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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine modularisierte Planarwindung, insbesondere eine Planarwindungslage zur Verwendung in Planartransformatoren. Die vorliegende Erfindung stellt eine modularisierte Planarwindung bereit, die leicht in Reihe geschaltet werden kann, um ein mehrlagiges Planarwindungsmodul zu bilden. Die vorliegende Erfindung stellt ferner einen Planartransformator bereit, der die erfindungsgemäße Planarwindung umfasst.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein Transformator ist eine wichtige Komponente für verschiedenste Arten von elektronischen Produkten. Herkömmliche Transformatoren sind groß und schwer und daher in den meisten, heutzutage verwendeten elektronischen Komponenten nicht geeignet. Daher wurden Planartransformatoren erfunden, um eine Möglichkeit der Verkleinerung und der Oberflächenmontage eines Transformators zu schaffen. Ein Planartransformator umfasst mehrere Lagen von Leiterplatinen mit gewundenen Windungen aus leitenden Blechen wie etwa Kupferblechen, die die Dicke der Windungen verringern. Ein solcher Planartransformator wird vielfach in Komponenten auf Gebieten der Kommunikation, der Computertechnik, der Industriesteuerungen, des Flugzeugbaus, der Medizintechnik etc. verwendet. Da jedoch als Substrat für die Windungen Leiterplatinen verwendet werden, sind herkömmliche Planartransformator zu dick und ineffizient und haben neben einem hohen Widerstand ein schlechtes Rauschverhalten. Daher benötigt die Industrie dünne und effiziente Planartransformatoren.
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Das taiwanesische Patent Nr.
TW I 387981 offenbart einen Planartransformator, der eine einzige, mehrlagige Leiterplatine (PCB) umfasst. Die PCB umfasst mehrere Primärwicklungen, mehrere Sekundärwicklungen und ein Durchgangsloch zum Aufnehmen eines Kerns. Dieses Patent bietet die Möglichkeit, mehrere Wicklungslagen in einer PCB übereinander anzuordnen, was die Dicke des Transformators stark verringert. Die in diesem Patent offenbarte Struktur ist im Wesentlichen identisch mit der der herkömmlichen Planartransformatoren, mit der Ausnahme, dass die PCBs in den herkömmlichen Planartransformatoren durch dünne Schaltungslagen ersetzt sind.
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Das taiwanesische Patent Nr.
TW I 357086 offenbart einen Transformator, der in einer PCB angeordnet ist. Der Transformator umfasst eine erste Planarwindung und eine zweite Planarwindung, wobei die erste Windung mehrere erste Schleifen und die zweite Windung mehrere zweite Schleifen umfasst. Wenigstens zwei benachbarte erste Schleifen bilden eine erste Gruppe von Windungen, und wenigstens zwei benachbarte zweite Schleifen bilden eine zweite Gruppe von Windungen. Die Schleifen der ersten Gruppe und die der zweiten Gruppe greifen teilweise ineinander.
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Das chinesische Patent Nr.
CN 103081044 A offenbart ebenfalls einen Planartransformator. Der Transformator umfasst mehrere einlagige, einschleifige Windungen. Eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung sind aus den einlagigen Windungen gebildet.
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Das europäische Patent
EP 2 602 801 A1 offenbart einen Planartransformator mit einer Sekundärwicklung, die mehrere einlagige, einschleifige Windungslagen umfasst. Die Primärwicklung ist aus einem Draht gebildet, der spiralförmig entlang der Sekundärwicklung gewunden ist.
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Die deutsche Patentanmeldung Nr.
DE 10 2012 003 365 A1 offenbart einen Planartransformator, der Wicklungen in Form einer einlagigen und mehrschleifigen planaren oder ebenen Struktur (im Folgenden „Planarstruktur” bezeichnet) gebildet ist. Ein Endabschnitt der inneren Schleife ist so gebogen, dass er sich durch ein Durchgangsloch, das in der Mitte eines Substrats ausgebildet ist, auf dem die planare Struktur angeordnet ist, zur entgegengesetzten Seite des Substrats erstreckt.
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Das europäische Patent Nr.
EP 2 637 183 A2 offenbart einen Planartransformator, der einlagige und einschleifige Windungslagen als seine Wicklungen umfasst. Die Windungslagen erstrecken sich derart, dass sie Kontaktierungselemente bilden, die als Verbindungsstifte zur Verbindung mit einer weiteren Schicht oder weiteren Elektroden dienen.
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Die
US-Patentoffenlegungsschrift Nr. US 2013/278371 A1 offenbart einen Planartransformator mit mehreren einlagigen Planarwindungen. Mehrere Windungen sind durch Verbindungsstifte vertikal verbunden und positioniert, um Windungen aus mehreren Schleifen zu bilden.
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Die
WO 0070926 A1 offenbart einen Planartransformator mit Wicklungen aus einem einzigen Element. Eine Platte aus leitendem Material (Blech) ist so ausgelegt, dass, wenn es gebogen wird, eine mehrlagige und einschleifige Windungsanordnung gebildet ist. Die Lagen sind durch Flachstecker in Form von Kontaktierungselementen gebildet.
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Aus der Offenbarung dieser und weiterer Patent- und Nichtpatentdruckschriften geht hervor, dass die Industrie große Anstrengungen zur Entwicklung von Planartransformatoren unternommen hat, um deren Dicke zu verringern und deren Leistung zu erhöhen. Jedoch bleibt die Struktur der so entwickelten Planartransformator die gleiche wie die der PCB. Die meisten Lösungen bestehen aus einem Zusammenbau von einlagigen Windungen oder Windungslagen als ihren Einheiten. Die Verbindungen zwischen zwei Windungen oder Lagen sind speziell ausgelegt, so dass sie nur für bestimmte Windungsstrukturen, d. h. Windungsanordnungen mit einer bestimmten Anzahl von Lagen und Wicklungen geeignet sind. Keine von ihnen besitzt ein modulares Design der Windungen, so dass Windungsmodule mit standardisierten Schnittstellen selektiv zusammengebaut werden können, um Windungsanordnungen zu bilden, die den verschiedenartigen Anforderungen der Industrie genügen.
