FI102791B

FI102791B - Inductive component

Info

Publication number: FI102791B
Application number: FI951603A
Authority: FI
Inventors: Goesta Baarman
Original assignee: Nokia Telecommunications Oy
Priority date: 1995-04-04
Filing date: 1995-04-04
Publication date: 1999-02-15
Also published as: FI951603A0; FI102791B1; SE9601276D0; SE514888C2; GB2299714A; DE19614767A1; SE9601276L; FI951603A; GB2299714B; GB9607004D0

Description

, 102791, 102791

Induktiivinen komponentti Tämän keksinnön kohteena on induktiivinen komponentti, joka käsittää magneetista materiaalia olevan 5 sydämen, ensimmäisen, ainakin yhden käämityksen käsittävän käämiryhmän ja toisen, ainakin yhden käämityksen käsittävän käämiryhmän, jolloin ensimmäisen käämiryhmän sydämeen kehittämä magneettikenttä on kohtisuorassa toisen käämi-ryhmän sydämeen kehittämän magneettikentän kanssa.The present invention relates to an inductive component comprising a core 5 of a magnetic material, a first winding group comprising at least one winding and a second winding group comprising at least one winding, wherein the magnetic field generated by the first winding group is perpendicular to the second winding group.

10 Toimintaperiaatteiltaan yllä kuvatun kaltaisia in duktiivisia komponentteja, erityisesti muuntajia, joissa hyödynnetään sitä perustietoa, että magneettista materiaalia olevan sydämen lävistävät sähkökentät, jotka ovat toisiinsa nähden kohtisuorassa, eivät vaikuta toisiinsa, tun-15 netaan esimerkiksi DE-patenttijulkaisusta 465 114, DE-ha-kemusjulkaisusta 24 35 587 ja US-patenttijulkaisusta 4 210 859. Tällaisia ristivuoinduktansseja, joissa siis vaikuttaa kaksi tai kolme toisiinsa nähden kohtisuoraa magneettivuota, voidaan käyttää tapauksissa, joissa tarvi-20 taan tyypillisesti kaksi magneettista komponenttia, jotka halutaan toteuttaa mahdollisimman kompaktisti. Tällaisia tilanteita esiintyy erityisesti teholähteiden yhteydessä. Edellä mainittujen tunnettujen ratkaisujen ongelmana on kuitenkin niiden käytännön toteutuksen hankaluus ja siitä 25 seuraavat korkeat kustannukset. Erityisesti kääminnän toteuttaminen on ongelmallista.10 Inactive components such as those described above, in particular transformers, which utilize the basic knowledge that electric fields perpendicular to one another and not perpendicular to one another, are known from, for example, DE-A-465114. Such cross-flow inductances, thus affecting two or three mutually perpendicular magnetic fluxes, can be used where typically two magnetic components are required which are to be implemented as compactly as possible. Such situations occur especially with power supplies. However, the known solutions mentioned above have the problem of their practical implementation and the consequent high costs. In particular, the implementation of the winding is problematic.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on tuoda esiin uuden tyyppinen induktiivinen komponentti, jossa risti-vuota hyödynnetään uudenlaisessa ympäristössä ja jossa ' : 30 päästään eroon aikaisempien toteutusten kalliista valmis tuskustannuksista. Tähän päästään keksinnön mukaisen induktiivisen komponentin avulla, jolle on tunnusomaista, että siinä ensimmäinen käämiryhmä käsittää ainakin yhden, ensimmäiselle piirilevylle painettuna johdotuksena to-35 teutetun käämityksen, ensimmäinen piirilevy käsittää ai- 2 102791 nakin yhden aukon magneettista materiaalia olevan sydämen ainakin jonkin osan viemiseksi piirilevyn läpi, toinen käämiryhmä käsittää ainakin yhden, toiselle piirilevylle painettuna johdotuksena toteutetun käämitysosuuden, aina-5 kin yhden, kolmannelle piirilevylle painettuna johdotuksena toteutetun käämitysosuuden ja välineet toisen käämiryh-män toiselle ja kolmannelle piirilevylle toteutettujen käämitysosuuksien yhdistämiseksi toisen käämiryhmän ainakin yhdeksi käämitykseksi ensimmäisen piirilevyn ja/tai 10 magneettista materiaalia olevan sydämen läpi.It is an object of the present invention to provide a new type of inductive component in which the cross-leakage is utilized in a novel environment and where the expensive manufacturing costs of the earlier embodiments are eliminated. This is achieved by means of an inductive component according to the invention, characterized in that the first winding group comprises at least one winding implemented as a wiring harness printed on the first printed circuit board, the first printed circuit board comprising at least one opening of a core of , the second winding group comprising at least one winding portion printed on the second circuit board, at least one winding portion printed on the third circuit board, and means for combining the winding portions of the second winding group on the second and third circuit boards and through a core of magnetic material.

