DE3536412A1 - Elektronischer schaltungsmodul - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Modul einer elektronischen Schaltung, bei dem eine elektronische Schaltung mit einer
Vielzahl von Spulen auf einer magnetischen Grundplatte ausgebildet ist, und insbesondere einen elektronischen Schaltungsmodul
mit einer Vielzahl von Spulen, die auf jeweilige Vorsprünge gewickelt sind, die entlang einer langen Seite
einer magnetischen Schaltungsgrundplatte ausgebildet sind.
Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einem Modul, der ein integriertes funktionelles Bauteil, das eine elektronische
Schaltung mit Spulen enthält, beispielsweise ein Gleichspannungswandler ist und als solcher in verschiedene elektronische
Geräte eingebaut werden kann.
Es ist ein elektronischer Schaltungsmodul bekannt, bei dem
eine magnetische Platte aus Ferrit oder einem ähnlichen Material als Grundplatte verwandt wird und Spulen auf Teilen
der Grundplatte angeordnet sind, um die magnetischen Eigenschaften der Grundplatte auszunutzen. Es sind verschiedene
Vorschläge für einen Aufbau gemacht worden, bei dem Spulenelemente, wie beispielsweise Transformatoren und Induktivitäten,
ausgebildet sind. Ein typischer derartiger Aufbau ist in der Japanischen Gebrauchsmusterschrift 59-45985 aus 1984
beschrieben.
Bei dem dort beschriebenen Aufbau wird eine magnetische Schaltungsgrundplatte
verwandt, die aus einer rechteckigen magnetischen Platte mit drei oder mehr Paaren von Schlitzen besteht,
die entlang der beiden langen Seiten so ausgebildet sind, daß die Schlitze jedes Paares einander zugewandt sind,
wobei auf der Oberfläche der Grundplatte ein Schaltungs-
muster ausgebildet ist und die Spulen dadurch gebildet sind, daß Draht in den Schlitzpaaren gewickelt ist. Die Spulen sind
mit dem Schaltungsmuster so verbunden, daß sie magnetische Felder mit entgegengesetzter Polarität erzeugen. Die verschiedenen
Schaltungsbauteile sind auf der magnetischen Schaltungsgrundplatte angeordnet, und eine Vielzahl von Leitungsstiften
zum Anschluß an äußere Schaltungen ist an einem Endabschnitt der magnetischen Schaltungsgrundplatte angebracht.
Bei einem elektronischen Schaltungsmodul mit dem oben beschriebenen
Aufbau ist es jedoch notwendig, die Schlitze entlang" der gegenüberliegenden langen Seiten der magnetischen
Schaltungsgrundplatte auszubilden. Darüber hinaus können die Spulen höchstens in jedem zweiten Schlitzpaar gewickelt.werden,
um eine magnetische Störung zwischen benachbarten Spulen zu vermeiden. Da weiterhin jede Spule in einem Paar von
Schlitzen ausgebildet ist, die einander zugewandt sind, so daß die Grundplatte den Kern des Spulenelementes bildet, ist
der Arbeitsvorgang der Ausbildung der Spule außerordentlich
beschwerlich. Da schließlich die Spulen auch über den mittleren Teil der Grundplatte sich erstrecken, ist nicht nur der
Bereich zum Anbringen der Schaltungsbauteile beschränkt, sondern ist auch die Auslegung des Schaltungsmusters beträchtlichen
Beschränkungen unterworfen. Wenn eine sehr große Anzahl von Bauteilen, wie im Fall eines Gleichspannungswandlers,
angeordnet werden muß, ist es notwendig, die Größe der Grundplatte selbst zu erhöhen, wobei die Grundplatte aufgrund ihrer
komplizierten Form leicht bricht oder beschädigt wird.
Durch die Erfindung soll ein elektronischer Schaltungsmodul geschaffen werden, bei dem die oben beschriebenen Mangel beseitigt
sind.
Der erfindungsgemäße elektronische Schaltungsmodul mit einer
Vielzahl von Spulenelementen soll in sehr einfacher Weise bei ~ einer geringeren gegenseitigen Kopplung hergestellt werden
können.
