WO2017220255A1 - Transformatorvorrichtung und verfahren zum herstellen derselben - Google Patents

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    • H01F2027/2814—Printed windings with only part of the coil or of the winding in the printed circuit board, e.g. the remaining coil or winding sections can be made of wires or sheets

Definitions

  • the present invention relates to a transformer device, to a method for manufacturing a transformer device, to a corresponding device and to a corresponding computer program product.
  • Galvanic isolation transformers can be made, for example, with copper wire windings on the primary side and on the secondary side around a ferrite core.
  • Another possibility for this purpose may be, for example, planar transformers whose windings can be realized within a printed circuit board.
  • the present invention provides an improved transformer device, an improved method of manufacturing a transformer device, an improved device, and an improved computer program product according to the main claims.
  • Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the description below.
  • a combination of a press-in element with a primary winding and a printed circuit board-based planar transformer with a secondary winding can be provided and thus a hybrid or hybrid planar transformer can be realized.
  • advantages of conventionally wound transformers can be combined with advantages of planar transformers.
  • primary winding and secondary winding can be arranged in structurally separate units coupled to one another, of which only at least one can be designed as a printed circuit board.
  • a complexity of a printed circuit board assembly can be compared compared to a completely executed in planar design transformer can be reduced. Furthermore, for example, by eliminating the primary winding within the printed circuit board, inter alia, buried by contacting, so-called buried vias, omitted within the circuit board and thus a structure of the printed circuit board. be simplified.
  • air gaps and creepage distances in particular can be realized by the insert made of, for example, plastic and need not be considered within the circuit board.
  • a degree of copper filling of a winding window available in the transformer core can also be increased.
  • a heat dissipation or heat dissipation can be improved, manufacturing can be simplified, air and creepage distances can be realized in a simplified manner, electrical contacting can also be realized differently than through screw connections or solder joints , can also be simplified in high current applications a construction and connection technology and can be reduced leakage inductance.
  • a transformer device is presented, wherein the transformer device has a transformer core, at least one primary winding and at least one secondary winding, wherein the transformer device has an insert part, in which the at least one primary winding is arranged, and a printed circuit board, in which the at least one secondary winding is arranged, wherein the insert, the circuit board and the transformer core are coupled or coupled together.
  • the transformer device may be implemented as a transformer device with galvanic isolation.
  • the transformer core can be used as a ferrite core or Iron core be executed.
  • the insert may be mechanically or optionally additionally electrically coupled or coupled to the printed circuit board.
  • the insert part may comprise at least one stranded wire and an electrically insulating material.
  • the at least one strand can be embedded in the electrically insulating material.
  • the electrically insulating material may comprise a plastic material.
  • the at least one strand can be a high-frequency strand.
  • the insert may comprise a further printed circuit board, in which the at least one primary winding may be arranged.
  • the insert part can also be realized in the form of a further or additional printed circuit board as an insert part. A number of layers of the two circuit boards can also be reduced by this embodiment.
  • the insert may have at least one press-in element for pressing into the printed circuit board for coupling the insert to the printed circuit board.
  • the at least one press-in element can be formed, for example, from a metallic material.
  • the insert may have a plurality of press-in elements.
  • two press-in elements of the plurality of press-fit elements can be formed as electrical connections for the primary winding.
  • two press-in elements can be electrically connected to the primary winding and be contacted by pressing into the circuit board electrically.
  • the circuit board may have a plurality of layers.
  • the at least one secondary winding can be formed as at least one layer of the printed circuit board.
  • the printed circuit board can be designed, for example, in particular four-layered with optional intermediate layers. Such an embodiment has the advantage that the at least one secondary winding can be realized in a space-saving manner.
  • the printed circuit board can have at least one plated-through hole.
  • the at least one via can extend through all the layers of the printed circuit board.
  • the transformer device may have at least one heat sink for dissipating heat from the circuit board and additionally or alternatively from the insert part.
  • the circuit board between the at least one heat sink and the insert can be arranged or arranged.
  • the transformer device may also have a heat conducting layer for dissipating heat from the printed circuit board to the at least one heat sink.
  • the heat conducting layer between the circuit board and the at least one heat sink can be arranged or arranged.
