EP3756425A1 - Vorrichtung, insbesondere schaltnetzteil - Google Patents

Vorrichtung, insbesondere schaltnetzteil

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EP3756425A1
EP3756425A1 EP19704190.8A EP19704190A EP3756425A1 EP 3756425 A1 EP3756425 A1 EP 3756425A1 EP 19704190 A EP19704190 A EP 19704190A EP 3756425 A1 EP3756425 A1 EP 3756425A1
Authority
EP
European Patent Office
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circuit board
printed circuit
layers
connection
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19704190.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Marahrens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Original Assignee
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by SEW Eurodrive GmbH and Co KG filed Critical SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Publication of EP3756425A1 publication Critical patent/EP3756425A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H05K2201/10969—Metallic case or integral heatsink of component electrically connected to a pad on PCB

Definitions

  • the invention relates to a device, in particular switching power supply.
  • the invention is therefore the object of developing a switching power supply compact and high performance.
  • the device in particular switching power supply, a first circuit board and a second circuit board and a first component, in particular transistor, wherein the first circuit board with the second circuit board in SMD technology and the first component in SMD -Technique is equipped, in particular so the second circuit board and the first component surface mounted, in particular soldered, are on one side of the first circuit board.
  • the second circuit board allows an increased number of turns of flat windings, which is executed in the layers of the two circuit boards.
  • both circuit boards are executable as multilayer printed circuit boards, so multi-layer printed circuit boards, which thus not only have two outer, so arranged on the outer surface copper layers but also inner layers, which are thus spaced by means of carrier material from the other layers.
  • carrier material is a
  • the first component has a particular cuboidal housing, on which a connection surface, in particular terminal pad, is arranged and on the other side a first connection foot and second
  • Connection feet are arranged, wherein the second connection feet are electrically connected to each other, in particular are connected in parallel, ie in each case have the same electrical potential, in particular wherein the number of second connection feet is five.
  • the advantage here is that the current entering the component is divisible and thus a total of a strong current is controllable. Because the second connection feet are not overloaded, especially not overheated.
  • the first component is a transistor, wherein the first connection foot is a control input, in particular gate,
  • connection feet act as a supply input, in particular a source
  • connection surface is a third connection of the transistor, in particular a drain.
  • connection surface is electrically connected to a conductor track arranged on the surface of the side of the first printed circuit board facing away from the transistor, a cooling plate contacting the conductor track, in particular being heat-conductively connected to the conductor track, the first printed circuit board being screw-connected to the cooling plate, in particular, wherein the cooling plate carries and / or holds the first circuit board.
  • the housing of the transistor is cuboid.
  • the pad can be arranged on another side of the cuboid housing as the connection feet and thus a creepage distance is guided over an edge of the cuboid. Therefore, a long creepage distance and thus a high insulation resistance can be achieved.
  • first connection foot and the second form are identical to each other.
  • Connection feet a straight row of connection feet, which are regularly spaced from each other.
  • the advantage here is that a simple discharge of the current is made possible from the component.
  • the first printed circuit board and the second printed circuit board are each multi-layered, in particular as a multilayer printed circuit board, wherein the two outer layers of the first circuit board at least in a conductor track each lead to low voltage, the two outer layers of the second circuit board at least in one Conductor each lead low voltage.
  • a winding can be arranged as a flat winding in several of the layers of the circuit boards. Each of the windings is thus arranged on a respective layer and the windings of a respective winding are electrically connected by means of a via.
  • the pair of layers of the first printed circuit board next to an outer layer of the first printed circuit board carries high voltage at least in one printed circuit trace, and / or the inner layers of the first printed circuit board lead in pairs alternately at least in a respective printed circuit trace high voltage or low voltage, wherein the each pair is formed in each case from each other next to each other adjacent layers.
  • the advantage here is that between the high voltage leading layers low voltage leading layers are arranged and thus an increased distance between the high voltage leading camps is reachable. This also improves the insulation.
  • the outer layers carry only low voltage and are therefore safe for people who touch the circuit board. Likewise, there is no risk of voltage breakdown for the two contacting arranged printed circuit boards. Because the outer layers are coated with an electrically insulating paint, which is indeed very thin, but sufficient insulation for the low voltage.
  • the pair of layers of the second printed circuit board next to an outer layer of the second printed circuit board leads at least in one printed circuit to high voltage and the pair of layers arranged further inside the second printed circuit board leads to the pair next to the pair, at least in one printed circuit.
  • the advantage here is that between two pairs of high voltage leading layers each have a pair of low voltage leading layers is arranged. In this way, a sufficiently high insulation distance can be achieved between the high-voltage pairs, although the printed circuit boards are made very thin-walled.
  • the distances between the individual layers adjacent to each other are less than 2 mm, in particular less than 1 mm.
  • the inner layers of the second printed circuit board lead in pairs alternately at least in a conductor track high voltage or low voltage, the respective pair is formed here in each case from each next adjacent layers.
