DE69208525T2

DE69208525T2 - Flachtransformateur

Info

Publication number: DE69208525T2
Application number: DE69208525T
Authority: DE
Inventors: Tetsuhiko Mizoguchi; Toshiro Sato
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1992-05-28
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2012-05-29
Also published as: EP0516415B1; JPH04354313A; JP2941484B2; EP0516415A3; KR970004420B1; US5430424A; DE69208525D1; EP0516415A2; KR920022327A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flachtransformator, der für verschiedene Arten von Schaltungen, wie beispielsweise Strom- bzw. Spannungsversorgungsschaltungen und Inverterschaltungen für Leuchtstoff- bzw. Fluoreszenzröhren verwendbar ist.
In letzter Zeit werden eine Miniaturisierung und Gewichtsverringerung aller elektrischer Vorrichtungen stark gefordert. Jedoch wurden magnetische Teile, wie beispielsweise Induktoren und Transformatoren unter Komponententeilen von elektronischen Schaltungen weniger miniaturisiert und im Gewicht verringert als Halbleiterelemente, Widerstände und Kondensatoren, was eine ernsthafte Ursache dafür ist, die Miniaturisierung und Gewichtsverringerung von Schaltungen zu verhindern. Obwohl diese magnetischen Elemente insbesondere für zahlreiche Arten von Leistungsinverterschaltungen unverzichtbar sind, ist es schwierig, diese zu miniaturisieren und leichter zu gestalten. In einem elektronischen automatischen Austausch werden beispielsweise zahlreiche Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler in jeder elektronischen Schaltungsplatte gemäß einer gewünschten Versorgungsspannung verwendet, und magnetische Elemente nehmen den größten Teil des gesamten Volumens dieser Gleichstromversorgungen ein. Die magnetischen Elemente werden auch für ein Rücklicht in dem Leuchtstoffröhrentyp verwendet, der für eine Flüssigkristallanzeige eines Wortprozessors oder Personalcomputers benutzt wird, und daher ist es unverzichtbar, magnetische Elemente dünn für eine dünnere Anzeige zu machen.
Unter diesem Umstand wurden stark Flachinduktoren oder -transformatoren entwickelt. Ein Flachtransformator mit einer Flachprimärspiralspule und einer Flachsekundärspiralspule, die wechselseitig isoliert und geschichtet sind, ist beispielsweise als Stand der Technik in EP-A-0 413 348 diskutiert. Wenn ein Flachtransformator hergestellt wird, ist es erforderlich, ausreichend eine magnetische Kopplung zwischen Primärund Sekundärspulen zu verstärken, um wirksam ein Signal oder Leistung von einer Primärspule zu einer Sekundärspule zu übertragen. Mit anderen Worten, es ist erforderlich, einen Transformator so auszulegen, daß er einen Kopplungskoeffizienten zwischen beiden Spulen möglichst nahe bei 100 % hat. Der Kopplungskoeffizient k des Transformators ist durch die folgende Gleichung gegeben:
wobei Φ&sub1; den Magnetfluß bedeutet, der durch die Primärspule erzeugt ist, und Φ&sub2;&sub1; den Magnetfluß angibt, der eine Sekundärspule in dem durch die Primärspule erzeugten Magnetfluß verkettet.
Unter der Annahme, daß eine Widerstandkomponente vernachlässigbar ist, ist ein Primär-Sekundär-Verhältnis der Spannung proportional zu einem Produkt von k und dem Verhältnis der Wicklungszahlen, und eine Signalübertragung wird vollständig durchgeführt, wenn k einen Einheitswert hat. Unter der Annahme, daß verschiedene Arten von Verlust vernachlässigbar sind, ist die Wirksamkeit einer Leistungsübertragung von einer Primärspule zu einer Sekundärspule proportional zu dem Quadrat von k. Daher verursacht eine geringfügige Verringerung des Kopplungskoeffizienten eine merkliche Reduzierung der Wirksamkeit der Leistungsverfügbarkeit.
