass sie zumindest eine Leiterwicklung derselben leitfähigen Lage 1, 2, 3, 4 zumindest teilweise umgibt und zudem oder alternativ dazu zumindest eine Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage 1, 2, 3, 4 zumindest teilweise bedeckt.
• Demzufolge umfasst eine jeweilige leitfähige Lage 1, 2, 3, 4 des planaren Übertragers 10 stets zumindest eine leitfähige Struktur, insbesondere jedoch mehrere leitfähige Strukturen, wobei eine solche leitfähige Struktur als eine Schirmfläche, eine Leiterwicklung oder auch eine Anschlussleitung ausgebildet sein kann.
• Gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform weist der planare Übertrager 10 beispielhaft vier Schirmflächen S1, S2, S3 und S4 auf. Die erste Schirmfläche S1 bildet zumindest einen Teil der leitfähigen Lage 1 aus, d.h. einer ersten leitfähigen Außenlage, und eine zweite Schirmfläche S2 bildet zumindest einen Teil der leitfähigen Lage 4 aus, d.h. einer zweiten leitfähigen Außenlage. Sowohl die erste Schirmfläche S1 als auch die zweite Schirmfläche S2 sind als zumindest ein Teil der jeweiligen leitfähigen Außenlagen 1 und 4 zum elektromagnetischen Abschirmen so angeordnet, dass sie zumindest die Leiterwicklungen 21, 31 des ersten Stromkreises 11, welche jeweils einen Teil einer anderen leitfähigen Lage, nämlich der leitfähigen Innenlage 2 bzw. der leitfähigen Innenlage 3, ausbilden, vollständig bedecken und darüber hinaus auch die Leiterwicklungen 22, 32 des zweiten Stromkreises I2, welche ebenfalls einen Teil der leitfähigen Innenlage 2 bzw. 3 ausbilden, zumindest teilweise bedecken, und zwar bei Draufsicht auf die Abfolge der Lagen des planaren Übertragers 10, d.h. in Richtung senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 bzw. senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Abfolge der Lagen. Die erste und zweite Schirmfläche S1, S2 ermöglichen somit eine elektromagnetische Abschirmung der Leiterwicklungen 21, 31 und 22, 32 nach außen hin, d.h. gegenüber einem außerhalb des planaren Übertragers 10 liegenden Bereich, wodurch die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des planaren Übertragers 10 verbessert wird. Die erste Schirmfläche S1 und auch die zweite Schirmfläche S2 haben in der in 2 dargestellten Ausführungsform jeweils eine Unterbrechung, die in Form eines Schlitzes 51 ausgestaltet ist. Der jeweilige Schlitz 51 sorgt dafür, dass Wirbelströme, die Verluste bei der Übertragung von Signalen hervorrufen, abgeschwächt werden. Zudem sind die erste Schirmfläche S1 und die zweite Schirmfläche S2, welche zumindest einen Teil einer der zwei verschiedenen leitfähigen Lagen 1, 4 ausbilden, über mindestens eine Durchkontaktierung 52 miteinander verbunden. In 2 ist eine solche Durchkontaktierung 52 beispielhaft in etwa im Mittelpunkt des planaren Übertragers 10 und eine weitere solche Durchkontaktierung beispielhaft im äußeren Bereich der jeweiligen ersten und zweiten Schirmfläche S1, S2 angeordnet. Es können jedoch auch noch weitere, nicht in 2 gezeigte Durchkontaktierungen zum elektrischen Verbinden der ersten und zweiten Schirmfläche S1 und S2 miteinander vorgesehen sein. Demnach kann an die erste und die zweite Schirmfläche S1, S2 insbesondere ein gleiches Potential angelegt werden, um eine elektromagnetisches Abschirmen der Leiterwicklungen 21, 22, 31, 32 gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers 10 zu bewirken.
• Wie in 2 dargestellt, so kann der planare Übertrager 10 auch weitere Schirmflächen, die jeweils zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage ausbilden, hier eine dritte und vierte Schirmfläche S3, S4 als jeweiliger Teil der leitfähigen Innenlagen 2 bzw. 3, umfassen. Dabei bilden die weiteren Schirmflächen S3, S4 insbesondere jeweils einen äußeren Bereich bzw. Randbereich der leitfähigen Innenlagen 2 bzw. 3 aus, sodass die weitere Schirmfläche S3 die Leiterwicklungen 21, 22 der leitfähigen Innenlage 2 und die weitere Schirmfläche S4 die Leiterwicklungen 31, 32 der leitfähigen Innenlage 3 zumindest teilweise umgibt, und zwar zumindest teilweise in Umfangsrichtung umgibt. Wie auch die erste und die zweite Schirmfläche S1, S2, so können auch die weiteren Schirmflächen S3, S4, welche ebenfalls jeweils zumindest einen Teil einer von zwei verschiedenen leitfähigen Lagen 2, 3 ausbilden, über zumindest eine Durchkontaktierung innerhalb der jeweiligen Schirmfläche S3, S4 miteinander verbunden sein (nicht in 2 dargestellt). Darüber hinaus bilden die jeweiligen Schirmflächen S1, S2, S3, S4 insbesondere jeweils zumindest einen Teil der jeweiligen leitfähigen Lagen 1, 2, 3 und 4 derart aus, dass die Summe der Flächen der ersten, zweiten, dritten und vierten Schirmfläche S1, S2, S3, S4 des planaren Übertragers 10 mindestens einer Summe der durch die Außenkonturen der jeweiligen Leiterwicklungen 21, 22, 31, 32, des planaren Übertragers 10 aufgespannten Flächen entspricht.
• 2 zeigt einen beispielhaften symmetrischen Aufbau des planaren Übertragers 10. Dies bedeutet, dass die Leiterwicklungen 21 und 31 sowie die Leiterwicklungen 22 und 32 des planaren Übertragers 10 symmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch, zueinander aufgebaut sind. Ein solcher symmetrische Aufbau hat den Vorteil, dass Gleichtaktstörungen, welche z.B. bei Störeinkopplungen auf mit dem planaren Übertrager verbundene Schaltungsteile auftreten können, von dem planaren Übertrager nicht übertragen bzw. weitergeleitet werden. Wie in 2 zu sehen, sind die Leiterwicklungen 21, 31 Teilwicklungen des ersten Stromkreises I1 und die Leiterwicklungen 22, 32 Teilwicklungen des zweiten Stromkreises I2. Die Leiterwicklungen 21, 31 des ersten Stromkreises I1 sind mittels Durchkontaktierungen auf die leitfähige Außenlage 1 geführt und über entsprechende Anschlussleitungen der leitfähigen Außenlage 1 zu einem ersten Anschluss 21A, einem zweiten Anschluss 31B und einem Mittelabgriff 28 geführt. Ebenso sind die Leiterwicklungen 22, 32 des zweiten Stromkreises I2 über die Anschlüsse 22A, 32B und den Mittelabgriff 29 nach außen geführt, und zwar auf die leitfähigen Außenlagen 1, 4.