  • the advantage here is that between two pairs of high voltage leading layers each have a pair of low voltage leading layers is arranged. In this way, a sufficiently high insulation distance can be achieved between the high-voltage pairs, although the printed circuit boards are made very thin-walled.
  • the distances between the individual mutually adjacent layers are less than 2 mm, in particular less than 1 mm.
  • the high voltage is a voltage from the
  • Voltage range above 800 volts, especially measured against electrical ground and / or ground, and / or the low voltage is a voltage of less than 50 volts, in particular less than 48 volts, in particular measured against electrical ground and / or ground.
  • the advantage here is that the voltage of a DC link of an inverter is used. In the motor operation of an electric motor, the converter feeds this electric motor and in generator operation the intermediate circuit voltage increases, in particular to or above 800 V, in particular measured against electrical ground and / or ground.
  • the respective conductor carries a respective turn of a primary winding or secondary winding.
  • the windings are executable as concentric flat windings, in particular with the same maximum winding diameter.
  • the first and the second printed circuit board turns of a primary winding and turns of a secondary winding, in particular wherein the primary winding high voltage leads and / or the first component controls the current flowing through the primary winding, in particular primary current, and / or wherein the secondary winding low voltage leads.
  • the advantage here is that a device can be used which can switch high currents and thus "chop" the primary current flowing in the primary current. In this way, the secondary side one
  • the secondary side feeds a rectifier from the secondary winding and thus provides a low voltage which is brought to a constant value by means of an electronic circuit, despite the voltage applied to the primary winding being variable.
  • the voltage provided on the secondary side is detected and thereby regulated to a desired value by the first component being driven accordingly.
  • the first component is controlled pulse width modulated and determines the pulse width as a manipulated variable from a regulator unit, in particular linear regulator unit, in particular P controller, PI controller or PID controller, which supplied the detected voltage and the setpoint is predetermined.
  • a regulator unit in particular linear regulator unit, in particular P controller, PI controller or PID controller, which supplied the detected voltage and the setpoint is predetermined.
  • a spool core has at least two parts, wherein at least one of the two parts has a middle leg and outer leg, wherein the middle leg protrudes through a recess of the first printed circuit board and through a recess of the second printed circuit board, wherein the turns of the primary winding and the secondary winding are guided around the center leg.
  • FIG. 1 shows an oblique view of a switched-mode power supply according to the invention.
  • the switching power supply has a first printed circuit board 7, which is equipped with components in SMD technology.
  • the components have soldering surfaces or
  • Connection feet which are suitable for surface mounting by soldering. Passing through feet through a through hole in the first
  • Circuit board 7 is omitted.
  • a second circuit board 3 is performed on its outer periphery with solder surfaces, directly on the first circuit board 7, in particular so touching, placed and connected by SMD technology, ie by soldering the solder pads of the second circuit board 3 with traces of the first circuit board. 7
  • the first and second printed circuit boards (3, 7) are each designed in multiple layers.
  • a coil core composed of two parts has three legs, wherein at least the middle of the three legs is guided through a recess passing through the first circuit board 7 and through the second circuit board 3.
  • the switching power supply has an inductive transformer, which has a primary winding and a secondary winding.
  • the primary winding is flowed through by a transistor controlled by a high current, with voltages of more than 800 V are provided. Such voltages are referred to here and below as high voltage.
  • a low-voltage is provided on the secondary side.
  • the first circuit board 7 is made of four layers and the second circuit board 3 eight layers.
  • Two turns of the primary winding are arranged in the middle layers of the second printed circuit board 3, ie in the second and third layers of the second printed circuit board 3.
  • the second and third layers of the second printed circuit board 3 carry high voltage.
  • Further turns of the primary winding are arranged in the second and third and sixth and seventh position of the first circuit board 7 and thus carry high voltage, that is more than 800 volts. In this case, the voltage is always measured against ground, in particular so that electrical ground.
  • Insulation resistance and / or insulation are necessary. So it is sufficient, for example, a thin layer of lacquer on the outer layers to obtain sufficient insulation.
  • the layers by means of carrier material of the printed circuit board 3 and 7 are each well spaced so that a sufficiently high insulation strength.
  • the secondary winding has the number of turns six and the primary winding also has the number of turns six.
  • two or three turns of the primary winding can also be connected in parallel so that the primary current divides itself accordingly and the number of turns is three or two.
  • One of these components is a transistor, which controls the primary current, that is, has to switch large currents. This is due to the transistor high voltage.
  • the transistor 1 has on its housing a connection surface 12, in particular
  • Pad for drain of the transistor 1, on which is directly soldered to a conductor track, which is arranged on the outer surface of the first circuit board 7.
  • the pad 12 thus abuts the housing and forms part of the surface of the transistor.
  • connection foot 6 for the control input gate of the transistor 1 and five connection feet 5 for the supply terminal source of the transistor 1 out.
