DE19824113A1

DE19824113A1 - Electrical component with a winding

Info

Publication number: DE19824113A1
Application number: DE1998124113
Authority: DE
Inventors: Hans-Otto Haller
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 1999-12-02

Abstract

The coil or transformer has a conductor track (7) formed on a carrier layer (1). The carrier is in segments (2) that have center openings (4) and the segments are coupled by bridging elements (3). The coils are formed by making multiple folds of the carrier such that the openings are overlaid and aligned for insertion onto a core.

Description

Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Bauteil mit einer Wicklung, insbesondere einer Spule, beziehungsweise einem Transformator, mit einem Kern wobei die Wicklung als Leiterbahn auf wenigstens einer Trägerschicht angeordnet ist.The invention is based on an electrical component a winding, in particular a coil, respectively a transformer with a core where the winding is as Conductor track arranged on at least one carrier layer is.

Spulen oder Transformatoren, die insbesondere bei Frequenzen von über 100 kHz betrieben werden und als Leistungsbauteil ausgelegt sind, werden in ihren elektrischen Eigenschaften durch den Skineffekt erheblich beeinflußt. Da durch den Skineffekt in Abhängigkeit von der Frequenz Ströme nur in der äußeren Schicht eines Leiters fließen, können Drähte oder Leiterbahnen zur Verarbeitung von höheren Leistungen nicht entsprechend dicker gemacht werden, so daß beispielsweise Kupferlitze anstatt eines Kupferdrahtes verwendet werden muß. Aber auch bei Verwendung von Kupferlitze weisen Spulen und Transformatoren häufig noch unerwünscht hohe Verluste während des Betriebes auf.Coils or transformers, especially at frequencies operated from over 100 kHz and as a power component are designed in their electrical properties significantly influenced by the skin effect. Because through the Skin effect depending on the frequency currents only in The outer layer of a conductor can flow through wires or conductor tracks for processing higher powers not be made correspondingly thicker, so that for example copper braid instead of a copper wire must be used. But also when using Copper strands often still have coils and transformers undesirable high losses during operation.

Aus der Application Note Philips Magnetic Products, "Design of Planar Power Transformers", ist es bekannt, bei einem Leistungstransformator für höhere Frequenzen eine Platinentechnik zu verwenden. Hierbei liegen mehrere beidseitige Platinen übereinander und jede Platine enthält mehrere Windungen, deren inneres Ende eine Durchkontaktierung aufweist zur Verbindung der Windungen untereinander. Die Platinen enthalten in der Mitte eine Öffnung, durch die der Kern durchgeführt wird, so daß ein geschlossener magnetischer Kreis im Kern entsteht.From the Application Note Philips Magnetic Products, "Design of Planar Power Transformers, "it is known at one Power transformer for higher frequencies one To use circuit board technology. Here are several boards on both sides one above the other and each board contains several turns, the inner end of which is one Plating has for connecting the turns among themselves. The boards contain one in the middle Opening through which the core is passed so that a a closed magnetic circle is created in the core.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spule und einen Transformator der eingangs genannten Art anzugeben, die niedrige elektrische Verluste aufweisen bei kompakten Abmessungen unter Verwendung einer kostengünstigen Produktionstechnik. The object of the present invention is a coil and a transformer of the type mentioned to indicate that have low electrical losses at compact dimensions using an inexpensive Production technology.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beziehungsweise im Anspruch 10 angegebenen Merkmale der Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the in claim 1 and solved in claim 10 features of the invention. Advantageous developments of the invention are in the Subclaims specified.

Die Spule der Erfindung weist eine Wicklung mit einer Leiterbahn auf wenigstens einer Trägerschicht auf, wobei die Trägerschicht gefaltet ist. Die Trägerschicht ist insbesondere in Segmente mit einer Öffnung, um die die Leiterbahn herumgeführt ist, und eine Brücke zur Verbindung zweier Segmente unterteilt. Durch eine oder mehrere Faltungen liegen die Segmente im wesentlichen deckungsgleich übereinander, so daß die Leiterbahnen der einzelnen Segmente den gleichen Windungssinn aufweisen und eine definierte Anzahl von Windungen für die Spule ergeben. Die Leiterbahnen in den Brücken kompensieren sich gegenseitig und haben daher keine Auswirkungen auf die elektrischen Eigenschaften.The coil of the invention has a winding with one Conductor on at least one carrier layer, the Carrier layer is folded. The backing layer is especially in segments with an opening around which the Conductor is routed around, and a bridge for connection divided into two segments. By one or more Folds, the segments are essentially congruent one above the other so that the conductor tracks of the individual segments have the same winding sense and a defined one Number of turns for the coil result. The conductor tracks in the bridges compensate each other and therefore have no impact on the electrical properties.

