SE516405C2

SE516405C2 - Insulation barrier formation on printed circuit board, by interconnecting PCB sections by insulation transformer and forming housing of transformer with one recessed or projecting section extending along housing

Info

Publication number: SE516405C2
Authority: SE
Inventors: Belwon Vasteras Sverige Waldemar; Eriksson Vasteras Sverige Anders
Original assignee: Abb Daimler Benz Transportation (Technology) Gmbh Saatwinkler Damm 43 136 27 Berlin Tyskland; Bombardier Transportation Gmbh Saatwinkler Damm 43 13627 Berlin Tyskland; Daimlerchrysler Ag Epplestrasse 225 70567 Stuttgart Tyskland
Publication date: 2002-01-08

Abstract

The method involves mechanically interconnecting separate PCB sections (21,22) by an insulation transformer (10). The housing of the insulation transformer is formed with recessed section or projecting section extending along one side of the transformer housing. The method involves forming the separate PCB sections (21,22) by dividing a PCB into the sections after mounting the insulation transformer to the PCB. A material having a comparative tracking index (CTI) higher than the CTI of the PCB, is selected as insulating material for the insulation transformer. The housing of the insulation transformer is formed in a non-planar manner to improve creepage characteristics. The insulation transformer is surface soldered to the PCB sections. Independent claims are also included for the following: (a) printed circuit board assembly; (b) printed circuit board manufacturing method.

Description

25 30 516 6405 2 av transforrnatorn måste vara större än det minsta erfordrade krypavståndet för PCB-kortet vid de relevanta spänningarna. 5 of 516 6405 2 of the transformer must be greater than the minimum required creep distance for the PCB board at the relevant voltages.

Det så kallade CTI-indexet är ett jämförande index som kan användas för att jämföra isolerande material med avseende på krypavstånd. Ju högre CTI- värde, desto mindre är det erfordrade krypavståndet. Detta betyder att för ett litet krypavstånd så måste ett isolationsmaterial med ett högt CTI-värde väljas.The so-called CTI index is a comparative index that can be used to compare insulating materials with respect to creep distance. The higher the CTI value, the smaller the required crawl distance. This means that for a small crawl distance, an insulation material with a high CTI value must be selected.

Tryckta kretskort utförs normalt i material, såsom till exempel FR4, som har relativt låga CTI-värden. Det är möjligt att tillverka PCB-kort av material som har högre CTI-värden, men detta erfordrar användandet av specialiserade och dyra material för PCB-kortet. I praktiken är användningen av sådana specialiserade material mycket sällsynt, och tryckta kretskort uppvisar i allmänhet relativt Följaktligen blir det erfordrade krypavståndet ganska långt. Detta betyder att storleken på transforrnatorn låga CTI-värden. måste vara relativt stor, och att en ganska stor yta av PCB~kortet kommer att upptas av transformatom.Printed circuit boards are normally made of materials, such as FR4, which have relatively low CTI values. It is possible to make PCBs from materials that have higher CTI values, but this requires the use of specialized and expensive materials for the PCBs. In practice, the use of such specialized materials is very rare, and printed circuit boards generally exhibit relative Consequently, the required creep distance becomes quite long. This means that the size of the transformer low CTI values. must be relatively large, and that a fairly large area of the PCB card will be occupied by the transformer.

Uppñnningen övervinner dessa och andra nackdelar med de kända afrangßmangﬁfl.The invention overcomes these and other disadvantages of the known afrangßmang ﬁ fl.

RELATERAD TEKNIK Det amerikanska patentet 5.726.616 som utfärdats till Bell 10 mars 1998 avser en transformator med ett ﬂertal spolar. En kåpa för enheten utformas för att passa runt spolarna och innefattar ﬂänsar för placering av en kärna.RELATED TECHNOLOGY U.S. Patent 5,726,616 issued to Bell on March 10, 1998 relates to a transformer having several coils. A cover for the unit is designed to fit around the coils and includes ﬂ handles for placement of a core.

Spelarna och kåpan är utformade så att kraven på lciyp- och luftavstånd uppfylls. Kärnan innefattar lamineringar som anbringas genom enhetskåpan och spolarna, och kåpan utgör en behållare för För att säkra lamineringarna i läge så monteras en kåpa runt om lamineringania. 10 15 20 25 30 516 405 3 KORT REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Det är ett allmänt syfte med uppfinningen att tillhandahålla en utrymmeseffektiv isolationsbariiär på ett tryckt kretskort (PCB).The players and the cover are designed so that the requirements for distance and air distance are met. The core comprises laminations which are applied through the unit cover and the coils, and the cover forms a container for To secure the laminations in position, a cover is mounted around the laminations. BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION It is a general object of the invention to provide a space-efficient insulating barrier on a printed circuit board (PCB).