Somit ist eine Zunahme des Kopplungskoeffizienten eines Transformators sehr wichtig für das Leistungsverhalten des Transformators.
Um einen Kopplungskoeffizienten eines Transformators zu vergrößern, ist es erforderlich, einen Weg oder Pfad des durch eine Primärspule erzeugten Magnetflusses demjenigen eines Magnetflusses so weit als möglich entsprechen zu lassen, der durch eine Sekundärspule erzeugt ist. Da jedoch die Verteilung eines Magnetflusses in dem Fall eines Flachtransformators kompliziert ist&sub1; ist es schwierig, diese Bedingung vollständig zu realisieren. Derzeit gibt es keinen vereinheitlichten Weg der Auslegung bezüglich einer Methode des Anordnens von Primär- und Sekundärspulen, und dies wurde auf der Grundlage eines Ausprobierens entschieden. Wenn eine Primärspule merklich von einer Sekundärspule insbesondere in den Wicklungszahlen und Abmessungen abweicht, ist eine optimale Methode des Auslegens von Spulen nicht ganz offensichtlich unter dem Gesichtspunkt des Leistungsverhaltens des Transformators. Aus diesem Grund wurde bisher demgemäß ein Flachtransformator mit einem ausreichend hohen Kopplungskoeffizienten noch nicht verwirklicht.
Wie oben beschrieben ist, wird erwartet, daß ein Flachtransformator zu einer Miniaturisierung und Gewichtsverringerung von elektronischen Schaltungen beiträgt. Jedoch ist noch nicht eine Auslegungsmethode zum Steigern des Kopplungskoeffizienten bekannt, so daß der Flachtransformator weit von einem praktischen Gebrauch verbleibt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flachtransformator mit einem hohen Kopplungskoeffizienten vorzusehen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung einen Flachtransformator mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 2.
Diese Erfindung kann vollständiger anhand der folgenden Detailbeschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
Figuren 1A bis 1C jeweils Draufsichten sind, die die Spiralspule zeigen, die für den Flachtransformator gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
Figur 2 eine schematische Darstellung ist, die eine Struktur des Flachtransformators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Figur 3 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwi schen dem Kopplungskoeffizienten k und einem Wicklungsbreitenverhältnis W&sub1;/W&sub2; der Spiralspulen, die den Flachtransformator bilden, zeigt,
Figur 4A eine schematische Darstellung ist, die eine Änderung in der Position der Primärspiralspule zeigt, während die Sekundärspiralspule festgelegt ist, und Figur 4B ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen dem Kopplungskoeffizienten k und der Position der Primärspiralspule zeigt,
Figur 5A eine schematische Darstellung ist, die eine Struktur des Flachtransformators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und Figur 5B ein Diagramm ist, das die Verteilung des Magnetflusses zeigt, der in einer Magnetschicht durch einen Strom erzeugt ist, der durch die Primärspiralspule fließt,
Figur 6A eine schematische Darstellung ist, die eine Änderung in der Position der Sekundärspiralspule zeigt, während die Primärspiralspule festgelegt ist, und Figur 6B ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen dem Kopplungskoeffizienten k und der Position der Sekundärspiralspule zeigt, und