• Der in 2 skizzierte planare Übertrager 10 kann durch eine Signalquelle gespeist werden. Die Signalquelle ist dann vorzugsweise so angeschlossen, dass der Mittelabgriff einer Leiterwicklung, z.B. der Mittelabgriff 28 der Leiterwicklungen 21, 31, an einen Pol der Signalquelle angeschlossen wird, welcher einen geringeren Spannungshub aufweist als die anderen Pole. Als Pol mit geringem bzw. geringerem Spannungshub wird üblicherweise ein Pol bezeichnet, der ein sogenanntes „EMVruhiges“ Potential bzw. „kaltes“ Potential führt. Die anderen Pole, welche ein sogenanntes „nicht EMV-ruhiges“ Potential bzw. „heißes“ Potential führen, können an die weiteren Anschlüsse, z.B. die Anschlüsse 21A, 22A, 31B, 32B, angeschlossen werden. Dabei sind die an die Mittelabgriffe 28, 29 angeschlossenen Leiterwicklungen so angeordnet, dass diese zueinander benachbart sind, und die an die weiteren Anschlüsse 21A, 31B, 22A, 32B angeschlossenen Leiterwicklungen so angeordnet, dass diese eine möglichst große Entfernung zueinander aufweisen. Durch eine solche Maßnahme können Störaussendungen noch weiter verringert werden und die Empfindlichkeit gegenüber Störeinkopplungen reduziert werden. Ferner sind die Anschlüsse 22A, 32B und der Mittelabgriff 29 so positioniert, dass die geforderten Luft- und Kriechstrecken zwischen den galvanisch getrennten Leiterwicklungen 21 und 22 der leitfähigen Lage 2 bzw. Leiterwicklungen 31 und 32 der leitfähigen Lage 3 eingehalten werden.
• Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad und damit verbunden eine hohe Wicklungsgüte und eine hohe magnetische Kopplung zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn die von dem planaren Übertrager 10 zu übertragenden Signale eine hohe Frequenz, vorzugsweise im zweistelligen MHz-Bereich, z.B. 50 MHz, aufweisen. Der erfindungsgemäße planare Übertrager 10 ist insbesondere für Anwendungen geeignet, bei denen eine galvanische Trennung der Leiterwicklungen, in 2 der Leiterwicklungen 21, 31 und 22, 32, mit moderatem Leistungsbedarf erforderlich ist. Beispiele hierfür sind u.a. Sensorschaltungen und Ansteuerungen von Halbleiterbauelementen wie Leistungs-Feldeffekttransistoren und Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, sog. IGBTs.
• Die in den 3-5 dargestellten Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen planaren Übertragers unterscheiden sich von der in 2 dargestellten und zuvor beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen planaren Übertragers sowie auch untereinander im Wesentlichen in der jeweiligen Anordnung der einzelnen Leiterwicklungen der galvanisch voneinander getrennten Stromkreise und in der jeweiligen Anordnung der zumindest ersten Schirmfläche S1 sowie weiterer Schirmflächen S2, S3, S4. Den Beispielen der 2-5 ist hingegen allesamt gemeinsam, dass der darin skizzierte planare Übertrager 10 stets ein magnetkernloser Übertrager ist, dessen Leiterwicklungen jeweils als Leiterbahnstrukturen 55 einer leitfähigen Lage 1, 2, 3, 4 des planaren Übertragers 10 ausgebildet sind. Ferner haben die Ausführungsbeispiele der 2-5 gemeinsam, dass der planare Übertrager 10 jeweils beispielhaft vier leitfähige Lagen 1, 2, 3, 4 umfasst, wobei die leitfähigen Lagen 1 und 4 jeweils leitfähige Außenlagen sind, welche eine Mehrzahl von beispielhaften zwei leitfähigen Innenlagen 2, 3 umgeben. An dieser Stelle sei jedoch angemerkt, dass es auch weitere, von der Erfindung umfasste Ausführungsbeispiele eines planaren Übertragers gibt, bei denen der planare Übertrager z.B. nur zwei leitfähige Lagen oder aber mehr als vier leitfähige Lagen, und somit mehr als zwei leitfähige Innenlagen, umfasst.
• Darüber hinaus weist der in den 2-5 beispielhaft skizzierte planare Übertrager 10 stets eine erste Schirmfläche S1 und eine zweite Schirmfläche S2, und insbesondere noch weitere Schirmflächen S3, S4, S5 auf. Die jeweiligen Schirmflächen S1, S2, S3, S4, S5 des planaren Übertragers 10 bilden stets jeweils zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage 1, 2, 3, 4 aus, d.h. eine jeweilige Schirmfläche S1, S2, S3, S4, S5 ist stets ein Bestandteil einer leitfähigen Lage 1, 2, 3, 4 des planaren Übertragers 10. Dabei sind die erste Schirmfläche S1 und auch die weiteren Schirmflächen S2, S3, S4, S5 jeweils zum elektromagnetischen Abschirmen zumindest einer Leiterwicklung gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers 10 ausgebildet und dazu jeweils derart angeordnet, dass sie jeweils zumindest eine Leiterwicklung derselben leitfähigen Lage zumindest teilweise umgeben und ergänzend oder auch alternativ dazu zumindest eine Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage zumindest teilweise bedecken.
• Die jeweiligen Leiterwicklungen und Schirmflächen des planaren Übertragers 10 können dabei auf verschiedene Weise als jeweilige Bestandteile einer der jeweiligen vier leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 innerhalb des planaren Übertragers angeordnet sein, solange die jeweiligen geforderten Mindestisolationsabstände eingehalten werden, wie anhand der weiteren in 3-5 gezeigten Ausführungsbeispiele dargestellt und im Folgenden beschrieben.
• 3 zeigt vier leitfähige Lagen 1, 2, 3, 4 eines erfindungsgemäßen planaren Übertragers 10 mit zwei galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen I1, I2 gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei eine jeweilige zwischen jeweils zwei der leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 angeordnete isolierende Lage der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Im Gegensatz zu 2 ist der planare Übertrager 10 gemäß 3 als asymmetrischer Übertrager ausgebildet und die zwei Stromkreise I1, I2 umfassen jeweils nur eine Leiterwicklung 11, 23. Die Leiterwicklung 11 des ersten Stromkreises 11 ist zusammen mit den jeweiligen Anschlüssen 11A und 11B zum Anschließen der Leiterwicklung 11 als Leiterbahnstruktur 55 der leitfähigen Lage 1, d.h. einer leitfähigen Außenlage, ausgebildet. Die Leiterwicklung 11 ist mittels einer Durchkontaktierung 54, die sich in etwa im Mittelpunkt der leitfähigen Lage 1 befindet, mit einer auf der leitfähigen Innenlage 3 als Leiterbahn