  • the heat conducting layer can be embodied as a heat conducting foil in both ways. Such an embodiment offers the advantage that a dissipation of the heat and a heat transfer can be further improved.
  • a method for manufacturing a transformer device comprising a step of forming an insert in which at least a primary winding of the transformer device is arranged, a step of constructing a printed circuit board, in which at least one secondary winding of the transformer device is arranged, and a step of copying the insert, the printed circuit board and a transformer core together.
  • an embodiment of the above-mentioned transformer device can be advantageously produced.
  • the molding step and the building step may be performed in parallel or at least partially sequentially in any order.
  • partial assembly may be performed on the transformer core.
  • At least one strand in the forming step, can be embedded in an electrically insulating material.
  • the electrically insulating material may be a plastic material.
  • a further printed circuit board with the at least one secondary winding can be constructed.
  • the other circuit board can be multi-layered.
  • the at least one secondary winding can be formed as at least one layer of the further printed circuit board.
  • the device may be an electrical device that processes electrical signals, for example sensor signals, and outputs control signals in response thereto.
  • the device may have one or more suitable interfaces, which may be formed in hardware and / or software.
  • the interfaces can be part of an integrated circuit in which functions of the device are implemented.
  • the interfaces may also be their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • a computer program product with program code which can be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above if the program is installed on a computer or a device is also of advantage is performed.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a planar transformer
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of a transformer device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of a partial section of the transformer device from FIG. 2; FIG.
  • Fig. 4 is a schematic sectional view of the insert of the transformer device of Fig. 2;
  • Fig. 5 is a schematic sectional view of the printed circuit board of the transformer device of Fig. 2;
  • Fig. 6 is a schematic representation of the printed circuit board of the transformer device of Fig. 2;
  • Fig. 7 is a schematic representation of the insert of the transformer device of Fig. 2;
  • Fig. 8 is a flowchart of a method of manufacturing according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 9 is a schematic representation of a device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a planar transformer 100.
  • FIG. 1 shows a merely exemplary 8-layer printed circuit board construction of a planar transformer 100.
  • the primary winding and secondary winding of the planar transformer 100 are arranged in a single printed circuit board.
  • the second layer 102, the third layer 103, the sixth layer 106 and the seventh layer 107 are used for the primary winding
  • the first layer 101, the fourth layer 104, the fifth layer 105 and the eighth layer 108 used for the secondary winding become.
  • the printed circuit board construction of the printed circuit board furthermore has, by way of example only, a through-connection 130 and only two buried through-contacts 140 or so-called buried vias, by way of example.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a transformer device 200 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the transformer Device 200 has a transformer core 210, which is formed, for example, from ferrite. Furthermore, the transformer device 200 has an insert 220, in which at least one primary winding of the transformer device 200 is arranged or formed.
  • the transformer device 200 also has a printed circuit board 230, in which at least one secondary winding of the transformer device 200 is arranged or formed.
  • the insert 220, the circuit board 230 and the transformer core 210 are mechanically coupled together.
  • the insert 220 and the printed circuit board 230 are at least partially disposed in the transformer core 210.
  • the insert 220 and the printed circuit board 230 represent separate, mutually coupled assemblies or elements.
  • the at least one primary winding and the at least one secondary winding are arranged in separate elements.
  • the at least one primary winding is realized by means of the insert 220, wherein the at least one secondary winding is realized by means of the printed circuit board 230.
  • the insert 220 and the circuit board 230 will be discussed in more detail below with reference to the following figures.
  • the insert 220 has a plurality of press-fit elements 225, of which only two press-in elements 225 are explicitly shown, for reasons of the illustration.
  • the press-fit elements 225 are formed to be pressed into the circuit board 230 to couple the insert 220 to the circuit board 230.
  • the press-in elements 225 are pressed into the circuit board 230.
  • the transformer device 200 illustratively has a heat sink 240 for dissipating heat from the circuit board 230 and / or the insert 220.
  • the printed circuit board 230 is arranged between the heat sink 240 and the insert 220.
  • the heat sink 240 is thermally coupled at least to the circuit board 230.
