EP1085535B1 - Planartransformator - Google Patents

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EP1085535B1
EP1085535B1 EP00116058A EP00116058A EP1085535B1 EP 1085535 B1 EP1085535 B1 EP 1085535B1 EP 00116058 A EP00116058 A EP 00116058A EP 00116058 A EP00116058 A EP 00116058A EP 1085535 B1 EP1085535 B1 EP 1085535B1
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EP
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planar transformer
turns
transformer according
current
carrier
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EP00116058A
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EP1085535A1 (de
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Matthias Haubner
Karl Stoll
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TDK Electronics AG
Original Assignee
Epcos AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2847—Sheets; Strips
    • H01F27/2852—Construction of conductive connections, of leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/02—Casings
    • H01F27/027—Casings specially adapted for combination of signal type inductors or transformers with electronic circuits, e.g. mounting on printed circuit boards
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/29—Terminals; Tapping arrangements for signal inductances
    • H01F27/292—Surface mounted devices

Definitions

  • the invention relates to a planar transformer with high-current windings, a multi-layer structure, the layers of which are formed by flat electrically conductive windings and insulations arranged therebetween, a magnetic core surrounding the windings and a support for the multi-layer structure.
  • a bobbin for a flat transformer consisting of a multi-layer structure, in which planar windings are arranged one above the other and are integrated in a housing.
  • a flat transformer consisting of a multi-layer structure in which planar windings and insulating layers are arranged one above the other and have a multi-part bobbin as a stabilizing carrier.
  • a bobbin for a flat coil in which on a carrier circuit boards are stacked, each having one or more windings for the coil winding. In the carrier pins are pressed, which are used for electrical connection of the circuit boards.
  • the object of the invention is to provide a planar transformer of the type mentioned, in which the electrical contacting of the high current windings is simplified.
  • the support can be made of plastic, for example by plastic injection molding.
  • the carrier and the high-current windings integrated in it have the shape of a rectangular and square frame with a center hole through which a part of the magnetic core protrudes.
  • the multilayer structure formed from the flat electrically conductive windings and insulations arranged therebetween can be arranged on the top side and / or on the underside of the carrier.
  • the led out of the carrier terminals of the high current windings may be formed in the form of connecting lugs and are preferably led out laterally on a frame side.
  • On the opposite side of the frame of the carrier further connections in the form of pins or for SMD technology for contacting the existing multi-layer structure (multilayer) turns are provided.
  • the carrier thus forms a connection carrier for all turns of the planar transformer.
  • the high current windings may be formed as shaped pieces of an electrically conductive material, e.g. Copper, be formed.
  • the high-current windings are formed as stampings or straps.
  • a high-current winding or can be arranged a plurality of high-current windings In the carrier, a high-current winding or can be arranged a plurality of high-current windings.
  • the arrangement and the lateral lead-out of the high-current power connections is preferably symmetrical to a center plane of the carrier, wherein the high-current windings are arranged in the carrier in several levels.
  • a carrier 1 is used, in which one or more high current windings 3 are integrated.
  • two high-current windings 3 are integrated into the carrier 1.
  • the high current windings 3 are located in superimposed planes in the carrier 1.
  • This consists of plastic and is made in particular by plastic injection molding.
  • the carrier 1 has the shape of a square or rectangular frame, as can be seen from the figures. However, the carrier 1 may also have a circular frame or another shape adapted to the purpose. This shape is the respective high-current winding 3 adapted.
  • the respective high-current winding consists of a molded part which is formed from a conductive material, in particular copper. Preferably, it is stamped parts made of copper. How out Fig. 2 can be seen, the respective high current winding is formed as a flat disc.
  • the frame-shaped carrier 1 and the high-current windings integrated in it have a center hole 4, through which in the assembled state a center piece of a magnetic core 6 protrudes.
  • the protruding into the central hole 4 part of the magnetic core 6 is surrounded by the high current windings 3.
  • Ports 5 in the form of connecting lugs are integrally formed on each high-current winding 3. These connections protrude laterally from the carrier 1. In a preferred manner, the terminals 5 project laterally out of a frame part of the carrier 1. The respective terminals 5 are parallel to each other. In the arrangement of several high-current windings in the carrier 1 have this one with respect to a central plane mirror image arrangement of the lead out terminals 5, as shown in particular from Fig. 1 can be seen. The high current windings can be isolated from each other by insulating coating, such as paint.
  • the respective multi-layer structure may be formed as a standard multilayer and, as shown in Fig. 3 can be seen, at the top and the bottom of the carrier 1 are arranged.
  • the respective multilayer structure 7 contains turns in the form of copper disks or copper laminations on plastic substrates or otherwise formed flat and flat conductors, which are insulated from each other by insulating layers. It is also possible to use a plurality of multilayer structures 7 (standard multilayer) in a stacked arrangement, as is the case in the exemplary embodiment of FIG Fig. 4 is shown. In this embodiment, the stack of standard multilayer is arranged on the upper side of the carrier 1.
  • the pins 2 are used for receiving and connecting a multi-layer structure (multilayer) or other winding parts.
  • the connecting pieces 2 protrude from the carrier both at the top and at the bottom. At the bottom of the carrier, the connection to the motherboard via the pins 2 take place. This is done with the same pins as the contacting with the winding parts of the multi-layer structure. 7