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AUFGABEN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine modularisierte Planarwindung und ein Planarwindungsmodul mit mehreren, in Reihe geschalteten Planarwindungen bereitzustellen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Planarwindungen bereitzustellen, die zusammengebaut werden können, um Planarwindungsanordnungen mit einer ausgewählten Anzahl von Windungen zu bilden.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, modularisierte Planarwindungen mit im Wesentlichen identischen Hauptkörpern und auswählbaren Kontaktierungselementpositionen bereitzustellen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Planartransformator bereitzustellen, der eine modularisierte Planarwindung oder eine Anordnung modularisierter Planarwindungen umfasst.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Planarwindung bereitzustellen, die für eine Oberflächenmontage geeignet ist, sowie einen Planartransformator, der diese verwendet.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Planarwindungslage vorgeschlagen, die einen Windungshauptkörper und zwei Kontaktierungselemente, die von beiden Enden des Windungshauptkörpers abstehen, umfasst. Die Kontaktierungselemente sind an einer ersten Position am Umfang einer imaginären geometrischen Form, die den Windungshauptkörper umschließt, bzw. einer von der ersten Position beabstandeten zweiten Position am Umfang der geometrischen Form angeordnet.
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In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die geometrische Form ein Rechteck, das den Windungshauptkörper umschließt, während in weiteren Ausführungsformen die geometrische Form ein Polygon oder ein Kreis ist, das bzw. der den Windungshauptkörper umschließt.
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In einigen bevorzugten Ausführungsformen umfasst die modularisierte Planarwindungslage ferner eine Isolierungsplatte. In solchen Ausführungsformen ist der Hauptkörper auf der Isolierungsplatte angeordnet und die Kontaktierungselemente erstrecken sich von der Isolierungsplatte nach außen.
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In einigen Ausführungsformen ist der Hauptkörper im Wesentlichen kreisringförmig, während in weiteren Ausführungsformen der Hauptkörper im Wesentlichen einen polygonalen Rahmen bildet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Planarwindungsanordnung vorgeschlagen, die wenigstens eine erste Planarwindungslage und eine zweite Planarwindungslage umfasst. In der Anordnung umfassen die erste und die zweite Planarwindungslage jeweils einen Windungshauptkörper und zwei Kontaktierungselemente, die von beiden Enden des Windungshauptkörpers abstehen. Die zwei Windungshauptkörper haben im Wesentlichen die gleiche Form und sind in einem ersten vorbestimmten Abstand, einen Stapel bildend angeordnet. Kontaktierungselemente der ersten Planarwindungslage sind an einer ersten Position am Umfang einer imaginären geometrischen Form, die den Windungshauptkörper umschließt, bzw. einer von der ersten Position beabstandeten zweiten Position am Umfang der geometrischen Form angeordnet. Kontaktierungselemente der zweiten Planarwindungslage sind an einer zweiten Position am Umfang der imaginären geometrischen Form bzw. einer von der ersten und der zweiten Position beabstandeten dritten Position am Umfang der geometrischen Form angeordnet. Die erste und die zweite Planarwindungslage sind an der zweiten Position in Reihe geschaltet. In den bevorzugten Ausführungsformen bilden Kontaktierungselemente an der ersten und der dritten Position Bonding-Kontaktierungselemente in derselben Ebene.
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In einigen bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Planarwindungsanordnung ferner eine Isolierungsplatte, die zwischen der ersten und der zweiten Planarwindungslage angeordnet ist. In solchen Ausführungsformen erstrecken sich die Kontaktierungselemente von der Isolierungsplatte nach außen.
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Die Planarwindungsanordnung kann ferner eine dritte Planarwindungslage umfassen. Die dritte Planarwindungslage umfasst einen Windungshauptkörper und zwei Kontaktierungselemente, die von beiden Enden des Windungshauptkörpers abstehen.
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Die Form des Windungshauptkörpers ist im Wesentlichen identisch mit denen der ersten und der zweiten Planarwindungslage und bildet mit der ersten und der zweiten Planarwindungslage in einem vorbestimmten zweiten Abstand von ihrer benachbarten Planarwindungslage einen Stapel. Die Kontaktierungselemente der dritten Planarwindungslage sind an der dritten Position am Umfang der imaginären geometrischen Form bzw. einer von der ersten bis dritten Position beabstandeten Position am Umfang der geometrischen Form angeordnet. Die dritte und die zweite Planarwindungslage sind an der dritten Position in Reihe geschaltet.
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In einigen bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Planarwindungsanordnung ferner eine Isolierungsplatte, die zwischen der dritten und der zweiten Planarwindungslage angeordnet ist. Der erste und der zweite vorbestimmte Abstand können gleich oder verschieden sein.
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Die Planarwindungsanordnung kann ferner eine vierte Planarwindungslage umfassen. Die vierte Planarwindungslage umfasst einen Windungshauptkörper und zwei Kontaktierungselemente, die von beiden Enden des Windungshauptkörpers abstehen. Die Form des Windungshauptkörpers ist im Wesentlichen identisch mit denen der ersten bis dritten Planarwindungslage und bildet mit der ersten bis dritten Planarwindungslage in einem dritten vorbestimmten Abstand von ihrer benachbarten Planarwindungslage einen Stapel. Die Kontaktierungselemente der vierten Planarwindungslage sind an der vierten Position am Umfang der imaginären geometrischen Form bzw. einer zu der ersten bis vierten Position beabstandeten fünften Position am Umfang der geometrischen Form angeordnet. Die vierte und dritte Planarwindungslage sind an der vierten Position in Reihe geschaltet.