I synnerhet är det önskvärt att tillhandahålla den erfordrade isolationen mellan två elektriska system på PCB-kortet genom en relativt liten och kompakt isolationstransfonnator monterad på PCB-kortet.In particular, it is desirable to provide the required insulation between two electrical systems on the PCB board through a relatively small and compact insulation transponder mounted on the PCB board.

Ett annat syfte med uppﬁnningen är att förbättra krypegenskaperna för en isolationstransforrnator som används som en isolationsbarriär på ett tryckt kretskort. Ännu ett annat syfte med uppfinningen är att tillhandahålla ett effektivt förfarande för tillverkning av ett kretskortsarrangemang som innefattar en isolationstransformator.Another object of the invention is to improve the creep properties of an isolation transformer used as an isolation barrier on a printed circuit board. Yet another object of the invention is to provide an efficient method of manufacturing a circuit board arrangement comprising an isolation transformer.

Dessa och andra syften uppnås genom uppﬁnningen såsom den definieras av de medföljande patentkraven.These and other objects are achieved by the invention as defined by the appended claims.

Den allmänna idén enligt uppfinningen är att dela upp PCB-kortet i separata delar och använda isolationstransformatorn som en stödstruktur för att mekaniskt hålla ihop delarna. Eftersom PCB-kortet har delats upp så påverkar det inte längre krypavståndet för isolationsbarriären. Istället bestämmer transformatorns isolationsmaterial det minsta erfordrade krypavståndet.The general idea according to the invention is to divide the PCB card into separate parts and use the isolation transformer as a support structure to mechanically hold the parts together. Since the PCB card has been split, it no longer affects the creep distance for the insulation barrier. Instead, the insulation material of the transformer determines the minimum required creep distance.

Transformatorns isolationsmaterial har i allmänhet ett betydligt högre CTI- värde än PCB-materialet, vilket leder till att ett relativt kort krypavstånd erfordras. Genom att bryta krypvägen på PCB-kortet är det således möjligt att använda en mer balanserad utformning av hela kretskortsarrangemanget. 10 15 20 25 30 516 405 Följande fördelar uppnås: - För varje givet isolations-krav så reduceras transformatorns storlek betydligt i jämförelse med kända arrangemang.The insulation material of the transformer generally has a significantly higher CTI value than the PCB material, which leads to a relatively short creep distance being required. By breaking the creep path on the PCB board, it is thus possible to use a more balanced design of the entire circuit board arrangement. 10 15 20 25 30 516 405 The following advantages are achieved: - For each given insulation requirement, the size of the transformer is significantly reduced in comparison with known arrangements.

- Besparingar av material för transformatorhölje och harts.- Savings of materials for transformer casing and resin.

- Den erforderliga ytan för transformatorn på PCB-kortet reduceras.- The required area of the transformer on the PCB board is reduced.

- Den lägre transformatorvikten gör det enklare att hantera kretskortsvibrationer.- The lower transformer weight makes it easier to handle circuit board vibrations.

- Eftersom PCB-kortet är uppdelat i två separata delar så är det inte längre nödvändigt att testa. PCB-kortet vid tillverkning för att bekräfta den erfordrade isolationen, vilket således eliminerar ett kostnadsintensivt och tidskrävande testíörfarande.- Since the PCB card is divided into two separate parts, it is no longer necessary to test. The PCB card during manufacture to confirm the required insulation, thus eliminating a cost-intensive and time-consuming testing process.

För att förbättra krypegenskaperna för isolatíonstransformatorn utformas företrädesvis transforrnatorhöljet med utskjutande delar såsom fenor eller ribbor. På detta sekundårsidan på transforrnatorn längs ytan av transformatorhöljet. Således sätt förlängs avståndet mellan primärsidan och kan isolationstransforrnatorn göras ännu kompaktare.To improve the creep properties of the isolation transformer, the transformer housing is preferably designed with protruding parts such as fins or ribs. On this secondary side of the transformer along the surface of the transformer housing. Thus, the distance between the primary side is extended and the isolation transformer can be made even more compact.

Ett effektivt sätt att tillverka ett kretskortsarrangemang enligt uppfinningen inbegriper att man utformar en öppning och brytkortsdelar (eng. snap-off sections) i PCB-kortet. Brytkortsdelarna utformas på vardera sidan om öppningen så att PCB-kortet delas upp i separata delar när brytkortsdelarna tas bort efter montering av isolationstransformatorn. Först placeras dock isolationstransformatom inriktad med öppningen och monteras på PCB-kortet så att denna fungerar som en stödstruktur vilken mekaniskt förbinder de separata PCB-delarna. Företrâdesvis avlägsnas brytkortsdelarna efter det att montering av transformatorn och andra komponenter har slutförts. På detta sätt kan bxytkortsdelarna ge PCB-kortet den erfordrade styvheten för optimal lödning. 10 15 20 25 30 516 405 5 Genom användande av en så kallad brytkortsteknik (eng. snap-off technique) är det fortfarande möjligt att tillverka kretskortsarrangemanget i en automatiserad lödningslinje.An efficient way of manufacturing a circuit board arrangement according to the invention involves designing an opening and snap-off sections in the PCB board. The circuit board parts are designed on each side of the opening so that the PCB board is divided into separate parts when the circuit board parts are removed after mounting the isolation transformer. First, however, the isolation transformer is placed aligned with the opening and mounted on the PCB board so that it functions as a support structure which mechanically connects the separate PCB parts. Preferably, the circuit board parts are removed after assembly of the transformer and other components has been completed. In this way, the circuit board parts can provide the PCB board with the required rigidity for optimal soldering. By using a so-called snap-off technique, it is still possible to manufacture the circuit board arrangement in an automated soldering line.