Insbesondere können alle Windungen der Spule auf einer einzigen Trägerschicht mit einer Leiterbahn angeordnet werden, so daß sich durch die Faltungen eine komplette Wicklung ergibt, die direkt in einem Kern angeordnet werden kann. Die beiden Anschlüsse der Leiterbahn werden vorteilhafterweise an den Rand eines Segments, das nach den Faltungen oben oder unten liegt, herausgeführt, so daß die Wicklung einfach kontaktierbar ist, z. B. durch Anlöten von Drähten. Durch die Öffnungen kann beispielsweise ein RM-Kern hindurchgeführt werden, so daß sich ein geschlossener magnetischer Kreis ergibt zur Erhöhung der Induktivität der Spule.In particular, all turns of the coil can be on one arranged single carrier layer with a conductor track be so that a complete Winding results, which are arranged directly in a core can. The two connectors on the trace will be advantageously to the edge of a segment that after the Folds above or below, led out, so that the Winding is easy to contact, e.g. B. by soldering Wires. For example, an RM core can pass through the openings be passed through so that there is a closed magnetic circuit results in increasing the inductance of the Kitchen sink.

Ein Transformator kann nach dem selben Prinzip mit gefalteten Trägerschichten aufgebaut werden, wobei Primärwicklung, Sekundärwicklung und eventuell weitere Hilfswicklungen vorteilhafterweise auf jeweils einer einzigen Trägerschicht angeordnet sind. Auch Anordnungen mit ineinander verschachtelten Wicklungen sind mit gefalteten Trägerschichten möglich. Hierfür kann eine spezielle Brücke verwendet werden, die zwei Stapel von Segmenten einer Wicklung miteinander verbindet, so daß beispielsweise ein Transformator mit einer Sekundärwicklung und einer Primärwicklung, der eine Wicklungsabfolge von Sekundär-, Primär- und Sekundärwicklung aufweist, herstellbar ist. Auch höhere Unterteilungen nach Art eines Kammertransformators mit beispielsweise fünf oder sechs Teilwicklungen sind möglich.A transformer can operate on the same principle folded carrier layers are built, wherein Primary winding, secondary winding and possibly others Auxiliary windings advantageously on one single carrier layer are arranged. Also orders with nested windings are folded with Carrier layers possible. A special bridge can be used for this be used, the two stacks of segments one Winding connects together, so that for example a Transformer with a secondary winding and one Primary winding, which is a winding sequence of secondary, Has primary and secondary winding, can be produced. Also higher subdivisions in the manner of a chamber transformer with, for example, five or six partial windings possible.

Die Trägerschicht ist zumindest bereichsweise durch eine Isolierschicht bedeckt, damit keine Kurzschlüsse zwischen verschiedenen Punkten der Leiterbahn nach einer Faltung entstehen. Für einen Transformator ist jedoch eine vollständige Bedeckung der Leiterbahnen vorteilhaft, da hierdurch die notwendige Isolationsfestigkeit für die Netztrennung zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung entsteht.The carrier layer is at least partially by a Insulating layer covered, so that no short circuits between different points of the trace after folding arise. For a transformer, however, is one full coverage of the conductor tracks advantageous because thereby the necessary insulation strength for the Mains separation between primary winding and secondary winding arises.

Durch die Erfindung lassen sich ohne großen Aufwand und mit geringen Kosten Wicklungen für Spulen und Netztransformatoren herstellen, da die Herstellung von flexiblen Trägerschichten eine etablierte Technik ist und beispielsweise im Mobilfunk oder im Automobilbau in größeren Mengen eingesetzt wird. Durch die Isolationsfestigkeit der Träger- und Isolationsschichten kann die Fläche der Trägerschicht effizient genutzt werden, so daß breite Leiterbahnen mit geringem Widerstand aufgebracht werden können.The invention can be done with little effort and with low cost windings for coils and Manufacture mains transformers, since the manufacture of flexible backing layers is an established technique and for example in mobile communications or in automobile construction in larger ones Amounts are used. Due to the insulation strength of the Carrier and insulation layers can cover the area of the Backing layer can be used efficiently, so that wide Conductor tracks with low resistance are applied can.