Figur 7 eine schematische Darstellung ist, die Parameter veranschaulicht, die zur Berechnung der Verteilung des Magnetflusses verwendet werden, der in einer Magnetschicht durch einen Strom erzeugt ist, der durch die Primärspiralspule fließt.
Eine für den Flachtransformator der vorliegenden Erfindung verwendete Spiralspule kann rund, quadratisch oder von rechteckförmiger Gestalt sein. Die Figuren 1A bis 1C zeigen jeweils diese Gestalten. Die Außenform von jeder Spiralspule ist durch A&sub0; angezeigt, und die Innenf orm ist durch Ai angegeben. Wie in Figur 1C gezeigt ist, bedeuten in der rechteckförmigen Spiralspule Ao und Ai jeweils die Größe parallel zu der kurzen Seite. Die Wicklungs- bzw. Windungsbreite W jeder Spiralspule ist angegeben durch:
W = (Ao - Ai)/2
(1) Wenn bei der vorliegenden Erfindung die Wicklungsbreite W&sub1; der Primärspiralspule und die Wicklungsbreite W&sub2; der Sekundärspiralspule die Beziehung von W&sub1; ≤ W&sub2; haben, so fällt die Innengestalt oder -form Ai1 der Primärspiralspule mit der Innengestalt oder -form Ai2 der Sekundärspiralspule zusammen.
Figur 2 zeigt eine Struktur diese Flachtransformators. Die Primär- und Sekundärspiralspulen sind wechselseitig isoliert und geschichtet, und eine (nicht gezeigte) Isolierschicht und eine Magnetschicht 3 sind auf beiden Seiten dieses geschichteten Körpers geschichtet. Die Wicklungsbreite W&sub1; der Primärspiralspule 1 ist kleiner als die Breite W&sub2; der Sekundärspiralspule 2, und die Innenabmessung Ai1 der Primärspiralspule ist identisch zu der Innenabmessung Ai2 der Sekundärspiralspule.
Figur 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Kopplungskoeffizienten k und dem Verhältnis von W&sub1;/W&sub2; in dem Flachtransformator der vorliegenden Erfindung. Diese Figur zeigt einen Fall (Beispiel), bei dem die Innenabmessungen Ai der Primär- und Sekundärspiralspulen miteinander zusammenfallend gestaltet sind, und einen Fall (Vergleichsbeispiel), bei dem die Außenabmessungen Ao der Primär- und Sekundärspiralspulen miteinander zusammenfallend gemacht sind. Es ist aus der Figur 3 zu ersehen, daß der höchste Kopplungskoeffizient k erhalten werden kann, wenn das Verhältnis der Wicklungsbreiten der Primärspiralspule zu derjenigen der Sekundärspiralspule einen Einheitswert hat, und daß k sich vermindert, wenn das Verhältnis von W&sub1;/W&sub2; kleiner wird. Wenn die Innenabmessungen Ai der Primärund Sekundärspiralspulen miteinander zusammenfallen, ist die Verringerung von k sanfter als in dem Fall, wenn die Außenabmessungen Ao miteinander zusammenfallen, und der hohe Kopplungskoeffizient kann aufrechterhalten werden, selbst wenn das Verhältnis von W&sub1;/W&sub2; kleiner als der Einheitswert ist.
Figur 4A zeigt eine Änderung in der Position der Primärspiralspule, während die Sekundärspiralspule festgelegt ist, für den Flachtransformator gemäß der vorliegenden Erfindung, dessen Verhältnis von W&sub1;/W&sub2; kleiner als der Einheitswert ist, und Figur 4B zeigt die Beziehung zwischen der Position der Primärspiral spule und dem Kopplungskoeffizienten k. Es ist aus der Figur 4B zu ersehen, daß der höchste Kopplungskoeffizient erhalten werden kann, wenn Ai1 identisch zu Ai2 ist.