ausgebildeten Anschlussleitung 35 verbunden, welche wiederum mittels einer weiteren Durchkontaktierung 54 auf der leitfähigen Innenlage 3 mit dem auf der leitfähigen Außenlage 1 angeordneten Anschluss 11B der Leiterwicklung 11 verbunden ist. Hingegen ist die Leiterwicklung 23 des zweiten Stromkreises I2 als Leiterbahnstruktur 55 der leitfähigen Lage 2, d.h. einer leitfähigen Innenlage, ausgebildet, und zwar beispielhaft in Form eines „Tennisschlägers“. Der Leiterwicklung 23 sind ebenfalls zwei Anschlüsse 23A und 23B zugeordnet, die so angeordnet sind, dass die geforderten Luft- und Kriechstrecken zwischen den galvanisch getrennten Leiterwicklungen 11 und 23 eingehalten werden können. Zudem sind die zwei galvanisch getrennten Leiterwicklungen 11 und 23 der durch nur eine dazwischen angeordnete isolierende Lage voneinander getrennten leitfähigen Lagen 1, 2, und somit der unmittelbar aufeinanderfolgenden leitfähigen Lagen 1, 2, beispielhaft so angeordnet, dass sie sich an keiner Stelle gegenseitig bedecken, d.h. dass sie sich an keiner Stelle direkt übereinander befinden, und zwar bei einer Draufsicht auf die Abfolge der Lagen des planaren Übertragers 10, d.h. in Richtung senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 bzw. senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Abfolge der Lagen. Hierbei sei angemerkt, dass unter dem Begriff der Leiterwicklung der „gewickelte Teil“ einer Leiterbahnstruktur verstanden wird, wobei eine etwaige als Leiterbahnstruktur ausgebildete Anschlussleitung zum Verbinden einer Leiterwicklung mit einem Anschluss, beispielsweise die Anschlussleitung 35 der leitfähigen Innenlage 3, im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht von dem Begriff der Leiterwicklung umfasst ist. Dass die galvanisch voneinander getrennten Leiterwicklungen 11, 23 der zwei verschiedenen, durch nur eine dazwischen angeordnete isolierende Lage voneinander getrennten leitfähigen Lagen 1, 2 so angeordnet sind, dass sie sich an keiner Stelle gegenseitig bedecken, hat den Vorteil, dass die kapazitive Kopplung zwischen den Leiterwicklungen 11 und 23 reduziert werden kann, was wiederum zu einer Verbesserung der EMV des planaren Übertragers 10 beiträgt.
• Ferner ist die erste Schirmfläche S1 im Ausführungsbeispiel der 3 als zumindest ein Teil der leitfähigen Außenlage 1 zum elektromagnetischen Abschirmen so angeordnet ist, dass die erste Schirmfläche S1 die Leiterwicklung 11 derselben leitfähigen Außenlage 1 teilweise umgibt und dadurch in Umfangsrichtung nach außen hin abschirmt. Zudem bedeckt die erste Schirmfläche S1 die Leiterwicklung 23 der anderen leitfähigen Lage 2 zumindest teilweise. Wie in 3 zu sehen, weist die erste Schirmfläche S1 eine Unterbrechung 50 auf, um Wirbelströme und damit einhergehenden Verluste auf ein hinnehmbares Maß zu begrenzen. Ferner weist der planare Übertrager 10 eine zweite Schirmfläche S2 auf, welche zumindest einen Teil der leitfähigen Außenlage 4 ausbildet. Die zweite Schirmfläche S2 bedeckt die Leiterwicklung 23 einer anderen leitfähigen Lage, nämlich der leitfähigen Innenlage 2 zumindest teilweise und bedeckt ferner auch die Leiterwicklung 11 der leitfähigen Außenlage 1 zumindest teilweise, gemäß 3 sogar nahezu vollständig. Die zweite Schirmfläche S2 ist somit geeignet, eine elektromagnetische Abschirmung der Leiterwicklung 23 und der Leiterwicklung 11 gegenüber dem an die zweite Schirmfläche S2 angrenzenden Bereich außerhalb des planaren Übertragers 10 zu bewirken. Darüber hinaus umfasst der planare Übertrager 10 gemäß 3 eine weitere, dritte Schirmfläche S3, die zumindest einen Teil der leitfähigen Innenlage 2 ausbildet und die die ebenfalls von der leitfähigen Innenlage 2 umfasste Leiterwicklung 23 in Umfangsrichtung zumindest teilweise, in 3 beinahe vollständig, umgibt und dadurch folglich elektromagnetisch abschirmt. Die Schirmflächen S1, S2 und S3, welche die verschiedenen leitfähigen Lagen 1, 2, 4 zumindest teilweise ausbilden, sind beispielhaft über mehrere Durchkontaktierungen 52 miteinander verbunden. Diese Durchkontaktierungen 52 befinden sich in 3 beispielhaft in den Randbereichen der jeweiligen Lagen.
• Die drei Schirmflächen S1, S2, S3 des in 3 skizierten planaren Übertragers bilden somit jeweils zumindest einen Teil einer der leitfähigen Lagen 1, 2 und 4 aus, und zwar insbesondere derart, dass eine Summe der Flächen der ersten Schirmfläche S1 und der weiteren zweiten und dritten Schirmfläche S2, S3 des planaren Übertragers 10 mindestens einer Summe der durch die Außenkonturen der jeweiligen Leiterwicklungen 11, 23 des planaren Übertragers 10 aufgespannten Flächen entspricht.
• Auch wenn in 3 nicht explizit dargestellt, kann der planare Übertrager 10 auch eine vierte Schirmfläche aufweisen, welche beispielsweise zumindest einen Teil der leitfähigen Innenlage 3 ausbildet, wie anhand des schraffierten Bereichs skizziert, sodass jede der leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 des planaren Übertragers 10 jeweils mindestens eine Schirmfläche umfasst. Diese vierte Schirmfläche kann beispielsweise die Leiterwicklung 23 der leitfähigen Innenlage 2 zumindest teilweise bedecken und/oder die Anschlussleitung 35 der leitfähigen Innenlage 3 zumindest teilweise umgeben und nach außen hin elektromagnetisch abschirmen.