Es können einseitig bedruckte Trägerschichten verwendet werden, die ohne Durchkontaktierung auskommen, wodurch die Herstellungskosten erheblich niedriger sind als bei einem Leistungstransformator der eingangs genannten Art. Anwendungen mit Durchkontaktierungen und beidseitigen Leiterbahnen sind aber ebenfalls möglich. So kann beispielsweise die Leiterbahn von Brücken und/oder Segmenten auf beiden Seiten angeordnet werden, wodurch Durchkontaktierungen für die untere Seite notwendig werden. Hierdurch kann eine Brücke schmaler ausgelegt werden bzw. der Widerstand der Leiterbahnen auf der Brücke reduziert werden und die untere Seite von Segmenten zusätzlich für Windungen genutzt werden. Die Segmente einer Trägerschicht können in vielfältigen Formen hergestellt werden, die einen entsprechenden Kerntyp, beispielsweise E/E-, U/U- oder RM- Kern angepaßt ist.Carrier layers printed on one side can be used that get along without via, which makes the Manufacturing costs are significantly lower than one Power transformer of the type mentioned at the beginning. Vias and bilateral applications However, conductor tracks are also possible. So can for example the interconnect of bridges and / or segments be arranged on both sides, whereby Vias for the lower side may be necessary. In this way, a bridge can be made narrower or the resistance of the conductor tracks on the bridge is reduced and the lower side of segments for Turns are used. The segments of a carrier layer can be made in a variety of shapes that one corresponding core type, for example E / E-, U / U- or RM- Core is adapted.

Anwendungen von Transformatoren und Spulen nach der Erfindung ergeben sich insbesondere für Schaltnetzteile, die bei höheren Frequenzen, beispielsweise über 100 kHz, arbeiten. Anwendungen auf anderen Gebieten, beispielsweise der Nachrichtentechnik, sind aber ebenfalls möglich.Applications of transformers and coils after the Invention arise in particular for switching power supplies at higher frequencies, for example over 100 kHz, work. Applications in other areas, for example communication technology, but are also possible.

Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention is exemplified by schematic drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Trägerschicht mit drei Segmenten, die über zwei Brücken miteinander verbunden sind, Fig. 1 is a backing layer with three segments that are connected by two bridges,

Fig. 2 die Trägerschicht der Fig. 1 mit Faltungen, Fig. 2, the carrier layer of FIG. 1 with folds,

Fig. 3 eine Trägerschicht im Querschnitt und Fig. 3 is a support layer in cross-section and

Fig. 4 eine Trägerschicht mit vier runden Segmenten. Fig. 4 shows a carrier layer with four round segments.

In der Fig. 1 ist eine Trägerschicht 1 mit drei Segmenten 2 dargestellt, wobei zwei Segmente jeweils durch eine Brücke 3 miteinander verbunden sind. Jedes Segment 2 weist eine Öffnung 4 auf, durch die nach dem Falten der Trägerschicht ein Schenkel eines Kerns hindurchgeführt werden kann. Die Windungen der Spule bzw. des Transformators werden durch eine Leiterbahn 7 realisiert, die um die Öffnung 4 jedes Segments 2 herumgeführt ist. Beispielsweise kann die Leiterbahn 7 zweimal um die Öffnung jedes Segments 2 herumgeführt werden, so daß jedes Segment zwei Windungen aufweist. Die Anschlüsse 5 und 6 der Leiterbahn 7 werden vorteilhafterweise an dem Rand eines Segments 2, das nach dem Falten oben oder unten auf den aufeinandergestapelten Segmenten 2 liegt, angeordnet. Der Windungszahl für eine benötigte Spule entsprechend können so viele Segmente 2 wie notwendig auf einer Trägerschicht 1 angeordnet werden. In Fig. 1 a support layer is illustrated with three segments 2 1, wherein two segments are respectively connected by a bridge 3. Each segment 2 has an opening 4 , through which a leg of a core can be passed after the carrier layer has been folded. The turns of the coil or of the transformer are realized by a conductor track 7 which is guided around the opening 4 of each segment 2 . For example, the conductor track 7 can be guided twice around the opening of each segment 2 , so that each segment has two turns. The connections 5 and 6 of the conductor track 7 are advantageously arranged on the edge of a segment 2 which, after folding, lies on the top or bottom of the stacked segments 2 . According to the number of turns for a required coil, as many segments 2 as necessary can be arranged on a carrier layer 1 .