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  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Planartransformator mit Hochstromwindungen, einem Mehrschichtaufbau, dessen Schichten von flachen elektrisch leitenden Windungen und dazwischen angeordneten Isolierungen gebildet werden, einem von den Windungen umgebenden Magnetkern und einem Träger für den Mehrschichtaufbau.
  • Bei einem derartigen beispielsweise aus der US 5,010,314 bekannten Planartransformator sind beidseits eines zweigeteilten Trägers aus flachen elektrisch leitenden Windungen und dazwischen angeordneten Isolierungen gebildete Mehrschichtanordnungen vorgesehen, in denen die Hochstromwindungen angeordnet sind. Hieraus ergibt sich eine schwierige Anschlußtechnologie für die Hochstromwindungen im Planartransformator. Außerdem entsteht ein relativ großer Platzbedarf in der Mehrschichtanordnung (Multilayer).
  • Aus der EP 0 522 475 ist eine Spulenkörper für einen Transformator bekannt, bei dem planare Teilwicklungen in einen Mehrschichtverbundaufbau aus isolierenden Lagen einlaminiert sind.
  • Aus der EP 0 820 072 A1 ist ein Spulenkörper für eine Flachtransformator bekannt, bestehend aus einem Mehrschichtaufbau, bei dem planare Wicklungen übereinander angeordnet sind und in ein Gehäuse integriert sind.
  • Aus der US 5,010,314 ist ein Flachtransformator bekannt, bestehend aus einem Mehrschichtaufbau, bei dem planare Wicklungen und Isolierschichten übereinander angeordnet sind und einen mehrteiligen Spulenkörper als stabilisierenden Träger besitzen.
  • Aus der DE 299 07 035 U1 ist ein Spulenkörper für eine Flachspule bekannt, bei dem auf einem Träger Leiterplatten übereinandergestapelt sind, die jeweils eine oder mehrere Windungen für die Spulenwicklung aufweisen. In den Träger sind Anschlußstifte eingepreßt, die zum elektrischen Anschließen der Leiterplatten dienen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Planartransformator der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die elektrische Kontaktierung der Hochstromwindungen vereinfacht ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hochstromwindungen jeweils voneinander isoliert im Träger mit herausgeführten elektrischen Stromanschlüssen integriert sind, und daß durch den Träger hindurchgeführte und aus diesen oben und unten herausragende Auschlußstiften für die windungen des Mehrschichtenfbaus vorgesehen sind.
  • Durch die Integration der Hochstromwindungen im Träger ergibt sich eine erhebliche Platzersparnis, wobei die mechanische Stabilität der Träger durch die integrierten Hochstromwindungen verbessert wird. In bevorzugter Weise kann der Träger aus Kunststoff, beispielsweise durch Kunststoffspritztechnik, hergestellt sein. Der Träger und die in ihm integrierten Hochstromwindungen besitzen die Form eines rechteckigen und quadratischen Rahmens mit einem Mittelloch, durch welches ein Teil des Magnetkerns ragt. Der aus den flachen elektrisch leitenden Windungen und dazwischen angeordneten Isolierungen gebildete Mehrschichtaufbau (Multilayer) kann an der Oberseite und/oder an der Unterseite des Trägers angeordnet sein. Die aus dem Träger herausgeführten Anschlüsse der Hochstromwindungen können in Form von Anschlußlappen ausgebildet sein und sind bevorzugt an einer Rahmenseite seitlich herausgeführt. An der gegenüberliegenden Rahmenseite des Trägers sind weitere Anschlüsse in Form von Anschlußstiften oder für SMD-Technik zur Kontaktierung der im Mehrschichtaufbau (Multilayer) vorhandenen Windungen vorgesehen. Der Träger bildet somit einen Anschlußträger für alle Windungen des Planartransformators.
  • Die Hochstromwindungen können als Formstücke aus einem elektrisch leitfähigen Material, z.B. Kupfer, gebildet sein. In bevorzugter Weise sind die Hochstromwindungen als Stanzteile oder Bügel ausgebildet. Im Träger kann eine Hochstromwindung oder können mehrere Hochstromwindungen angeordnet sein. Die Anordnung und die seitliche Herausführung der Hochstromstromanschlüsse erfolgt in bevorzugter Weise symmetrisch zu einer Mittelebene des Trägers, wobei die Hochstromwindungen im Träger in mehreren Ebenen angeordnet sind.