• Im Gegensatz zu 2, 3 und auch 5 stellt 4 vier leitfähige Lagen 1, 2, 3, 4 eines erfindungsgemäßen planaren Übertragers 10 mit vier galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen I1, I2, I3, I4 gemäß einer dritten Ausführungsform dar, wobei der planare Übertrager 10 einen asymmetrischen Aufbau hat. Der erste Stromkreis I1 umfasst eine Leiterwicklung 12 der leitfähigen Außenlage 1 mit den Anschlüssen 12A und 12B. Die Leiterwicklung 12 ist über den Anschluss 12B in diesem Ausführungsbeispiel mittels Durchkontaktierung 54 zur leitfähigen Innenlage 3 mit einer von der leitfähigen Innenlage 3 umfassten Anschlussleitung 35 verbunden, von welcher der erste Stromkreis I1 mittels einer weiteren Durchkontaktierung 54 zur leitfähigen Außenlage 1 oder 4 geführt werden kann. Der zweite Stromkreis I2 umfasst eine Leiterwicklung 24, die als Leiterbahnstruktur 55 der leitfähigen Innenlage 2 ausgebildet ist und über einen beispielhaft als Leiterbahn der leitfähigen Innenlage 2 ausgebildeten Anschluss 24A in Richtung des äußeren Randbereichs des planaren Übertragers 10 geführt ist. Der dritte Stromkreis 13 umfasst eine ebenfalls von der leitfähigen Innenlage 2 umfasste und als Leiterbahnstruktur 55 der leitfähigen Innenlage 2 ausgebildete Leiterwicklung 25 mit einem Anschluss 25A, der ebenfalls beispielhaft als Leiterbahn der leitfähigen Innenlage 2 ausgebildet ist. Die zwei galvanisch getrennten Leiterwicklungen 24, 25 sind somit von dergleichen leitfähigen Lage 2 der Abfolge umfasst und sind ferner nebeneinander angeordnet, und zwar unter Einhaltung der geforderten Mindestisolationsabstände. Zudem sind die Leiterwicklungen 24, 25 jeweils von der Leiterwicklung 12 auf der leitfähigen Außenlage 1 galvanisch getrennt und so angeordnet, dass sich die jeweiligen Leiterwicklungen 24, 25 und die Leiterwicklung 12 bei einer Draufsicht auf die Abfolge der Lagen, d.h. in einer Richtung senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 bzw. senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Abfolge der Lagen, an keiner Stelle gegenseitig bedecken.
• Hingegen kann es durchaus zu einem gegenseitigen Bedecken eines jeweiligen Bereichs der Anschlüsse 24A, 25A, welche die Leiterwicklungen 24, 25 der leitfähigen Innenlage 2 in Richtung des äußeren Randbereichs des planaren Übertragers führen, und der Leiterwicklung 12 der leitfähigen Außenlage 1 kommen, um die Leiterwicklungen leitfähiger Innenlagen 2, 3 in einen äußeren Bereich des planaren Übertragers 10 zu führen. Der vierte Stromkreis I4 umfasst eine Leiterwicklung 33, welche als Leiterbahnstruktur 55 der leitfähigen Innenlage 3 ausgebildet ist und einen Anschluss 33A hat, der beispielhaft als Leiterbahn der leitfähigen Innenlage 3 ausgebildet ist. Auch die Leiterwicklung 33 ist von der Leiterwicklung 12 der leitfähigen Außenlage 1 galvanisch getrennt und so angeordnet, dass sich die Leiterwicklung 33 und die Leiterwicklung 12 bei einer Draufsicht auf die Abfolge der Lagen, d.h. in einer Richtung senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 bzw. zur gemeinsamen Ebene der Abfolge der Lagen, an keiner Stelle gegenseitig bedecken. Dadurch, dass die Leiterwicklung 12 im Verhältnis zu den von dieser galvanisch getrennten Leiterwicklungen 24, 25, 33 so angeordnet ist, dass sich deren Leiterbahnen nicht unmittelbar übereinander befinden, kann die parasitäre kapazitive Kopplung zwischen den galvanisch getrennten Leiterwicklungen verringert werden, sodass sich das Störaussendungs- und Störfestigkeitsverhalten des planaren Übertragers verbessert.
• Die Leiterwicklungen 24, 25 und 33 sind im Ausführungsbeispiel der 4 als eigenresonante Leiterwicklungen ausgeführt, welche jeweils nur mit einem Anschluss 24A, 25A, 33A an eine umgebende Schaltung angebunden werden können. Ferner haben die Leiterwicklungen 24, 25 und 33 ein offenes Ende ihrer Leiterbahn. Die eigenresonanten Leiterwicklungen 24, 25 und 33 bilden in 3 beispielhaft zusammen eine Sekundärwicklung mit einem Mittelabgriff entsprechend dem Anschluss 33A und den weiteren Anschlüssen 24A, 25A. Während diese Sekundärwicklung mittels einer ersten Schirmfläche S1 elektromagnetisch abgeschirmt wird, wird die Primärwicklung, welche die Leiterwicklung 12 umfasst, von einer zweiten Schirmfläche S2 elektromagnetisch abgeschirmt, wie im Folgenden beschrieben.
• Der planare Übertrager 10 gemäß 4 umfasst ferner eine erste Schirmfläche S1, welche zumindest einen Teil der leitfähigen Außenlage 4 ausbildet und welche ferner zum elektromagnetischen Abschirmen zumindest einer Leiterwicklung, im Beispiel der 4 sogar drei Leiterwicklungen 24, 25 und 33, ausgebildet ist. Dazu ist die erste Schirmfläche S1 so angeordnet, dass sie im Beispiel der 4 eine rechteckige Fläche der leitfähigen Außenlage 4 ausbildet, welche die Leiterwicklung 33 der durch nur eine isolierende Lage von der leitfähigen Außenlage 4 getrennten leitfähigen Innenlage 3 sowie die Leiterwicklungen 24, 25 der anderen leitfähigen Innenlage 2 zumindest teilweise bedeckt, und zwar in 4 insbesondere im Wesentlichen vollständig bedeckt. Die erste Schirmfläche S1 bewirkt folglich ein elektromagnetisches Abschirmen der Leiterwicklungen 24, 25, 33 gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers 10, der an die erste Schirmfläche S1 angrenzt.
• Ferner umfasst der planare Übertrager 10 eine zweite Schirmfläche S2, die im Ausführungsbeispiel der 4 zumindest einen Teil derselben leitfähigen Außenlage 4 ausbildet, d.h. die leitfähige Außenlage 4 umfasst die erste Schirmfläche S1 und auch die von der ersten Schirmfläche S1 elektrisch isolierte zweite Schirmfläche S2. Die zweite Schirmfläche S2 ist zu der ersten Schirmfläche S1 beabstandet angeordnet und umgibt die erste Schirmfläche S1 beispielhaft in Form eines viereckigen Rahmens. In einem Bereich dieses viereckigen Rahmens weist die zweite Schirmfläche S2 eine Unterbrechung 50 auf, um darin induzierte Wirbelströme zu reduzieren. Wie bei einem Vergleich der leitfähigen Außenlagen 4 und 1 in 4 erkennbar, dient die zweite Schirmfläche S2 dazu, die Leiterwicklung 12 der leitfähigen Außenlage 1 elektromagnetisch abzuschirmen. Dafür ist die zweite Schirmfläche S2 derart parallel zu der als Leiterbahnstruktur 55 der leitfähigen Außenlage 1 ausgebildeten Leiterwicklung 12 angeordnet, dass sie die Leiterwicklung 12 bei Draufsicht auf die Abfolge der Lagen 1, 2, 3, 4 zumindest teilweise bedeckt, und zwar gemäß 4 im Wesentlichen vollständig bedeckt, abgesehen von den um den Anschluss 12A der Leiterwicklung 12 ausgebildeten Bereich.