Durch die Erfindung soll weiterhin ein elektronischer Schaltungsmodul
geschaffen werden, bei dem die einzelnen Spulenelemente entlang einer Kante der Grundplatte bei einem kleineren
Flächenbereich ausgebildet werden können.
Durch die Erfindung soll schließlich ein elektronischer Schaltungsmodul geschaffen werden, der einen größeren Freiraum
der Wahl der Fläche zum Anordnen der Schaltungsbauteile, und somit,eine
weitere Verringerung der Größe erlaubt.
Bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungsmodul ist
dazu die magnetische Schaltungsgrundplatte so aufgebaut und sind dazu die angebrachten Spulen so ausgerichtet, daß die
Grundplatte entlang einer langen Seite mit nach außen vorstehenden Vorsprüngen versehen ist und die Spulen auf diesen
Vorsprüngen angeordnet sind.
Die magnetische Schaltungsgrundplatte besteht zweckmäßigerwei
se aus einer gesinterten Ferritplatte. Die Grundplatte hat üblicherweise eine rechteckige Form, wobei die Vorsprünge
entlang einer langen Seite ausgebildet sind. Bei einem Gleichspannungswandler oder einem ähnlichen elektronischen
Bauteil weist die Grundplatte 3 derartige Vorsprünge auf, auf denen jeweilige Spulen angebracht sind. Diese Spulen sind
kernlose Drahtspulen aus einem selbstverschweißenden oder selbsthaftenden Draht.
Die Schaltungsmuster, beispielsweise die leitenden Muster und die Widerstandsmuster, die auf der Oberfläche der Grundplatte
vorzusehen sind, können ohne Schwierigkeiten dadurch gebildet werden, daß von den bekannten Verfahren der Herstellung
gedruckter Schaltungen Gebrauch gemacht wird. Bei einer Ferritplatte ist es schwierig, ein durchgehendes Loch auszu-
bilden, so daß es wünschenswert ist, einen Aufbau zu verwenden, bei dem Vorder- und Rückseitenmuster elektrisch unter
Verwendung von Zuleitungsstiften verbunden sind, von denen jeder einen gabelförmigen Stiel mit zwei Zinken zum Anschluß
an die äußere Schaltung aufweist. Die Schaltungsbauteile können Chipkondensatoren, Chipwiderstände, Chiptransistoren ,
integrierte Schaltungen usw. sein,und kleinformatige Dioden können direkt durch Löten angeschlossen werden.
Die magnetische Schaltungsgrundplatte dient nicht nur als Grundplatte für die elektronische Schaltung, sondern auch als
Kern„für die Spulen. Wenn eine Vielzahl von Spulen. Seite an
Seite entlang einer Seite der magnetischen Schaltungsgrundplatte vorgesehen ist, hebt sich der magnetische Fluß der
einzelnen Spulen gegeneinander auf, was den Leckfluß verringert und eine Sättigung der Kerne verhindert. Gemäß der Erfindung
weist die magnetische Schaltungsgrundplatte Schlitze auf, die nur entlang einer langen Seite ausgebildet sind, so
daß sie nicht so leicht wie die bekannte Grundplatte bricht, bei der die Schlitze an beiden langen Seiten entlang
vorgesehen sind. Da die Spulen in Längsrichtung der Grundplatte gewickelt sind, werden sie weiterhin die Grundplatte
mechanisch verstärken. Da die Spulen schließlich entlang nur einer langen Seite der Grundplatte ausgebildet, sind, steht
der größere Teil der Grundplattenfläche zum Anbringen von elektronischen Bauteilen zur Verfugung, so daß es möglich ist,
die Integrationsdichte zu erhöhen und die Grundplattenfläche zu verringern.
Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.
Es zeigen:
vischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungsmoduls,
dargestellten Moduls im zusammengesetzten Zustand,
zerhackerschaltung in Modulbauweise zeigt,
netischen Weges, der in einer magnetischen
Schaltungsgrundplatte gebildet wird,
auf der magnetische Schaltungsgrundplatten angeordnet sind,
fahrens zum gleichzeitigen Herstellen von zwei magnetischen Schaltungsgrundplatten,
und
Beispiele der magnetischen Schaltungsgrundplatte.