  • the transformer device 200 in this case has a heat conducting layer 250 for dissipating heat from the printed circuit board 230 to the heat sink 240.
  • the heat conducting layer 250 is between the printed circuit board 230 and arranged the heat sink 240.
  • the heat conducting layer 250 is designed, for example, as a heat conducting foil.
  • the heat sink 240 is thermally coupled via the heat conducting layer 250 at least to the printed circuit board 230.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a partial section of the transformer device from FIG. 2.
  • the transformer core 210, the insert 220 and the printed circuit board 230 are shown in the transformer device.
  • the primary winding of the transformer device is arranged in the insert 220.
  • the secondary winding of the transformer device is arranged in the printed circuit board 230.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of the insert 220 of the transformer device from FIG. 2.
  • the primary winding 460 is explicitly shown.
  • the primary winding 460 is realized by means of at least one strand 422 or high-frequency strand 422, which is embedded in an electrically insulating material 424 as encapsulation for electrical insulation.
  • the electrically insulating material 424 is, for example, a plastic material.
  • the insert 220 has the strand 422 and the high-frequency strand 422 and the electrically insulating material 424, respectively.
  • the primary winding 460 is formed by means of the strand 422 or high-frequency strand 422.
  • the insert 220 may have another circuit board relationship manner be realized as a further circuit board in which the primary winding is arranged.
  • the printed circuit board 230 has an exemplary 4-layer printed circuit board construction of a planar transformer with secondary winding and without a primary winding.
  • the circuit board 230 has a plurality of layers 531, 532, 533, 534, 535, and 536.
  • the at least one secondary winding of the transformer device is formed as at least one layer 531, 532, 533 and / or 534 of the printed circuit board.
  • the printed circuit board 230 also has, for example, only one through-connection 537.
  • the through-connection 537 extends through all layers 531, 532, 533, 534, 535 and 536 of the printed circuit board 230.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of the printed circuit board 230 of the transformer device from FIG. 2.
  • the printed circuit board 230 is shown in a schematic plan view or partially transparent top view.
  • FIG. 6 explicitly shows a secondary winding 670 in the printed circuit board 230.
  • the secondary winding 670 is formed or realized as at least one layer or in at least one layer of the printed circuit board 230.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the insert 220 of the transformer device of FIG. 2.
  • the insert 220 is shown in a schematic plan view or partially transparent plan view.
  • a plurality of press-fit elements 225 and 725, the strand 422 and high-frequency strand 422, the electrically insulating material 424 and the primary winding 460 are shown in FIG.
  • the primary winding 460 is realized in the insert 220 by means of the high-frequency strand 422.
  • the high-frequency strand 422 is wound several times here.
  • the high-frequency strand 422 is embedded or cast in the electrically insulating material 424.
  • the insert 220 has the plurality of press-fit elements 225 and 725. More specifically, the insert 220 has, by way of example only, four press-fit elements 225 and 725. Of these, merely by way of example, two press-in elements 225 for fastening the insert 220 or pressing the insert 220 into the clamping formed terplatte the transformer device.
  • two other press-fit elements 725 of the plurality of press-fit elements 225 and 725 are formed as electrical connections for the primary winding 460 and for fastening the insert 220 or press-fitting the insert 220 into the printed circuit board of the transformer device.
  • the press-fit 725 serve both an electrical contact of the primary winding 460 and a mechanical fixation of the insert 220. In other words, thus electrical connections for the primary winding 460 or primary winding 460 are connected or combined with two press-in elements 725.
  • FIG. 8 shows a flowchart of a method 800 for the production method 800 according to an embodiment of the present invention.
  • the manufacturing method 800 is executable to manufacture a transformer device. More specifically, the manufacturing method 800 is executable to manufacture the transformer device of FIG. 2 or a similar transformer device.
  • the manufacturing method 800 comprises a step 810 of forming an insert, in which at least one primary winding of the transformer device is arranged. Also, the manufacturing method 800 comprises a step 820 of constructing a printed circuit board in which at least one secondary winding of the transformer device is arranged. Further, the manufacturing method 800 includes a step 830 of interfitting the insert, the circuit board, and a transformer core.