Keksinnön perusideana on siten toteuttaa ensimmäiseen käämitykseen, mahdollisesti ensimmäiseen muuntajaan, sisältyvät käämit ensimmäiselle piirilevylle painettuna johdotuksena ja samoin toisen tämän ensimmäisen käämityk-15 sen synnyttämään magneettivuohon nähden kohtisuoran vuon synnyttävät käämitykset toteutetaan kahdelle piirilevyn palalle toteutettuina painettuina johdotuksina, jolloin toteutuksesta muodostuu suhteellisen yksinkertainen ja valmistuskustannuksiltaan edullinen.Thus, the basic idea of the invention is to realize the coils included in the first winding, optionally the first transformer, as a printed wiring on the first circuit board and likewise in .

20 Edullisesti keksinnön mukaisessa induktiivisessa komponentissa magneettista materiaalia oleva sydän käsittää ensimmäisen osan ja toisen osan, jotka ainakin pääosin sijaitsevat eri puolilla ensimmäistä piirilevyä.Preferably, in the inductive component of the invention, the core of the magnetic material comprises a first portion and a second portion, which are at least substantially disposed across the first circuit board.

Jos keksinnön mukaista induktiivista komponenttia 25 halutaan käyttää erityisesti muuntajana, on sen tähän tarkoitukseen erityisesti soveltuvalle suoritusmuodolle tunnusomaista, että sydämen ensimmäisen osan poikkileikkaus ensimmäisen piirilevyn tasoon nähden kohtisuorassa tasossa on E:n muotoinen ja sydämen toisen osan poikkileikkaus 30 samassa tasossa on suorakaiteen muotoinen, jolloin ensim-mäinen piirilevy käsittää kolme oleellisesti suorakaiteen muotoista aukkoa sydämen ensimmäisen osan sakaroiden läpivientiä varten. Jos tässä tilanteessa myös toisen, ristikkäisen magneettikentän halutaan muodostavan muuntaja-35 konstruktion, on edullista, että sydämen ensimmäisen osan 3 102791 keskimmäinen sakara ja sen kanssa kohdakkain asettuva sydämen toisen osan kohta käsittävät aukot toisen käämiryh-män ainakin yhden käämityksen käämitysosuuksien yhdistämi-, seen käytettävien välineiden läpivientiä varten.If the inductive component 25 according to the invention is to be used specifically as a transformer, a particularly suitable embodiment thereof is characterized in that the cross section of the first core in a plane perpendicular to the plane of the first circuit board is E and the cross section 30 of the -like circuit board comprises three substantially rectangular openings for the passage of the first portions of the core. If, in this situation, it is also desired to form a second transverse magnetic field of the transformer 35, it is preferable that the middle leg of the first core portion 3 102791 and the adjacent portion of the second core portion include openings for connecting at least one winding portion of the for the passage of means.