Eine Untersetzungszerhackerschaltung ist eine Art eines
Gleichspannungswandlers und an sich bekannt. Ihre Eingangsspannung liegt über ein Eingangsfilter 2, das aus einer Drosselspule
L1 und einem Kondensator Cj besteht, an einem Schaltabschnitt
4. Eine Spannung, deren Tastverhältnis über einen Impulsbreitenregler 6 gesteuert wird, liegt an der Basis eines
: - -'" 353641?
Transistors Q, und die Eingangsspannung wird in Impulse aufgeteilt,
die über ein Tiefpaßfilter 7 geglättet werden, das aus einer Zerhackerspule Lg und einem Kondensator C3 besteht,
um eine Gleichspannung zu erhalten. Um Brumm- und Rauschstörungen der Ausgangsspannung zu verringern, wird über ein Ausgängsfilter
8 aus einer Drosselspule L2 und einem Kondensator
C2 ein stabile Gleichspannung geliefert. Die Ausgangsspannung
kann daher durch das Verhältnis der Durchschalte- und Sperrintervalle des Transistors Q stabilisiert werden. Eine Diode
D, die als Schwungradiode bezeichnet wird, hat die Funktion der Bildung eines Leitungsweges, über den die während des
Durcjischaltintervalls des Transistors Q in der Zerhackerspule Lg gespeicherte Energie entladen wird, wenn der Transistor
Q sperrt. Die Zerhackerspule L3 dient zum Speichern von Energie,
so daß sie einen großen Kern, verglichen mit den Drosr seispulen L1 und L2, benötigt.
Fig.1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Moduls, bei
dem eine derartige Zerhackerschaltung vorgesehen ist. Eine magnetische Schaltungsgrundplatte 12 besteht aus einer im
wesentlichen rechteckigen Platte aus gesintertem Ferrit. Eine lange Seite der Grundplatte 12 trägt drei Vorsrprünge 14a
bis 14c, die davon nach außen vorstehen. Die gegenüberliegenden Endvorsprünge 14a und 14b haben eine geringe Breite D1,D2,
während der mittlere Vorsprung 14c eine wesentlich größere Breite D3 hat. Die gegenüberliegenden Endvorsprünge bilden die
Kerne der Drosselspulen L1 und L2, während der mittlere Vorsprung
14c den Kern der Zerhackerspule L3 bildet. Die gegenüberliegenden
kurzen Seiten der Grundplatte 12 weisen abgestufte Teile 16a und 16b auf, so daß die Spulenwicklungen
nicht von der Grundplatte 12 vorstehen.
Ein Schaltungsmuster 18 ist auf der Vorderfläche der magnetischen Schaltungsgrundplatte 12 ausgebildet. Das Schaltungsmuster 18 besteht aus einem leitenden Muster und einem Widerstandsfilm.
Es ist durch Siebdrucken und anschließendes
0I 353641?
Brennen wie eine integrierte Hydridschaltung ausgebildet. Uie
verschiedenen Schaltungsbauteile 20, wie beispielsweise die
Chipkondensatoren, Chipwiderstände, integrierten Schaltungen, Dioden usw. werden unter Verwendung des Schaltungsmusters angebracht.
Bei einem großen Kondensatorwandler haben die Kondensatoren C1 bis C3 hohe Kapazitäten, so daß sie außen angebracht
sind. Die Spulen 22a bis 22c sind auf die Vorsprünge 14a bis 14c der magnetischen Schaltungsgrundplatte 12 gepaßt.
Diese Spulen sind kernlose Spulen aus einem selbstverschweissenden oder selbstklebenden Draht oder sogenanntem Kleb- oder
Kittdraht. Die Anschlüsse der auf den Vorsprüngen angeordneten .Spulen sind durch Schaltungsmuster angelötet, die auf der
magnetischen Schaltungsgrundplatte ausgebildet sind.