Andra fördelar med uppﬁnningen kommer att förstås vid läsning av den följande beskrivningen av uppﬁnningens utföringsforrner.Other advantages of the invention will be understood upon reading the following description of the embodiments of the invention.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfmningen tillsammans med andra syften och fördelar med denna förstås bäst genom hänvisning till följande beskrivning när denna låses tillsammans med de medföljande ritningarna, i vilka: Fig. 1 är ett schematiskt diagram som illustrerar en isolationstransforrnator som är anordnad på ett tryckt kretskort enligt teknikens ståndpunkt; Fig. 2 är ett schematiskt diagram över ett kretskortsarrangemang enligt en första föredragen utföringsform av uppfinningen; Fig. 3A-B år perspektivvyer av ett hölje för en isolationstransformator enligt uppfmningen; Fig. 4A-C är schematiska diagram som illustrerar ett förfarande för tillverkning av ett kretskortsarrangemang enligt uppﬁnningen; Fig. 5 är en schematisk vy, från lödningssidan, av ett kretskortsarrangemang enligt uppﬁnningen; och Fig. 6A-B är schematiska diagram över ett kretskortsarrangemang enligt en andra föredragen utföringsforrn av uppﬁnningen. 10 15 20 25 30 516 405 6 DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Genomgående i ritningarna används samma hänvisningsbeteckningar för motsvarande eller liknande element.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention together with other objects and advantages thereof is best understood by reference to the following description when locked in conjunction with the accompanying drawings, in which: Fig. 1 is a schematic diagram illustrating an isolation transformer mounted on a printed circuit board. according to the state of the art; Fig. 2 is a schematic diagram of a circuit board arrangement according to a first preferred embodiment of the invention; Figs. 3A-B are perspective views of a housing for an isolation transformer according to the invention; Figs. 4A-C are schematic diagrams illustrating a method of manufacturing a circuit board arrangement according to the invention; Fig. 5 is a schematic view, from the soldering side, of a circuit board arrangement according to the invention; and Figs. 6A-B are schematic diagrams of a circuit board arrangement according to a second preferred embodiment of the invention. 10 15 20 25 30 516 405 6 DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION Throughout the drawings, the same reference numerals are used for corresponding or similar elements.

Fig. 2 år ett schematiskt diagram över ett kretskortsarrangemang enligt en första föredragen utföringsform av uppfinningen. Som man kan se i Fig. 2 är det tryckta kretskortet uppdelat i två separata delar 21, 22 som är förbundna genom en isolationstransformator 10. I allmänhet uppbär varje PCB-del ett antal elektriska komponenter som utgör ett respektive elektriskt system.Fig. 2 is a schematic diagram of a circuit board arrangement according to a first preferred embodiment of the invention. As can be seen in Fig. 2, the printed circuit board is divided into two separate parts 21, 22 which are connected by an isolation transformer 10. In general, each PCB part carries a number of electrical components which constitute a respective electrical system.

Transforrnatorn 10 har ett antal transformatorstift 11A på primärsidan av transforrnatorn, och ett antal transformatorstift 11B på sekundärsidan av transformatom. Företrädesvis löds stiften 11A, 11B hålmonterade på PCB- delarna 21 respektive 22. Transformatorn 10 verkar som en stödstruktur som mekaniskt håller ihop de separata PCB-delarna 21, 22. Samtidigt verkar transformatorn som en isolationsbarriär mellan de två PCB-delarna 21, 22.The transformer 10 has a number of transformer pins 11A on the primary side of the transformer, and a number of transformer pins 11B on the secondary side of the transformer. Preferably, the pins 11A, 11B are soldered hole-mounted on the PCB parts 21 and 22, respectively. The transformer 10 acts as a support structure which mechanically holds the separate PCB parts 21, 22 together. At the same time, the transformer acts as an isolation barrier between the two PCB parts 21, 22.

