DE112020005247T5

DE112020005247T5 - Signalübertragungsschaltung

Info

Publication number: DE112020005247T5
Application number: DE112020005247.8T
Authority: DE
Inventors: Hideaki Emoto
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2022-07-21
Also published as: WO2021117432A1; US20230041632A1; CN114762066A; JP2021093420A

Abstract

Eine Signalübertragungsschaltung zum Übertragen eines Isolationssignals umfasst: ein Mehrschichtsubstrat mit einer Vielzahl von Schichten; und einen Mustertransformator, der auf dem Mehrschichtsubstrat angeordnet ist. Der Mustertransformator umfasst eine Primärwicklung mit einer gewickelten gedruckten Musterverdrahtung, die jeweils in einem ersten Ebenenbereich und einem zweiten Ebenenbereich des Mehrschichtsubstrats bereitgestellt wird, und eine Sekundärwicklung, die an einer von der Primärwicklung in einer Schichtrichtung verschiedenen Position angeordnet ist und eine gewickelte gedruckte Musterverdrahtung aufweist, die jeweils in dem ersten Ebenenbereich und dem zweiten Ebenenbereich des Mehrschichtsubstrats bereitgestellt wird. Die Primärwicklung und die Sekundärwicklung sind elektromagnetisch gekoppelt und so konfiguriert, dass ein Strom im Uhrzeigersinn durch die gewickelte gedruckte Musterverdrahtung im ersten Ebenenbereich oder die gewickelte gedruckte Musterverdrahtung im zweiten Ebenenbereich fließt, während ein Strom entgegen dem Uhrzeigersinn durch den anderen Bereich fließt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Signalübertragungsschaltung zur Übermittlung eines Isolationssignals.
HINTERGRUND
Als Signalübertragungsschaltung zur Übertragung eines Isolationssignals wurde eine Konfiguration vorgeschlagen, die ein Halbleiterschaltelement und einen Transformator umfasst. Die Patentdokumente 1 und 2 offenbaren beispielsweise einen Transformator mit einer Schichtstruktur, in der mehrere Schichten mit einem gedruckten Verdrahtungsmuster übereinander angeordnet sind.
Zitatliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: JP 2018-198246 A
Patentdokument 2: JP 2019-146359 A

ZUSAMMENFASSUNG
Zu lösende Probleme
Der in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbarte Transformator ist mit einem Kern aus einem magnetischen Material bereitgestellt. Die Konfiguration mit dem Kern wird als Ganzes vergrößert. Wenn jedoch der Kern im Transformator weggelassen wird, steigt der Streufluss aus der Wicklung in einem Ebenenbereich außerhalb der Wicklung an, was ein ungünstiges Problem aufgrund des Streuflusses verursacht. Es ist daher schwierig, den Transformator durch Weglassen des Kerns zu verkleinern.
In Anbetracht dessen besteht ein Ziel der vorliegenden Offenbarung darin, eine Signalübertragungsschaltung mit einer kompakten Bauweise bereitzustellen.
Lösung der Probleme
Eine Signalübertragungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist eine Signalübertragungsschaltung zum Übertragen eines Isolationssignals, die umfasst: ein Mehrschichtsubstrat mit einer Vielzahl von Schichten; und einen Mustertransformator, der auf dem Mehrschichtsubstrat angeordnet ist. Der Mustertransformator umfasst eine Primärwicklung mit einer gewickelten gedruckten Musterverdrahtung, die sowohl in einem ersten Ebenenbereich als auch in einem zweiten Ebenenbereich des Mehrschichtsubstrats bereitgestellt ist, und eine Sekundärwicklung, die an einer von der Primärwicklung in einer Schichtrichtung verschiedenen Position angeordnet ist und eine gewickelte gedruckte Musterverdrahtung aufweist, die sowohl in dem ersten Ebenenbereich als auch in dem zweiten Ebenenbereich des Mehrschichtsubstrats bereitgestellt ist. Die Primärwicklung und die Sekundärwicklung sind elektromagnetisch gekoppelt und so konfiguriert, dass ein Strom im Uhrzeigersinn durch die gewickelte gedruckte Musterverdrahtung im ersten Ebenenbereich oder die gewickelte gedruckte Musterverdrahtung im zweiten Ebenenbereich fließt, während ein Strom entgegen dem Uhrzeigersinn durch den anderen fließt.
Vorteilhafte Wirkungen
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Signalübertragungsschaltung mit einem kompakten Design bereit.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Signalübertragungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Mustertransformators gemäß einer Ausführungsform.
3 ist eine schematische Draufsicht auf eine gedruckte Musterverdrahtung in einer ersten Musterschicht eines Mustertransformators gemäß einer Ausführungsform.
4 ist eine schematische Draufsicht auf eine gedruckte Musterverdrahtung in einer zweiten Musterschicht eines Mustertransformators gemäß einer Ausführungsform.
5 ist eine schematische Draufsicht auf eine Sekundärwicklung eines Mustertransformators gemäß einer Ausführungsform.

Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass, sofern nicht besonders angegeben, Abmessungen, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen von Komponenten in den Ausführungsformen beschrieben sind nur als illustrativ zu interpretieren und nicht beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Erfindung zu begrenzen.
Beispielsweise ist ein Ausdruck für eine relative oder absolute Anordnung wie „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so auszulegen, dass er nur die Anordnung in einem streng wörtlichen Sinne angibt, sondern umfasst auch einen Zustand, in dem die Anordnung um eine Toleranz oder um einen Winkel oder einen Abstand relativ verschoben ist, wodurch es möglich ist, die gleiche Funktion zu erreichen.
So ist z. B. ein Ausdruck für einen gleichen Zustand wie „gleich“ „gleich“ und „einheitlich“ nicht so zu verstehen, dass er nur den Zustand angibt, in dem das Merkmal strikt gleich ist, sondern auch einen Zustand umfasst, in dem eine Toleranz oder ein Unterschied besteht, durch den dennoch die gleiche Funktion erreicht werden kann.
Ferner ist z. B. der Ausdruck „Form“, wie eine rechteckige oder zylindrische Form, nicht so zu verstehen, dass damit nur die geometrisch strenge Form gemeint ist, sondern umfasst auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs, in dem die gleiche Wirkung erzielt werden kann.
Andererseits sind Ausdrücke wie „umfassen“, „einschließen“, „haben“, „enthalten“ und „bilden“ nicht so zu verstehen, dass sie andere Bestandteile ausschließen.
(Konfiguration der Signalübertragungsschaltung)
Eine Konfiguration einer Signalübertragungsschaltung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Die Signalübertragungsschaltung 100 ist eine Schaltung zum Übertragen eines Isolationssignals. 1 ist ein Konfigurationsdiagramm der Signalübertragungsschaltung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Signalübertragungsschaltung 100 einen Mustertransformator 10 und FETs 40, 50 als ein oder mehrere Halbleiterschaltelemente. Der Mustertransformator 10 funktioniert auf die gleiche Weise wie ein normaler Transformator. Eine detaillierte Konfiguration des Mustertransformators 10 wird später beschrieben. Bei den FETs 40, 50 handelt es sich um zwei N-Typ-MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feld-Effektiv-Transistor). Der Source-Anschluss (S) des FET 40 ist mit dem Source-Anschluss (S) des FET 50 verbunden.
Das eine oder die mehreren Halbleiterschaltelemente, die die Signalübertragungsschaltung 100 umfasst, sind möglicherweise keine MOSFETs, sondern JFETs (Junction Field-Effect Transistor) oder andere Transistoren. Ferner sind die ein oder mehreren Halbleiterschaltelemente, die die Signalübertragungsschaltung 100 umfasst, nicht auf zwei Halbleiterschaltelemente beschränkt, sondern können ein Halbleiterschaltelement oder drei oder mehr Halbleiterschaltelemente sein.