(2) Wenn bei der vorliegenden Erfindung die Wicklungsbreite W&sub1; der Primärspiralspule und die Breite W&sub2; der Sekundärspiralspule die Beziehung W&sub1; > W&sub2; haben, so sind die Zentralachsen der Primär- und Sekundärspiralspulen zusammenfallend miteinander gemacht, die Außenabmessung Ao2 der Sekundärspiralspule ist gleichgemacht zu oder kleiner als die Außenabmessung A01 der Primärspiralspule, und die Sekundärspiralspule ist entsprechend einer Position angeordnet, bei der ein Magnetfluß, der durch einen Strom erzeugt ist, der durch die Primärspiralspule fließt, am größten ist. Es ist vorzuziehen, das Zentrum oder die Mitte der Wicklungsbreite W&sub2; der Sekundärspiralspule mit dieser Position zusammenfallen zu lassen.
Figur 5A zeigt die Struktur dieses Flachtransformators. Die Primärspiralspule 1 und die Sekundärspiralspule 2 sind wechselseitig isoliert und geschichtet, und eine (nicht gezeigte) Isolierschicht und eine Magnetschicht 3 sind auf beiden Seiten dieses geschichteten Körpers geschichtet. Die Mitten- bzw. Zentralachsen der Primärspiralspule 1 und der Sekundärspiralspule 2 fallen miteinander zusammen, und die Außenabmessung Ao2 der Sekundärspiralspule ist kleiner als die Außenabmessung Ao1 der Primärspiralspule. Wie in Figur 5B gezeigt ist&sub1; ist die Sekundärspiralspule 2 entsprechend einer Lage angeordnet, bei der ein Magnetfluß, der in der Magnetschicht 3 durch einen Strom erzeugt ist, der durch die Primärspiralspule 1 fließt, am größten ist.
Figur 6A zeigt eine Änderung in der Position der Sekundärspiralspule, während die Primärspiralspule festgelegt ist, für den Flachtransformator gemäß der vorliegenden Erfindung, dessen Verhältnis von W&sub1;/W&sub2; größer als ein Einheitswert ist, und Figur 6B zeigt die Beziehung zwischen der Position der Sekundärspiralspule und dem Kopplungskoeffizienten k. Diese Figur zeigt auch die Verteilung eines Magnetflusses, der in der Magnetschicht durch einen Strom erzeugt ist, der durch die Primärspiralspule fließt. Es ist aus der Figur 6B zu ersehen, daß der höchste Kopplungskoeffizient erhalten werden kann, wenn die Sekundärspiralspule entsprechend einer Position angeordnet wird, bei der der Magnetfluß in der Magnetschicht 3 am größten ist.
Die Position, bei der ein Magnetfluß, der in der Magnetschicht 3 durch einen Strom erzeugt ist, der durch die Primärspiralspule fließt, kann durch die folgenden Gleichungen (1) bis (4) berechnet werden. Jeder Parameter in diesen Gleichungen wird anhand der Figur 7 erläutert.
Bezüglich der Magnetschicht bedeutet Wm eine Abmessung, tm eine Dicke, µs eine relative magnetische Permeabilität und g eine Spalt zwischen den Magnetschichten auf beiden Seiten. Die Primärspiralspule liegt zwischen den Magnetschichten auf beiden Seiten. Bezüglich der Primärspiralspule bedeutet δ die Breite einer Leitung bzw. Linie des Spulenleiters, s ein Abstand zwischen den Leitungen des Spulenleiters, Ao die Außenabmessung und Ai die Innenabmessung. Das linke Ende der Magnetschicht ist durch 0 angedeutet, und eine X-Achse, die sich zur rechten Seite längs der Oberfläche der Magnetschicht erstreckt, gibt die Posi tion in der Magnetschicht an. In der Primärspiralspule sind N Zahlen von Querschnitten von Leitungen des Spulenleiters auf der rechten bzw. linken Seite bezüglich der Mittenachse. Xk gibt da linke Ende des Querschnittes der Leitungen des Spulenleiters auf der linken Seite zu der Mittenachse an, und Xk' gibt das linke Ende des Querschnittes der Leitungen des Spulenleiters auf der rechten Seite an. Daher werden die Koordinaten von Xk und Xk' ausgedrückt durch:
Xk = (Wm - A&sub0;)/2 + (k - 1) (δ + s)