Die magnetische Schaltungsgrundplatte ist entlang ihrer anderen
Seite mit Leitungsmustern 26 zum Anbringen von Leitungsstiften 24 zum Anschluß äußerer Schaltungen versehen. Der gabelförmige
Stiel mit zwei Zinken jedes Leitungsstiftes 24 ist mit jedem Leitungsmuster 26 durch Löten so verbunden, daß das
Muster in Sandwichbauweise zwischen dem Stielteil liegt. Der Leitungsstift 24 hat die Funktion der Verbindung eines Schaltungsmusters
auf der Vorderfläche und eines Schaltungsmusters auf der Rückfläche.
Der zusammengesetzte elektronische Schaltungsmodul wird in ein Gehäuse eingesetzt oder in ein Harz eingeformt oder mit
einem Harz beschichtet, um die magnetische Schaltungsgrundplatte und die internen Schaltungen zu schützen.
Da der elektronische Schaltungsmodul mit dem oben beschriebenen Aufbau eine interne Untersetzungszerhackerschaltung
aufweist, wie sie in Fig.3 dargestellt ist, kann er natürlich als Gleichspannungswandler dienen. Die magnetische Schaltungsgrundplatte
dient nicht nur als übliche Schaltungsgrundplatte, sondern auch als Kern für die einzelnen Spulen. Da
weiterhin die einzelnen Spulen 22a bis 22c entlang einer Seite der magnetischen Schaltungsgrundplatte 12 angeordnet sind,
hebt sich der magnetische Fluß der Spulen, der magnetische Störungen hervorruft, gegenseitig auf, so daß der Leckfluß
verringert ist, um eine Sättigung der Kerne zu vermeiden. Insbesondere heben sich die Flüsse ^1 und cf3 und 4Z und iZ
die durch Zwischenräume zwischen benachbarten Vorsprüngen gehen, gegenseitig auf, so daß nur die Flüsse \\, <J2 und ([3 bleiben,
die nicht durch einen Zwischenraum zwischen benachbarten Vorsprüngen hindurchgehen.
Bei„diesen Ausführungsbeispielen sind die Enden der Vorsprünge
der magnetischen Schaltungsgrundplatte abgeschrägt, um den Einbau der Spulen zu erleichtern, ohne Beschädigungen hervorzurufen.
Die Vorsprünge der magnetischen Schaltungsgrundplatte 12 können auch dazu benutzt werden, die Schaltungsmuster, die auf
die Oberfläche der Grundplatte 12 aufgedruckt werden, richtig anzuordnen. Das wird im folgenden anhand von Fig.5 beschrieben.
Wie es in Fig.5 dargestellt ist, wird zunächst eine Platte 30 hergestellt, die Aussparungen 28 aufweist, die im wesentlichen
die gleiche Form wie die magnetische Schaltungsgrundplatte haben. Die Länge der kurzen Seite der Aussparung
28 ist etwas größer als die Länge der kurzen Seite der magnetischen Schaltungsgrundplatte 12. Magnetische Schaltungsgrundplatten
12 werden in diese Aussparungen 28 gepaßt. Jede magnetische Schaltungsgrundplatte 12 ist so angeordnet, daß ihre
Vorsprünge gegen die komplementär geformte Kante der Aussparung 28 gedrückt sind. Das Siebdrucken erfolgt in diesem
Zustand, wodurch eine genaue Anordnung des Schaltungsmusters auf der magnetischen Schaltungsplatte erzielt.werden kann.
Die Grundplatte bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird gewöhnlich nacheinander preßgeformt und gesintert.
Es ist jedoch auch möglich, zwei derartige Grundplatten gleichzeitig herzustellen, wie es in Fig.6 dargestellt ist.