  • the connection feet (5, 6) are placed on the surface of the first printed circuit board 7 and then solder-joined in the said manufacturing process step.
  • Transistor 1 controllable.
  • connection pad 12 is arranged for drain at the bottom of the transistor 1 and the connection feet 5 on one side of the transistor 1 is a high distance between the drain and source and thus creepage distances for more than 800 volts, in particular more than 2000 volts feasible .
  • the connection surface 12 is arranged on a region of the underside of the transistor 1 which is as far as possible from the connection feet 5.
  • the connection feet are arranged for mechanical reasons and design reasons in the middle of the side of the transistor 1.
  • the housing of the transistor 1 is preferably designed cuboid.
  • low voltage is understood to mean a voltage of less than 50 volts, in particular less than 48 volts.
  • the second circuit board 3 carries the layers in the order NV, HV, HV, NV, NV, HV, HV, NV.
  • the inner layers are thus subjected in pairs with the same voltage.
  • the outer layers are each subjected to NV.
  • the first circuit board 7 is screw-connected to the cooling plate 2, in particular by means of screws 8.
  • the T ransistor 1 is mounted on the side remote from the cooling plate side of the first circuit board 7 on this. Its pad 12 is preferably plated through to a conductor on the cooling plate 2 facing side of the first circuit board 7, which is thermally conductively connected to the cooling plate 2, so that the heat generated by the transistor 1 via the cooling plate 2 can be discharged to the environment.
  • cooling plate 2 acts as a holding part for the first circuit board 7 and thus indirectly also for the components held by the first circuit board 7 and the second
  • the cooling plate is at another part of a
  • Electrical device can be screwed together.
  • another even number of layers of the first circuit board 7 and / or another even number of layers of the second circuit board 3 is provided. Although in turn lead the outer layers low voltage NV, but the inner layers in turn lead in alternating order in pairs HV or NV. LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • connection surface in particular connection pad for drain

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Abstract

Vorrichtung, insbesondere Schaltnetzteil, aufweisend eine erste Leiterplatte und eine zweite Leiterplatte sowie ein erstes Bauelement, insbesondere Transistor, wobei die erste Leiterplatte mit der zweiten Leiterplatte in SMD-Technik und dem ersten Bauelement in SMD-Technik bestückt ist, insbesondere also die zweite Leiterplatte und das erste Bauelement oberflächenmontiert, insbesondere lötverbunden, sind auf einer Seite der ersten Leiterplatte.

Description

Vorrichtung, insbesondere Schaltnetzteil
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere Schaltnetzteil.
SMD-Bestückung von Leiterplatten mit Bauteilen ist allgemein bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schaltnetzteil kompakt und mit hoher Leistung weiterzubilden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Vorrichtung nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Vorrichtung sind, die Vorrichtung, insbesondere Schaltnetzteil, eine erste Leiterplatte und eine zweite Leiterplatte sowie ein erstes Bauelement, insbesondere Transistor, aufweist, wobei die erste Leiterplatte mit der zweiten Leiterplatte in SMD-Technik und dem ersten Bauelement in SMD-Technik bestückt ist, insbesondere also die zweite Leiterplatte und das erste Bauelement oberflächenmontiert, insbesondere lötverbunden, sind auf einer Seite der ersten Leiterplatte.
Von Vorteil ist dabei, dass ein einfaches Herstellverfahren anwendbar ist und trotzdem eine kompakte Lösung erzielbar ist. Denn die zweite Leiterplatte ist im SMD-Verfahren
oberflächenmontierbar und somit im gleichen Herstellverfahrensschritt mit den anderen Bauteilen auf einer Seite der ersten Leiterplatte bestückbar. Die zweite Leiterplatte ermöglicht dabei eine erhöhte Windungszahl von Flachwicklungen, welche in den Lagen der beiden Leiterplatten ausgeführt ist. Denn beide Leiterplatten sind als Multilayer-Leiterplatten, also mehrlagige Leiterplatten ausführbar, die somit nicht nur zwei äußere, also an der äußeren Oberfläche angeordnete Kupferlagen aufweisen sondern auch innere Lagen, die somit mittels Trägermaterial von den anderen Lagen beabstandet sind. Als Trägermaterial ist ein
Epoxidharz verwendbar oder ähnliche, elektrisch hoch isolationsfest Materialien. Somit sind hohe Spannungsabstände realisierbar. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das erste Bauelement ein insbesondere quaderförmiges Gehäuse auf, an welchem eine Anschlussfläche, insbesondere Anschlusspad, angeordnet ist und an dessen anderer Seite ein erster Anschlussfuss und zweite