Auf der Eingangsseite der Signalübertragungsschaltung 100 ist ein Puffer 30 (Pufferverstärker) bereitgestellt. Zum Beispiel wird ein Impulssignal, das zwischen +3,3 V und 0 V wechselt, in den positiven Eingangsanschluss des Puffers 30 eingegeben. Zum Beispiel wird ein Impulssignal, das zwischen 0V und -3,3V wechselt, in den negativen Eingangsanschluss des Puffers 30 eingegeben. Als Ergebnis wird zwischen dem positiven und dem negativen Eingangsanschluss des Puffers 30 eine Wechselspannung mit einer Impulswellenform von insgesamt 6,6 V angewendet.
Die Eingangsspannung für den Puffer 30 ist nicht auf diesen beschränkt. Sie kann zum Beispiel eine sinusförmige Wechselspannung sein. Ferner kann das in den Puffer 30 eingegebene Impulssignal beispielsweise ein Signal sein, das durch die PWM-Regelung (Pulsweitenmodulation) eines FPGA (Field-Programmable Gate Array) erzeugt wird.
Der positive Ausgangsanschluss des Puffers 30 ist mit einem Ende eines Widerstands R₁ verbunden, und das andere Ende des Widerstands R₁ ist mit einem Ende eines Kondensators C₁ verbunden. Der negative Ausgangsanschluss des Puffers 30 ist mit einem Ende eines Widerstands R₂ verbunden, und das andere Ende des Widerstands R₂ ist mit einem Ende eines Kondensators C₂ verbunden. Der Widerstand R₁ und der Widerstand R₂ sind so ausgelegt, dass sie Widerstandswerte haben, die eine Überlastung verhindern.
Das andere Ende des Kondensators C₁ ist mit dem positiven Anschluss der Primärwicklung 11 des Mustertransformators 10 verbunden. Das andere Ende des Kondensators C₂ ist mit dem Minuspol der Primärwicklung 11 des Mustertransformators 10 verbunden. Der Kondensator C₁ und der Kondensator C₂ entfernen eine Gleichstromkomponente des Eingangssignals. Dementsprechend wird an die Primärwicklung 11 des Mustertransformators 10 eine Wechselspannung angewendet, aus der die Gleichstromkomponente entfernt wird.
Der positive Anschluss der Sekundärwicklung 12 des Mustertransformators 10 ist mit einem Ende einer Spule L₁ verbunden. Das andere Ende der Spule L₁ ist mit einem Ende eines Kondensators C₃ verbunden. Das andere Ende des Kondensators C₃ ist mit dem Minuspol der Sekundärwicklung 12 des Mustertransformators 10 verbunden.
Somit ist ein sekundärseitiges Ende des Mustertransformators 10 mit einem Ende der Spule L₁ verbunden, das andere Ende der Spule L₁ ist mit einem Ende des ersten Kondensators (Kondensator C₃) verbunden, und das andere Ende des ersten Kondensators (Kondensator C₃) ist mit dem anderen sekundärseitigen Ende des Mustertransformators 10 verbunden. Ferner ist ein primärseitiges Ende des Mustertransformators 10 mit dem zweiten Kondensator (Kondensator C₁) verbunden, und das andere primärseitige Ende des Mustertransformators 10 ist mit dem dritten Kondensator (Kondensator C₂) verbunden.
Hier sind die Spule L₁ und der erste Kondensator (Kondensator C₃) so ausgelegt, dass sie eine Schaltung bilden, die mit einem von der Sekundärseite des Mustertransformators 10 ausgegebenen Wechselstromsignal in Resonanz geht. Insbesondere sind die Parameter der Induktivität der Spule L₁ und der Kapazität des Kondensators C₃ so ausgelegt, dass sie eine Schaltung bilden, deren Resonanzfrequenz nahe der Frequenz des Wechselstromsignals liegt, das von der Sekundärseite des Mustertransformators 10 ausgegeben wird. Die Resonanz der Schaltung kompensiert den durch den Verlust im Mustertransformator 10 verursachten Spannungsabfall auf der Sekundärseite.
Der zweite Kondensator (Kondensator C₁) und der dritte Kondensator (Kondensator C₂) sind so konfiguriert, dass sie in Kombination mit der Induktivitätskomponente der Primärwicklung des Mustertransformators 10 in Resonanz treten. Das heißt, die Schaltung ist so konfiguriert, dass sowohl auf der Primärseite als auch auf der Sekundärseite des Mustertransformators 10 eine RLC-Resonanz auftritt.
Ferner sind die Parameter des zweiten Kondensators (Kondensator C₁) und des dritten Kondensators (Kondensator C₂) so ausgelegt, dass sie eine Kapazität aufweisen, die die volle Breite bei halbem Maximum der von der Spule L₁ und dem ersten Kondensator (Kondensator C₃) gebildeten Schaltung vergrößert. Da in diesem Fall die Halbwertsbreite der Resonanzschaltung (oder Schwingschaltung) vergrößert wird, kann die Verringerung der Resonanzwirkung auch dann unterdrückt werden, wenn aufgrund der Parameter der Elemente ein geringer Unterschied zwischen der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung und der Frequenz des Wechselstromsignals besteht.
Ein Ende des Kondensators C₃ ist mit einem Anodenanschluss einer Diode D₁ verbunden. Ein Kathodenanschluss der Diode D₁ ist mit einem Ende eines Kondensators C₄ verbunden. Das andere Ende des Kondensators C₄ ist mit dem anderen Ende des Kondensators C₃ verbunden. Sie bilden eine erste Gleichrichterschaltung, die den Halbwellenanteil der Wechselspannung gleichrichtet, die die Sekundärspannung des Mustertransformators 10 ist.
Das andere Ende des Kondensators C₃ ist mit dem einen Ende eines Kondensators C₅ verbunden. Das andere Ende des Kondensators C₅ ist mit einem Anodenanschluss einer Diode D₂ verbunden. Ein Kathodenanschluss der Diode D₂ ist mit dem Anodenanschluss der Diode D₁ verbunden. Sie bilden eine zweite Gleichrichterschaltung, die den Halbwellenanteil der Wechselspannung gleichrichtet, die die Sekundärspannung des Mustertransformators 10 ist.
Das andere Ende des Kondensators C₄ und ein Ende des Kondensators C₅ sind mit dem Minuspol der Sekundärwicklung 12 des Mustertransformators 10 verbunden. Daher ist die Ladespannung des Kondensators C₄ und des Kondensators C₅ eine Gleichspannung, die durch die erste Gleichrichterschaltung und die zweite Gleichrichterschaltung vollweggleichgerichtet wird.
Ein Ende des Kondensators C₄ ist mit einem Ende eines Widerstands R₃ verbunden. Das andere Ende des Widerstands R₃ ist mit dem anderen Ende des Kondensators C₅ verbunden. Der Parameter des Widerstands R₃ ist so ausgelegt, dass er einen Widerstandswert hat, der für die Entladung der Ladespannung des Kondensators C₄ und des Kondensators C₅ geeignet ist.
Ein Ende des Widerstands R₃ ist mit einem Ende eines Widerstands R₄ und einem Ende eines Widerstands R₆ verbunden. Das andere Ende des Widerstands R₄ ist mit dem Gate-Anschluss (G) des FET 40 verbunden. Das andere Ende des Widerstands R₆ ist mit dem Gate (G)-Anschluss des FET 50 verbunden. Das andere Ende des Widerstands R₃ ist mit dem einen Ende des Widerstands R₅ verbunden. Das andere Ende des Widerstandes R₅ ist mit dem Source-Anschluss (S) des FET 40 und dem Source-Anschluss (S) des FET 50 verbunden.