In diesem Fall sind die beiden Grundplatten so ausgelegt, daß ihre Vorsprünge einander zugewandt sind. Die Höhe des mittleren
Teils ist gleichfalls etwas geringer als die der gegenüberliegenden Endabschnitte ausgebildet, so daß ein Zwischenraum
40 gebildet ist und die beiden Grundplatten nur über die Endvorsprünge
42 miteinander verbunden sind. Wenn eine V-förmige oder ähnliche Nut vorher an der Verbindungsstelle 44 der Endvorsprünge
42 ausgebildet ist, kann der anschließende Arbeitsvorgang extrem vereinfacht werden. Die beiden Grundplatten,
die noch miteinander verbunden sind, wie es in Fig.6 dargestellt ist, werden durch Preßformen und Sintern erhalten und
anschließend in dieser Form mit dem Schaltungsmuster bedruckt. Gegebenenfalls werden die Schaltungsbauteile gleichfalls angebracht
und angeschlossen. Bei dem Verfahrensschritt der Anbringung
der Spulen werden schließlich die beiden Grundplatten durch Anlegen einer Biegekraft unter Ausnutzung der V-förmigen
oder ähnlichen Nuten getrennt, die oben erwähnt wurden. Durch dieses Verfahren kann die Arbeit der Anordnung der
magnetischen Schaltungsgrundplatten in der komplementären Aussparungsplatte und der verschiedenen anderen Arbeitsvorgänge
auf die Hälfte verringert werden. Die magnetische Schaltungsgrundplatte ist keineswegs auf die Form des obigen Ausführungsbeispiels
begrenzt, es ist auch möglich, eine Anzahl von magnetischen Schaltungsgrundplatten gleichzeitig in Abhängigkeit
von der Form, dem Material usw. der Grundplatte herzustellen.
Fig.7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der magnetischen
Schaltungsgrundplatte. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Schlitze zwischen benachbarten Vorsprüngen jeweils mit
einem halbkreisförmigen Boden 46 ausgebildet. Wenn der Bodenteil des Schlitzes rechteckig ist, werden in der Umgebung der
Ecken Spannungen erzeugt und besteht die Gefahr, daß die Grund-
platte selbst bei sehr leichten Spannungen bricht. Die Halbkreisform
bei diesem Ausführungsbeispiel bewirkt eine Verteilung der Spannungen, so daß die Grundplatte nicht so leicht
bricht.
Fig.8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Grundplatte. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Vorsprünge schräg
verlaufende Kanten. Dieser Aufbau erleichtert die Anordnung der Spulen. Obwohl in diesem Fall die angebrachten Spulen
leichter abzunehmen sind, werden sie tatsächlich niemals abgehen, da ihre Anschlüsse an das Schaltungsmuster gelötet
sindJ-. und der Modul, der durch das Anbringen der verschiedenen
anderen Schaltungsbauteile an der magnetischen Schaltungsgrundplatte erhalten wird, in eine Gehäuse eingesetzt und ein·
gegossen ist.
Obwohl die erfindungsgemäße Ausbildung in Verbindung mit einem
Μούμΐ beschrieben wurde, der eine Untersetzungszerhackerschaltung
trägt, ist die erfindungsgemäße Ausbildung auch auf Module mit verschiedenen anderen elektronischen Schaltungen
anwendbar. Die erfindungsgemäße Ausbildung ist insbesondere bei verschiedenen Wandlerschaltungen zweckmäßig, da Wandlerschaltungen
eine Vielzahl von Elementen mit Spulen, wie beispielsweise Induktivitäten und Transformatoren, als wesentliche
Bauteile umfassen.
Die Vorsprünge der magnetischen Schaltungsgrundplatte können irgendeine gewünschte Form, d.h. Breite und Höhe, haben. Beispielsweise
können Vorsprünge mit verschiedener Höhe ausgebildet sein und können die Spulen an Abschnitten verschiedener
Höhe angebracht sein. In diesem Fall kann die magnetische Störung und Wechselwirkung zwischen benachbarten Spulen weiter
herabgesetzt werden. Es können weiterhin mehr als-einzelne
Vorsprünge ausgebildet sein. Wenn zwei Vorsprünge ausgebildet sind, können zwei Spulenelemente gebildet werden. In die-
sem Fall kann ein Rauschfiltermodul,kombiniert mit einem
Chipkondensator, oder ähnliches gebildet werden. Weiterhin kann ein geschlossener magnetischer Kreis dadurch gebildet
werden, daß ein separates magnetisches Element zwischen dem Ende eines Vorsprunges und dem Körper der Grundplatte oder
zwischen den Enden von zwei Vorsprüngen angebracht wird.