Detta betyder att det är möjligt att utnyttja det relativt höga CTI-värdet på transformatorns 10 isolationsmaterial. I allmänhet väljs isolationsmaterialet för transformatorkroppen från materialgrupp I (CTI > 600) eller materialgmpp II (4005 CTI S 600). Såsom nämnts ovan betyder ett högt CTI-värde att ett litet krypavstånd erfordras. Genom att bryta krypvägen på PCB-kortet och använda isolationstransformatom 10, med dess relativt höga CTI-värde, som isolator mellan de elektriska systemen så kan den erfordrade isolationen erhållas genom en relativt liten transformator.This means that it is possible to use the relatively high CTI value of the insulation material of the transformer 10. In general, the insulation material for the transformer body is selected from material group I (CTI> 600) or material group II (4005 CTI S 600). As mentioned above, a high CTI value means that a small creep distance is required. By breaking the creep path on the PCB board and using the isolation transformer 10, with its relatively high CTI value, as the insulator between the electrical systems, the required isolation can be obtained by a relatively small transformer.

Dessutom kan de kostnadsintensiva och tidskrävande spänningstests- procedurer som erfordras av intemationella standarder reduceras enligt uppfinningen. Konventionellt sett utsätts en isolationstransformator för ett antal spänningstest. Först testas transformatom av transformatortillverkaren.In addition, the cost-intensive and time-consuming voltage test procedures required by international standards can be reduced according to the invention. Conventionally, an isolation transformer is subjected to a number of voltage tests. First, the transformer is tested by the transformer manufacturer.

Därefter testas PCB-kortet när transformatorn har monterats på detta.The PCB board is then tested when the transformer has been mounted on it.

Slutligen testas hela systemet när PCB-arrangemanget har monterats i ett spänningstest försämrar dock transformatorns större system. Varje 10 15 20 25 30 516 405 7 isolationsbarriär. Enligt uppfinningen är det inte längre nödvändigt att testa PCB-kortets isolationsegenskaper eftersom det inte föreligger någon krypväg mellan de elektriska systemen på PCB-kortet. Med andra ord kan testproceduren för isolation vid tillverkning av PCB-kortet elimineras. I allmänhet innebär detta att transformatorn utsätts för spänningstest endast två gånger, och inte tre gånger som enligt teknikens ståndpunkt. Detta är en tydlig fördel med uppfinningen.Finally, the entire system is tested when the PCB arrangement has been mounted in a voltage test, however, the transformer's larger system deteriorates. Each 10 15 20 25 30 516 405 7 insulation barrier. According to the invention, it is no longer necessary to test the insulation properties of the PCB board because there is no creep path between the electrical systems on the PCB board. In other words, the test procedure for insulation in the manufacture of the PCB board can be eliminated. In general, this means that the transformer is subjected to voltage tests only twice, and not three times as per the prior art. This is a clear advantage of the invention.

För att förbättra krypegenskaperna för isolationstransfonnatom 10 förses transformatorn företrädesvis med utskjutande delar såsom fenor eller ribbor 13A, l3B som löper längs sidorna och botten av transformatorhöljet. Såsom illustreras i Fig. 2 så sträcker sig fenorna 13A-B genom öppningen mellan PCB-delarna 21, 22 in på PCB-kortets lödningssida. Den konventionella lödningstekriiken för PCB-kort gör det möjligt för transformatorfenoma 13A-B att nedsänkas upp till 3,5 mm i lödningsbadet. Detta förlänger avståndet mellan primärsidan och sekundärsidan på transformatom längs ytan av transformatorhöljet avsevärt. Man kan se att det kortaste avståndet, d.v.s. krypavståndet, längs ytan av transformatorhöljet bestäms av placeringen av transformatorstïiften 11A och 11B. Eftersom fenorna 13A-B sträcker sig in på lödningssidan av PCB-kortet så kommer även luftavståndet att öka. I Fig. 2 anges krypavståndet genom en streckad linje, och luftavståndet anges genom den med pilar försedda linjen. Som man kan se från Fig. 2 så blir nu luftavståndet transformatorer så år vanligtvis krypavståndet kritiskt. den kritiska parametern. Med traditionella isolations- Elektriskt sett kan transformatorn 10 utformas som vilken lämplig konventionell transformator av kretskortstyp som helst.To improve the creep properties of the isolation transformer 10, the transformer is preferably provided with protruding parts such as fins or ribs 13A, 13B which run along the sides and bottom of the transformer housing. As illustrated in Fig. 2, the fins 13A-B extend through the opening between the PCB parts 21, 22 on the soldering side of the PCB board. The conventional soldering technique for PCBs allows the transformer phenomena 13A-B to be immersed up to 3.5 mm in the soldering bath. This extends the distance between the primary side and the secondary side of the transformer along the surface of the transformer housing considerably. One can see that the shortest distance, i.e. the creep distance, along the surface of the transformer housing, is determined by the location of the transformer pins 11A and 11B. As the fins 13A-B extend into the solder side of the PCB board, the air distance will also increase. In Fig. 2, the creep distance is indicated by a dashed line, and the air distance is indicated by the arrowed line. As can be seen from Fig. 2, now the air distance transformers become so the creep distance is usually critical. the critical parameter. With traditional isolation- Electrically, the transformer 10 can be designed as any suitable conventional circuit board type transformer.