Xk' = XN + δ + Ai + (k - 1) (δ + s)
Die Gleichungen (1) bis (4) zeigen den Magnetfluß, der in der Magnetschicht durch einen Strom erzeugt ist, der durch die Primärspiralspule fließt. Die Gleichung (1) gibt den Magnetfluß an dem Bereich in der Magnetschicht entsprechend zwischen dem linken Ende der Magnetschicht und dem linken Ende X&sub1; auf dem Querschnitt der ersten Leitung des Spulenleiters an, die Gleichung (2) gibt den Magnetfluß an dem Bereich in der Magnetschicht entsprechend der Breite der Leitungen des Spulenleiters an, die Gleichung (3) gibt den Magnetfluß an dem Bereich in der Magnetschicht entsprechend dem Raum zwischen benachbarten Leitungen des Spulenleiters an, und die Gleichung (4) gibt den Magnetfluß an dem Bereich in der Magnetschicht entsprechend zwischen dem rechten Ende XN auf dem Querschnitt der N-ten Leitung des Spulenleiters und der Mitte der Magnetschicht an.
In jeder Gleichung gibt Vi(x) eine Funktion bezüglich einer Magnetflußkomponenten an dem Bereich entsprechend der Breite jeder Leitung des Spulenleiters an, Wi(x) gibt eine Funktion bezüglich einer Magnetflußkomponenten auf dem linken Seitenbereich von jeder Leitung des Spulenleiters, gelegen auf der linken Seite zu der Mittenachse, an, Wi' (x) gibt eine Funktion bezüglich einer Magnetflußkomponenten auf der linken Seite von jeder Leitung des Spulenleiters, gelegen auf der rechten Seite zu der Mittenachse, an, und Vi(x) gibt eine Funktion bezüglich einer Magnetflußkomponen- ten auf der rechten Seite von jeder Leitung des Spulenleiters, gelegen auf der linken Seite zu der Mittenachse, an.
Gleichung (1) 0 ≤ x ≤ X&sub1;
Gleichung (2) Xk ≤ x ≤ Xk + δ (k = 1, 2, ..., N)
Gleichung (3) Xm-s ≤ x ≤ Xm (m = 1, 2, ..., N)
Gleichung (4) XN + δ ≤ x ≤ Wm/2 mit
Wie oben beschrieben ist, kann der Flachtransformator mit einem hohen Kopplungskoeffizienten erhalten werden, indem die Positionen der Primär- und Sekundärspiralspulen bestimmt werden.
In dem Flachtransformator gemäß der vorliegenden Erfindung können mehrere Schichten von Sekundärspiralspulen verwendet werden. Der Flachtransformator mit einem derartigen Aufbau kann Mehrausgangsspannungen erzeugen.
Ein Verfahren zum Herstellen des Flachtransformators gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht speziell begrenzt.
Wenn ein Dünnfilmprozeß verwendet wird, werden zahlreiche Arten von Dünnfilmen, wie beispielsweise Magnetmaterial, Spulenleiter und Isolator, auf einem geeigneten Substrat, wie beispielsweise einem Halbleitersubstrat, mittels Verfahren von Sputtern bzw. Zerstäuben, Vakuumabscheidung, CVD (chemische Dampfabscheidung), Plattieren bzw. mit einer Schicht überziehen usw. gebildet. Um einen Spulenleiter zu mustern, ist es möglich, verschiedene Arten von Trockenätztechniken, wie beispielsweise reaktives Tonenätzen, lonenstrahlätzen und ECR-Plasmaätzen, Naßätzen mittels einer elektrolytischen Lösung und ein Abhebeverfahren mittels eines Photoresists zu verwenden.
Andererseits können weiche magnetische Folien, wie beispielsweise amorphe magnetische Folien, als Magnetschichten verwendet werden, um mechanisch von beiden Seiten des geschichteten Körpers der Spiralspulen über eine Isolierschicht einzuschließen.
Wie oben beschrieben ist, kann ein Herstellungsverfahren in geeigneter Weise gewählt werden. In jedem Fall ist es vorzuziehen, den Abstand zwischen benachbarten Leitungen des Spulenleiters soweit als möglich zu reduzieren, um die Kopplung zwischen diesen zu stärken.