In der Fig. 2 ist die Trägerschicht 1 der Fig. 1 dargestellt, die Falten 8 und 9 zwischen jeweils zwei Segmenten 2 im Bereich einer Brücke 3 aufweist. Die Brücken 3 weisen vorteilhafterweise eine Länge auf, die der Breite eines Segments 2 entspricht, so daß die Faltungen an der Verbindung zwischen einer Brücke und eines Segments jeweils vorgenommen werden können, und wodurch die Segmente 2 deckungsgleich übereinander liegen. Durch zwei Faltungen ist der Windungssinn für die Anzahl der gewählten Windungen derselbe, da die Leiterbahnen auf jedem Segment identisch angeordnet sind und sich nur jeweils die Rückführungen im Brückenzweig kompensieren. Andere Anordnungen der Leiterbahn 7, und andere Faltungen bzw. eine andere Zahl von Faltungen ist aber ebenfalls möglich. Die Kontaktierung der Leiterbahn 7 kann an den Anschlußstellen 5 und 6 auf einfache Weise ausgeführt werden, beispielsweise durch Anlöten eines Drahtes oder eines Verbindungsstifts. FIG. 2 shows the carrier layer 1 of FIG. 1, which has folds 8 and 9 between two segments 2 in the region of a bridge 3 . The bridges 3 advantageously have a length which corresponds to the width of a segment 2 , so that the folds can be made at the connection between a bridge and a segment, and as a result of which the segments 2 lie congruently one above the other. With two folds, the sense of turns is the same for the number of turns selected, since the conductor tracks are arranged identically on each segment and only the returns in the bridge branch compensate each other. However, other arrangements of the conductor track 7 and other folds or a different number of folds is also possible. The contacting of the conductor track 7 can be carried out in a simple manner at the connection points 5 and 6 , for example by soldering a wire or a connecting pin.

Nach dem Falten ergibt sich für die Spule ein elektrischer Feldvektor E, das in der Ebene eines Segments liegt, und ein magnetisches Feld Bz, das senkrecht hierzu durch die Öffnungen 4 hindurchgreift. Die Segmente 2 können je nach Ausführungsform des zugehörigen Kernes ausgestaltet sein, so daß die Segmente 2 kompakt um den Kernschenkel angeordnet sind. Weitere Befestigungsmaßnahmen für die Trägerschicht 1 in der Spule sind nicht notwendig.After folding, the coil has an electric field vector E, which lies in the plane of a segment, and a magnetic field Bz, which extends through the openings 4 perpendicularly thereto. Depending on the embodiment of the associated core, the segments 2 can be designed so that the segments 2 are arranged compactly around the core leg. Further fastening measures for the carrier layer 1 in the coil are not necessary.

In der Fig. 3 ist eine Trägerschicht 1 mit einer Isolierschicht 10 dargestellt. Die Isolierschicht 10 wird zusammen mit Klebstoff 11 auf die Trägerschicht 1 auflaminiert, wobei sich der Klebstoff 11 zwischen den Leiterbahnen 7, der Isolierschicht 10 und der Trägerschicht 1 verteilt. Hierdurch sind durch den Klebstoff 11 die Leiterbahnen 7 gleichzeitig nach Außen isoliert, so daß die Leiterbahnen 7 bis auf etwa 0,5 mm zum Rand der Trägerschicht angeordnet werden können bei ausreichender Isolationsfestigkeit. Bei dem Transformator nach dem eingangs genannten Stand der Technik mußte ein Abstand von zwei bis drei mm auf jeder Seite eingehalten werden. FIG. 3 shows a carrier layer 1 with an insulating layer 10 . The insulating layer 10 is laminated onto the carrier layer 1 together with adhesive 11 , the adhesive 11 being distributed between the conductor tracks 7 , the insulating layer 10 and the carrier layer 1 . As a result, the conductor tracks 7 are simultaneously insulated from the outside by the adhesive 11 , so that the conductor tracks 7 can be arranged up to approximately 0.5 mm from the edge of the carrier layer with sufficient insulation strength. In the case of the transformer according to the prior art mentioned at the outset, a distance of two to three mm had to be maintained on each side.