  • Anhand der Figuren wird an Ausführungsbeispielen die Erfindung noch näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1: ein Ausführungsbeispiel eines Trägers (Anschlußträgers), in welchem Hochstromwindungen des Planartransformators integriert sind;
    • Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel für eine Hochstromwindung;
    • Fig. 3: Bestandteile eines Ausführungsbeispiels eines Planartransistors; und
    • Fig. 4: Bestandteile eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Planartransformators.
  • Bei den dargestellten Ausführungsbeispiele eines Planartransformators in den Fig. 3 und 4 wird ein Träger 1 verwendet, in welchem eine oder mehrere Hochstromwindungen 3 integriert sind. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind zwei Hochstromwindungen 3 in den Träger 1 integriert. Die Hochstromwindungen 3 befinden sich in übereinander angeordneten Ebenen im Träger 1. Dieser besteht aus Kunststoff und ist insbesondere durch Kunststoffspritztechnik hergestellt. Der Träger 1 hat die Form eines quadratischen oder rechteckigen Rahmens, wie aus den Figuren zu ersehen ist. Der Träger 1 kann jedoch auch als kreisrunder Rahmen oder auch eine andere dem Einsatzzweck angepaßte Form aufweisen. Dieser Form ist die jeweilige Hochstromwindung 3 angepaßt. Die jeweilige Hochstromwindung besteht aus einem Formteil, das aus einem leitfähigen Material, insbesondere Kupfer gebildet ist. In bevorzugter Weise handelt es sich um Stanzteile aus Kupfer. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist die jeweilige Hochstromwindung als flache Scheibe ausgebildet.
  • Der rahmenförmige Träger 1 und die in ihm integrierten Hochstromwindungen besitzen ein Mittelloch 4, durch welches im zusammengebauten Zustand ein Mittelbutzen eines Magnetkerns 6 ragt. Der in das Mittelloch 4 ragende Teil des Magnetkerns 6 wird von den Hochstromwindungen 3 umfaßt.
  • Anschlüsse 5 in Form von Anschlußlappen sind einstückig an jede Hochstromwindung 3 angeformt. Diese Anschlüsse ragen seitlich aus dem Träger 1. In bevorzugter Weise ragen die Anschlüsse 5 seitlich aus einem Rahmenteil des Trägers 1 heraus. Die jeweiligen Anschlüsse 5 verlaufen parallel zueinander. Bei der Anordnung mehrerer Hochstromwindungen im Träger 1 besitzen diese eine bezüglich einer Mittelebene spiegelbildliche Anordnung der herausgeführten Anschlüsse 5, wie es insbesondere aus der Fig. 1 zu ersehen ist. Die Hochstromwindungen können gegeneinander durch Isolierbeschichtung, beispielsweise Lackierung isoliert sein.
  • Am gegenüberliegenden Rahmenteil des Trägers 1 befinden sich Anschlußstifte 2. Diese dienen zum Anschluß von Windungen in einem Mehrschichtaufbau 7. Der jeweilige Mehrschichtaufbau kann als Standard-Multilayer ausgebildet sein und, wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, an der Oberseite und der Unterseite des Trägers 1 angeordnet werden. Der jeweilige Mehrschichtaufbau 7 enthält Windungen in Form von Kupferscheiben oder Kupferkaschierungen auf Kunststoffunterlagen oder anderweitig ausgebildeten ebenen und flachen Leitern, welche gegeneinander durch Isolierschichten isoliert sind. Es können auch mehrere Mehrschichtaufbauten 7 (Standard-Mulitlayer) in gestapelter Anordnung zum Einsatz kommen, wie es im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 gezeigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Stapel der Standard-Mulitlayer auf der Oberseite des Trägers 1 angeordnet.
  • Die Anschlußstifte 2 dienen zur Aufnahme und zum Anschluß eines Mehrschichtaufbaus (Multilayers) oder weiterer Windungsteile. Die Anschlußstücke 2 ragen sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite aus dem Träger heraus. An der Unterseite des Trägers kann der Anschluß an die Mutterplatine über die Anschlußstifte 2 stattfinden. Dies erfolgt mit den gleichen Stiften wie die Kontaktierung mit den Windungsteilen des Mehrschichtaufbaus 7.
  • Hieraus resultiert eine erhebliche Vereinfachung des Mehrschichtaufbaus (Multilayer) sowie eine starke Verringerung der Gesamtdicke des Mehrschichtaufbaus. Da Durchkontaktierungen oder Parallelschaltungen nicht mehr erforderlich sind, verringert sich die Gefahr der Bildung von heißen Stellen (hot spots).