Der Drain-Anschluss (D) des FET 40 ist mit dem positiven Ausgangsanschluss der Signalübertragungsschaltung 100 verbunden. Der Drain-Anschluss (D) des FET 50 ist mit dem negativen Ausgangsanschluss der Signalübertragungsschaltung 100 verbunden. Die FETs 40 und 50 werden geschaltet, wenn sich die Spannung zwischen dem Gate-Anschluss (G) und dem Source-Anschluss (S) in Abhängigkeit von der Sekundärspannung des Mustertransformators 10 ändert.
Auf diese Weise sind ein oder mehrere Halbleiterschaltelemente (z. B. FETs 40 und 50), die auf der Sekundärseite des Mustertransformators 10 vorgesehen sind, so konfiguriert, dass sie durch die Sekundärspannung des Mustertransformators 10 ein- und ausgeschaltet werden und ein Kontaktausgangssignal ausgeben. In der obigen Konfiguration sind die FETs 40 und 50, deren Source-Anschlüsse (S) miteinander verbunden sind, insofern vorteilhaft, als sie ein nichtpolares Kontaktausgangssignal ausgeben können. Das heißt, da eine solche Signalübertragungsschaltung 100 ein Kontaktsignal ohne Einschränkungen auf der positiven und negativen Seite als IO-Modul ausgibt, kann auch ein elektromagnetisches Ventil, das mit einer Wechselspannung arbeitet, ein- und ausgeschaltet werden.
(Konfiguration des Mustertransformators 10)
Eine Konfiguration des Mustertransformators 10 gemäß einer Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben. 2 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm des Mustertransformators 10 gemäß einer Ausführungsform. Wie in 2 dargestellt, ist der Mustertransformator 10 auf dem Mehrschichtsubstrat 20 angeordnet, das eine Vielzahl von Schichten umfasst.
Die Vielzahl der Schichten des Mehrschichtsubstrats 20 umfasst eine erste Musterschicht 21, eine zweite Musterschicht 22, eine dritte Musterschicht 23 und eine vierte Musterschicht 24. Die gedruckte Musterverdrahtung ist in diesen Schichten ausgebildet. Die zweite Musterschicht 22 wird auf einer Seite der ersten Musterschicht 21 gebildet. Die dritte Musterschicht 23 wird auf einer Seite der zweiten Musterschicht 22 gebildet. Die vierte Musterschicht 24 wird auf einer Seite der dritten Musterschicht 23 gebildet.
In dem in 2 gezeigten Beispiel ist die eine Seite die untere Seite in vertikaler Richtung (Schichtrichtung) in der Figur, und die andere Seite ist die obere Seite in vertikaler Richtung. Die eine Seite der ersten Musterschicht 21 und die andere Seite der zweiten Musterschicht 22 sind einander zugewandt. Die eine Seite der zweiten Musterschicht 22 und die andere Seite der dritten Musterschicht 23 sind einander zugewandt. Die eine Seite der dritten Musterschicht 23 und die andere Seite der vierten Musterschicht 24 sind einander zugewandt. Die Schichten sind also in der Schichtrichtung angeordnet.
Die Vielzahl der Schichten des Mehrschichtsubstrats 20 umfasst ferner eine erste Isolierschicht 27 (Kernschicht), die zwischen der ersten Musterschicht 21 und der zweiten Musterschicht 22 angeordnet ist, eine zweite Isolierschicht 28 (Prepreg-Schicht), die zwischen der zweiten Musterschicht 22 und der dritten Musterschicht 23 angeordnet ist, und eine dritte Isolierschicht 29 (Kernschicht), die zwischen der dritten Musterschicht 23 und der vierten Musterschicht 24 angeordnet ist. Diese Schichten sind Isolierschichten mit isolierender Eigenschaft.
Die erste Isolierschicht 27 und die dritte Isolierschicht 29 sind mit Verbindungsabschnitten 60 zum Verbinden von gedruckten Musterverdrahtungen, die in der Schichtrichtung nebeneinander liegen, bereitgestellt. Die Verbindungsabschnitte 60 umfassen einen ersten Verbindungsabschnitt 60 (60A, 60C), der in dem ersten Ebenenbereich angeordnet ist, und einen zweiten Verbindungsabschnitt 60 (60B, 60D), der in dem zweiten Ebenenbereich angeordnet ist. Andererseits ist die zweite Isolierschicht 28 (Prepreg-Schicht) mit keinem Verbindungsabschnitt 60 bereitgestellt.
Der Verbindungsabschnitt 60 wird beispielsweise durch Einspritzen eines leitenden Materials in ein Durchgangsloch gebildet, das in jeder der ersten Isolierschicht 27 und der dritten Isolierschicht 29 bereitgestellt wird. Der Verbindungsabschnitt 60 kann ein Leiter sein, der so geformt ist, dass er durch jede der ersten Isolierschicht 27 und der dritten Isolierschicht 29 verläuft.
Die erste Musterschicht 21, die zweite Musterschicht 22, die dritte Musterschicht 23 und die vierte Musterschicht 24 sind so ausgelegt, dass sie eine Dicke von z.B. 0,018 mm haben. Die Prepreg-Schicht ist vorzugsweise dicker als die Kernschicht. Die Dicke der ersten Isolierschicht 27 und der dritten Isolierschicht 29 kann beispielsweise 0,1 mm betragen, während die Dicke der zweiten Isolierschicht 28 0,3 mm betragen kann. In diesem Fall ist es möglich, die gedruckten Musterverdrahtungen durch den Verbindungsabschnitt 60 einfach zu verbinden und gleichzeitig die Isolationseigenschaften der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 sicherzustellen.
Wie in dem in 2 gezeigten Beispiel kann das Mehrschichtsubstrat 20 zusätzlich zu den vier Musterschichten und drei Isolierschichten eine fünfte Musterschicht 25, eine sechste Musterschicht 26, eine vierte Isolierschicht (Prepreg-Schicht) und eine fünfte Isolierschicht (Kernschicht) umfassen. Beispielsweise kann die Dicke der vierten Isolierschicht (Prepreg-Schicht) 0,6 mm und die Dicke der fünften Isolierschicht (Kernschicht) 0,1 mm betragen.
Wie in 2 gezeigt, umfasst der Mustertransformator 10 eine Primärwicklung 11 mit einer gewickelten gedruckten Musterverdrahtung, die sowohl im ersten Ebenenbereich als auch im zweiten Ebenenbereich des Mehrschichtsubstrats 20 bereitgestellt ist, und eine Sekundärwicklung 12, die an einer anderen Position als die Primärwicklung 11 in der Schichtrichtung angeordnet ist und eine gewickelte gedruckte Musterverdrahtung aufweist, die sowohl im ersten Ebenenbereich als auch im zweiten Ebenenbereich des Mehrschichtsubstrats 20 bereitgestellt ist. Die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 sind so konfiguriert, dass sie elektromagnetisch gekoppelt sind.
Der erste Ebenenbereich und der zweite Ebenenbereich sind Bereiche, die die jeweiligen Anschlussabschnitte 60 umfassen. Der erste Ebenenbereich und der zweite Ebenenbereich sind unterschiedliche Ebenenbereiche und überlappen sich vorzugsweise nicht. Der Ausdruck „im ersten Ebenenbereich bereitgestellt“ bedeutet „so bereitgestellt, dass sie zumindest einen Teil des ersten Ebenenbereichs überlappen“. Das Gleiche gilt für den Ausdruck „im zweiten Ebenenbereich bereitgestellt“. Mit anderen Worten, die gedruckte Musterverdrahtung der Primärwicklung 11 und die gedruckte Musterverdrahtung der Sekundärwicklung 12 können in der Draufsicht verschoben werden, solange sie sich teilweise überlappen.