• Zudem umfasst der planare Übertrager 10 gemäß 4 eine dritte Schirmfläche S3, die im Gegensatz zu der ersten und zweiten Schirmfläche S1, S2 zumindest einen Teil der leitfähigen Innenlage 2 ausbildet und die Leiterwicklung 24 derselben leitfähigen Innenlage 2 teilweise umgibt, insbesondere teilweise in Umfangsrichtung umgibt. Somit schirmt die dritte Schirmfläche S3 die Leiterwicklung 24 in radialer Richtung nach außen bzw. gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers 10 ab. Bei Draufsicht auf die Abfolge der Lagen, d.h. in Richtung senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 bzw. senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Abfolge der Lagen, bedeckt die dritte Schirmfläche S3 ferner auch einen kleinen Bereich der Leiterwicklung 12 der durch nur eine isolierende Lage von der leitfähigen Innenlage 2 getrennten leitfähigen Außenlage 1, und zwar im Wesentlichen genau den um den Anschluss 12A der Leiterwicklung 12 ausgebildeten Bereich, der durch die zweite Schirmfläche S2 nicht bedeckt ist. Zudem umfasst der planare Übertrager 10 gemäß 4 zumindest eine vierte Schirmfläche S4, welche zumindest einen Teil, insbesondere einen im äußeren Bereich bzw. Randbereich angeordneten Teil, der leitfähigen Innenlage 3 ausbildet. Die vierte Schirmfläche S4 umgibt die Leiterwicklung 33 sowie die Anschlussleitung 35 teilweise und kann ferner auch weitere Leiterbahnen derselben leitfähigen Lage 3 teilweise umgeben. Die vierte Schirmfläche S4 dient somit der elektromagnetischen Abschirmung der Leiterwicklung 33 in radialer Richtung bzw. Umfangsrichtung nach außen hin und schirmt ferner auch die Anschlussleitung 35 und optional auch weitere Leiterbahnen auf der leitfähigen Innenlage 3 ab.
• Darüber hinaus kann der planare Übertrager 10 der 4 noch weitere Schirmflächen aufweisen, wobei jede weitere Schirmfläche zumindest einen Teil einer der leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4, beispielsweise der leitfähigen Innenlage 3 und/oder der leitfähigen Außenlage 1, ausbildet, sodass sie zumindest eine Leiterwicklung derselben leitfähigen Lage zumindest teilweise umgibt und/oder zumindest eine Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage zumindest teilweise bedeckt. So ist im Ausführungsbeispiel der 4 eine weitere, fünfte Schirmfläche S5 als zumindest ein Teil der leifähigen Außenlage 1 zu sehen, welche die Leiterwicklung 12 zumindest teilweise umgibt, und zwar in Umfangsrichtung bzw. in radialer Richtung teilweise umgibt. Weiterhin wäre beispielsweise eine weitere Schirmfläche als zumindest ein weiterer Teil der leitfähigen Außenlage 1 denkbar, welche bei Draufsicht auf die Abfolge der Lagen zumindest eine der Leiterwicklungen 24, 25 und 33 zumindest teilweise bedeckt. Weiterhin ist es z.B. denkbar, dass der planare Übertrager eine weitere Schirmfläche als zumindest ein Teil der leitfähigen Innenlage 2 aufweist, welche zumindest die Leiterwicklung 25 derselben leitfähigen Lage 2 zumindest teilweise umgibt. Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn eine Schirmfläche eine Unterbrechung, beispielsweise in Form eines Schlitzes, aufweist, um Wirbelströme und damit einhergehenden Verluste auf ein hinnehmbares Maß zu begrenzen.
• Eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen planaren Übertragers 10 ist in 5 skizziert, welche die beispielhaften vier leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 dieses planaren Übertragers 10 abbildet, welche parallel zu einer gemeinsamen Ebene in einer Abfolge nacheinander folgend angeordnet sind. Der planare Übertrager 10 gemäß 5 umfasst zwei galvanisch voneinander getrennte Stromkreise I1 und I2. Der erste Stromkreis 11 weist zwei Leiterwicklungen 26, 36 auf, die zueinander symmetrisch aufgebaut sind. Die Leiterwicklung 26 der leitfähige Innenlage 2 ist beispielhaft in Form eines „Tennisschlägers“ ausgebildet und hat einen Anschluss 26A und einen Mittelabgriff 38. Der Mittelabgriff 38 ist mittels Durchkontaktierung auf die leitfähige Innenlage 3 geführt und wird auf der leitfähigen Innenlage 3 zum Mittelabgriff 38 der Leiterwicklung 36, die ebenfalls in Form eines „Tennisschlägers“ und als Leiterbahnstruktur 55 der leitfähigen Innenlage 3 mit ihrem Anschluss 36B ausgebildet ist. Sowohl der Mittelabgriff 38 als auch die Anschlüsse 26A, 36B sind beispielhaft über Durchkontaktierungen jeweils auf die leitfähige Außenlage 1 geführt. Der zweite Stromkreis I2 des planaren Übertragers 10 umfasst eine Leiterwicklung 41, die als Leiterbahnstruktur 55 der leitfähigen Außenlage 4 ausgebildet ist. Die Leiterwicklung 41 hat einen Anschluss 42, welcher mittels einer Durchkontaktierung zu der Lage 1 von dieser aus anschließbar ist, sowie einen weiteren, etwa im Mittelpunkt der leitfähigen Außenlage 4 angeordneten Anschluss 41A, der über eine Durchkontaktierung 53 auf die leitfähige Außenlage 1 geführt ist und auf dieser mit einer dritten Schirmfläche S3 elektrisch verbunden ist. Diese dritte Schirmfläche S3 bildet zumindest einen Teil der leitfähigen Außenlage 1 aus, hat einen Anschluss S3A und bildet zusammen mit der Leiterwicklung 41 der anderen leitfähigen Außenlage 4 eine Einheit. Die galvanisch getrennten Leiterwicklungen 26 und 41 auf den zwei verschiedenen leitfähigen Lagen 2 und 4 sowie die galvanisch getrennten Leiterwicklungen 36 und 41 auf den zwei unmittelbar nacheinander folgenden leitfähigen Lagen 3 und 4 sind stets so angeordnet sind, dass sie sich an keiner Stelle gegenseitig bedecken, d.h. dass sie sich bei einer Draufsicht auf die Abfolge der Lagen, d.h. in Richtung senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 bzw. senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Abfolge der Lagen, an keiner Stelle direkt übereinander befinden. Wie beispielhaft in 4 zu sehen, wird lediglich eine von der Leiterwicklung 41 zu dem Anschluss 42 verlaufende Anschlussleitung 35, nicht jedoch der gewickelte Teil der Leiterwicklung 41, von den Leiterwicklungen 26 und 36 bedeckt. Wie zuvor bereits erwähnt, dient dies dazu, parasitäre kapazitive Kopplungen zwischen den jeweils galvanisch getrennten Leiterwicklungen 26, 41 bzw. 36, 41 zu reduzieren. Ferner sind die Anschlüsse 26A, 36B und der Mittelabgriff 38 so angeordnet, dass die geforderten Luft- und Kriechstrecken eingehalten werden.