Anschlussfüsse angeordnet sind, wobei die zweiten Anschlussfüsse elektrisch miteinander verbunden sind, insbesondere parallel geschaltet sind, also jeweils dasselbe elektrische Potential aufweisen, insbesondere wobei die Anzahl der zweiten Anschlussfüsse Fünf ist. Von Vorteil ist dabei, dass der in das Bauteil eintretende Strom aufteilbar ist und somit insgesamt ein starker Strom steuerbar ist. Denn die zweiten Anschlussfüsse werden nicht überlastet, insbesondere nicht überhitzt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Bauelement ein Transistor, wobei der erste Anschlussfuss ein Steuereingang, insbesondere Gate, ist,
wobei die zweiten Anschlussfüsse als Versorgungseingang, insbesondere Source, fungieren und wobei die Anschlussfläche ein dritter Anschluss des Transistors ist, insbesondere Drain. Von Vorteil ist dabei, dass der Transistor als Feldeffekttransistor ausführbar ist und somit nur ein geringer Steuerstrom einzuleiten ist, wobei trotzdem hohe Ströme schaltbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Anschlussfläche elektrisch verbunden mit einer an der Oberfläche der vom Transistor abgewandten Seite der ersten Leiterplatte angeordneten Leiterbahn, wobei eine Kühlplatte die Leiterbahn berührt, insbesondere wärmeleitend mit der Leiterbahn verbunden ist, wobei die erste Leiterplatte schraubverbunden ist mit der Kühlplatte, insbesondere wobei die Kühlplatte die erste Leiterplatte trägt und/oder hält. Von Vorteil ist dabei, dass eine breite Anschlussfläche einerseits zur Oberflächenmontage verwendbar ist und andererseits starke Ströme herausleitbar sind. Dabei ist vorzugsweise das Potential der Anschlussfläche dasselbe Potential wie das Potential der Kühlplatte, insbesondere
vorzugsweise elektrisch Erde, insbesondere elektrisch Masse Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse des Transistors quaderförmig. Von Vorteil ist dabei, dass die Anschlussfläche auf einer anderen Seite des quaderförmigen Gehäuses anordenbar ist als die Anschlussfüsse und somit eine Kriechstrecke über eine Kante des Quaders geführt ist. Daher ist eine lange Kriechstrecke und somit eine hohe Isolationsfestigkeit erreichbar .
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung bilden der erste Anschlussfuss und die zweiten
Anschlussfüsse eine gerade Reihe von Anschlussfüssen, welche regelmäßig voneinander beabstandet sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herausleitung des Stroms aus dem Bauteil ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte jeweils mehrlagig ausgeführt, insbesondere jeweils als Multilayer-Leiterplatte, wobei die beiden äußeren Lagen der ersten Leiterplatte zumindest in einer Leiterbahn jeweils Niederspannung führen, wobei die beiden äußeren Lagen der zweiten Leiterplatte zumindest in einer Leiterbahn jeweils Niederspannung führen. Von Vorteil ist dabei, dass eine Wicklung als Flachwicklung in mehreren der Lagen der Leiterplatten anordenbar ist. Jede der Windungen ist also auf einer jeweiligen Lage angeordnet und die Windungen einer jeweiligen Wicklung sind mittels einer Durchkontaktierung elektrisch verbunden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung führt das jeweils zu einer äußeren Lage der ersten Leiterplatte nächstbenachbarte Paar von Lagen der ersten Leiterplatte zumindest in einer Leiterbahn Hochspannung, und/oder die inneren Lagen der ersten Leiterplatte führen paarweise abwechselnd zumindest in einer jeweiligen Leiterbahn Hochspannung oder Niederspannung, wobei das jeweilige Paar hierbei jeweils aus zueinander nächstbenachbarten Lagen gebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass zwischen den Hochspannung führenden Lagen Niederspannung führende Lagen angeordnet sind und somit ein vergrößerter Abstand zwischen den Hochspannung führenden Lagern erreichbar ist. Dadurch ist auch die Isolation verbessert. Die äußeren Lagen führen nur Niederspannung und sind somit ungefährlich für Personen, welche die Leiterplatte berühren. Ebenso besteht kein Risiko eines Spannungsdurchschlags für die beiden einander berührend angeordneten Leiterplatten. Denn die äußeren Lagen sind mit einem elektrisch isolierenden Lack beschichtet, der zwar sehr dünn ist, aber für die Niederspannung ausreichend isolationsfest.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung führt das jeweils zu einer äußeren Lage der zweiten Leiterplatte nächstbenachbarte Paar von Lagen der zweiten Leiterplatte zumindest in einer Leiterbahn Hochspannung und das weiter innen in der zweiten Leiterplatte angeordnete, zum Paar wiederum nächstbenachbarte Paar von Lagen führt zumindest in einer Leiterbahn Niederspannung. Von Vorteil ist dabei, dass zwischen zwei Paaren von Hochspannung führenden Lagen jeweils ein Paar von Niederspannung führenden Lagen angeordnet ist. Auf diese Weise ist zwischen den Hochspannung führenden Paaren ein ausreichend hoher Isolationsabstand erreichbar, obwohl die Leiterplatten sehr dünnwandig ausgeführt sind. Die Abstände zwischen den einzelnen zueinander nächstbenachbarten Lagen sind dabei geringer als 2 mm, insbesondere geringer als 1 mm.