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Die Planarwindungsanordnung umfasst ferner eine Isolierungsplatte, die zwischen der vierten und der dritten Planarwindungslage angeordnet ist. Der dritte vorbestimmte Abstand kann gleich dem ersten und dem zweiten vorbestimmten Abstand sein. In den bevorzugten Ausführungsformen bilden die Kontaktierungselemente an der ersten und fünften Position Bonding-Kontaktierungselemente in derselben Ebene. In einigen anderen Ausführungsformen bilden Kontaktierungselemente an der ersten, der dritten und der fünften Position Bonding-Kontaktierungselements in derselben Ebene.
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Ein Planartransformator, der die modularisierten Planarwindungslagen der vorliegenden Erfindung verwendet, kann eine Planarwindungslage oder eine Anordnung von Planarwindungslagen, ein Planarwindungsmodul, das mit der Planarwindungslage oder -anordnung einen Stapel bildet, und einen Kern umfassen. Der Kern erstreckt sich senkrecht zu der Ebene der Planarwindungslage/-anordnung und den Planarwindungsmodulen und durch deren mittlere Abschnitte. Der Planartransformator kann ferner ein Gehäuse umfassen, das den Kern und die Windungsabschnitte der Planarwindungslage/-anordnung und der Planarwindungsmodule umschließt.
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Diese und weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen klar verständlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt die Struktur eines Planartransformators, der modularisierte Planarwindungslagen gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst.
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2 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der modularisierten Planarwindungslage gemäß der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der modularisierten Planarwindungslage gemäß der vorliegenden Erfindung.
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4 ist eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform der modularisierten Planarwindungslage gemäß der vorliegenden Erfindung.
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5 ist eine perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform der modularisierten Planarwindungslage gemäß der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt ein Beispiel der Verbindung von vier modularisierten Planarwindungslagen gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung
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Nachfolgend sind einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist klar, dass die ausführliche Beschreibung nur beispielhaft bestimmte Aspekte der vorliegenden Erfindung erläutert, ohne dadurch den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
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1 zeigt die Struktur eines Planartransformators, der vier modularisierte Planarwindungslagen der vorliegenden Erfindung umfasst. Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst der Planartransformator 1 von oben nach unten die folgenden Elemente: ein oberes Gehäuse 71, eine Isolierungsplatte 73, eine erste Windungslage 30, eine Isolierungsplatte 74, ein erstes Planarwindungsmodul 10, eine Isolierungsplatte 75, eine zweite Windungslage 40, eine Isolierungsplatte 76, eine dritte Windungslage 50, eine Isolierungsplatte 77, ein zweites Planarwindungsmodul 20, eine Isolierungsplatte 78, eine vierte Windungslage 60, eine Isolierungsplatte 79, ein unteres Gehäuse 72 und einen Kern, der sich durch mittlere Abschnitte der Windungslagen, Windungsmodule und Isolierungsplatten erstreckt. In der in 1 gezeigten Struktur sind die erste Windungslage 30, die zweite Windungslage 40, die dritte Windungslage 50 und die vierte Windungslage 60 in Reihe geschaltet, um als eine Sekundärwicklung des Transformators 1 zu dienen. Das erste Planarwindungsmodul 10 und das zweite Planarwindungsmodul 20 sind in Reihe geschaltet und dienen als eine Primärwicklung des Transformators 1. Natürlich sind in dieser Struktur die erst und die zweite Wicklung austauschbar.
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Im Folgenden bezeichnet der Ausdruck ”Primärwicklung” das erste Planarwindungsmodul 10 und/oder das zweite Planarwindungsmodul 20 und der Ausdruck ”Sekundärwicklung” die Gesamtheit oder einen Teil aus der ersten Windungslage 30, der zweiten Windungslage 40, der dritten Windungslage 50 und der vierten Windungslage 60. Daher sind in der nachfolgenden Beschreibung die Inhalte der Ausdrücke ”Primärwicklung” und ”Sekundärwicklung” nicht genau festgelegt und repräsentieren jeweils eine echte Teilmenge der oben genannten Elemente des Transformators.
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Wie es ferner in
1 gezeigt ist, umfasst die Primärwicklung zwei doppellagige und zweischleifige Planarwindungsmodule
10 und
20. Andererseits umfasst die Sekundärwicklung vier einlagige, aus einer einzigen Schleife gebildete Planarwindungslagen. Dem Fachmann ist klar, dass die Primärwicklung jede beliebige Anzahl von Planarwindungslagen umfassen kann, allein oder in Kombination mit einem Planarwindungsmodul oder mehreren Planarwindungsmodulen wie etwa dem Planarwindungsmodul
10,
20. Die Anzahl der Primär- und Sekundärwicklungen ist nicht auf die der Ausführungsformen beschränkt. Die in
1 gezeigten Planarwindungsmodule
10,
20 sind in der taiwanesischen Patentanmeldung Nr.
102143037 diskutiert. Deren Offenbarung ist durch Bezugnahme in der vorliegenden Erfindung enthalten. Wie es ferner in
1 gezeigt ist, sind die Planarwindungsmodule
10,
20 in Reihe geschaltet, um die Primärwicklung zu bilden.