  • the step 810 of the forming and the step 820 of the construction can be carried out in any order and additionally or alternatively at least partially in parallel.
  • step 810 of the molding at least one strand is embedded in an electrically insulating material.
  • 9 shows a schematic representation of a device 900 according to an embodiment of the present invention.
  • the device 900 is designed as a control unit.
  • the device 900 is configured to effect production of a transformer device. More specifically, device 900 is configured to effect manufacture of the transformer device of FIG. 2 or similar transformer device.
  • the device 900 is signal transmitting capable connected to a manufacturing system 950.
  • the manufacturing system 950 includes, by way of example only, a first machine 960, a second machine 970, and a third machine 980.
  • the device 900 has a molding device 910, which is designed to control the first machine 960 for forming an insert, in which at least one primary winding of the transformer device is arranged.
  • the device 900 also has a build-up device 920, which is designed to control the second machine 970 for constructing a printed circuit board, in which at least one secondary winding of the transformer device is arranged.
  • the device 900 has a coupling device 930, which is designed to control the third machine 970 for coupling the insert, the printed circuit board and a transformer core together.
  • an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature
  • this can be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment, either only the first Feature or only the second feature.

Abstract

Eine Transformatorvorrichtung (200) weist einen Transformatorkern (210), zumindest eine Primärwicklung und zumindest eine Sekundärwicklung auf. Die Transformatorvorrichtung (200) weist auch ein Einlegeteil (220), in dem die zumindest eine Primärwicklung angeordnet ist, und eine Leiterplatte (230) auf, in der die zumindest eine Sekundärwicklung angeordnet ist. Dabei sind das Einlegeteil (220), die Leiterplatte (230) und der Transformatorkern (210) miteinander koppelbar oder gekoppelt.

Description

Transformatorvorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Transformatorvorrichtung, auf ein Verfahren zum Herstellen einer Transformatorvorrichtung, auf eine entsprechende Vorrichtung sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
Transformatoren mit galvanischer Trennung können beispielsweise mit Kupferdrahtwicklungen auf Primär- und auf Sekundärseite um einen Ferritkern hergestellt sein. Eine weitere Möglichkeit hierfür können beispielsweise Planartransformatoren sein, deren Wicklungen innerhalb einer Leiterplatte realisiert sein können.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Transformatorvorrichtung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Transformatorvorrichtung, eine verbesserte Vorrichtung sowie ein verbessertes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann insbesondere eine Kombination aus einem Einpresselement mit Primärwicklung und einem leiterplattenbasierten Planartransformator mit Sekundärwicklung bereitgestellt und somit ein Hyb- rid-Transformator bzw. Hybrid-Planartransformator realisiert werden. Hierbei können beispielsweise Vorteile von konventionell gewickelten Transformatoren mit Vorteilen von Planartransformatoren kombiniert werden. Es können dabei insbesondere Primärwicklung und Sekundärwicklung in baulich getrennten und miteinander gekoppelt waren Einheiten angeordnet sein von denen lediglich zumindest eine als Leiterplatte ausgeführt sein kann.
Vorteilhafterweise kann gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung insbesondere durch die Kombination eine Komplexität eines Leiterplattenaufbaus verglichen mit einem komplett in Planarbauweise ausgeführten Transformator reduziert werden. Ferner kann beispielsweise durch Entfall der Primärwindung innerhalb der Leiterplatte unter anderem auf vergrabene durch Kontaktierung, sogenannte Buried Vias, innerhalb der Leiterplatte verzichtet und somit ein Aufbau der Leiterplatte ver- einfacht werden. Zudem können insbesondere auch Luft- und Kriechstrecken durch das Einlegeteil aus beispielsweise Kunststoff realisiert und brauchen nicht innerhalb der Leiterplatte betrachtet zu werden. Insbesondere kann abhängig von einem Windungszahlverhältnis auch eine Reduzierung einer Leiterplattenlagenanzahl bzw. Lagenanzahl in der Leiterplatte erreicht werden, beispielsweise um mindestens 2 oder 4 Lagen, je nach Windungszahlverhältnis von lediglich beispielhaft 5:1 :1 oder 16:1 :1. Es kann insbesondere auch ein Kupferfüllgrad eines im Transformatorkern zur Verfügung stehenden Wickelfensters erhöht werden.