Beispiel 1

Die Oberfläche eines Siliciumsubstrates wurde wärmeoxidiert, ein CoZrNb-Amorphfilm mit einer Dicke von 2 µm wurde auf diesem Substrat durch eine HF-Zerstäubungsmethode gebildet, und weiterhin wurde ein SiO&sub2;-Film mit einer Dicke von 1 µm erzeugt. Ein AlCu-Legierungsfilm mit einer Dicke von 10 µm wurde als ein Spulenleiter auf dem SiO&sub2;-Film durch eine Gleichstrom-Magnetron-Zerstäubungsmethode gebildet, und weiterhin wurde ein SiO&sub2;-Film mit einer Dicke von 1 µm durch eine HF-Zerstäubungsmethode gebildet. Dieser SiO&sub2;-Film wurde in eine quadratische Spiralspulenform gemustert, und ein AlCu-Legierungsf ilm wurde in die quadratische Spiralspulenform gemustert, indem der gemusterte SiO&sub2;-Film als eine Maske verwendet wird. Jn der unteren Spiralspule (Sekundärspule) beträgt die Breite der Leitungen des Spulenleiters 100 µm, und der Abstand zwischen benachbarten Leitungen des Spulenleiters beträgt 5 µm, die innere Abmessung beträgt 1 mm, die äußere Abmessung beträgt 5,5 mm, und die Windungszahl beträgt 20.
Ein Polyimidfilm wurde zwischen Leitungen des Spulenleiters der unteren Spiralspule und auf diesen gebildet und mittels einer Rückätzmethode abgeflacht. Ein AlCu-Legierungsfilm mit einer Dicke von 10 µm und ein SiO&sub2;-Film mit einer Dicke von 1 µm wurden erzeugt und in eine quadratische Spiralspulenform in der gleichen Weise, wie oben beschrieben, gemustert. In der oberen Spiralspule (Primärspule) beträgt die Breite der Leitungen des Spulenleiters 100 µm, der Abstand zwischen benachbarten Leitungen des Spulenleiters beträgt 5 µm, die innere Abmessung beträgt 1 mm, die äußere Abmessung beträgt 3,3 mm, und die Wicklungs- bzw. Windungszahl beträgt 10.
Ein Polyimidfilm wurde zwischen Leitungen des Spulenleiters der oberen Spiralspule und auf diesen gebildet, und er wurde mittels einer Rückätzmethode abgeflacht. Ein CoZrNb-Amorphfilm mit einer Dicke von 2 µm wurde auf dem Film gebildet, um einen Flachtransformator zu erzeugen. Dieser Flachtransformator hatte eine Außenabmessung von 6 mm und eine Dicke von ungefähr 0,6 mm einschließlich derjenigen des Substrates. Wie oben beschrieben ist, war die Wicklungsbreite W&sub1; der oberen Spiralspule kleiner als W&sub2; der unteren Spiralspule, und die inneren Abmessungen von beiden Spiralspulen waren miteinander übereinstimmend gemacht.
Elektrische Eigenschaften wurden unter Bezug auf die obere Spiralspule als der Primärspiralspule und die untere Spiralspule als der Sekundärspiralspule geschätzt. Die Meßergebnisse bei einer Frequenz von 5 MHz zeigten an, daß die Primärinduktivität ungefähr 0,9 µH beträgt, die Sekundärinduktivität ungefähr 4 µH ist und die wechselseitige Induktivität 1,8 µm mißt, und daher wurde der Primär-Sekundär-Kopplungskoeffi zient zu ungefähr 0,95 geschätzt. Auf diese Weise wurde ein Dünnfilmtyp-Aufwärtstransformator mit einem hohen Kopplungskoeffizienten erhalten.