Fig. 3A-B år perspektivvyer av ett hölje för en isolationstransformator enligt uppfinningen. Transformatorhöljet har en huvudkropp 15, ett antal fenor 13 anordnade längs höljets kropp, transformatorstift ll och hål 17 för ﬁxeringsskruvar (inte visade). Företrådesvis sträcker sig fenorna 13 10 15 20 25 30 5161405 8 fortlöpande längs minst tre av transformatorhöljets sidor - längs en första sidovägg, längs botten och längs enaandra sidovägg belägen mitt emot den första sidoväggen.Figs. 3A-B are perspective views of a housing for an isolation transformer according to the invention. The transformer housing has a main body 15, a number of fins 13 arranged along the body of the housing, transformer pins 11 and holes 17 for mounting screws (not shown). Preferably, the fins 13 extend continuously along at least three of the sides of the transformer housing - along a first side wall, along the bottom and along a second side wall located opposite the first side wall.

Sidoväggarna som sträcker sig från primärsidan till sekundärsidan av transformatorn är normalt förstärkta för att kunna bära upp det tryckta kretskortets vikt och transformatorns vikt.The side walls extending from the primary side to the secondary side of the transformer are normally reinforced to support the weight of the printed circuit board and the weight of the transformer.

Fig. 4A-C är schematiska diagram som illustrera ett förfarande för tillverkning av ett kretskortsarrangemang enligt uppfinningen. Fig. 4A illustrerar ett tryckt kretskort (PCB) av standardtyp försett med tre bxytkortsdelar 23, 24, 25 mellan två huvuddelar 21, 22. Brytkortsdelen 25 avlägsnas för att definiera en central PCB-kortet för Transformatorn 10 placeras inriktad med den centrala öppningen såsom illustreras i Fig. 4B. Brytkortsdelarna 23, 24 bibehålls på plats och är aktiva vid hophållandet av de två huvuddelarna 21, 22 under montering av öppning i mottagning av transformatorn. transformatorn 10 och andra komponenter. Företrädesvis fästs transformatorn på PCB-kortet genom konventionella fixeringsslfmlvar, och löds därefter fast på PCB-kortet. Efter montering avlägsnas brytkortsdelarna 23, 24 för att separera de två huvuddelarna 21, 22 såsom illustreras i Fig. 4C. Transformatorn 10 förbinder de två separata PCB-delarna 21, 22. Således bestämmer transformatorns 10 isolationsmaterial det minsta erfordrade krypavståndet.Figs. 4A-C are schematic diagrams illustrating a method of manufacturing a circuit board arrangement according to the invention. Fig. 4A illustrates a standard printed circuit board (PCB) provided with three circuit board portions 23, 24, 25 between two main portions 21, 22. The circuit board portion 25 is removed to define a central PCB board for the Transformer 10 placed aligned with the central opening as illustrated. in Fig. 4B. The circuit board parts 23, 24 are maintained in place and are active in holding the two main parts 21, 22 during mounting of the opening in reception of the transformer. transformer 10 and other components. Preferably, the transformer is attached to the PCB board by conventional fixing devices, and then soldered to the PCB board. After mounting, the circuit board parts 23, 24 are removed to separate the two main parts 21, 22 as illustrated in Fig. 4C. The transformer 10 connects the two separate PCB parts 21, 22. Thus, the insulation material of the transformer 10 determines the minimum required creep distance.

Altemativt utförs den centrala öppningen i PCB-kortet genom borrning eller stansning. Naturligtvis är det också möjligt att separera de två huvuddelarna genom andra tekniker än brytkortstekniken. För tillverkning på en automatiserad lödningslinje så är brytkortstekniken att föredra.Alternatively, the central opening in the PCB is made by drilling or punching. Of course, it is also possible to separate the two main parts by techniques other than the circuit board technique. For manufacturing on an automated soldering line, the circuit board technology is preferred.