Wie in 2 gezeigt, wird die gedruckte Musterverdrahtung der Primärwicklung 11 in der dritten Musterschicht 23 und der vierten Musterschicht 24 gebildet. Die gedruckte Musterverdrahtung der Primärwicklung 11 umfasst einen ersten Wicklungsabschnitt 11A, einen zweiten Wicklungsabschnitt 11B, einen dritten Wicklungsabschnitt 11C und einen vierten Wicklungsabschnitt 11D.
Der erste Wicklungsabschnitt 11A ist, ausgehend vom positiven Ende, im Uhrzeigersinn und spiralförmig nach innen um den ersten Anschlussabschnitt 60 (60A) der dritten Isolierschicht 29 gewickelt und erstreckt sich so, dass er mit dem ersten Anschlussabschnitt 60 (60A) im ersten Ebenenbereich der vierten Musterschicht 24 verbunden ist. Der zweite Wicklungsabschnitt 11B ist über den ersten Anschlussabschnitt 60 (60A) mit dem ersten Wicklungsabschnitt 11A verbunden und, ausgehend von dem ersten Anschlussabschnitt 60 (60A) in der dritten Musterschicht 23, im Uhrzeigersinn und spiralförmig nach außen um den ersten Anschlussabschnitt 60 (60A) im ersten Ebenenbereich der dritten Musterschicht 23 gewunden.
Der dritte Wicklungsabschnitt 11C ist mit dem negativen Ende des zweiten Wicklungsabschnitts 11B verbunden und, ausgehend von dem negativen Ende des zweiten Wicklungsabschnitts 11B, gegen den Uhrzeigersinn und spiralförmig nach innen um den zweiten Anschlussabschnitt 60 (60B) gewickelt und erstreckt sich so, dass er mit dem zweiten Anschlussabschnitt 60 (60B) im zweiten Ebenenbereich der dritten Musterschicht 23 verbunden ist. Der vierte Wicklungsabschnitt 11D ist über den zweiten Anschlussabschnitt 60 (60B) mit dem dritten Wicklungsabschnitt 11C verbunden und wird, ausgehend von dem zweiten Anschlussabschnitt 60 (60B) in der vierten Musterschicht 24, gegen den Uhrzeigersinn und spiralförmig nach außen um den zweiten Anschlussabschnitt 60 (60B) gewickelt und mit dem negativen Ende im zweiten Ebenenbereich der vierten Musterschicht 24 verbunden.
Wie in 2 gezeigt, wird die gedruckte Musterverdrahtung der Sekundärwicklung 12 in der ersten Musterschicht 21 und der zweiten Musterschicht 22 gebildet. Die gedruckte Musterverdrahtung der Sekundärwicklung 12 umfasst einen fünften Wicklungsabschnitt 12A, einen sechsten Wicklungsabschnitt 12B, einen siebten Wicklungsabschnitt 12C und einen achten Wicklungsabschnitt 12D.
Der fünfte Wicklungsabschnitt 12A ist, ausgehend vom positiven Ende, im Uhrzeigersinn und spiralförmig nach innen um den zweiten Anschlussabschnitt 60 (60D) der ersten Isolierschicht 27 gewickelt und erstreckt sich so, dass er mit dem zweiten Anschlussabschnitt 60 (60D) im zweiten Ebenenbereich der ersten Musterschicht 21 verbunden ist. Der sechste Wicklungsabschnitt 12B ist über den zweiten Anschlussabschnitt 60 (60D) mit dem fünften Wicklungsabschnitt 12A verbunden und, ausgehend von dem zweiten Anschlussabschnitt 60 (60D) in der zweiten Musterschicht 22, im Uhrzeigersinn und spiralförmig nach außen um den zweiten Anschlussabschnitt 60 (60D) im zweiten Ebenenbereich der zweiten Musterschicht 22 gewickelt.
Der siebte Wicklungsabschnitt 12C ist mit dem negativen Ende des sechsten Wicklungsabschnitts 12B verbunden und, ausgehend von dem negativen Ende des sechsten Wicklungsabschnitts 12B, gegen den Uhrzeigersinn und spiralförmig nach innen um den ersten Anschlussabschnitt 60 (60C) gewickelt und erstreckt sich so, dass er mit dem ersten Anschlussabschnitt 60 (60C) im ersten Ebenenbereich der zweiten Musterschicht 22 verbunden ist. Der achte Wicklungsabschnitt 12D ist über den ersten Anschlussabschnitt 60 (60C) mit dem siebten Wicklungsabschnitt 12C verbunden und, ausgehend von dem ersten Anschlussabschnitt 60 (60C) in der ersten Musterschicht 21, gegen den Uhrzeigersinn und spiralförmig nach außen um den ersten Anschlussabschnitt 60 (60C) gewickelt und mit dem negativen Ende im ersten Ebenenbereich der ersten Musterschicht 21 verbunden.
Nachfolgend wird die gedruckte Musterverdrahtung des Mustertransformators 10 in einer anderen Ansicht als in 2 beschrieben. 3 ist eine schematische Draufsicht auf die gedruckte Musterverdrahtung in der ersten Musterschicht 21 des Mustertransformators 10 gemäß einer Ausführungsform. Hier wird die Sekundärwicklung 12 getrennt für die erste Musterschicht 21 und die zweite Musterschicht 22 beschrieben. 4 ist eine schematische Draufsicht auf die gedruckte Musterverdrahtung in der zweiten Musterschicht 22 des Mustertransformators 10 gemäß einer Ausführungsform. 5 ist eine schematische Draufsicht auf die Sekundärwicklung 12 des Mustertransformators 10 gemäß einer Ausführungsform. 5 zeigt einen Zustand, in dem die Wicklungsabschnitte der Sekundärwicklung 12 durch das Mehrschichtsubstrat 20 hindurch überlagert sind.
Wie in den 2 bis 5 gezeigt, sind der fünfte Wicklungsabschnitt 12A im zweiten Ebenenbereich und der achte Wicklungsabschnitt 12D im ersten Ebenenbereich in der ersten Musterschicht 21 ausgebildet, und der sechste Wicklungsabschnitt 12B im zweiten Ebenenbereich und der siebte Wicklungsabschnitt 12C im ersten Ebenenbereich sind in der zweiten Musterschicht 22 ausgebildet. Ferner sind der fünfte Wicklungsabschnitt 12A und der achte Wicklungsabschnitt 12D mit dem sechsten Wicklungsabschnitt 12B bzw. dem siebten Wicklungsabschnitt 12C über die Anschlussabschnitte 60 verbunden. Da die Sekundärwicklung 12 durch Verbinden der in zwei Musterschichten angeordneten Wicklungsabschnitte gebildet wird, kann die Anzahl der Windungen pro Flächeneinheit im Vergleich zu der Konfiguration erhöht werden, bei der die Sekundärwicklung 12 nur in einer Musterschicht gebildet wird.
Die Primärwicklung 11 wird auch durch Verbinden der Wicklungsabschnitte gebildet, die in der dritten Musterschicht 23 und der vierten Musterschicht 24 angeordnet sind, wie bei der Sekundärwicklung 12, die in 3 bis 5. Ferner sind die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 übereinander angeordnet, wie in den 2 und 5 gezeigt.
(Funktionsprinzip des Mustertransformators 10)
Der Betrieb des Mustertransformators 10 wird beschrieben, wenn eine Wechselspannung an den Mustertransformator 10 angelegt wird, so dass ein Strom von der positiven Seite der Primärwicklung 11 fließt. Zunächst fließt in der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 ein Strom im Uhrzeigersinn durch eine der gewickelten gedruckten Musterverdrahtungen, die im ersten Ebenenbereich bereitgestellt werden, oder durch die gewickelten gedruckten Musterverdrahtungen, die im zweiten Ebenenbereich bereitgestellt werden, während ein Strom gegen den Uhrzeigersinn durch die andere fließt.