Beispiel 2

Ein Dünnfilmtyp-Abwärtstransformator wurde in der gleichen Weise erzeugt, wie dies oben in Beispiel 1 beschrieben ist. Die Primärspiralspule hatte die Innenabmessung von 1 mm, die Außenabmessung von 5,5 mm und die Wicklungszahl von 20, und die Sekundärspiral spule hatte die Innenabmessung von 2,2 mm, die Außenabmessung von 4,5 mm und die Wicklungszahl von 10. In diesem Fall war die Wicklungsbreite W&sub1; der Primärspiralspule größer als W&sub2; der Sekundärspiralspule. Die Position, bei der ein Magnetfluß, der in der Magnet schicht durch einen Strom erzeugt ist, der durch die Primärspiralspule fließt, am größten ist, wurde zuvor gemäß den Gleichungen (1) bis (4) berechnet, und die Innen- und Außenabmessungen der Sekundärspiral spule wurden so bestimmt, um die Sekundärspiralspule gemäß der berechneten Position anzuordnen. In diesem Abwärtstransformator betrug der Primär-Sekundär-Kopplungskoeffizient ungefähr 0,9.

Beispiel 3

Eine Kupferfolie mit einer Dicke von 70 µm und eine Polyimidschicht mit einer Dicke von 10 µm wurden geschichtet und gewickelt und dann mit einem isolierenden Harz gegossen. Das Produkt wurde in Scheiben mit einer Dicke von 500 µm geschnitten, um eine Flachspule (Sekundärspule) mit einem runden Spiralmuster mit dem Außendurchmesser von 9 mm, dem Innendurchmesser von 4 mm und der Windungszahl von 30 zu bilden. Ein Flachspule (Primärspule) mit einem runden Spiralmuster mit dem Außendurchmesser von 6,5 mm, dem Innendurchmesser von 4 mm und der Windungszahl von 15 wurde in der gleichen Weise gebildet. Eine Polyimidschicht mit einer Dicke von 7 µm wurde zwischen beide Spulen gelegt, und weiterhin wurden Polyimidschichten und Co-Amorphfolien mit jeweils einer Dicke von 7 µm auf beiden Seiten der geschichteten Spulen vorgesehen, um einen Flachtransformator zu erzeugen. Dieser Flachtransformator hatte die Außenabmessung von 10 mm und eine Dicke von etwa 1 mm. Wie oben beschrieben ist, war die Wicklungsbreite W&sub1; der Primärspiralspule kleiner als W&sub2; der Sekundärspiralspule, und die Innenabmessungen von beiden Spiralspulen waren übereinstimmend miteinander gemacht.
Eine Abschätzung von elektrischen Eigenschaften dieses Flachtransformators zeigte, daß die Primärinduktivität etwa 30 µH, die Sekundärinduktivität etwa 7 µH, die wechselseitige Induktivität 13,5 µH und daher der Primär-Sekundär-Kopplungskoeffizient ungefähr 0,93 betragen. Auf diese Weise wurde ein Flachaufwärtstransformator mit einem hohen Primär-Sekundär-Kopplungskoeffizienten erhalten.