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Die Struktur, die jeweilige Anzahl und Anordnung der Primärwicklungswindungen und der Sekundärwicklungswindung, wie sie in 1 gezeigt sind, sind nur beispielhaft. Dem Fachmann ist klar, dass verschiedene Kombinationen und Anordnungen der Windungen in einem Planartransformator verwendet werden können. Zum Beispiel kann sowohl die Primärwicklung als auch die Sekundärwicklung aus nur dem einlagigen, aus einer einzigen Schleife gebildeten Planarwindungslagen der vorliegenden Erfindung gebildet sein. Die Anzahl der Windungslagen ist nicht beschränkt. Allgemein soll die Gesamtanzahl der Schleifen der Primärwicklung von der der Sekundärwicklung verschieden sein. Jedoch ist in einigen Anwendungen die Anzahl der Schleifen der Primärwicklung und die der Sekundärwicklung gleich. Vorzugsweise durchdringen sich die Windungen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung, um so die Leistung des Transformators zu erhöhen. Isolierungsplatten können zwischen jeweils zwei Windungslagen angeordnet sein. Natürlich sind auch anderen Formen der Isolierung möglich, wie etwa auf der Oberfläche der Windungen vorgesehene Isolierungsmaterialien. Es gibt keine Beschränkungen hinsichtlich der Materialien der Isolierungsplatten oder der Oberflächenisolierung. Alle im Handel erhältlichen Materialien können hierzu verwendet werden, solange sie leicht zu verarbeiten sind und eine ausreichende Isolierungswirkung besitzen. Wenn Isolierungsplatten verwendet werden, sollten diese einerseits nicht zu dick sein, um die Induktion der Windungen zu gewährleisten, und andererseits nicht zu dünn sein, um die Isolierungswirkung zu gewährleisten.
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In der oben gezeigten Struktur sind die Windungen 30, 40, 50, 60 der Sekundärwicklung Beispiele der modularisierten Planarwindungslage der vorliegenden Erfindung. Wie es in 1 gezeigt ist, haben die Planarwindungsmodule 10, 20 jeweils zwei Kontaktierungselemente, die von den jeweiligen Modulen abstehen. Ferner, wie es auch in den 2–5 gezeigt ist, haben die Planarlagen 30, 40, 50, 60 jeweils zwei Kontaktierungselemente, die auf einer Seite von den Windungen abstehen, die der Seite gegenüberliegt, wo die Kontaktierungselemente der Planarwindungsmodule 10, 20 abstehen. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf solche Anordnungen beschränkt. Es ist möglich, alle oder einen Teil der Kontaktierungselemente der Primärwicklung auf der Seite anzuordnen, auf der alle oder einen Teil der Kontaktierungselemente der Sekundärwicklung angeordnet sind/ist.
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Diese Komponenten werden zusammengebaut, um einen Planartransformator 1 zu bilden. In dem Transformator 1 umschließen das obere Gehäuse 71 und untere Gehäuse 72 den Kern 70, die Windungsabschnitte der Planarwindungsmodule 10, 20 und die Windungslagen 30, 40, 50, 60. Die Gehäuse 71, 72 schützen nicht nur den Transformator 1, sondern bilden auch eine EMR-Abschirmung. Drei Kontaktierungselemente der Planarwindungsmodule 10, 20 und drei Kontaktierungselemente 31, 42, 62 der Windungslagen 30, 40, 50, 60 sind gebogen, um so Löt-Kontaktierungselemente in derselben Ebene oder Höhe zu bilden, so dass der Planartransformator 1 auf einer Schaltungsplatine unter Verwendung der Oberflächenmontagetechnik (SMT = surface mounting technology) befestigt werden kann. Die Länge der Kontaktierungselemente wird entsprechend dem Abstand zwischen ihrem jeweiligen Windungshauptkörper und der Ebene, in der sich die Löt-Kontaktierungselemente befinden, bestimmt.
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In der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Planarwindungsmodule 10, 20 aus Materialien hoher Leitfähigkeit gebildet. Geeignete Materialien umfassen alle Arten von Metallen und Legierungen wie etwa Kupfer, Silber, Messing etc. Andererseits kann der Kern 70 jeder im Handel erhältliche Kern sein. Das Material, die Form und die Größe des Kerns 70 kann durch den Fachmann entsprechend den jeweiligen Anforderungen und Bedingungen der jeweiligen Anwendungen bestimmt werden. Ferner ist das Gehäuse für den Transformator auf keine bestimmte Form beschränkt. In der vorliegenden Erfindung kann das Gehäuse aus einem einzigen Werkstück oder durch Zusammenfügen von zwei oder mehreren Komponenten gebildet sein. Falls erforderlich kann entweder das obere Gehäuse oder das untere Gehäuse weggelassen werden. Es ist ferner möglich, nur eine Lage oder mehrere Lagen des oberen Gehäuses und/oder unteren Gehäuses zu verwenden. Dies alles stellt natürlich keine technische Beschränkung dar.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der modularisierten Planarwindungslage der vorliegenden Erfindung. Die in 2 gezeigte Planarwindungslage entspricht der ersten Planarwindungslage 30 von 1. Die erste Planarwindungslage 30 umfasst einen Windungshauptkörper und zwei Kontaktierungselemente 31, 32, die von beiden Enden des Windungshauptkörpers abstehen. Gemäß der vorliegenden Erfindung stehen die Kontaktierungselemente 31, 32 an einer ersten Position P1 am Umfang einer imaginären geometrischen Form, die den Windungshauptkörper umschließt, bzw. einer von der ersten Position P1 beabstandeten zweiten Position P2 am Umfang der imaginären geometrischen Form ab. Insbesondere kann die ”imaginäre geometrischen Form” ein Rechteck sein, das den von dem Windungshauptkörper eingenommenen Bereich umschließt. Zum Beispiel kann die imaginäre geometrischen Form ein durch das obere Gehäuse 71 und das untere Gehäuse 72 auf eine Ebene, in der der Hauptkörper angeordnet ist, wie etwa ein in 6 gestrichelt gezeichneter Kasten B, projiziertes Rechteck sein. In einem solchen Fall stehen die Kontaktierungselemente 31 und 32 an einer ersten Position P1 bzw. einer zweiten Position P2 auf einer Seite oder auf zwei Seiten des Rechtecks B von 6 ab. Bei der Verwendung in der SMT-Technik sind die erste Position P1 und die zweite Position P2 jeweils an einer Bonding-Kontaktierungselementposition des Planartransformators angeordnet. In anderen Ausführungsformen kann die imaginäre geometrischen Form ein Kreis oder ein Polygon sein, der/das den von dem Windungshauptkörper eingenommenen Bereich umschließt, da die imaginäre geometrische Form eine beliebige Form annehmen kann, die die Anwendungen des Planartransformators unterstützt. Die Kontaktierungselemente 31, 32 können gebogen sein, um Bonding-Kontaktierungselemente zur Verwendung in dem SMT-Prozess zu bilden. Außerdem kann sich eine Kontaktierungselemente oder können sich mehrere Kontaktierungselemente 31, 32 quer erstrecken, um große Bonding-Kontaktierungselemente zu bilden und so als Sicherung und/oder zur Wärmeabstrahlung zu dienen, vgl. 6.