Brytkortsdelen 25 avlägsnas normalt efter lödning, som vanligtvis utförs med infraröd eller liknande lödningsteknik, av PCB-kortets primärsida, innan monteringen av transformatorn. På samma sätt avlägsnas företrädesvis brytkortsdelarria 23, 24 efter lödning av PCB-kortets sekundärsida. 10 15 20 25 30 516 405 9 Fig. 5 är en schematisk vy, från lödningssidan, av ett kretskortsarrangemang enligt uppﬁnningen. Arrangemanget innefattar i huvudsak två huvudsakliga PCB-delar 21, 22 som är mekaniskt förbundna genom en isolations- transformator. Transforrnatom fästs vid PCB-delarna genom ﬁxeringssknivar 30. Transforrnatorstiften 1 1 löds hälmonterade på PCB-kortet och sträcker sig ut en bit (exempelvis 1-2 mm) från PCB-kortet för att medge tillräcklig exponering för lödningen. Brytkortsdelama 23, 24 avlägsnas efter lödningen.The circuit board part 25 is normally removed after soldering, which is usually performed by infrared or similar soldering technique, of the primary side of the PCB board, before mounting the transformer. In the same way, the circuit board dividers 23, 24 are preferably removed after soldering the secondary side of the PCB board. Fig. 5 is a schematic view, from the soldering side, of a circuit board arrangement according to the invention. The arrangement essentially comprises two main PCB parts 21, 22 which are mechanically connected by an isolation transformer. The transformer atom is attached to the PCB parts by mounting blades 30. The 1 1 solder pins are soldered to the PCB board and extend a distance (eg 1-2 mm) from the PCB board to allow sufficient exposure to the solder. The circuit board parts 23, 24 are removed after soldering.

Fig. 5 illustrerar hur fenorna 13 på transformatorhöljet sträcker sig längs den linje som delar PCB-delarna 21, 22.Fig. 5 illustrates how the fins 13 on the transformer housing extend along the line dividing the PCB parts 21, 22.

För en bättre förståelse av uppfinningen kommer nu ett exempel på en mer detaljerad implementering av ett kretskortsarrangemang att beskrivas med hänvisning till en särskild tillämpning.For a better understanding of the invention, an example of a more detailed implementation of a circuit board arrangement will now be described with reference to a particular application.

Statiska omvandlare för motorhastighetsstyrning använder normalt krafthalvledare för att styra motorströmmen. Krafthalvledarna styrs av kretskortsbaserad elektronik som kallas gate-driv-enheter (GDU). GDU- enheterna drivs ofta från ett lågspänningssystem genom en liten transformator som måste tillhandahålla tillräcklig isolation mellan lågspänningssystemet och omvandlarens kraftkrets. När IGBT-transistorer (Insulated Gate Bipolar Transistors) används som krafthalvledare för motoromvandlare så kommer den nödvändiga matningseffekten för GDU-enheten att ligga under 10 W.Static transducers for motor speed control normally use power semiconductors to control the motor current. The power semiconductors are controlled by circuit board-based electronics called gate drives (GDUs). The GDU units are often driven from a low voltage system by a small transformer which must provide sufficient insulation between the low voltage system and the power circuit of the converter. When Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT) transistors are used as power semiconductors for motor converters, the required supply power for the GDU unit will be below 10 W.

Detta betyder att transforrnatorn kan monteras direkt på det tryckta kretskortet. Anta att en transformator med en effekt på 10 W ska användas mellan ett lågspärinings- och ett högspänningssystem. Enligt standarder är det då nödvändigt att tillhandahålla en förstärkt isolation mellan transformatorns primärsida och sekundärsida.This means that the transformer can be mounted directly on the printed circuit board. Assume that a transformer with a power of 10 W is to be used between a low-voltage and a high-voltage system. According to standards, it is then necessary to provide reinforced insulation between the primary side and the secondary side of the transformer.