5 Keksinnön mukainen induktiivinen komponentti voi daan helposti myös suojata sähkömagneettisesti. Tällaiselle induktiiviselle komponentille on tunnusomaista, että toisen piirilevyn sydämestä poispäin olevalle pinnalle on sijoitettu neljäs piirilevy, joka on kytketty sähköisesti 10 johonkin toisella piirilevyllä olevaan käämitysosaan sähkömagneettisena suojana toimivan maatason muodostamiseksi. Luonnollisesti samanlainen suojaus voidaan toteuttaa myös komponentin toiselle puolelle, jolloin kolmannen piirilevyn sydämestä poispäin olevalle pinnalle on sijoitettu 15 viides piirilevy, joka on kytketty sähköisesti johonkin kolmannella piirilevyllä olevaan käämitysosaan sähkömagneettisena suojana toimivan maatason muodostamiseksi. Käytännössä lienee edullisinta, että edellä mainitut maatasot sijoitetaan komponentin molemmille puolille.The inductive component according to the invention can also be easily electromagnetically shielded. Such an inductive component is characterized in that a fourth circuit board is disposed on the surface away from the core of the second circuit board, which is electrically coupled to a winding section of the second circuit board to form an electromagnetic shield ground plane. Naturally, similar shielding may also be provided on the other side of the component, whereby a fifth circuit board is electrically coupled to a winding section of the third circuit board to form an earth plane serving as an electromagnetic shield. In practice, it may be most advantageous to place the above ground planes on both sides of the component.

20 Seuraavassa keksinnön mukaista induktiivista kom ponenttia kuvataan yhden esimerkinomaisen suoritusmuodon avulla, joka oheisen piirustuksen kuviossa on esitetty räj äytyskuvana.In the following, the inductive component of the invention will be described by way of one exemplary embodiment, which is shown in an exploded view in the figure of the accompanying drawing.

Kuviossa esitetyn keksinnön mukaisen induktiivisen ’* 25 komponentin esimerkinomaisen suoritusmuodon pääasialliset rakenneosat ovat ensimmäinen piirilevy 4, magneettista materiaalia oleva sydän, joka koostuu osista IA ja IB, sekä kaksi piirilevypalaa 11 ja 12. Ensimmäiselle piirilevylle tai pääpiirilevylle 4 on toteutettu painettuna joh-30 dotuksena 2 sopivia käämejä kulloinkin tarkoituksenmukaisen induktiivisen komponentin synnyttämistä varten. Kuviossa esitetyssä suoritusmuodossa pääpiirilevyllä 4 olevat käämitykset 2 muodostavat kolmipylväisen muuntajan. Tätä tarkoitusta varten painettuna johdotuksena 2 toteute-35 tut käämitykset ympäröivät kolmea piirilevyyn tehtyä suo- 4 102791 rakaiteen muotoista aukkoa 5, 6 ja 7. Kullekin käämityksen 2 osalle on annettu halutut kierrosmäärät eli ne kukin käsittävät halutun määrän kapeita painettuna johdotuksena toteutettuja johdinkierroksia aukkojen 5, 6 ja 7 ympäril-5 lä.The main components of an exemplary embodiment of the inductive '* 25 component of the invention shown in the figure are a first circuit board 4, a core of magnetic material consisting of parts IA and IB, and two circuit board blocks 11 and 12. The first circuit board or main circuit board 4 suitable windings to generate the appropriate inductive component at each time. In the embodiment shown in the figure, the windings 2 on the main circuit board 4 form a three-column transformer. For this purpose, printed wiring 2 implement-35 windings surround three printed circuit board openings 5, 6, and 7 102791. Each part of the winding 2 is given the desired number of turns, i.e. each comprises a desired number of narrow printed wiring openings 5 6 and 7 around 5.