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In der Ausführungsform von 6 ist die Kontaktstelle 31 an einer der Positionen angeordnet, an der Bonding-Kontaktierungselemente der Standard-Oberflächenmontagevorrichtung (SMD) angeordnet sind. Da die erste Planarwindungslage 30 auf einer relativ hohen Ebene angeordnet ist, ist das Kontaktierungselement 31 relativ lang in der Höhenrichtung. Da das Kontaktierungselement 32 nur dazu dient, eine Kontaktstelle der zweiten Planarwindungslage 40 zu kontaktieren, hat sie eine Länge, die ausreicht, um die zweite Planarwindungslage 40 zu erreichen. Natürlich sind unterschiedliche Längen nicht notwendig, wenn nur eine Planarwindungslage als die Sekundärwicklung verwendet wird.
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In den bevorzugten Ausführungsformen kann die modularisierte Planarwindungslage ferner eine Isolierungsplatte 74 umfassen. In solchen Ausführungsformen dient die Isolierungsplatte 74 zusätzlich der Sicherung der Planarwindungslage 30, und die Kontaktierungselemente 31, 32 erstrecken von der Isolierungsplatte 74 nach außen. Die erste Windungslage 30, die Isolierungsplatte 74 und die erste Planarwindungsmodul 10 bilden allgemein einen Planartransformator.
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In der Ausführungsform von 2 ist der Windungshauptkörper 30 im Wesentlichen kreisringförmig ausgebildet, während er in weiteren Ausführungsformen im Wesentlichen eine Schleife in Form eines rechteckigen Rahmens oder anderer polygonaler Rahmen bildet. Die Breite, die Dicke und selbst die Form der Windungslage 30 können entsprechend den Bedingungen der jeweiligen Anwendung bestimmt werden. Allgemein ist der Windungshauptkörper vorzugsweise als Planarschleife oder ebene Schleife ausgebildet, um so Material zu sparen und den Herstellungsprozess der Wicklungen zu vereinfachen. Das Material für die Windungslage 30 kann jedes beliebige leitende Material sein. Geeignete Materialien umfassen alle Arten von Metallen oder Legierungen wie etwa Kupfer, Silber, Messing etc. Im Hinblick auf Materialkosten, Herstellungskosten, Leitfähigkeit und Leichtigkeit des Zusammenbaus ist Kupferfolie ein bevorzugtes Material. Dies stellt jedoch keine technische Beschränkung dar.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der modularisierten Planarwindungslage der vorliegenden Erfindung. Wie es in 3 gezeigt ist, entspricht die Planarwindungslage dieser Ausführungsform der zweiten Planarwindungslage 40 in 1. Die Struktur der zweiten Planarwindungslage 40 ist im Wesentlichen identisch mit der der ersten Planarwindungslage 30, da sie ebenfalls einen Windungshauptkörper und zwei Kontaktierungselemente 41, 42, die von dem Windungshauptkörper abstehen, umfasst. In diesem Beispiel stehen die Kontaktierungselemente 41, 42 an einer zweiten Position P2 am Umfang der imaginären geometrischen Form B bzw. einer von der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 beabstandeten dritten Position P3 am Umfang der imaginären geometrischen Form ab, wie es in 6 gezeigt ist. In diesem Beispiel sind die Kontaktierungselemente 41, 42 nicht gebogen, um Bonding-Kontaktierungselemente zu bilden, sondern dienen Einfach der elektrischen Verbindung der ersten Planarwindungslage 20 mit der dritten Windungslage 50. Entsprechend dem relativen Niveau der Ebenen, in denen die zweite Planarwindungslage 40, die erste Planarwindungslage 30 und die dritten Planarwindungslage 50 in dem Planartransformator 1 angeordnet sind, sind die Kontaktierungselemente 41, 42 relativ kurz. Natürlich würde sich, wenn die Sekundärwicklung nur zwei Planarwindungslagen 30, 40 umfassen würde, das Kontaktierungselement 42 der zweiten Planarwindungslage 40 bis zur Höhe dem Kontaktierungselement 31 der ersten Planarwindungslage 30 erstrecken und gebogen sein, um ein Bonding-Kontaktierungselement zu bilden.