Es ist weiterhin möglich, eine gewünschte elektronische Schaltung, beispielsweise eine Wandlerschaltung aus zwei Modulen,
auszubilden, wobei einer gemäß der Erfindung mit Spulen als Hauptbauteilen und anderen entsprechenden Bauteilen^
ausgebildet ist und der andere, der aktive Bauteile aufweist, als monolithische integrierte Schaltung oder integrierte
Hybridschaltung ausgebildet ist.
Die Grundplatte kann aus einem magnetischen metallischen
Material, wie beispielsweise Ferrit, bestehen. Wenn ein anderes magnetisches metallisches Material, als Ferrit, mit
einem niedrigen elektrischen Oberflächenwiderstand benutzt
wird, dann ist es notwendig, die Platte mit einem elektrisch isolierenden Harz zu beschichten, bevor ein Schaltungsmuster
ausgebildet wird. Natürlich kann selbst eine Ferritgrundplatte mit einem Harz beschichtet werden, wenn der Oberflächenwiderstand
zu niedrig ist.
Bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungsmodul mit
Spulen und dem oben beschriebenen Aufbau können die Spulenelemente
somit sehr leicht dadurch ausgebildet werden, daß nur kernlose Spulen, die vorher hergestellt wurden, auf
Vorsprünge einer magnetischen Schaltungsgrundplatte gepaßt werden. Da darüber hinaus die Vorsprünge nur entlang einer
einzigen langen Seite der magnetischen Schaltungsgrundplatte ausgebildet sind, ist die gegenseitige Kopplung der Spulen
gering und steht der größere Teil des Flächenbereiches der Grundplatte zum Anbringen von Schaltungsmustern und Schal-
tungsbauteilen zur Verfugung. Es ist somit möglich, die
Größe der magnetischen Schaltungsgrundplatte herabzusetzen,
was insofern sehr vorteilhaft ist, als eine elektronische
Schaltung mit Spulen zu einem einzigen Paket zusammengesetzt werden kann, um eine funktionell Baueinheit zu erhalten.
Größe der magnetischen Schaltungsgrundplatte herabzusetzen,
was insofern sehr vorteilhaft ist, als eine elektronische
Schaltung mit Spulen zu einem einzigen Paket zusammengesetzt werden kann, um eine funktionell Baueinheit zu erhalten.
Gemäß der Erfindung kann schließlich ein Gleichspannungswandler zu einem einzigen Paket zusammengesetzt werden, was stark
zu einer Verringerung der Größe der Vorrichtung beiträgt, die eine Energiequelle trägt.
Claims (5)
1. Elektronischer Schaltungsmodel mit einer magnetischen Grundplatte, einer Vielzahl von Spulen, die auf die magnetische
Grundplatte gewickelt sind, einem Schaltungsmuster, das auf der Oberfläche der magnetischen Grundplatte
ausgebildet ist, einem Schaltungsbauteil, das mit dem Schaltungsmuster verbunden ist, und einer Vielzahl
von Zuleitungsstiften, die an der magnetischen Grundplatte zum Anschluß an äußere Schaltungen angebracht sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Grundplatte eine Vielzahl von Vorsprüngen
entlang einer ihrer Seiten trägt und die Spulen auf die Vorsprünge gewickelt sind.
2. Schaltungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die magnetische Grundplatte rechteckig mit parallelen längeren Seiten und parallelen kürzeren Seiten ausgebildet
ist und die Vorsprünge entlang einer längeren Seite der parallelen längeren Seiten vorgesehen sind.
3. Schaltungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Grundplatte drei Vorsrpünge aufweist
und die Spulen auf jeden der Vorsprünge gewickelt sind.
4. Schaltungsmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen kernlose Spulen aus einem selbstklebenden
Draht sind.
5. Schaltungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die magnetische Grundplatte als Grundplatte der elektronischen Schaltung und als Kern der Spulen dient.
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