Sydämen edellä mainittuja käämityksiä 2 varten muodostavat kaksi magneettista materiaalia olevaa kappaletta IA ja IB. Näistä kappaleista IA on piirilevyn 4 tasoon nähden kohtisuorassa suunnassaan poikkileikkaukseltaan E:n 10 muotoinen ja käsittää siten kolme sakaraa 8, 9 ja 10, jotka on tarkoitettu vietäviksi piirilevyssä 4 olevien aukkojen 5, 6 ja 7 läpi. Piirilevyn 4 toiselta puolelta sydämen osaa IA vasten tuotava sydämen toinen osa IB on puolestaan suuntaissärmiön muotoinen magneettista materiaalia oleva 15 kappale, joka täten muodostaa eräänlaisen ieksen osan IAThe core for the aforementioned windings 2 is formed by two pieces IA and IB of magnetic material. These pieces IA have the shape of a cross-section E 10 perpendicular to the plane of the printed circuit board 4 and thus comprise three pins 8, 9 and 10 intended to be inserted through openings 5, 6 and 7 in the printed circuit board 4. The second core portion IB, which is brought from one side of the circuit board 4 against the core portion IA, is a parallelepiped-shaped piece of magnetic material 15, which thus forms a kind of section IA

muodostamaa E:n muotoista sydäntä varten. Kun osat IA ja IB sijoitetaan piirilevyn 4 vastakkaisille puolille, ympäröivät käämitykset 2 osan IA sakaroita 8, 9 ja 10 ja muodostavat täten lähes tavanomaisen muuntajarakenteen, jossa 20 vuo pääsee kulkemaan levyyn 4 nähden kohtisuorassa suunnassa eli esimerkiksi sakarasta 5 sakaraan 6 ja siitä osaan IB ja sieltä jälleen takaisin sakaraan 5 suljettua kulkureittiä pitkin.formed by an E shaped heart. When the parts IA and IB are disposed on opposite sides of the circuit board 4, the windings surround the limbs 8, 9 and 10 of the part IA, thereby forming an almost conventional transformer structure allowing the flow to run in a direction perpendicular to the plate 4, e.g. then back to the fork along 5 closed paths.

Edellä kuvatun litteän planaarirakenteisen muunta-25 jän lisäksi keksinnön mukainen induktiivinen komponentti käsittää toisen käämitysryhmän, jonka synnyttämä sähkömagneettinen vuo on kohtisuorassa piirilevyllä 4 olevien käämitysten 2 synnyttämään vuohon nähden. Tätä varten on muodostettu kaksi piirilevypalaa 11 ja 12, joille on molem-; 30 mille muodostettu painettuna johdotuksena käämitysosuuksia 3A ja 3B. Piirilevypalalla 11 olevat käämitysosuudet 3A alkavat palan kehällä olevista liitospisteistä 19 ja päättyvät kehän keskialueella oleviin liitospisteisiin 20. Liitospisteisiin 19 samoin kuin liitospisteisiin 20 liit-35 tyy piirilevypalan 11 tasosta sydämen suuntaan ulkonevia 5 102791 kosketinosia tai liitosvälineitä 13. Piirilevypalaan 12 . liittyy puolestaan täysin vastaavankaltaiset käämitysosuu- det 3B, jotka on toteutettu painettuna johdotuksena piiri-, levypalan pintaan ja nekin alkavat palan kehällä olevista 5 liitospisteistä 21 ja päättyvät palan keskialueella oleviin liitospisteisiin. Näihin liitospisteisiin liittyy kosketinosia tai liitosvälineitä 14, jotka ovat yhteistoi-misia palaan 11 liittyneiden kosketinosien 13 kanssa.In addition to the flat planar transformer described above, the inductive component according to the invention comprises a second winding group whose electromagnetic flux generated is perpendicular to the flux generated by the windings 2 on the circuit board 4. To this end, two printed circuit board pieces 11 and 12 are formed, each having two; 30A and 3B formed by printed wiring. The winding portions 3A on the circuit board piece 11 begin at the peripheral connection points 19 and end at the central peripheral connection points 20. The connection points 19 as well as the connection points 20 are joined by their core-extending contact portions 13 or 12. , in turn, is associated with exactly similar winding portions 3B, which are implemented as a printed wiring to the surface of the circuit board, the board and also begin at the junction points 21 of the periphery of the piece and end at the junction points. These connection points are joined by contact portions or connecting means 14 which cooperate with the contact portions 13 joined to the block 11.