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In dem Beispiel von 3 kann eine Isolierungsplatte 74 zwischen der ersten Planarwindungslage 30 und der zweiten Planarwindungslage 40 angeordnet sein. Jedoch sind, da in dem Beispiel von 1 das erste Planarwindungsmodul 10 zwischen der ersten Planarwindungslage 20 und der zweiten Planarwindungslage 40 angeordnet ist, zwei Isolierungsplatten 74, 75 zwischen der ersten Planarwindungslage 30 und dem ersten Planarwindungsmodul 10 bzw. zwischen der zweiten Planarwindungslage 40 und dem ersten Planarwindungsmodul 10 angeordnet. Die erste Windungslage 30, das erste Planarwindungsmodul 10 und die zweite Planarwindungslage 40 bilden allgemein einen Planartransformator. In dieser Ausführungsform kann das erste Planarwindungsmodul 10 zwischen der ersten Planarwindungslage 30 und der zweiten Planarwindungslage 40 oder über oder unter der ersten Planarwindungslage 30 und der zweite Planarwindungslage 40 angeordnet sein.
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Wie es in 3 ferner gezeigt ist, ist der Windungshauptkörper 40 im Wesentlichen kreisringförmig ausgebildet. Jedoch können auch andere Formen für den Windungshauptkörper 40 verwendet werden, solange er im Wesentlichen schleifenförmig ist. Es gibt keine Beschränkungen hinsichtlich des Materials, der Breite, der Dicke und der Form der zweiten Planarwindungslage 40, jedoch sind sie bevorzugt identisch mit denen der ersten Planarwindungslage 30, um den Herstellungsprozess des Planartransformators 1 zu vereinfachen.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht der dritten Ausführungsform der modularisierten Planarwindungslage der vorliegenden Erfindung. Wie es in 4 gezeigt ist, entspricht die Planarwindungslage dieser Ausführungsform der dritten Planarwindungslage 50 in 1. Die Struktur der dritten Planarwindungslage 50 ist im Wesentlichen identisch mit der der ersten und der zweiten Planarwindungslage 30, 40, da sie ebenfalls einen Windungshauptkörper und zwei Kontaktierungselemente 51, 52, die von dem Windungshauptkörper abstehen, umfasst. In diesem Beispiel stehen Kontaktierungselemente 51, 52 bei der dritten Position P3 am Umfang der imaginären geometrischen Form B bzw. einer von der ersten bis der dritten Position P1, P2 bzw. P2 beabstandeten vierten Position P4 am Umfang der imaginären geometrischen Form ab, wie es in 6 gezeigt ist. In diesem Beispiel ist das Kontaktierungselement 51 der dritten Planarwindungslage 50 gebogen, um ein Bonding-Kontaktierungselement zu bilden und dient gleichzeitig dazu, eine elektrische Verbindung zu der zweiten Planarwindungslage 40 herzustellen. Andererseits ist das Kontaktierungselement 52 nicht gebogen, um so ein Bonding-Kontaktierungselement zu bilden, sondern dient einfach dazu, eine elektrische Verbindung zu der vierten Planarwindungslage 60 herzustellen. Entsprechend der relativen Niveaus der Ebenen, in denen die dritte Planarwindungslage 50, die zweite Planarwindungslage 40 und die vierte Planarwindungslage 60 in dem Planartransformator 1 angeordnet sind, besitzt das Kontaktierungselement 51 eine mittlere Länge und ist das Kontaktierungselement 52 relativ kurz. Natürlich würde sich, wenn die Sekundärwicklung nur die erste Planarwindungslage 30, die zweite Planarwindungslage 40 und die dritte Planarwindungslage 50 umfassen würde, das Kontaktierungselement 52 der dritten Planarwindungslage 50 bis zur Höhe dem Kontaktierungselement 31 der ersten Planarwindungslage 30 erstrecken und wäre gebogen, um ein Bonding-Kontaktierungselement zu bilden. In einem solchen Fall ist das Kontaktierungselement 51 relativ kurz, wobei jedoch gewährleistest sein muss, dass das Kontaktierungselement 42 mit der zweiten Planarwindungslage 40 in Reihe geschaltet ist.
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In dem Beispiel von 1 ist eine Isolierungsplatte 76 zwischen der zweiten Planarwindungslage 40 und der dritten Planarwindungslage 50 angeordnet. Im Wesentlichen bilden die erste Planarwindungslage 30, das erste Planarwindungsmodul 10, die zweite Planarwindungslage 40 und die dritte Planarwindungslage 50 einen Planartransformator, wobei das erste Planarwindungsmodul 10 zwischen der ersten Planarwindungslage 30 und der zweiten Planarwindungslage 40 oder zwischen der zweiten Planarwindungslage 40 und der dritten Planarwindungslage 50 oder über oder unter der ersten Planarwindungslage 30, der zweiten Planarwindungslage 40 und der dritten Planarwindungslage 50 angeordnet ist. Ferner können das erste Planarwindungsmodul 10, die zweite Planarwindungslage 40 und die dritte Planarwindungslage 50 ebenfalls einen Planartransformator bilden.