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung führen die inneren Lagen der zweiten Leiterplatte paarweise abwechselnd zumindest in einer Leiterbahn Hochspannung oder Niederspannung, wobei das jeweilige Paar hierbei jeweils aus zueinander nächstbenachbarten Lagen gebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass zwischen zwei Paaren von Hochspannung führenden Lagen jeweils ein Paar von Niederspannung führenden Lagen angeordnet ist. Auf diese Weise ist zwischen den Hochspannung führenden Paaren ein ausreichend hoher Isolationsabstand erreichbar, obwohl die Leiterplatten sehr dünnwandig ausgeführt sind. Die Abstände zwischen den einzelnen zueinander nächsbenachbarten Lagen sind dabei geringer als 2 mm, insbesondere geringer als 1 mm.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Hochspannung eine Spannung aus dem
Spannungswertebereich über 800 Volt, insbesondere gegen elektrisch Erde und/oder Masse gemessen, und/oder ist die Niederspannung eine Spannung von weniger als 50 Volt, insbesondere weniger als 48 Volt, insbesondere gegen elektrisch Erde und/oder Masse gemessen. Von Vorteil ist dabei, dass die Spannung eines Zwischenkreises eines Umrichters verwendbar ist. Dabei speist der Umrichter im motorischen Betrieb eines Elektromotors diesen Elektromotor und im generatorischen Betrieb steigt die Zwischenkreisspannung an, insbesondere bis oder über 800 Volt, insbesondere gegen elektrisch Erde und/oder Masse gemessen. .
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung trägt die jeweilige Leiterbahn eine jeweilige Windung einer Primärwicklung oder Sekundärwicklung. Von Vorteil ist dabei, dass die Wicklungen als zueinander konzentrische Flachwicklungen ausführbar sind, insbesondere mit gleichem maximalen Wicklungsdurchmesser.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die erste und die zweite Leiterplatte Windungen einer Primärwicklung und Windungen einer Sekundärwicklung auf, insbesondere wobei die Primärwicklung Hochspannung führt und/oder das erste Bauelement den durch die Primärwicklung fließenden Strom, insbesondere Primärstrom, steuert und/oder wobei die Sekundärwicklung Niederspannung führt. Von Vorteil ist dabei, dass ein Bauelement verwendbar ist, welches hohe Ströme schalten kann und somit den in der Primärwicklung fließenden Primärstrom„zerhacken“ kann. Auf diese Weise ist sekundärseitig eine
ausreichend hohe Wechselspannung induzierbar trotz Verwendung einer geringen Anzahl von Windungen in beiden Wicklungen, insbesondere in der Primärwicklung. Sekundärseitig speist wird aus der Sekundärwicklung ein Gleichrichter gespeist und somit eine Niederspannung zur Verfügung gestellt, die mittels einer elektronischen Schaltung auf einen konstanten Wert gebracht wird trotz an der Primärwicklung anliegender, veränderlicher Spannung.
Vorzugsweise wird die sekundärseitig bereit gestellte Spannung erfasst und dadurch auf einen Sollwert hin geregelt, indem das erste Bauelement entsprechend angesteuert wird.
Vorzugsweise wird das erste Bauelement pulsweitenmoduliert angesteuert und die Pulsweite als Stellgröße von einer Reglereinheit, insbesondere lineare Reglereinheit, insbesondere P- Regler, PI-Regler oder PID-Regler, bestimmt, welcher die erfasste Spannung zugeführt und der Sollwert vorgegeben ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist ein Spulenkern zumindest zwei Teile auf, wobei zumindest eines der beiden Teile einen Mittelschenkel und Außenschenkel aufweist, wobei der Mittelschenkel durch eine Ausnehmung der ersten Leiterplatte und durch eine Ausnehmung der zweiten Leiterplatte hindurchragt, wobei die Windungen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung um den Mittelschenkel herum geführt sind. Von Vorteil ist dabei, dass nach Oberflächenmontage der zweiten Leiterplatte auf die erste Leiterplatte und somit auch nach Bestückung der ersten Leiterplatte mit Bauelementen der erste Teil des Spulenkerns von einer Seite der ersten Leiterplatte her kommend und der andere Teil des Spulenkerns von der anderen Seite der zweiten Leiterplatte her kommend aufgeschoben wird. Somit ragt dann der Mittelschenkel durch die Ausnehmung der beiden Leiterplatten hindurch. Die Windungen beider Wicklungen sind um den
Mittelschenkel herumgeführt. Somit ist eine effektive induktive Kopplung zwischen
Primärwicklung und Sekundärwicklung erreichbar. Da auch Außenschenkel vorgesehen sind, welche auf beiden Seiten der ersten Leiterplatte mittels eines jeweiligen Jochteils mit dem Mittelschenkel verbunden sind, ist ein hoher Wirkungsgrad bei der induktiven Kopplung erreichbar.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen
Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
In der Figur 1 ist eine Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteils gezeigt.