Zum Beispiel fließt, wie in 2 gezeigt, ein Strom von der positiven Seite der Primärwicklung 11 zum ersten Wicklungsabschnitt 11A und fließt im Uhrzeigersinn durch den ersten Wicklungsabschnitt 11A. Dieser Strom fließt zum zweiten Wicklungsabschnitt 11B über den Anschlussabschnitt 60 und fließt im Uhrzeigersinn durch den zweiten Wicklungsabschnitt 11B. Ferner fließt der Strom vom zweiten Wicklungsabschnitt 11B zum dritten Wicklungsabschnitt 11C und fließt gegen den Uhrzeigersinn durch den dritten Wicklungsabschnitt 11C. Dieser Strom fließt über den Anschlussabschnitt 60 zum vierten Wicklungsabschnitt 11D und fließt gegen den Uhrzeigersinn durch den vierten Wicklungsabschnitt 11D.
Gemäß der obigen Konfiguration fließt ein Strom in der gewickelten gedruckten Musterverdrahtung, die im ersten Ebenenbereich bereitgestellt wird, und in der gewickelten gedruckten Musterverdrahtung, die im zweiten Ebenenbereich bereitgestellt wird, in entgegengesetzten Richtungen. Dementsprechend werden magnetische Schaltungen H1, H2 zwischen den beiden gewickelten gedruckten Verdrahtungen gebildet. Die magnetische Schaltung H1 ist eins magnetische Schaltung des magnetischen Flusses in der Primärwicklung 11, und die magnetische Schaltung H2 ist eine magnetische Schaltung des magnetischen Flusses aufgrund der magnetischen Kopplung zwischen der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12. Der durch einen induzierten Strom der Sekundärwicklung 12 erzeugte magnetische Fluss wird ebenfalls auf die gleiche Weise gebildet wie die magnetische Schaltung H1.
Die magnetischen Schaltungen H1, H2 leiten den magnetischen Fluss so, dass der Streufluss aus der Wicklung in einem Ebenenbereich außerhalb der Wicklung reduziert wird. Daher kann durch eine Konfiguration ohne Kern eine kompakte Bauweise erreicht werden.
Da die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 die gewickelten gedruckten Musterverdrahtungen im gleichen Ebenenbereich aufweisen, können sie außerdem elektromagnetisch gekoppelt werden. Wenn beispielsweise, wie in 2 gezeigt, ein Strom durch die Primärwicklung 11 fließt, wird die magnetische Schaltung H2 gebildet, und der in der Primärwicklung 11 erzeugte magnetische Fluss wird mit der Sekundärwicklung 12 gekoppelt. Infolgedessen fließt ein Strom durch die Sekundärwicklung 12 aufgrund der elektromagnetischen Induktion eines Wechselstroms, der durch die Primärwicklung 11 fließt. Der Mustertransformator 10 funktioniert also wie ein Transformator.
Wie in 2 dargestellt, fließt beispielsweise aufgrund der elektromagnetischen Induktion, die mit der in der Primärwicklung 11 erzeugten Änderung des magnetischen Flusses einhergeht, ein Strom von der positiven Seite der Sekundärwicklung 12 zum fünften Wicklungsabschnitt 12A und fließt im Uhrzeigersinn durch den fünften Wicklungsabschnitt 12A. Dieser Strom fließt über den Anschlussabschnitt 60 zum sechsten Wicklungsabschnitt 12B und fließt im Uhrzeigersinn durch den sechsten Wicklungsabschnitt 12B. Ferner fließt der Strom vom sechsten Wicklungsabschnitt 12B zum siebten Wicklungsabschnitt 12C und fließt gegen den Uhrzeigersinn durch den siebten Wicklungsabschnitt 12C. Dieser Strom fließt über den Anschlussabschnitt 60 zum achten Wicklungsabschnitt 12D und fließt gegen den Uhrzeigersinn durch den achten Wicklungsabschnitt 12D.
Wie oben beschrieben, ist die Primärwicklung 11 so konfiguriert, dass ein Strom im Uhrzeigersinn durch die gewickelte gedruckte Musterverdrahtung fließt, die im ersten Ebenenbereich bereitgestellt wird, während ein Strom gegen den Uhrzeigersinn durch die gewickelte gedruckte Musterverdrahtung fließt, die im zweiten Ebenenbereich bereitgestellt wird. Darüber hinaus ist die Sekundärwicklung 12 so konfiguriert, dass ein Strom gegen den Uhrzeigersinn durch die gewickelte Musterverdrahtung im ersten Ebenenbereich fließt, während ein Strom im Uhrzeigersinn durch die gewickelte Musterverdrahtung im zweiten Ebenenbereich fließt. Wenn die Polarität der Wechselspannung umgekehrt wird, fließt ein Strom in die entgegengesetzte Richtung zu der oben beschriebenen.
(Abwandlung)
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst Modifikationen der oben beschriebenen Ausführungsformen und Ausführungsformen, die aus Kombinationen dieser Ausführungsformen bestehen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 des Mustertransformators 10 über die Anschlussabschnitte 60 über zwei Musterschichten bereitgestellt. Der Mustertransformator 10 ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 können über die Anschlussabschnitte 60 über drei oder mehr Musterschichten bereitgestellt werden, oder sie können auf einer Musterschicht bereitgestellt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform haben die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 des Mustertransformators 10 Wicklungsabschnitte in jedem der ersten Ebenenbereiche und des zweiten Ebenenbereiches. Der Mustertransformator 10 ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 können Wicklungsabschnitte in drei oder mehr Ebenenbereichen aufweisen. Das heißt, die magnetische Schaltung kann komplizierter sein. Die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 sind jedoch vorzugsweise so ausgelegt, dass der durch die Ströme in den Wicklungen erzeugte magnetische Fluss in einem Bereich außerhalb der Ebenenbereiche reduziert wird.
In 2 ist die Primärwicklung 11 unterhalb der Sekundärwicklung 12 angeordnet, und die Primärwicklung 11 ist in der dritten Musterschicht 23 und der vierten Musterschicht 24 bereitgestellt. Die Primärwicklung 11 kann jedoch auch oberhalb der Sekundärwicklung 12 angeordnet sein, und die Primärwicklung 11 kann in der ersten Musterschicht 21 und der zweiten Musterschicht 22 bereitgestellt werden. Das heißt, die Lagebeziehung kann umgekehrt sein, solange sie sich in der Schichtrichtung überlappen.
Die Anzahl der Windungen der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt, sondern kann frei gestaltet werden. Auch das Windungsverhältnis kann frei gestaltet werden.
(Fazit)
Der in den obigen Ausführungsformen beschriebene Inhalt ist z.B. wie folgt zu verstehen.
(1) Eine Signalübertragungsschaltung (100) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Signalübertragungsschaltung (100) zum Übertragen eines Isoliersignals, die umfasst: ein Mehrschichtsubstrat (20), das eine Vielzahl von Schichten umfasst; und einen Mustertransformator (10), der auf dem Mehrschichtsubstrat (20) angeordnet ist. Der Mustertransformator (10) umfasst eine Primärwicklung (11) mit einer gewickelten gedruckten Musterverdrahtung, die in jedem von einem ersten Ebenenbereich und einem zweiten Ebenenbereich des Mehrschichtsubstrats (20) bereitgestellt ist, und eine Sekundärwicklung (12), die an einer von der Primärwicklung (11) verschiedenen Position in einer Schichtrichtung angeordnet ist und eine gewickelte gedruckte Musterverdrahtung aufweist, die in jedem von dem ersten Ebenenbereich und dem zweiten Ebenenbereich des Mehrschichtsubstrats (20) bereitgestellt ist. Die Primärwicklung (11) und die Sekundärwicklung (12) sind elektromagnetisch gekoppelt und so konfiguriert, dass ein Strom im Uhrzeigersinn durch eine der gewickelten gedruckten Musterverdrahtung, die im ersten Ebenenbereich bereitgestellt wird, oder der gewickelten gedruckten Musterverdrahtung, die im zweiten Ebenenbereich bereitgestellt wird, fließt, während ein Strom gegen den Uhrzeigersinn durch die andere fließt.