Tabell I nedan sammanfattar kraven för två olika högspänningssystem, ett med en isolationsmårkspänning på 1800 V och ett annat med en isolationsmärkspänning på 4200 V. 10 15 516 405 10 Tabell I 1800V system 4200V system Isolationsmärkspänning (UNm) 1800 V 4200 V Impulsmärkspänning (UNi) 16 kV 28.8 kV Luftavstånd (Cl) 19.3 mm 38 mm enligt prEN5O 124-1 : 1998 Krypavstånd (Cr) Transformator- 25.6 mm 59.6 mm kropp Materialgrupp II, 400 s CTI s 600 Föroreningsgrad PD2 enligt prEN5O 124- 1: 1998 Krypavstånd (Cr) Transformator- 18 mm 42 mm kropp Materialgrupp I, CTI > 600 Föroreningsgrad PD2 enligt prEN50124- 1: 1998 Kxypavstånd (Cr) PCB-kort 36 mm 84 mm Som man kan se från Tabell I bestäms krypavståndet för en konventionell isolationstransforrnator som år monterad på ett PCB-kort på det sätt som illustreras i Fig. l av PCB-kortets material och måste vara minst 36 mm för ett system om 1800V. För en isolationstransforrnator enligt uppfinningen är det minsta erfordrade krypavståndet för ett system om 1800 V lika med 18 mm eller 25,6 mm beroende på transforrnatorhöljets materialgrupp. Om transformatoms material väljs från Grupp II är det minsta erfordrade krypavståndet för ett system om 1800 V lika med 25,6 mm. Luftavståndet är 19,3 mm. Genom att förse transforrnatorhöljet med fenor såsom de som illustreras i Fig. 2 så kan luftavståndet om 19,3 mm bli den kritiska parametern. Således är ett avstånd om cirka 20 mm mellan transformatoms primärsida och sekundärsida tillräckligt, varvid kravet på luftavståndet precis 10 15 20 25 516 405 ll uppfylls. Detta är en väsentlig förbättring jämfört med det motsvarande avståndet på 36 mm för ett konventionellt arrangemang.Table I below summarizes the requirements for two different high voltage systems, one with an isolation rated voltage of 1800 V and another with an isolation rated voltage of 4200 V. 10 15 516 405 10 Table I 1800V system 4200V system Insulation rated voltage (UNm) 1800 V 4200 V Impulse rated voltage (UNi) 16 kV 28.8 kV Air distance (Cl) 19.3 mm 38 mm according to prEN5O 124-1: 1998 Creep distance (Cr) Transformer- 25.6 mm 59.6 mm body Material group II, 400 s CTI s 600 Pollution degree PD2 according to prEN5O 124- 1: 1998 Creep distance (Cr ) Transformer - 18 mm 42 mm body Material group I, CTI> 600 Degree of contamination PD2 according to prEN50124- 1: 1998 Creep distance (Cr) PCB board 36 mm 84 mm As can be seen from Table I, the creep distance is determined for a conventional insulation transformer mounted on a PCB board in the manner illustrated in Fig. 1 of the material of the PCB board and must be at least 36 mm for a 1800V system. For an isolation transformer according to the invention, the minimum required creep distance for a 1800 V system is equal to 18 mm or 25.6 mm depending on the material group of the transformer housing. If the material of the transformer is selected from Group II, the minimum required creep distance for a 1800 V system is equal to 25.6 mm. The air distance is 19.3 mm. By providing the transformer housing with fins such as those illustrated in Fig. 2, the air distance of 19.3 mm can become the critical parameter. Thus, a distance of about 20 mm between the primary side and the secondary side of the transformer is sufficient, whereby the requirement for the air distance is met exactly 516 405 ll. This is a significant improvement over the corresponding distance of 36 mm for a conventional arrangement.

När en högre isolationsspänning, såsom 4200 V, erfordras så kan luftavståndet ökas genom användande av ytlödda transformatorstift såsom illustreras i Fig. 6A-B. Fig. 6A-B är schematiska diagram över ett kretskortsarrangemang enligt en andra föredragen ulföringsfonn av uppfinningen. Arrangemanget enligt Fig. 6A-B liknar det enligt Fig. 2, förutom vad avser transformatorstiften 41A, 41B som nu är ytlödda på PCB-delarna 21, 22. Som tidigare är transformatorn 440 försedd med ett antal fenor 43A-C för att förbättra transformatorns krypegenskaper. Krypavståndet anges genom den streckade linjen i Fig. 6A, medan luftavståndet anges genom den streckade linjen i Fig. 6B.When a higher isolation voltage, such as 4200 V, is required, the air distance can be increased by using surface-soldered transformer pins as illustrated in Figs. 6A-B. Figs. 6A-B are schematic diagrams of a circuit board arrangement according to a second preferred embodiment of the invention. The arrangement according to Fig. 6A-B is similar to that of Fig. 2, except for the transformer pins 41A, 41B which are now soldered to the PCB parts 21, 22. As before, the transformer 440 is provided with a number of fins 43A-C to improve the creep properties. The creep distance is indicated by the dashed line in Fig. 6A, while the air distance is indicated by the dashed line in Fig. 6B.

Det bör dock noteras att om transformatorn monteras tätt mot PCB-kortet så är inte luftvägen som anges i Fig. 6B giltig. Istället kommer luftvägen att löpa längs sidan av transforrnatom och ge ett ännu längre luftavstånd.It should be noted, however, that if the transformer is mounted tightly against the PCB board, the airway indicated in Fig. 6B is not valid. Instead, the airway will run along the side of the transformer atom and provide an even longer air distance.

De utföringsformer som beskrivits ovan ges enbart som exempel och det bör förstås att uppfinningen inte år begränsad till dessa. Exempelvis kan en transformatorkonstruktör behöva anpassa transformatom efter verktyg för formsprutning av höljet samt transformatorns tíllverkningsbarhet. Ytterligare modifikationer, ändringar och förbättringar som innehåller de grundläggande, underliggande principer som visas och för vilka patentskydd yrkas ligger inom ramen för uppfinningen.The embodiments described above are given by way of example only and it should be understood that the invention is not limited thereto. For example, a transformer designer may need to adapt the transformer to tools for injection molding of the housing and the manufacturability of the transformer. Further modifications, alterations and improvements which contain the basic, underlying principles which are shown and for which patent protection is claimed are within the scope of the invention.

Claims

10 15 20 25 30 516 405 12 NEW PATENT CLAIMS

A method of obtaining an insulation barrier on a printed circuit board (PCB) by an isolation transformer (10; 40), characterized in that the method comprises the steps of: dividing the PCB card into separate parts (2 1; 22); and mechanically holding the parts (21; 22) together through the isolation transformer (10; 40).