Im Vergleich zu herkömmlich gewickelten Transformatoren kann beispielsweise unter anderem eine Entwärmung bzw. Wärmeabfuhr verbessert werden, kann eine Fertigung vereinfacht werden, können Luft- und Kriechstrecken auf vereinfachte Weise realisiert werden, kann eine elektrische Kontaktierung auch anders als durch Ver- schraubungen oder Lötstellen realisiert werden, kann auch bei Hochstromanwendungen eine Aufbau- und Verbindungstechnik vereinfacht werden und kann eine Streuinduktivität reduziert werden.
Verglichen mit in einer einzigen Leiterplatte aufgebauten Planartransformatoren kann insbesondere eine Lagenanzahl der Leiterplatte zur Ausnutzung des Wickelfensters verringert werden. Zudem brauchen beispielsweise Primärwicklungen, auf denen Hochvoltpotential Anliegen kann, lediglich verringerte Anforderungen an Luft- und Kriechstrecken bzw. Isolationsabstände erfüllen.
Es wird eine Transformatorvorrichtung vorgestellt, wobei die Transformatorvorrichtung einen Transformatorkern, zumindest eine Primärwicklung und zumindest eine Sekundärwicklung aufweist, wobei die Transformatorvorrichtung ein Einlegeteil, in dem die zumindest eine Primärwicklung angeordnet ist, und eine Leiterplatte aufweist, in der die zumindest eine Sekundärwicklung angeordnet ist, wobei das Einlegeteil, die Leiterplatte und der Transformatorkern miteinander koppelbar oder gekoppelt sind.
Die Transformatorvorrichtung kann als eine Transformatorvorrichtung mit galvanischer Trennung ausgeführt sein. Der Transformatorkern kann als ein Ferritkern oder Eisenkern ausgeführt sein. Das Einlegeteil kann mit der Leiterplatte mechanisch und optional zusätzlich elektrisch koppelbar oder gekoppelt sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Einlegeteil zumindest eine Litze und ein elektrisch isolierendes Material aufweisen. Hierbei kann die zumindest eine Litze in das elektrisch isolierende Material eingebettet sein. Das elektrisch isolierende Material kann ein Kunststoffmaterial aufweisen. Die zumindest eine Litze kann eine Hochfrequenzlitze sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass insbesondere durch eine auf einer Hochfrequenzlitze basierende Primärwicklung eine Reduzierung von Primär-Durchlassverlusten aufgrund eines erhöhten Gesamtleitungsquer- schnittes erzielt werden kann. Luft- und Kriechstrecken können zudem durch eine Einbettung in einen Kunststoffträger auf einfache Weise realisiert werden.
Alternativ kann das Einlegeteil eine weitere Leiterplatte aufweisen, in der die zumindest eine Primärwicklung angeordnet sein kann. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass bei verringerter Strombelastung der zumindest einen Primärwindung das Einlegeteil auch in Gestalt einer weiteren bzw. zusätzlichen Leiterplatte als Einlegeteil realisiert werden kann. Eine Lagenanzahl der beiden Leiterplatten kann durch diese Ausführungsvariante ebenfalls reduziert werden.
Ferner kann das Einlegeteil zumindest ein Einpresselement zum Einpressen in die Leiterplatte zum Koppeln des Einlegeteils mit der Leiterplatte aufweisen. Das zumindest eine Einpresselement kann beispielsweise aus einem metallischen Material ausgeformt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Einlegeteil, beispielsweise als Kunststoffträger mit der zumindest einen Primärwindung ausgeführt, und die Leiterplatte mittels Einpresstechnik einfach, schnell und zuverlässig miteinander verbunden werden können.
Dabei kann das Einlegeteil eine Mehrzahl von Einpresselementen aufweisen. Hierbei können zwei Einpresselemente der Mehrzahl von Einpresselementen als elektrische Anschlüsse für die Primärwicklung ausgeformt sein. Somit können zwei Einpresselemente elektrisch mit der Primärwicklung verbunden sein und durch Einpressen in die Leiterplatte elektrisch kontaktiert werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Platz und Aufwand eingespart werden können, wobei durch Einpresselemente auch teilweise eine Doppelfunktion mechanische und elektrische Verbindung ausgeübt werden kann.