In der Figur 2 ist das Schaltnetzteil aus einem anderen Blickwinkel gezeigt.
Wie in den Figuren dargestellt, weist das Schaltnetzteil eine erste Leiterplatte 7, welche mit Bauteilen in SMD-Technik bestückt ist. Dabei weisen die Bauteile Lötflächen auf oder
Anschlussfüsse, welche für die Oberflächenmontage mittels Lötverbindung geeignet sind. Ein Durchführen von Anschlussfüssen durch eine durchgehende Bohrung in der ersten
Leiterplatte 7 entfällt also.
Außerdem ist eine zweite Leiterplatte 3 an ihrem Außenumfang mit Lötflächen ausgeführt, auf die erste Leiterplatte 7 direkt, insbesondere also berührend, aufgelegt und mittels SMD- Technik verbunden, also mittels Lötverbindung der Lötflächen der zweiten Leiterplatte 3 mit Leiterbahnen der ersten Leiterplatte 7.
Die erste und zweite Leiterplatte (3, 7) ist jeweils mehrlagig ausgeführt.
Ein aus zwei Teilen zusammengesetzter Spulenkern weist drei Schenkel auf, wobei zumindest der mittlere der drei Schenkel durch eine durch die erste Leiterplatte 7 und durch die zweite Leiterplatte 3 hindurchgehende Ausnehmung geführt ist.
Das Schaltnetzteil weist einen induktiven Übertrager auf, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist. Die Primärwicklung wird von einem mittels eines Transistors gesteuerten Starkstroms durchflossen, wobei Spannungen von mehr als 800 V vorgesehen sind. Solche Spannungen werden hier und im Folgenden als Hochspannung bezeichnet. Sekundärseitig ist eine Niedervoltspannung vorgesehen.
Vorzugsweise ist die erste Leiterplatte 7 vierlagig ausgeführt und die zweite Leiterplatte 3 achtlagig.
Dabei sind zwei Windungen der Sekundärwicklung in den beiden äußeren Lagen der zweiten Leiterplatte 3 angeordnet und führen somit Niederspannung. Weitere Windungen der Sekundärwicklung sind auf der ersten Leiterplatte 7 angeordnet, nämlich auf den beiden äußeren Lagen der ersten Leiterplatte 7 und in den beiden mittleren Lagen der ersten
Leiterplatte 7, insbesondere also in der vierten und fünften Lage der ersten Leiterplatte 7. Diese weiteren Windungen führen somit ebenfalls Niederspannung.
Zwei Windungen der Primärwicklung sind in den mittleren Lagen der zweiten Leiterplatte 3 angeordnet, also in der zweiten und dritten Lage der zweiten Leiterplatte 3. Somit führen die zweite und dritte Lage der zweiten Leiterplatte 3 Hochspannung.
Weitere Windungen der Primärwicklung sind in der zweiten und dritten sowie sechsten und siebten Lage der ersten Leiterplatte 7 angeordnet und führen somit Hochspannung, also mehr als 800 Volt. Dabei wird die Spannung stets gegen Masse, insbesondere also elektrisch Erde, gemessen.
Da bei beiden Leiterplatten (3, 7) die beiden äußeren Lagen jeweils Niederspannung führen, ist ein direktes, also berührendes, Auflegen der zweiten Leiterplatte 3auf die erste Leiterplatte 7 ermöglicht, ohne dass besondere Maßnahmen zur Verbesserung der elektrischen
Isolationsfestigkeit und/oder Isolierung notwendig sind. Es genügt also beispielsweise eine dünne Lackschicht auf den äußeren Lagen, um eine ausreichende Isolierung zu erhalten.
Innerhalb der jeweiligen Leiterplatte sind die Lagen mittels Trägermaterial der Leiterplatte 3 und 7 jeweils derart gut beabstandet, dass eine genügend hohe Isolationsfestigkeit besteht.
Wie oben beschrieben weist also die Sekundärwicklung die Windungszahl Sechs auf und die Primärwicklung ebenfalls die Windungszahl Sechs.
In Weiterbildung sind aber auch zwei oder drei Windungen der Primärwicklung parallel schaltbar, so dass der Primärstrom sich entsprechend aufteilt und die Windungszahl Drei oder Zwei beträgt.
Da die zweite Leiterplatte 3 wie andere Bauteile auch oberflächenmontiert sind, ist die
Bestückung der ersten Leiterplatte 7 mit den Bauteilen und auch der zweiten Leiterplatte 3 im gleichen Herstellverfahrensschritt ausführbar. Dabei werden die Bauteile und auch die zweite Leiterplatte 3 mittels einer Haltevorrichtung relativ zur ersten Leiterplatte 7 fixiert und dann durch ein Wellenlötbad geführt. Somit ist dann die SMD-Montage in einfacher Art und Weise ausführbar.