• In einer nicht dargestellten, alternativen Ausführungsform können galvanisch getrennte Leiterwicklungen verschiedener leitfähiger Lagen, insbesondere auch unmittelbar aufeinanderfolgender leitfähiger Lagen mit nur einer dazwischen angeordneten isolierenden Lage, bei einer Draufsicht auf die Abfolge der Lagen auch teilweise direkt übereinander angeordnet sein, d.h. sich zumindest teilweise gegenseitig bedecken und somit einen Überlappungsbereich haben. Damit geht zwar eine größere kapazitive Kopplung dieser galvanisch getrennten Leiterwicklungen einher. Ist diese größere kapazitive Kopplung jedoch hinnehmbar, kann hierdurch der induktive Koppelfaktor erhöht werden. Außerdem kann die damit einhergehende größere kapazitive Kopplung dieser galvanisch getrennten Leiterwicklungen auch auf andere Weise kompensiert werden, beispielsweise durch entsprechend erhöhte Gütefaktoren der Leiterwicklungen und ein damit zusammenhängender erhöhter Wirkungsgrad.
• Was die Anordnung von jeweiligen Schirmflächen bei der in 4 skizzierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen planaren Übertragers 10 betrifft, so ist die erste Schirmfläche S1 beispielhaft als zumindest ein Teil einer der zwei leitfähigen Innenlagen, und zwar der leitfähigen Innenlage 2, ausgebildet und umgibt die Leiterwicklung 26 derselben leitfähigen Lage, d.h. der leitfähigen Innenlage 2, zumindest teilweise, und zwar in Umfangsrichtung bzw. in radialer Richtung. Die Leiterwicklung 26 wird somit durch die erste Schirmfläche S1 in Umfangsrichtung nach außen hin begrenzt und elektromagnetisch abgeschirmt, was zu einer verbesserten EMV des planaren Übertragers 10 beiträgt. Darüber hinaus umfasst der planare Übertrager 10 eine zweite Schirmfläche S2, welche zumindest einen Teil der leitfähigen Außenlage 4 ausbildet und die Leiterwicklung 41 derselben leitfähigen Lage, d.h. der leitfähigen Außenlage 4, teilweise umgibt, und zwar in Umfangsrichtung bzw. in radialer Richtung teilweise umgibt. Ferner umfasst der planare Übertrager gemäß 5 eine weitere, vierte Schirmfläche S4, die zumindest einen Teil der leitfähigen Außenlage 1 ausbildet, und zwar im äußeren Bereich bzw. Randbereich der leitfähigen Außenlage 1. In der beispielhaften Ausführungsform der 5 umgibt die vierte Schirmfläche S4 teilweise die dritte Schirmfläche S3 in radialer Richtung, wobei die dritte Schirmfläche S3 wiederum mit der Leiterwicklung 41 der leitfähigen Außenlage 4 über eine Durchkontaktierung 53 elektrisch verbunden ist. Die erste Schirmfläche S1, zweite Schirmfläche S2 und vierte Schirmfläche S4, welche jeweils zumindest teilweise verschiedene leitfähige Lagen 1, 2, 4 ausbilden, sind in 5 beispielhaft mittels mehrerer Durchkontaktierungen 52, wie in 5 beispielhaft dargestellt, elektrisch miteinander verbunden, wobei sich die Durchkontaktierungen 52 jeweils im äußeren Bereich der jeweiligen leitfähigen Lagen 1, 2, 4 befinden. Dass die leitfähige Außenlage 1 zwei voneinander getrennte Schirmflächen S3 und S4 statt eine einzige Schirmfläche umfasst, hat den Vorteil, dass sich mehr Freiheiten hinsichtlich der zu verwendenden Signalquelle ergeben. So kann die dritte Schirmfläche S3 beispielsweise mit einer Versorgungsspannung verbunden werden, während die vierte Schirmfläche S4 mit Masse verbunden werden kann, wie es üblicherweise bei Schirmflächen wie den in 2-4 gezeigten Schirmflächen S1, S2, S3, S4, S5 der Fall ist.
• Die erste Schirmfläche S1 ist in den 2-5 jeweils lediglich beispielhaft einer bestimmten Schirmfläche zugeordnet und kann im Rahmen der Erfindung auch einer jeweils anderen Schirmfläche, z.B. der jeweils als zweite Schirmfläche S2 bezeichneten Schirmfläche, entsprechen. Die in den 2-5 vorgenommene Zuordnung der ersten Schirmfläche S1 dient somit lediglich der Veranschaulichung von verschiedenen möglichen Anordnungen innerhalb des planaren Übertragers 10. Grundsätzlich kann die erste Schirmfläche S1, wie auch die zweite, dritte usw. Schirmfläche, zumindest einen Teil einer beliebigen der leitfähigen Lagen des planaren Übertragers 10 ausbilden und eine elektromagnetische Abschirmung zumindest einer Leiterwicklung des planaren Übertragers 10 bewirken. Dabei gilt, dass die EMV des planaren Übertragers umso mehr verbessert wird, je mehr Schirmflächen auf den einzelnen Lagen jeweils so angeordnet sind, dass sie die Leiterwicklungen des planaren Übertragers bestmöglich gegenüber dem Bereich außerhalb des planaren Übertragers elektromagnetisch abschirmen können.
• Zusammenfassend wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein planarer Übertrager bereitgestellt, der aufgrund seines fehlenden Magnetkerns äußerst kompakt und mit nur sehr geringer Bauhöhe ausgestaltet werden kann. Aufgrund von nicht vorhandenen Durchgangsöffnungen zum Aufnehmen eines Magnetkernteils steht auf den einzelnen leitfähigen Lagen des planaren Übertragers jeweils mehr Fläche zum Anordnen von Leiterwicklungen und zudem auch zum Anordnen von Schirmflächen innerhalb des planaren Übertragers zur Verfügung. Durch verschiedene Maßnahmen hinsichtlich der Anordnung der Leiterwicklungen, z.B. keine Anordnung von direkt übereinander angeordneten galvanisch getrennten Leiterwicklungen oder ein Anordnen von galvanisch getrennten Leiterwicklungen auf derselben Lage nebeneinander, können kapazitive Kopplungen zwischen galvanisch getrennten Leiterwicklungen des planaren Übertragers verringert werden. Ferner trägt die Anordnung von Schirmflächen zum elektromagnetischen Abschirmen von Leiterwicklungen des planaren Übertragers, wie zuvor beispielhaft beschrieben, wesentlich dazu bei, die elektromagnetische Verträglichkeit des planaren Übertragers zu verbessern. Dabei bildet eine jeweilige Schirmfläche zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage des planaren Übertragers derart aus, dass sie zumindest eine Leiterwicklung derselben leitfähigen Lage zumindest teilweise umgibt und somit in radialer Richtung nach außen hin abschirmt, und entweder in Kombination oder alternativ dazu, dass sie zumindest eine Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage wenigstens teilweise bedeckt, und zwar bei Draufsicht auf die Abfolge der jeweiligen Lagen, wodurch eine elektromagnetische Abschirmung nach außen hin in der Richtung der Abfolge der Lagen erfolgt.
• Bezugszeichenliste