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Ferner ist in dem Beispiel von 4 der Windungshauptkörper 50 im Wesentlichen kreisringförmig. Jedoch können auch andere Formen für den Windungshauptkörper 50 verwendet werden, solange er im Wesentlichen schleifenförmig ist. Es gibt keine Beschränkungen hinsichtlich des Materials, der Breite, der Dicke und der Form der zweiten Planarwindungslage 50, jedoch sind sie bevorzugt identisch mit denen der ersten Planarwindungslage 30 und der zweiten Planarwindungslage 40, um den Herstellungsprozess des Planartransformators 1 zu vereinfachen.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht der vierten Ausführungsform der modularisierten Planarwindungslage der vorliegenden Erfindung. Wie es in 5 gezeigt ist, entspricht die Planarwindungslage dieser Ausführungsform der vierten Planarwindungslage 60 in 1. Die Struktur der vierten Planarwindungslage 60 ist im Wesentlichen identisch mit der der ersten bis dritten Planarwindungslage 30, 40, 50, da sie ebenfalls einen Windungshauptkörper und zwei Kontaktierungselemente 61, 62, die von dem Windungshauptkörper abstehen, umfasst. In diesem Beispiel stehen die Kontaktierungselemente 61, 62 bei der vierten Position P4 am Umfang der imaginären geometrischen Form B bzw. einer von der ersten bis vierten Position P1, P2, P3 und P4 beabstandeten fünften Position P5 am Umfang der imaginären geometrischen Form ab, wie es in 6 gezeigt ist. In diesem Beispiel ist das Kontaktierungselement 62 der vierten Planarwindungslage 60 relativ kurz und gebogen, um so ein Bonding-Kontaktierungselement zu bilden, während das Kontaktierungselement 61 nicht gebogen ist, um so ein Bonding-Kontaktierungselement zu bilden, sondern lediglich dazu dient, eine elektrische Verbindung zu der dritten Planarwindungslage 50 herzustellen. Entsprechend den relativen Niveaus der Ebenen, in denen die vierte Planarwindungslage 60 angeordnet ist und der in Reihe geschalteten dritten Planarwindungslage 50, die in dem Planartransformator 1 angeordnet ist, erstreckt sich das Kontaktierungselement 61 nach oben in 5 und ist relativ kurz. Natürlich würden sich, wenn die Sekundärwicklung nur die zweite Planarwindungslage 40, die dritte Planarwindungslage 50 und die vierte Planarwindungslage 60 oder nur die dritte Planarwindungslage 50 und vierte Planarwindungslage 60 umfassen würde, die Kontaktierungselemente 61, 62 der vierten Planarwindungslage 60 auf geeignete Höhen erstrecken, um Bonding-Kontaktierungselemente in derselben Ebene bereitzustellen. Natürlich kann von Designern entsprechend den Notwendigkeiten in der jeweiligen Anwendungen bestimmt werden, ob alle Bonding-Kontaktierungselemente in der gleichen Ebene angeordnet sind oder nicht.
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In dem Beispiel von 1 ist das zweite Planarwindungsmodul 20 zwischen der dritten Planarwindungslage 50 und der vierten Planarwindungslage 60 angeordnet. Die Isolierungsplatten 77, 78 sind jeweils zwischen der dritten und der vierten Planarwindungslage 50 bzw. 60 angeordnet. Ebenso können die Isolierungsplatten jeweils auf oder unter der vierten Planarwindungslage 60 angeordnet sein, wenn es notwendig ist. Die relativen Positionen des ersten Planarwindungsmoduls 10, der dritten Planarwindungslage 50 und der vierten Planarwindungslage 60 sind nicht auf die den in den Figuren gezeigten beschränkt.
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Im Wesentlichen bilden die erste Planarwindungslage 30, das erste Planarwindungsmodul 10, die zweite Planarwindungslage 40, die dritte Planarwindungslage 50, das zweite Planarwindungsmodul 20 und die vierte Planarwindungslage 60 einen Planartransformator. Ebenso kann ein Planartransformator aus einer Kombination dieser Planarwindungsmodule und Planarwindungslagen gebildet sein.
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Der in 5 gezeigte Windungshauptkörper 60 ist im Wesentlichen kreisringförmig. Jedoch können andere Formen für den Windungshauptkörper 60 verwendet werden, solange er im Wesentlichen schleifenförmig ist. Es gibt keine Beschränkungen hinsichtlich des Materials, der Breite, der Dicke und der Form der zweiten Planarwindungslage 60, jedoch sind sie vorzugsweise identisch mit denen der ersten bis dritten Planarwindungslage 30, 40 und 50, um den Herstellungsprozess des Planartransformators 1 zu vereinfachen.
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6 zeigt ein Beispiel der elektrischen Verbindung der Planarwindungslagen der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform sind die erste Planarwindungslage 30, die zweite Planarwindungslage 40, die dritte Planarwindungslage 50 und die vierte Planarwindungslage 60 in dieser Reihenfolge über einander angeordnet und in Reihe geschaltet, um eine Wicklungsanordnung zu bilden. Es ist zu beachten, dass sich die in 6 gezeigte Anordnung von der in 1 gezeigten Anordnung unterscheidet, obwohl entsprechende Komponenten mit identischen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Anordnung in 6 ist einfach ein Stapel von Planarwindungslagen der vorliegenden Erfindung, um die Sekundärwicklung zu bilden, ohne eine zwischen den Planarwindungslagen angeordnete Windung der Primärwicklung. Jedoch kann in der Anwendung der erfindungsgemäßen Planarwindungslagen der Abstand zwischen Planarwindungslagen entsprechend ihres relativen Niveaus (ihrer relativen Höhen) in dem Planartransformator und dem Typ und der Anzahl an Planarwindungslagen oder Planarwindungsmodulen der Primärwicklung, die zwischen den Planarwindungslagen angeordnet sind, variieren. Das heißt, Längen der Kontaktierungselemente können leicht entsprechend den Planarwindungslagen und der Planarwindungsmodule, die in dem Planartransformator aufgenommen sind, bestimmt werden.