Eines dieser Bauteile ist ein Transistor, welcher den Primärstrom steuert, also große Ströme schalten muss. Dabei liegt an dem Transistor Hochspannung an.
Der Transistor 1 weist an seinem Gehäuse eine Anschlussfläche 12, insbesondere
Anschlusspad für Drain des Transistors 1 , auf, welche direkt lötverbindbar ist mit einer Leiterbahn, welche an der äußeren Oberfläche der ersten Leiterplatte 7 angeordnet ist. Die Anschlussfläche 12 liegt also am Gehäuse an und bildet einen Teil der Oberfläche des Transistors.
Aus dem Gehäuse des Transistors 1 ragen auch ein Anschlussfuss 6 für den Steuereingang Gate des Transistors 1 und fünf Anschlussfüsse 5 für den Versorgungsanschluss Source des Transistors 1 heraus. Dabei werden die Anschlussfüsse (5, 6) an der Oberfläche der ersten Leiterplatte 7 aufgelegt und dann im genannten Herstellverfahrensschritt lötverbunden. Mittels der Parallelschaltung der Anschlussfüsse 5 für Drain ist ein hoher Strom mittels des
Transistors 1 steuerbar.
Dadurch, dass die Anschlussfläche 12 für Drain an der Unterseite des Transistors 1 angeordnet ist und die Anschlussfüsse 5 an einer Seite des Transistors 1 ist ein hoher Abstand zwischen Drain und Source und somit Kriechstrecken für mehr als 800 Volt, insbesondere mehr als 2000 Volt, realisierbar. Dabei ist die Anschlussfläche 12 an einem möglichst weit von den Anschlussfüssen 5 entfernten Bereich der Unterseite des Transistors 1 angeordnet. Die Anschlussfüsse sind aus mechanischen Gründen und konstruktiven Gründen in der Mitte der Seite des Transistors 1 angeordnet.
Das Gehäuse des Transistors 1 ist vorzugsweise quaderförmig ausgeführt.
Die zwei Teile (9, 10) des Spulenkerns werden von einer Klammer 1 1 aufeinander gedrückt und somit zusammengehalten. Da das erste der beiden Teile 9 von der Oberseite der ersten Leiterplatte 7 her kommend und das andere der beiden Teile 10 von der Unterseite der ersten Leiterplatte 7 her kommend Vorzugsweise wird hier unter Niederspannung eine Spannung von weniger als 50 Volt, insbesondere von weniger als 48 Volt, verstanden.
Mit der Abkürzung NV für Niederspannung, und mit der Abkürzung HV für die Hochspannung führen die Lagen der ersten Leiterplatte 7 Spannungen in der Reihenfolge NV, HV, HV, NV.
Die zweite Leiterplatte 3 führt die Lagen mit der Reihenfolge NV, HV, HV, NV, NV, HV, HV, NV.
Die inneren Lagen sind somit jeweils paarweise mit der gleichen Spannung beaufschlagt. Die äußeren Lagen sind jeweils mit NV beaufschlagt.
Die erste Leiterplatte 7 ist mit der Kühlplatte 2 schraubverbunden, insbesondere mittels schrauben 8. Der T ransistor 1 ist auf der von der Kühlplatte abgewandten Seite der ersten Leiterplatte 7 auf dieser bestückt. Seine Anschlussfläche 12 ist vorzugsweise durchkontaktiert zu einer Leiterbahn auf der der Kühlplatte 2 zugewandten Seite der ersten Leiterplatte 7, welche mit der Kühlplatte 2 wärmeleitend verbunden ist, so dass die vom Transistor 1 erzeugte Wärme über die Kühlplatte 2 abführbar ist an die Umgebung.
Außerdem fungiert die Kühlplatte 2 als Halteteil für die erste Leiterplatte 7 und somit indirekt auch für die von der ersten Leiterplatte 7 gehaltenen Bauelemente sowie die zweite
Leiterplatte 3.