1

leitfähige Lage, Außenlage

2

leitfähige Lage, Innenlage

3

leitfähige Lage, Innenlage

4

leitfähige Lage, Außenlage

8

isolierende Lage

10

Planarer Übertrager

11

Leiterwicklung

11A

Anschluss zu Leiterwicklung 11

11B

Anschluss zu Leiterwicklung 11

12

Leiterwicklung

12A

Anschluss zu Leiterwicklung 12

12B

Anschluss zu Leiterwicklung 12

21

Leiterwicklung

21A

Anschluss zu Leiterwicklung 21

28

Mittelabgriff Leiterwicklungen 21, 31

29

Mittelabgriff Leiterwicklungen 22, 32

22

Leiterwicklung

22A

Anschluss zu Leiterwicklung 22

23

Leiterwicklung

23A

Anschluss zu Leiterwicklung 23

23B

Anschluss zu Leiterwicklung 23

24

Leiterwicklung

24A

Anschluss zu Leiterwicklung 24

25

Leiterwicklung

25A

Anschluss zu Leiterwicklung 25

26

Leiterwicklung

26A

Anschluss zu Leiterwicklung 26

31

Leiterwicklung

31B

Anschluss zu Leiterwicklung 31

32

Leiterwicklung

32B

Anschluss zu Leiterwicklung 32

33

Leiterwicklung

33A

Anschluss zu Leiterwicklung 33

35

Anschlussleitung

36

Leiterwicklung

36B

Anschluss zu Leiterwicklung 36

38

Mittelabgriff Leiterwicklungen 26, 36

41

Leiterwicklung

41A

Anschluss zu Leiterwicklung 41

42

Anschluss zu Leiterwicklung 41

50

Unterbrechung

51

Schlitz

52

Durchkontaktierung zum elektrischen Verbinden von Schirmflächen

53

Durchkontaktierung zum elektrischen Verbinden einer Schirmfläche mit einer Leiterwicklung

54

Durchkontaktierung zum elektrischen Verbinden einer Leiterwicklung mit einer weiteren Leiterbahnstruktur

55

Leiterbahnstruktur

I1

Stromkreis

I2

Stromkreis

I3

Stromkreis

14

Stromkreis

S1

erste Schirmfläche

S2

zweite Schirmfläche

S3

dritte Schirmfläche

S3A

Anschluss zu dritter Schirmfläche

S4

vierte Schirmfläche

S5

fünfte Schirmfläche

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• EP 0715322 A1 [0003]
• EP 2637183 A2 [0004]
• EP 3576113 B1 [0005]
• CN 111883345 A [0006]