Kuten kuviossa on osoitettu, piirilevypala 11 tuo-10 daan sydänosan IA päälle, jolloin siitä ulkonevat koske-tinosat 13 työntyvät toisaalta piirilevyyn 4 tehtyjen lä-pivientlaukkojen 22 läpi ja toisaalta sydänosan IA keskelle tehdyn aukon 15 läpi. Kun piirilevypala 12 tuodaan sydänosan IB piirilevystä 4 poispäin olevalle pinnalle, 15 asettuvat siinä olevat kosketinosat 14 kohdakkain piirile-vypalan 11 kosketinosien 13 kanssa ja aikaansaavat sähköisen kontaktin niiden kanssa. Jotta näin voisi tapahtua, on sydänosassa IB luonnollisesti myös keskeinen aukko 16, joka vastaa mitoitukseltaan osan IA aukkoa 15. Kun piiri-20 levypalat 11 ja 12 kytkeytyvät toisiinsa kosketinosien 13 ja 14 välityksellä saadaan käämitysosuuksista 3A ja 3B aikaan yksi tai useampia käämityksiä, jotka kiertävät sy-dänosien IA ja IB muodostaman, näiden käämitysten kannalta rengasmaisen magneettisydämen ympäri. Kun virta johdetaan 25 kulkemaan käämitysosuuksien 3A ja 3B kautta, syntyy mag-neettisydämeen ainakin yksi sähkömagneettinen vuo, joka on pääpiirilevyn 4 tason suuntainen.As shown in the figure, the printed circuit board 11 is inserted over the core portion IA, whereby the contact portions 13 protruding therefrom extend through the through holes 22 in the printed circuit board 4 and through the opening 15 in the center of the core portion IA. When the circuit board piece 12 is applied to a surface away from the circuit board 4 of the core portion IB, the contact portions 14 therein align with the contact portions 13 of the circuit board portion 11 and provide electrical contact therewith. For this to happen, the core portion IB also naturally has a central opening 16 which is similar in size to the opening 15 in section IA. When the circuit board sections 11 and 12 are interconnected via the contact portions 13 and 14, one or more windings are wound around the winding sections 3A and 3B. about the annular magnetic core formed by the core members IA and IB for these windings. As the current is conducted to pass through winding portions 3A and 3B, at least one electromagnetic flux is generated in the magnetic core parallel to the plane of the main circuit board 4.

Kuten edeltävästä käy ilmi, ovat käämityksien 2 ja käämitysosuuksien 3A ja 3B synnyttämät magneettikentät . . , 3 0 toisiinsa nähden kohtisuoria eivätkä ne siten vaikuta toi siinsa. Täten on aikaansaatu ilman varsinaista käämintää matala integroitu kaksitoiminen induktanssi, joka voi olla esimerkiksi forward-hakkurin muuntaja ja kela.As will be seen from the foregoing, the magnetic fields generated by the windings 2 and the winding portions 3A and 3B are. . , 3 0 are perpendicular to each other and thus do not affect each other. Thus, a low integrated double-acting inductance, which can be, for example, a forward-chopper transformer and a coil, is achieved without the actual winding.

Häiriösuojaus edellä kuvatun muuntajan ympärille 35 voidaan yksinkertaisesti toteuttaa käyttämällä piirilevy-The shielding around the transformer 35 described above can simply be accomplished by using a printed circuit board.

JJ

6 102791 paloja 17 ja 18. Nämä piirilevypalat käsittävät yhtenäisen johdinfoliokerroksen. Nämä piirilevypalat tuodaan piirile-vypalojen 11 ja 12 päälle ja kytketään sähköisesti johonkin sopivaan piirilevypalojen 11 ja 12 johdotuksen osaan.6 102791 pieces 17 and 18. These circuit board pieces comprise a continuous conductor foil layer. These circuit board blocks are applied to the circuit board blocks 11 and 12 and electrically connected to a suitable wiring portion of the circuit board blocks 11 and 12.