Mittels einer weiteren Schraube 13 ist die Kühlplatte an einem anderen Teil eines
Elektrogeräts schraubverbindbar.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird eine andere geradzahlige Anzahl von Lagen der ersten Leiterplatte 7 und/oder eine andere geradzahlige Anzahl der Lagen der zweiten Leiterplatte 3 vorgesehen. Zwar führen dabei wiederum die äußeren Lagen Niederspannung NV, aber die inneren Lagen führen wiederum in abwechselnder Reihenfolge paarweise HV oder NV. Bezugszeichenliste
I Transistor
2 Kühlplatte
3 zweite Leiterplatte
4 Lötpad
5 Anschlussfuss für Source
6 Anschlussfuss für Gate
7 erste Leiterplatte
8 Schaube
9 Spulenkern
10 Spulenkern
I I Klammer
12 Anschlussfläche, insbesondere Anschlusspad für Drain
13 Schraube

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung, insbesondere Schaltnetzteil, aufweisend eine erste Leiterplatte und eine zweite Leiterplatte sowie ein erstes Bauelement, insbesondere Transistor, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte mit der zweiten Leiterplatte in SMD-Technik und dem ersten Bauelement in SMD-Technik bestückt ist, insbesondere also die zweite Leiterplatte und das erste Bauelement oberflächenmontiert, insbesondere lötverbunden, sind auf einer Seite der ersten Leiterplatte.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Bauelement ein insbesondere quaderförmiges Gehäuse aufweist, an welchem eine Anschlussfläche, insbesondere Anschlusspad, angeordnet ist und an dessen anderer Seite ein erster Anschlussfuss und zweite Anschlussfüsse angeordnet sind, wobei die zweiten Anschlussfüsse elektrisch miteinander verbunden sind, insbesondere parallel geschaltet sind, also jeweils dasselbe elektrische Potential aufweisen, insbesondere wobei die Anzahl der zweiten Anschlussfüsse Fünf ist. .
3. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Bauelement ein Transistor ist, wobei der erste Anschlussfuss ein Steuereingang, insbesondere Gate, ist,
wobei die zweiten Anschlussfüsse als Versorgungseingang, insbesondere Source, fungieren und wobei die Anschlussfläche ein dritter Anschluss des Transistors ist, insbesondere Drain.
4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anschlussfläche elektrisch verbunden ist mit einer an der Oberfläche der vom Transistor abgewandten Seite der ersten Leiterplatte angeordneten Leiterbahn, wobei eine Kühlplatte die Leiterbahn berührt, insbesondere wärmeleitend mit der Leiterbahn verbunden ist, wobei die erste Leiterplatte schraubverbunden ist mit der Kühlplatte, insbesondere wobei die Kühlplatte die erste Leiterplatte trägt und/oder hält.
5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse des Transistors quaderförmig ist.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Anschlussfuss und die zweiten Anschlussfüsse eine gerade Reihe von
Anschlussfüssen bilden, welche regelmäßig voneinander beabstandet sind.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte jeweils mehrlagig ausgeführt ist, insbesondere jeweils als Multilayer-Leiterplatte, wobei die beiden äußeren Lagen der ersten Leiterplatte zumindest in einer Leiterbahn jeweils Niederspannung führen, wobei die beiden äußeren Lagen der zweiten Leiterplatte zumindest in einer Leiterbahn jeweils Niederspannung führen.
8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das jeweils zu einer äußeren Lage der ersten Leiterplatte nächstbenachbarte Paar von Lagen der ersten Leiterplatte zumindest in einer Leiterbahn Hochspannung führt, und/oder dass die inneren Lagen der ersten Leiterplatte paarweise abwechselnd zumindest in einer jeweiligen Leiterbahn Hochspannung oder Niederspannung führen, wobei das jeweilige Paar hierbei jeweils aus zueinander nächstbenachbarten Lagen gebildet ist.
9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das jeweils zu einer äußeren Lage der zweiten Leiterplatte nächstbenachbarte Paar von Lagen der zweiten Leiterplatte zumindest in einer Leiterbahn Hochspannung führt und das weiter innen in der zweiten Leiterplatte angeordnete, zum Paar wiederum nächstbenachbarte Paar von Lagen zumindest in einer Leiterbahn Niederspannung führt. und/oder dass die inneren Lagen der zweiten Leiterplatte paarweise abwechselnd zumindest in einer Leiterbahn Hochspannung oder Niederspannung führen, wobei das jeweilige Paar hierbei jeweils aus zueinander nächstbenachbarten Lagen gebildet ist.
10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hochspannung eine Spannung aus dem Spannungswertebereich über 800 Volt ist und/oder dass die Niederspannung eine Spannung von weniger als 50 Volt, insbesondere weniger als 48 Volt, ist.
1 1. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die jeweilige Leiterbahn eine jeweilige Windung einer Primärwicklung oder Sekundärwicklung ist.
12. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste und die zweite Leiterplatte Windungen einer Primärwicklung und Windungen einer Sekundärwicklung aufweist, insbesondere wobei die Primärwicklung Hochspannung führt und/oder das erste Bauelement den durch die Primärwicklung fließenden Strom, insbesondere Primärstrom, steuert und/oder wobei die Sekundärwicklung Niederspannung führt.
13. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Spulenkern zumindest zwei Teile aufweist, wobei zumindest eines der beiden Teile einen Mittelschenkel und Außenschenkel aufweist, wobei der Mittelschenkel durch eine Ausnehmung der ersten Leiterplatte und durch eine Ausnehmung der zweiten Leiterplatte hindurchragt, wobei die Windungen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung um den Mittelschenkel herum geführt sind.
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