Claims (10)

1. Planarer Übertrager (10) umfassend eine parallel zu einer gemeinsamen Ebene angeordnete Abfolge von mehreren Lagen (1, 2, 3, 4, 8), bei welcher eine leitfähige Lage (1, 2, 3, 4) und eine isolierende Lage (8) jeweils abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind, sodass zwischen jeweils zwei leitfähigen Lagen (1, 2, 3, 4) jeweils eine isolierende Lage (8) angeordnet ist, und eine Mehrzahl von galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen (I1, I2, I3, I4) sowie eine Mehrzahl von Leiterwicklungen (11, 12, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 31, 32, 33, 36, 41), wobei jeder Stromkreis (I1, I2, I3, I4) wenigstens eine Leiterwicklung (11, 12, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 31, 32, 33, 36, 41) umfasst und jede Leiterwicklung (11, 12, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 31, 32, 33, 36, 41) jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend als Leiterbahnstruktur (55) einer leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - der planare Übertrager (10) ein magnetkernloser Übertrager ist und - der planare Übertrager (10) zumindest eine parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufende erste Schirmfläche (S1) aufweist, welche zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) ausbildet und welche zum elektromagnetischen Abschirmen zumindest einer der Mehrzahl von Leiterwicklungen (11, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 31, 32, 33) gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers (10) ausgebildet ist.
2. Planarer Übertrager (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schirmfläche (S1) als zumindest ein Teil einer leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) zum elektromagnetischen Abschirmen so angeordnet ist, dass sie zumindest eine Leiterwicklung (11, 26) derselben leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) zumindest teilweise umgibt und/oder zumindest eine Leiterwicklung (21, 22, 23, 24, 25, 31, 32, 33) einer anderen leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) zumindest teilweise bedeckt.
3. Planarer Übertrager (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfolge von mehreren Lagen (1, 2, 3, 4) zwei leitfähige Außenlagen (1, 4) und eine Mehrzahl von leitfähigen Innenlagen (2, 3), welche von den leitfähigen Außenlagen (1, 4) jeweils umgeben sind, umfasst.
4. Planarer Übertrager (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schirmfläche (S1) und wenigstens eine Leiterwicklung (26) jeweils einen Teil einer selben der leitfähigen Innenlagen (2, 3) des planaren Übertragers (10) ausbilden, wobei die erste Schirmfläche (S1) die wenigstens eine Leiterwicklung (26) zumindest teilweise umgibt.
5. Planarer Übertrager (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schirmfläche (S1) zumindest einen Teil einer der zwei leitfähigen Außenlagen (1, 4) des planaren Übertragers (10) ausbildet, wobei die erste Schirmfläche (S1) zumindest eine Leiterwicklung (11) dieser leitfähigen Außenlage (1, 4) zumindest teilweise umgibt und/oder zumindest eine Leiterwicklung (21, 24, 25, 33) einer anderen leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) zumindest teilweise bedeckt.
6. Planarer Übertrager (10) nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der planare Übertrager (10) eine zweite Schirmfläche (S2) aufweist, wobei die erste Schirmfläche (S1) und die zweite Schirmfläche (S2) einen Teil derselben leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) ausbilden und voneinander elektrisch isoliert sind und/oder dass der planare Übertrager (10) eine dritte Schirmfläche (S3) aufweist, welche zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage (1) ausbildet und mit einer Leiterwicklung (41) einer anderen leitfähigen Lage (4) über eine Durchkontaktierung (53) elektrisch verbunden ist.
7. Planarer Übertrager nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der planare Übertrager (10) zumindest eine weitere Schirmfläche (S2, S3, S4, S5) aufweist, wobei die erste Schirmfläche (S1) und die zumindest eine weitere Schirmfläche (S2, S3, S4, S5) zumindest einen Teil jeweils einer von mindestens zwei verschiedenen leitfähigen Lagen (1, 2, 3, 4) ausbilden und über mindestens eine Durchkontaktierung (52) miteinander verbunden sind.
8. Planarer Übertrager (10) nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Schirmfläche (S1) eine Unterbrechung (50), insbesondere einen Schlitz (51), aufweist.
9. Planarer Übertrager (10) nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass der planare Übertrager (10) zumindest eine weitere Schirmfläche (S2, S3, S4, S5) aufweist, wobei jede weitere Schirmfläche (S2, S3, S4, S5) des planaren Übertragers (10) jeweils zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) ausbildet derart, - dass jede leitfähige Lage (1, 2, 3, 4) des planaren Übertragers (10) jeweils mindestens eine Schirmfläche (S1, S2, S3, S4, S5) umfasst, welche zumindest eine Leiterwicklung (11, 23, 24, 26, 33, 41) derselben leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) zumindest teilweise umgibt und/oder zumindest eine Leiterwicklung (12, 21, 23, 24, 25, 31, 33) einer anderen leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) zumindest teilweise bedeckt und/oder - dass eine Summe der Flächen der ersten Schirmfläche (S1) und jeder weiteren Schirmfläche (S2, S3, S4, S5) des planaren Übertragers (10) mindestens einer Summe der durch die Außenkonturen der jeweiligen Leiterwicklungen (11, 12, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 31, 32, 33, 36, 41) des planaren Übertragers (10) aufgespannten Flächen entspricht.
10. Planarer Übertrager (10) nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass eine leitfähige Lage (1, 2, 3, 4), insbesondere eine leitfähige Innenlage (2, 3), zwei galvanisch getrennte Leiterwicklungen (21, 22, 24, 25, 31, 32) umfasst, die nebeneinander angeordnet sind, und/oder, dass galvanisch voneinander getrennte Leiterwicklungen (11, 23, 12, 24, 25, 33, 26, 36, 41) zweier verschiedener leitfähiger Lagen (1, 2, 3, 4), welche durch nur eine dazwischen angeordnete isolierende Lage (8) voneinander getrennt sind, so angeordnet sind, dass sie sich an keiner Stelle gegenseitig bedecken, und/oder, dass zumindest einer der galvanisch voneinander getrennten Stromkreise (I1, I2) des planaren Übertragers (10), vorzugsweise jeder der galvanisch voneinander getrennten Stromkreise (I1, I2) des planaren Übertragers (10), zwei Leiterwicklungen (21, 31, 22, 32, 26, 36) umfasst, welche symmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch, zueinander aufgebaut sind.

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