Claims (11)

  1. Planartransformator mit
    - Hochstromwindungen (3)
    - einem Mehrschichtaufbau (7), dessen Schichten von flachen elektrisch leitenden Windungen und dazwischen angeordneten Isolierungen gebildet werden,
    - einem von den Windungen umgebenen Magnetkern (6)
    - einem aus Kunststoff bestehenden rahmenförmigen Träger (1) für den Mehrschichtaufbau (7), wobei in den Träger (1) die Hochstromwindungen (3) voneinander isoliert integriert sind, und aus dem elektrische Stromanschlüsse (5) für die Hochstromwindungen seitlich herausgeführt sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass Anschlußstifte (2) für die Windungen des Mehrschichtaufbaus durch den Träger hindurchgeführt sind, und aus diesem oben und unten herausragen.
  2. Planartransformator nach Anspruch 1,
    bei dem die Hochstromwindungen (3) als flache Formstücke aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sind.
  3. Planartransformator nach Anspruch 2,
    bei dem die Hochstromwindungen (3) als Stanzteile ausgebildet sind.
  4. Planartransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    bei dem die Hochstromwindungen (3) aus Kupfer bestehen.
  5. Planartransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    bei dem die Hochstromwindungen (3) bügelförmig ausgebildet sind.
  6. Planartransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    bei dem die Hochstromwindungen (3) in unterschiedlichen Ebenen im Träger (1) angeordnet sind.
  7. Planartransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    bei dem der Träger (1) die Form eines rechteckigen, quadratischen oder kreisrunden Rahmens hat, wobei die Anschlüsse (5) der Hochstromwindungen (3) an einer Rahmenseite herausgeführt sind.
  8. Planartransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    bei dem in einem Mittelloch (4) des Trägers (1) ein von den Windungen umgebener Teil des Magnetkerns (6) angeordnet ist.
  9. Planartransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    bei dem die Hochstromwindungen (3) durch eine isolierende Beschichtung gegeneinander isoliert sind.
  10. Planartransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    bei dem der Träger (1) aus den mit Kunststoff umspritzten Hochstromwindungen (3) besteht.
  11. Planartransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    bei dem die Anschlußstifte (2) an der Rahmenseite angeordnet sind, welche der die Anschlüsse (5) der Hochstromwindungen (3) aufweisenden Rahmenseite entgegengesetzt liegt.
EP00116058A 1999-09-20 2000-07-26 Planartransformator Expired - Lifetime EP1085535B1 (de)

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