5 Tällä tavoin piirilevypalat 17 ja 18 muodostavat maatasot keksinnön mukaisen induktiivisen komponentin ympärille ja suojaavat sitä siten sähkömagneettisesti ulkopuolisilta magneettikentiltä.In this way, the circuit board pieces 17 and 18 form the ground planes around the inductive component of the invention and thus electromagnetically shield it from external magnetic fields.

Yllä keksinnön mukaista induktiivista komponenttia 10 on kuvattu vain yhden esimerkinomaisen ja suhteellisen komplisoidun suoritusmuodon avulla. On ymmärrettävää, että keksinnön mukainen ristivuota hyväksikäyttävä induktiivinen komponentti voitaisiin toteuttaa huomattavasti yksinkertaisimmin rakenneosin esimerkiksi siten, että magneet-15 tisydämen muodostaisi ainoastaan yksi suuntaissärmiön muotoinen magneettista materiaalia oleva kappale, joka on sijoitettu yhteen pääpiirilevylle muodostettuun aukkoon.The inductive component 10 according to the invention has been described above in only one exemplary and relatively complicated embodiment. It will be appreciated that the cross-flow inductive component of the invention could be implemented by the simplest of structural members, for example, so that the magnetic core 15 is formed by only one parallelepiped-shaped piece of magnetic material disposed in one aperture on the main circuit board.

Tässä tilanteessa syntyvät induktiiviset komponentit voisivat olla esimerkiksi rautasydämisiä keloja. Täten kek-20 sinnön mukaista induktiivista komponenttia voidaan mekaaniselta toteutukseltaan merkittävästi muunnella poikkeamatta kuitenkaan oheisten patenttivaatimusten määrittelemästä suojapiiristä.The inductive components generated in this situation could be, for example, iron-core coils. Thus, the inductive component of the present invention can be substantially modified in mechanical design without departing from the scope of the appended claims.

Claims

An inductive component comprising a core (1A, 1B) of magnetic material, a first winding group (2) comprising at least one winding, and a second winding group (3A, 3B) comprising at least one winding, a magnetic field being generated to the core of the first winding group (2) is perpendicular to a magnetic field generated to the core of the second winding group 10 (3A, 3B), characterized in that the first winding group comprises at least one of a first circuit board (4) as a printed circuit board. draw (2) realized winding, the first circuit board comprises at least one opening (5, 6, 7) for carrying at least some portion (8, 9, 10) of the magnetic material (IA, IB) core through the circuit board ( 4), the second winding group comprises at least one winding portion realized on a second circuit board 20 (11) as a printed winding (3A), at least one on a third circuit board (12) as a printed winding g (3B) realized winding part and means (13, 14) for joining the second winding group realized on the second and third circuit boards (11, 12) to at least one winding in the second winding group through the first circuit board (4) - And / or the magnetic material core (IA, IB).

An inductive component according to claim 1, characterized in that the core made of magnetic material comprises a first part (IA) and a second part (1 B) which are at least substantially on different sides of the first circuit board (4). .

The inductive component according to claim 2, characterized in that the first part (IA) of the core is in vertical section vertically E-shaped in relation to the first circuit board (4), and the second part (IB) of the core is rectangular in cross-section in the same panel. wherein the first circuit board (4) comprises three substantially rectangular openings (5, 6, 7) for carrying out projections (8, 9, 10) in the first portion (IA) of the core.

4. An inductive component according to claim 3, characterized in that the middle projection (9) in the first part of the core (IA) and opposite to the positionable point in the second part of the core comprises openings (15, 16) for carrying out means (13). , 14) for joining winding sections (3A, 3B) into at least one winding in the second winding group.

An inductive component according to any of claims 1-4, characterized in that on the surface of the second circuit board (11), away from the core (IA), a fourth (17) circuit board is electrically connected to one on the other. circuit board (11) existing winding portion (3A) for generating a ground plane acting as an electromagnetic protection.

An inductive component according to any of claims 1-4, characterized in that on the surface of the third circuit board (12) away from the core (IB) a fifth circuit board (18) is electrically connected to a third circuit board (12) existing winding portion (3B) for generating one as electromagnetic · protection grounding operating.