Gemäß der in (1) beschriebenen Konfiguration fließt ein Strom in entgegengesetzten Richtungen durch die gewickelte gedruckte Musterverdrahtung, die im ersten Ebenenbereich bereitgestellt wird, und durch die gewickelte gedruckte Musterverdrahtung, die im zweiten Ebenenbereich bereitgestellt wird. Dementsprechend werden magnetische Schaltungen (H1, H2) zwischen den beiden gewickelten gedruckten Verdrahtungen gebildet. Die magnetischen Schaltungen (H1, H2) leiten den magnetischen Fluss so, dass der Streufluss aus der Wicklung in einem Ebenenbereich außerhalb der Wicklung reduziert wird. Daher kann durch eine Konfiguration ohne Kern eine kompakte Bauweise erreicht werden. Da die Primärwicklung (11) und die Sekundärwicklung (12) die gewickelten gedruckten Musterverdrahtungen im gleichen Ebenenbereich aufweisen, können sie außerdem elektromagnetisch gekoppelt werden.
(2) In einigen Ausführungsformen ist in der obigen Konfiguration (1) die Primärwicklung (11) so konfiguriert, dass ein Strom im Uhrzeigersinn durch die gewickelte Musterverdrahtung fließt, die im ersten Ebenenbereich bereitgestellt wird, während ein Strom gegen den Uhrzeigersinn durch die gewickelte Musterverdrahtung fließt, die im zweiten Ebenenbereich bereitgestellt wird. Die Sekundärwicklung (12) ist so konfiguriert, dass ein Strom im Gegenuhrzeigersinn durch die gewickelte gedruckte Musterverdrahtung fließt, die im ersten Ebenenbereich bereitgestellt wird, während ein Strom im Uhrzeigersinn durch die gewickelte gedruckte Musterverdrahtung fließt, die im zweiten Ebenenbereich bereitgestellt wird.
Ein Strom fließt durch die Sekundärwicklung (12) aufgrund der elektromagnetischen Induktion eines durch die Primärwicklung (11) fließenden Stroms. Somit funktioniert der Mustertransformator (10) als Transformator.
(3) In einigen Ausführungsformen sind in der obigen Konfiguration (1) oder (2) ein oder mehrere Halbleiterschaltelemente (z. B. die in 1 dargestellten FETs 40, 50) auf einer Sekundärseite des Mustertransformators (10) angeordnet. Das eine oder die mehreren Halbleiterschaltelemente (z. B. die in 1 dargestellten FETs 40, 50) sind so konfiguriert, dass sie durch eine Sekundärspannung des Mustertransformators (10) ein- und ausgeschaltet werden und ein Kontaktausgangssignal ausgeben.
Gemäß der in (3) beschriebenen Konfiguration können die Halbleiterschaltelemente (z.B. FETs 40, 50 in 1), die auf der Sekundärseite des Mustertransformators (10) angeordnet sind, durch Regelung des Stroms oder der Spannung auf der Primärseite des Mustertransformators (10) ein- und ausgeschaltet werden, um ein Kontaktausgangssignal auszugeben.
(4) In einigen Ausführungsformen ist in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (3) ein sekundärseitiges Ende des Mustertransformators (10) mit einem Ende einer Spule (Spule L₁) verbunden, ein anderes Ende der Spule (Spule L₁) ist mit einem Ende eines ersten Kondensators (Kondensator C₃) verbunden, und ein anderes Ende des ersten Kondensators (Kondensator C₃) ist mit einem anderen sekundärseitigen Ende des Mustertransformators (10) verbunden. Die Spule (Spule L₁) und der erste Kondensator (Kondensator C₃) bilden eine Schaltung, die mit einem von einer Sekundärseite des Mustertransformators (10) ausgegebenen Wechselstromsignal in Resonanz ist.
Gemäß der in (4) beschriebenen Schaltung kompensiert die Resonanz der Resonanzschaltung den Spannungsabfall auf der Sekundärseite, der auf den Verlust im Mustertransformator (10) zurückzuführen ist.
(5) In einigen Ausführungsformen ist in der obigen Konfiguration (4) ein primärseitiges Ende des Mustertransformators (10) mit einem zweiten Kondensator (z. B. Kondensator C₁ in 1) verbunden, und ein anderes primärseitiges Ende des Mustertransformators (10) ist mit einem dritten Kondensator (z. B. Kondensator C₂ in 1) verbunden. Der zweite Kondensator (z.B. der Kondensator C₁ in 1) und der dritte Kondensator (z.B. der Kondensator C₂ in 1) haben eine Kapazität, die die Halbwertsbreite der Schaltung erhöht.
Da die Halbwertsbreite der Resonanzschaltung gemäß der in (5) beschriebenen Konfiguration vergrößert wird, kann die Verringerung der Resonanzwirkung auch dann unterdrückt werden, wenn aufgrund der Parameter der Elemente ein geringer Unterschied zwischen der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung und der Frequenz des Wechselstromsignals besteht.
(6) In einigen Ausführungsformen umfasst die Vielzahl von Schichten in einer der obigen Ausführungsformen (1) bis (5) eine erste Musterschicht (21) mit der gedruckten Musterverdrahtung; eine zweite Musterschicht (22) mit der gedruckten Musterverdrahtung, die auf einer Seite der ersten Musterschicht (21) ausgebildet ist; eine dritte Musterschicht (23) mit der gedruckten Musterverdrahtung, die auf einer Seite der zweiten Musterschicht (22) ausgebildet ist; eine vierte Musterschicht (24) mit der gedruckten Musterverdrahtung, die auf einer Seite der dritten Musterschicht (23) ausgebildet ist; eine erste Isolierschicht (27), die isolierende Eigenschaften aufweist und zwischen der ersten Musterschicht (21) und der zweiten Musterschicht (22) angeordnet ist; eine zweite Isolierschicht (28), die isolierende Eigenschaften aufweist und zwischen der zweiten Musterschicht (22) und der dritten Musterschicht (23) angeordnet ist; und eine dritte Isolierschicht (29), die isolierende Eigenschaften aufweist und zwischen der dritten Musterschicht (23) und der vierten Musterschicht (24) angeordnet ist. Die erste Isolierschicht (27) und die dritte Isolierschicht (29) sind mit Anschlussabschnitten (60) bereitgestellt, die einen ersten Anschlussabschnitt (60A, 60C) umfassen, der in dem ersten Ebenenbereich angeordnet ist, und einen zweiten Anschlussabschnitt (60B, 60D), der in dem zweiten Ebenenbereich angeordnet ist, um die gedruckten Musterverdrahtungen in der Schichtrichtung nebeneinander zu verbinden.
Gemäß der in (6) beschriebenen Konfiguration wird unter Verwendung der Anschlussabschnitte (60) die Primärwicklung (11) durch Erstrecken der gedruckten Musterverdrahtung zur dritten Musterschicht (23) und vierten Musterschicht (24) gebildet, und die Sekundärwicklung (12) wird durch Erstrecken der gedruckten Musterverdrahtung zur ersten Musterschicht (21) und zweiten Musterschicht (22) gebildet. Ferner können die Primärwicklung (11) und die Sekundärwicklung (12) durch die zweite Isolierschicht (28) isoliert werden. Daher eignet sie sich zur Bildung des Mustertransformators (10).