Hierdurch kann die Fläche der Trägerschicht fast vollständig für die Leiterbahn 7 verwendet werden. Als Material für die Trägerschicht 1 und die Isolierschicht 10 kann beispielsweise Polyimid, Polyetherimid oder Siloxan verwendet werden.As a result, the surface of the carrier layer can be used almost completely for the conductor track 7 . Polyimide, polyetherimide or siloxane, for example, can be used as the material for the carrier layer 1 and the insulating layer 10 .

Für einen Transformator mit einem E/E-Kern oder einem E/I- Kern können beispielsweise Trägerschichten mit rechteckigen Segmenten 2 verwendet werden, wie in der Fig. 1 dargestellt. Der mittlere Kernschenkel eines E-Kernteiles (nicht dargestellt) wird hierbei durch die Öffnungen 4 hindurchgeführt. Für eine Spule mit einem R/M-Kern können insbesondere kreisförmige Segmente 12 verwendet werden, wie in der Fig. 4 dargestellt. Bei kreisförmigen Segmenten 12 kann eine symmetrische Führung der Leiterbahn 7 um die Öffnungen 4 herum ausgeführt werden, so daß die Brücken 3 abwechselnd auf gegenüberliegenden Seiten, bezogen auf die Segmente 12, liegen. Wird die Leiterbahn 3 nur einfach jeweils um die Öffnung 4 herumgeführt, so können die Anschlüsse 5 und 6 auf einer Erweiterung 13 der Trägerschicht 1 angeordnet werden, wodurch die Anschlußmöglichkeiten verbessert werden. Beispielsweise können die Anschlüsse 5 und 6 hier mit Löchern versehen werden für Anschlußstifte zum Verlöten und Befestigen der Spule.Carrier layers with rectangular segments 2 , for example, can be used for a transformer with an E / E core or an E / I core, as shown in FIG. 1. The middle core leg of an E-core part (not shown) is passed through the openings 4 . In particular, circular segments 12 can be used for a coil with an R / M core, as shown in FIG. 4. In the case of circular segments 12 , the conductor track 7 can be guided symmetrically around the openings 4 , so that the bridges 3 alternately lie on opposite sides with respect to the segments 12 . If the conductor track 3 is simply guided around the opening 4 , then the connections 5 and 6 can be arranged on an extension 13 of the carrier layer 1 , which improves the connection options. For example, the connections 5 and 6 can be provided with holes for connecting pins for soldering and attaching the coil.

Claims

1. Coil with a core and with a winding, which is arranged as a conductor track ( 7 ) on at least one carrier layer ( 1 ), characterized in that the carrier layer ( 1 ) is folded.

2. Coil according to claim 1, characterized in that the carrier layer segments ( 2 ) with an opening ( 4 ) around which the conductor track ( 7 ) is guided, and a bridge ( 3 ) for connecting two segments ( 2 ).

3. Coil according to claim 1 or 2, characterized in that one or more folds, in particular two folds ( 8 , 9 ), exist between the segments ( 2 ) in the region of a bridge ( 3 ).

4. Coil according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the carrier layer ( 1 ) is folded in such a way that the openings ( 4 ) of the segments ( 2 ) lie essentially one above the other and through which ( 4 ) a core leg is passed, and that the conductor tracks ( 7 ) of the segments ( 2 ) through the folds ( 8 , 9 ) have the same winding sense.

5. Coil according to claim 4, characterized in that the length of a bridge ( 3 ) corresponds approximately to the width of a segment ( 2 ), and that in each case a fold ( 8 , 9 ) at the connection point between a bridge ( 3 ) and one Segment ( 2 ) lies.

6. Coil according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor track ( 7 ) contains connections ( 5 , 6 ) which are arranged on the edge of a segment ( 2 ) which is an outer segment after the folding.

7. Coil according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor track ( 7 ) for a winding lies on a single carrier layer ( 1 ).

8. Coil according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier layer ( 1 ) has a conductor track ( 7 ) only on one side, and that the conductor track is covered at least in regions by an insulating layer ( 10 ).

9. Coil according to one of the preceding claims, characterized in that the segments ( 2 ) are substantially circular, and that the conductor track ( 7 ) is guided symmetrically around the hole of a central segment.

10. Coil according to one of the preceding claims, characterized characterized in that each segment has a Vias and turns on the underside and that conductor tracks on both sides of bridges are arranged.

11. Transformer with a core and with a winding, characterized in that the winding has a carrier layer ( 1 ) according to any one of claims 1-10.