A method for obtaining an insulation barrier according to claim 1, characterized in that the PCB board is divided into separate parts after mounting the insulation transformer (10; 40) on the PCB board.

A method of obtaining an insulation barrier according to claim 1, characterized in that it further comprises the step of selecting as insulation material for the insulation transponder (10; 40) a material having a CTI index which is higher than the GTI value of the PCB the card.

A method for obtaining an insulating battery according to claim 1, characterized in that it further comprises the step of forming the housing of the transformer with projecting parts (13; 43).

A method for obtaining an insulating battery according to claim 4, characterized in that the projecting parts (13; 43) are designed so that the distance between a primary side and a secondary side of the transformer (10; 40) along the surface of the transformer housing is extended in at least one direction .

A method for obtaining an insulation barrier according to claim 4 or 5, characterized in that the projecting parts (13; 43) are designed as fins or ribs of the transformer housing. extending continuously along at least three sides of 10 15 20 25 30 516 405 13

A circuit board arrangement having an isolation transformer (10; 40), characterized in that the circuit board arrangement comprises separate printed circuit board parts (21, 22), and the isolation transformer (10; 40) acts as a support structure for mechanically connecting the separate circuit boards (21; 22) at the same time as it acts as an insulation barrier between the circuit board parts.

A circuit board arrangement according to claim 7, characterized in that the separate circuit board parts come from a printed circuit board divided into these separate circuit board parts.

A circuit board arrangement according to claim 7, characterized in that the isolation transformer (10; 40) isolation material with a CTI index which is higher than the GTI value of the circuit board parts. exhibits one

A circuit board arrangement according to claim 7, characterized in that a primary side of the transformer (10; 40) is mounted on a first of the separate parts and a secondary side of the transformer is mounted on a second of the separate parts.

A circuit board arrangement according to claim 7, characterized in that the isolation transformer (10; 40) has a housing formed with projecting parts (13; 43).

A circuit board arrangement according to claim 11, characterized in that the projecting parts (13; 43) are designed so that the distance between a primary side and a secondary side of the transformer (10; 40) along the surface of the transformer housing is extended in at least one direction.

A circuit board arrangement according to claim 11 or 12, characterized in that the projecting parts (13; 43) comprise fins or ribs extending substantially in the direction of the line separating the circuit board parts (21, 22). along a first side of the housing, along the bottom of the housing and along a second side located opposite the first side.

A circuit board arrangement according to claim 7, characterized in that the isolation transformer (40) is soldered to the circuit board parts.

A method of manufacturing a circuit board arrangement comprising the step of providing an isolation transformer (10; 40) as an isolation barrier between a first portion (21) and a second portion (22) of a printed circuit board (PCB), characterized in that the method the steps include: forming an opening in the PCB; forming circuit board portions (23, 24) in the PCB board on each side of the opening, each of the circuit board portions extending from the opening to a respective edge of the PCB board; placing the isolation transformer (10; 40) aligned with the opening; mounting the transformer on the PCB board on the first part (21) as well as on the second part (22) of the PCB board, the van / id mounting at least comprises soldering the transformer on the PCB board; removing the circuit board portions (23, 24) of the PCB board to separate the first portion (21) and the second portion (22) of the PCB board, whereby the isolation transformer (10; 40) acts as a support structure mechanically connecting the first the part (21) and the second part (22) of the PCB board, and the insulation material of the transformer (10; 40) determines the minimum required creep distance for the insulation barrier.

A method of manufacturing a PCB arrangement according to claim 15, characterized in that the step of removing the circuit board parts (23, 24) is performed after the assembly step. 10 15 20 25 516 405 15

A method of manufacturing a PCB arrangement according to claim 15, characterized in that it further comprises the step of selecting as insulation material for the transformer (10; 40) a material having a CTI index which is higher than the CTI value for PCB card material.

A method of manufacturing a PCB arrangement according to claim 15, characterized in that it further comprises the step of forming the housing of the transformer (10; 40) with projecting parts (13; 43).

A method of manufacturing a PCB arrangement according to claim 18, characterized in that the projecting parts (13; 43) are designed so that the distance between a primary side and a secondary side of the transformer along the surface of the transformer housing is extended in at least one direction.

A method of manufacturing a PCB arrangement according to claim 18 or 19, characterized in that the projecting parts (13; 43) are designed as fins or ribs extending substantially in the direction of the line dividing the PCB parts, and extending through the opening.

A method of manufacturing a PCB arrangement according to claim 15, characterized in that the transformer (40) is soldered to the PCB board.

A method of manufacturing a PCB arrangement according to claim 15, characterized in that the opening is formed by forming a circuit board part (25) in the PCB board, and then removing this circuit board part (25) from the PCB board.