(7) In einigen Ausführungsformen ist in der obigen Konfiguration (6) die gedruckte Musterverdrahtung der Primärwicklung (11) in der dritten Musterschicht (23) und der vierten Musterschicht (24) ausgebildet. Die gedruckte Musterverdrahtung der Primärwicklung (11) umfasst: einen ersten Wicklungsabschnitt (11A), der, ausgehend von einem positiven Ende, im Uhrzeigersinn und spiralförmig nach innen um den ersten Anschlussabschnitt (60A) der dritten Isolierschicht (23) gewickelt ist und sich so erstreckt, dass er mit dem ersten Anschlussabschnitt (60A) im ersten Ebenenbereich der vierten Musterschicht (24) verbunden ist; einen zweiten Wicklungsabschnitt (11B), der über den ersten Anschlussabschnitt (60A) mit dem ersten Wicklungsabschnitt (11A) verbunden ist und, ausgehend von dem ersten Anschlussabschnitt (60A) in der dritten Musterschicht (23), im ersten Ebenenbereich der dritten Musterschicht (23) im Uhrzeigersinn und spiralförmig nach außen um den ersten Anschlussabschnitt (60A) gewickelt ist; einen dritten Wicklungsabschnitt (11C), der mit einem negativen Ende des zweiten Wicklungsabschnitts (11B) verbunden ist und, ausgehend von dem negativen Ende des zweiten Wicklungsabschnitts (11B), gegen den Uhrzeigersinn und spiralförmig nach innen um den zweiten Anschlussabschnitt (60B) gewickelt ist und sich so erstreckt, dass er mit dem zweiten Anschlussabschnitt (60B) verbunden ist, in dem zweiten Ebenenbereich der dritten Musterschicht (23); und einen vierten Wicklungsabschnitt (11D), der mit dem dritten Wicklungsabschnitt (11C) über den zweiten Anschlussabschnitt (60B) verbunden ist und, ausgehend von dem zweiten Anschlussabschnitt (60B) in der vierten Musterschicht (24), gegen den Uhrzeigersinn und spiralförmig nach außen um den zweiten Anschlussabschnitt (60B) gewickelt und mit einem negativen Ende in dem zweiten Ebenenbereich der vierten Musterschicht (24) verbunden ist.
Da gemäß der in (7) beschriebenen Konfiguration vier Wicklungsabschnitte durch ein kontinuierliches gedrucktes Verdrahtungsmuster gebildet werden können, kann die Primärwicklung (11) leicht gebildet werden.
(8) In einigen Ausführungsformen wird in der obigen Konfiguration (6) oder (7) die gedruckte Musterverdrahtung der Sekundärwicklung (12) in der ersten Musterschicht (21) und der zweiten Musterschicht (22) gebildet. Die gedruckte Musterverdrahtung der Sekundärwicklung (12) umfasst: einen fünften Wicklungsabschnitt (12A), der, ausgehend von einem positiven Ende, im Uhrzeigersinn und spiralförmig nach innen um den zweiten Anschlussabschnitt (60D) der ersten Isolierschicht (27) gewickelt ist und sich so erstreckt, dass er mit dem zweiten Anschlussabschnitt (60D) im zweiten Ebenenbereich der ersten Musterschicht (21) verbunden ist; einen sechsten Wicklungsabschnitt (12B), der mit dem fünften Wicklungsabschnitt (12A) über den zweiten Anschlussabschnitt (60D) verbunden ist und, ausgehend von dem zweiten Anschlussabschnitt (60D) in der zweiten Musterschicht (22), im Uhrzeigersinn und spiralförmig nach außen um den zweiten Anschlussabschnitt (60D) im zweiten Ebenenbereich der zweiten Musterschicht (22) gewickelt ist einen siebten Wicklungsabschnitt (12C), der mit einem negativen Ende des sechsten Wicklungsabschnitts (12B) verbunden ist und, ausgehend von dem negativen Ende des sechsten Wicklungsabschnitts (12B), gegen den Uhrzeigersinn und spiralförmig nach innen um den ersten Anschlussabschnitt (60C) gewickelt ist und sich so erstreckt, dass er mit dem ersten Anschlussabschnitt (60C) verbunden ist, in dem ersten Ebenenbereich der zweiten Musterschicht (22); und einen achten Wicklungsabschnitt (12D), der mit dem siebten Wicklungsabschnitt (12C) über den ersten Anschlussabschnitt (60C) verbunden ist und, ausgehend von dem ersten Anschlussabschnitt (60C) in der ersten Musterschicht (21), gegen den Uhrzeigersinn und spiralförmig nach außen um den ersten Anschlussabschnitt (60C) gewickelt und mit einem negativen Ende in dem ersten Ebenenbereich der ersten Musterschicht (21) verbunden ist.
Da gemäß der in (8) beschriebenen Konfiguration vier Wicklungsabschnitte durch ein kontinuierliches gedrucktes Verdrahtungsmuster gebildet werden können, kann die Sekundärwicklung (12) einfach gebildet werden.
Bezugszeichenliste

10: Mustertransformator
11: Primärwicklung
11A: Erster Wicklungsabschnitt
11B: Zweiter Wicklungsabschnitt
11C: Dritter Wicklungsabschnitt
11D: Vierter Wicklungsabschnitt
12: Sekundärwicklung
12A: Fünfter Wicklungsabschnitt
12B: Sechster Wicklungsabschnitt
12C: Siebter Wicklungsabschnitt
12D: Achter Wicklungsabschnitt
20: Mehrschichtsubstrat
21: Erste Musterschicht
22: Zweite Musterschicht
23: Dritte Musterschicht
24: Vierte Musterschicht
25: Fünfte Musterschicht
26: Sechste Musterschicht
27: Erste Isolierschicht
28: Zweite Isolierschicht
29: Dritte Isolierschicht
30: Puffer
60: Anschlussabschnitt
60A,: 60C Erster Anschlussabschnitt
60B,: 60D Zweiter Anschlussabschnitt
100: Signalübertragungsschaltung
C1, C2, C3, C4, C5: Kondensator
D1, D2: Diode
H1, H2: Magnetische Schaltung
L1: Spule
R1, R2, R3, R4, R5, R6: Widerstand

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

JP 2018198246 A [0002]
JP 2019146359 A [0002]

Claims

Signalübertragungsschaltung zum Übertragen eines Isolationssignals, umfassend: ein Mehrschichtsubstrat, das eine Vielzahl von Schichten umfasst; und einen Mustertransformator, der auf dem Mehrschichtsubstrat angeordnet ist, wobei der Mustertransformator umfasst eine Primärwicklung mit einer gewickelten gedruckten Musterverdrahtung, die jeweils in einem ersten Ebenenbereich und einem zweiten Ebenenbereich des Mehrschichtsubstrats bereitgestellt ist, und eine Sekundärwicklung, die an einer anderen Position als die Primärwicklung in einer Schichtrichtung angeordnet ist und eine gewickelte gedruckte Musterverdrahtung aufweist, die in jedem des ersten Ebenenbereichs und des zweiten Ebenenbereichs des Mehrschichtsubstrats bereitgestellt ist, wobei die Primärwicklung und die Sekundärwicklung elektromagnetisch gekoppelt sind, und wobei die Primärwicklung und die Sekundärwicklung so konfiguriert sind, dass ein Strom im Uhrzeigersinn durch eine der gewickelten gedruckten Musterverdrahtung, die in dem ersten Ebenenbereich bereitgestellt ist, oder der gewickelten gedruckten Musterverdrahtung, die in dem zweiten Ebenenbereich bereitgestellt ist, fließt, während ein Strom gegen den Uhrzeigersinn durch die andere fließt.
Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die Primärwicklung so konfiguriert ist, dass ein Strom im Uhrzeigersinn durch die gewickelte gedruckte Musterverdrahtung fließt, die in dem ersten Ebenenbereich bereitgestellt wird, während ein Strom gegen den Uhrzeigersinn durch die gewickelte gedruckte Musterverdrahtung fließt, die in dem zweiten Ebenenbereich bereitgestellt wird, und wobei die Sekundärwicklung so konfiguriert ist, dass ein Strom gegen den Uhrzeigersinn durch die gewickelte gedruckte Musterverdrahtung fließt, die in dem ersten Ebenenbereich bereitgestellt wird, während ein Strom im Uhrzeigersinn durch die gewickelte gedruckte Musterverdrahtung fließt, die in dem zweiten Ebenenbereich bereitgestellt wird.
Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein oder mehrere Halbleiterschaltelemente auf einer Sekundärseite des Mustertransformators angeordnet sind, und wobei das eine oder die mehreren Halbleiterschaltelemente konfiguriert sind, um durch eine Sekundärspannung des Mustertransformators ein- und ausgeschaltet zu werden und ein Kontaktausgangssignal auszugeben.
Signalübertragungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein sekundärseitiges Ende des Mustertransformators mit einem Ende einer Spule verbunden ist, wobei ein anderes Ende der Spule mit einem Ende eines ersten Kondensators verbunden ist, wobei ein anderes Ende des ersten Kondensators an ein anderes sekundärseitiges Ende des Mustertransformators angeschlossen ist, und wobei die Spule und der erste Kondensator eine Schaltung bilden, die mit einem von einer Sekundärseite des Mustertransformators ausgegebenen Wechselstromsignal in Resonanz ist.
Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 4, wobei ein primärseitiges Ende des Mustertransformators mit einem zweiten Kondensator verbunden ist, wobei ein anderes primärseitiges Ende des Mustertransformators mit einem dritten Kondensator verbunden ist, und wobei der zweite Kondensator und der dritte Kondensator eine Kapazität aufweisen, die zur Erhöhung der Halbwertsbreite der Resonanzschaltung wirkt.
Signalübertragungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vielzahl der Schichten umfasst: eine erste Musterschicht mit der gedruckten Musterverdrahtung; eine zweite Musterschicht mit der gedruckten Musterverdrahtung, die auf einer Seite der ersten Musterschicht ausgebildet ist; eine dritte Musterschicht mit der gedruckten Musterverdrahtung, die auf einer Seite der zweiten Musterschicht ausgebildet ist; eine vierte Musterschicht mit der gedruckten Musterverdrahtung, die auf einer Seite der dritten Musterschicht ausgebildet ist; eine erste Isolierschicht (Kern) mit isolierenden Eigenschaften, die zwischen der ersten Musterschicht und der zweiten Musterschicht angeordnet ist; eine zweite Isolierschicht (Prepreg-Schicht) mit isolierenden Eigenschaften, die zwischen der zweiten Musterschicht und der dritten Musterschicht angeordnet ist; und eine dritte Isolierschicht (Kern), die isolierende Eigenschaften aufweist und zwischen der dritten Musterschicht und der vierten Musterschicht angeordnet ist, und wobei die erste Isolierschicht und die dritte Isolierschicht mit Anschlussabschnitten bereitgestellt werden, einschließlich eines ersten Anschlussabschnitts, der im ersten Ebenenbereich angeordnet ist, und eines zweiten Anschlussabschnitts, der im zweiten Ebenenbereich angeordnet ist, um die gedruckten Musterverdrahtungen in der Schichtrichtung nebeneinander zu verbinden.
Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 6, wobei die gedruckte Musterverdrahtung der Primärwicklung in der dritten Musterschicht und der vierten Musterschicht ausgebildet ist, und wobei die gedruckte Musterverdrahtung der Primärwicklung umfasst: einen ersten Wicklungsabschnitt, der, ausgehend von einem positiven Ende, im Uhrzeigersinn und spiralförmig nach innen um den ersten Anschlussabschnitt der dritten Isolierschicht gewickelt ist und sich so erstreckt, dass er mit dem ersten Anschlussabschnitt im ersten Ebenenbereich der vierten Musterschicht verbunden ist; einen zweiten Wicklungsabschnitt, der mit dem ersten Wicklungsabschnitt über den ersten Anschlussabschnitt verbunden ist und, ausgehend von dem ersten Anschlussabschnitt in der dritten Musterschicht, im Uhrzeigersinn und spiralförmig nach außen um den ersten Anschlussabschnitt im ersten Ebenenbereich der dritten Musterschicht gewickelt ist; einen dritten Wicklungsabschnitt, der mit einem negativen Ende des zweiten Wicklungsabschnitts verbunden ist und, ausgehend von dem negativen Ende des zweiten Wicklungsabschnitts, gegen den Uhrzeigersinn und spiralförmig nach innen um den zweiten Anschlussabschnitt gewickelt ist und sich so erstreckt, dass er mit dem zweiten Anschlussabschnitt in dem zweiten Ebenenbereich der dritten Musterschicht verbunden ist; und einen vierten Wicklungsabschnitt, der mit dem dritten Wicklungsabschnitt über den zweiten Anschlussabschnitt verbunden ist und, ausgehend von dem zweiten Anschlussabschnitt in der vierten Musterschicht, gegen den Uhrzeigersinn und spiralförmig nach außen um den zweiten Anschlussabschnitt gewickelt ist und mit einem negativen Ende in dem zweiten Ebenenbereich der vierten Musterschicht verbunden ist.
Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die gedruckte Musterverdrahtung der Sekundärwicklung in der ersten Musterschicht und der zweiten Musterschicht ausgebildet ist, und wobei die gedruckte Musterverdrahtung der Sekundärwicklung umfasst: einen fünften Wicklungsabschnitt, der, ausgehend von einem positiven Ende, im Uhrzeigersinn und spiralförmig nach innen um den zweiten Anschlussabschnitt der ersten Isolierschicht gewickelt ist und sich so erstreckt, dass er mit dem zweiten Anschlussabschnitt im zweiten Ebenenbereich der ersten Musterschicht verbunden ist; einen sechsten Wicklungsabschnitt, der mit dem fünften Wicklungsabschnitt über den zweiten Anschlussabschnitt verbunden ist und, ausgehend von dem zweiten Anschlussabschnitt in der zweiten Musterschicht, im Uhrzeigersinn und spiralförmig nach außen um den zweiten Anschlussabschnitt im zweiten Ebenenbereich der zweiten Musterschicht gewickelt ist; einen siebten Wicklungsabschnitt, der mit einem negativen Ende des sechsten Wicklungsabschnitts verbunden ist und, ausgehend von dem negativen Ende des sechsten Wicklungsabschnitts, gegen den Uhrzeigersinn und spiralförmig nach innen um den ersten Anschlussabschnitt gewickelt ist und sich so erstreckt, dass er mit dem ersten Anschlussabschnitt in dem ersten Ebenenbereich der zweiten Musterschicht verbunden ist; und einen achten Wicklungsabschnitt, der mit dem siebten Wicklungsabschnitt über den ersten Anschlussabschnitt verbunden ist und, ausgehend von dem ersten Anschlussabschnitt in der ersten Musterschicht, gegen den Uhrzeigersinn und spiralförmig nach außen um den ersten Anschlussabschnitt gewickelt ist und mit einem negativen Ende in dem ersten Ebenenbereich der ersten Musterschicht verbunden ist.