Beispiel 4

Ein Abwärtstransformator wurde in der gleichen Weise erzeugt, wie dies in Beispiel 3 beschrieben ist. Die Primärspiralspule hatte den Außendurchmesser von 9 mm, den Innendurchmesser von 4 mm und die Windungsbzw. Wicklungszahl von 30, und die Sekundärspiralspule hatte den Außendurchmesser von 8 mm, den Innendurchmes ser von 5,5 mm und die Windungszahl von 15. In diesem Fall war die Wicklungsbreite W&sub1; der Primärspiralspule größer als W&sub2; der Sekundärspiralspule. Die Position, bei der der Magnetfluß, der in der Magnetschicht durch einen Strom erzeugt ist, der durch die Primärspiralspule fließt, am größten ist, wurde gemäß den Gleichungen (1) bis (4) zuvor berechnet, und die Innen- und Außendurchmesser der Sekundärspiralspule wurden so bestimmt, daß die Sekundärspiralspule entsprechend dieser Position angeordnet sein würde. Der Primär-Sekundär-Kopplungskoeffizient dieses Abwärtstransformators betrug 0,92.
Wie oben in Einzelheiten beschrieben ist, ist es möglich, den Kopplungskoeffizienten in beiden Fällen des Aufwärts- und Abwärtstransformators der vorliegenden Erfindung durch Optimieren der Relativposition der Primär- und Sekundärspiralspulen zu steigern, und daher kann ein hervorragender Effekt zum Verbessern des Leistungsverhaltens erzielt werden.

Claims

1. Flachtransformator mit einer Flachprimärspiraispule (1) und einer Flachsekundärspiralspule (2), die wechselseitig isoliert und geschichtet sind, gekennzeichnet durch eine Magnetschicht (3), die auf wenigstens eine der Spiralspulen mit einer dazwischenliegenden Isolierschicht geschichtet ist, wobei die Wicklungsbreite W&sub1; der Primärspiralspule (1) und die Wicklungsbreite W&sub2; der Sekundärspiralspule (2) die Beziehung W&sub1; ≤ W&sub2; erfüllen, und wobei die Innenabmessung Ai1 der Primärspiralspule und die Innenabmessung Ai2 der Sekundärspiralspule miteinander übereinstimmen.

2. Flachtransformator mit einer Flachprimärspiralspule (1) und einer Flachsekundärspiralspule (2), die wechselseitig isoliert und geschichtet sind, gekennzeichnet durch eine Magnetschicht (3), die auf wenigstens eine der Spiralspulen mit einer Isolierschicht dazwischen geschichtet ist, wobei die Wicklungsbreite W&sub1; der Primärspiralspule (1) und die Wicklungsbreite W&sub2; der Sekundärspiralspule (2) die Beziehung W&sub1; > W&sub2; haben, wobei die Mittenachsen der Primärund Sekundärspiralspulen (1, 2) miteinander zusammenfallen, wobei die Außenabmessung Ao2 der Sekundärspiralspule (2) gleich ist zu der oder kleiner als die Außenabmessung Ao1 der Primärspiralspule (1) und wobei die Innenabmessung Ai2 der Sekundärspiralspule (2) so bemessen ist, daß die Sekundärspiralspule (2) in einer Position ist, in der der Magnetfluß, der in der Magnetschicht (3) durch einen Strom erzeugt ist, der durch die Primärspiralspule (1) fließt, am größten ist.

3. Flachtransformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte der Wicklungsbreite W&sub2; der Sekundärspiralspule (2) mit der Position zusammenfällt, bei der ein Magnetfluß, der in der Magnetschicht (3) durch einen Strom erzeugt ist, der durch die Primärspiralspule (1) fließt, am größten ist.

4. Flachtransformator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch mehrere Schichten von Flachsenkundärspiralspulen (2).

5. Flachtransformator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Magnetschicht auf jede Seite des geschichteten Körpers der Spiralspulen (1, 2) geschichtet ist, wobei eine Isolierschicht zwischen der Magnetschicht (3) und dem geschichteten Körper vorgesehen ist.

6. Flachtransformator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er auf einem Halbleitersubstrat geschichtet ist.

7. Flachtransformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Polyimid als die Isolierschicht verwendet wird.

8. Flachtransformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Siliciumoxyd als die Isolierschicht verwendet wird.

9. Flachtransformator nach Anspruch 5f dadurch gekennzeichnet, daß jede Magnetschicht (3) eine weichmagnetische Folie ist.

10. Flachtransformator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachtransformator für einen Gebrauch in einem Gleichstrom- Gleichstrom-Wandler ausgelegt ist.