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In dem speziellen, in 6 gezeigten Beispiel ist die Reihenfolge der Reihenschaltung der Planarwindungslagen: Von dem Kontaktierungselement 31 der ersten Planarwindungslage 30 bei Position P1 zu dem Windungshauptkörper 30, dann zu dem Kontaktierungselement 32 bei Position P2. Das Kontaktierungselement 32 steht nicht ab, um ein Bonding-Kontaktierungselement zu bilden, sondern ist bei Position P2 mit dem Kontaktierungselement 41 der zweiten Planarwindungslage 40 elektrisch verbunden. Von hier setzt sich die elektrische Verbindung zu dem Windungshauptkörper 40 und dem Kontaktierungselement 42 bei Position P3 fort, wo das Kontaktierungselement 42 mit dem Kontaktierungselement 51 der dritten Planarwindungslage 50 bei Position P3 elektrisch verbunden ist. Das Kontaktierungselement 51 bildet ein Bonding-Kontaktierungselement und erstreckt sich gleichzeitig vertikal, um ein Wärmeabgabe-Kontaktierungselement zu bilden. Von dem Kontaktierungselement 51 setzt sich die elektrische Verbindung zu dem Windungshauptkörper 50 und dann zu dem Kontaktierungselement 52 bei Position P4 fort. Das Kontaktierungselement 52 steht nicht ab, um ein Bonding-Kontaktierungselement zu bilden, sondern ist bei Position P4 einfach mit dem Kontaktierungselement 61 der vierten Planarwindungslage 60 elektrisch verbunden. Entsprechend der relativen Niveaus der dritten Planarwindungslage 50 und der vierten Planarwindungslage 60, erstreckt sich das Kontaktierungselement 61 bei Position P4 nach oben. Die elektrische Verbindung setzt sich zu dem Windungshauptkörper 60 fort und endet bei Position P5 bei dem Kontaktierungselement 62, das absteht, um ein Bonding-Kontaktierungselement zu bilden. In dieser Wicklungsanordnung bieten die Kontaktierungselemente 31, 51 und 61 bei den Positionen P1, P3 bzw. P5 die Möglichkeit, mit einer Schaltungsplatine unter Verwendung der SMT-Technik gebonded zu werden.
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Anordnungen und Kombination der erfindungsgemäßen modularisierten Planarwindungslagen sind nicht auf die Beispiele von 1 und 6 beschränkt. Zum Beispiel kann die erste bis fünfte Position P1–P5 in unterschiedlichen Reihenfolgen angeordnet sein. Die Kontaktierungselement-Positionen sind nicht auf fünf beschränkt. Es können ferner Kontaktierungselemente für andere Zwecke vorgesehen sein. Die Reihenschaltung der Windungslagen kann modifiziert sein, ohne die Notwendigkeit einer bestimmten Niveaureihenfolge. Zum Beispiel kann eine Windung mit einem höheren Niveau verbunden sein, das wiederum mit einer Windung bei einem niedrigeren Niveau verbunden ist. Da die Planarwindung gemäß der vorliegenden Erfindung eine modulare Struktur besitzt, hat jede Planarwindungslage im Wesentlichen eine identische Hauptkörperstruktur. Die modularisierte Struktur bietet Designern die Möglichkeit, durch Ändern von nur bestimmten Faktoren des Moduls wie etwa die Position oder die Länge/Höhe der Kontaktierungselemente entsprechend den Anforderungen der jeweiligen Anwendung eine Vielzahl von Planarwindungsanordnungen herzustellen. Auf diese Weise können leicht Planarwindungsmodule mit einer unterschiedlichen Anzahl von Lagen gewonnen werden.
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Jedes im Handel erhältliche Verfahren kann zum Verbinden der Planarwindungslagen verwendet werden. Brauchbare Verfahren umfassen Schweißen, Kleben, Kaltverformen, Schmelzen etc., solange eine elektrische Verbindung zwischen den Planarwindungsmodulen gewährleistet ist. Isolierungsplatten können benachbart zu jeder Planarwindungslage angeordnet sein. Beschränkungen hinsichtlich des Materials, der Größe und der Dicke der Isolierungsplatten gibt es nicht, sie werden entsprechend den Bedingungen der jeweiligen Anwendung bestimmt. Wenn erforderlich können Klebemittel auf eine oder beide Oberflächen der Isolierungsplatten aufgebracht werden, um so die Planarwindungslagen zu sichern. Ferner können Isolierungslagen auf Oberflächen der Windungen aufgebracht sein.
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In zusammengebautem Zustand überlappen sich die Windungshauptkörper vorzugsweise. Windungen der Primärwicklung überlappen vorzugsweise Windungen der Sekundärwicklung. In einigen Anwendungen sind Windungen der Primärwicklung gegenüber Windungen der Sekundärwicklung versetzt.
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Wenn die Planarwindungslagen wie es in 6 gezeigt ist in Reihe geschaltet sind, ist eine Wicklungsstruktur mit vier Lagen gebildet und sind drei Bonding-Kontaktierungselemente angeordnet. Die Wicklungsanordnung kann elektrisch mit einer Schaltungsplatine unter Verwendung der SMT-Technik verbunden werden. Natürlich kann, wenn nur zwei Bonding-Kontaktierungselemente benötigt werden, das Bonding-Kontaktierungselement 51 weggelassen werden, wodurch das Kontaktierungselement 51 lediglich dazu dient, das Kontaktierungselement 42 zu überlappen. Jedoch ist das Bonding-Kontaktierungselement vorzugsweise vorgesehen, um die Struktur der Planarwindungsanordnung zu stabilisieren, selbst wenn eine elektrische oder elektronische Verbindung nicht notwendig ist.
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Wie es oben beschrieben ist, stellt die vorliegende Erfindung eine modularisierte Struktur für die Planarwindung bereit. Die modularisierte Planarwindungslage definiert Kontaktierungselementpositionen, so dass mehrere Planarwindungen leicht verbunden werden können. Die Erfindung ermöglicht es einem Designer eine Planarwindungsanordnung mit einer gewünschten Anzahl von Lagen zu entwickeln. Keine Schaltungsplatine ist bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Planarwindungslagen notwendig. Die Dicke des Planartransformators ist somit stark verringert. Ferner ist der Widerstand der Anordnung verringert und deren Leistung verbessert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- TW 387981 I [0003]
- TW 357086 I [0004]
- CN 103081044 A [0005]
- EP 2602801 A1 [0006]
- DE 102012003365 A1 [0007]
- EP 2637183 A2 [0008]
- US 2013/278371 A1 [0009]
- WO 0070926 A1 [0010]
- TW 102143037 [0039]