Auch kann die Leiterplatte eine Mehrzahl von Lagen aufweisen. Hierbei kann die zumindest eine Sekundärwicklung als zumindest eine Lage der Leiterplatte ausgeformt sein. Die Leiterplatte kann lediglich beispielhaft insbesondere vierlagig mit optionalen Zwischenlagen ausgeführt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die zumindest eine Sekundärwicklung platzsparend realisiert werden kann.
Zudem kann die Leiterplatte zumindest eine Durchkontaktierung aufweisen. Hierbei kann die zumindest eine Durchkontaktierung sich durch alle Lagen der Leiterplatte erstrecken. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass insbesondere auf vergrabene Durchkontaktierungen in der Leiterplatte verzichtet werden kann und somit ein Aufwand zum aufbauen der Leiterplatte verringert werden kann.
Ferner kann die Transformatorvorrichtung zumindest einen Kühlkörper zum Abführen von Wärme von der Leiterplatte und zusätzlich oder alternativ von dem Einlegeteil aufweisen. Hierbei kann die Leiterplatte zwischen dem zumindest einen Kühlkörper und dem Einlegeteil anordenbar oder angeordnet sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Wärmeabfuhr bzw. Entwärmung der Transformatorvorrichtung verbessert werden kann.
Dabei kann die Transformatorvorrichtung auch eine Wärmeleitschicht zum Ableiten von Wärme von der Leiterplatte zu dem zumindest einen Kühlkörper aufweisen. Dabei kann die Wärmeleitschicht zwischen der Leiterplatte und dem zumindest einen Kühlkörper anordenbar oder angeordnet sein. Die Wärmeleitschicht kann beides Weise als eine Wärmeleitfolie ausgeführt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Ableitung der Wärme sowie ein Wärmeübergang weiter verbessert werden können.
Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Transformatorvorrichtung vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Ausformens eines Einlegeteils, in dem zumindest eine Primärwicklung der Transformatorvorrichtung angeordnet ist, einen Schritt des Aufbauens einer Leiterplatte, in der zumindest eine Sekundärwicklung der Transformatorvorrichtung angeordnet ist, und einen Schritt des miteinander Koppeins des Einlegeteils, der Leiterplatte und eines Transformatorkerns aufweist.
Durch Ausführen des Verfahrens kann eine Ausführungsform der vorstehend genannten Transformatorvorrichtung vorteilhaft hergestellt werden. Dabei können der Schritt des Ausformens und der Schritt des Aufbauens parallel oder zumindest teilweise sequenziell in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden. Auch kann im Schritt des Ausformens und zusätzlich oder alternativ im Schritt des Aufbauens eine Teilmontage an dem Transformatorkern durchgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Ausformens zumindest eine Litze in ein elektrisch isolierendes Material eingebettet werden. Bei dem elektrisch isolierenden Material kann es sich um ein Kunststoffmaterial handeln. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Einlegeteil konstruktiv unaufwendig und kostengünstig realisiert werden kann.
Alternativ kann im Schritt des Ausformens eine weitere Leiterplatte mit der zumindest einen Sekundärwicklung aufgebaut werden. Die weitere Leiterplatte kann mehrlagig ausgeführt sein. Hierbei kann die zumindest eine Sekundärwicklung als zumindest eine Lage der weiteren Leiterplatte ausgeformt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass insbesondere bei verringerter Strombelastung der zumindest einen Primärwindung das Einlegeteil mit zumindest einer planar ausgeführten Sekundärwicklung realisiert werden kann.
Es wird ferner eine Vorrichtung vorgestellt, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Ausführungsform des vorstehend genannten Verfahrens auszuführen.
Die Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Aus- bildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Planartransformators;
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Transformatorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Teilabschnitts der Transformatorvorrichtung aus Fig. 2;
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung des Einlegeteils der Transformatorvorrichtung aus Fig. 2;
Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung der Leiterplatte der Transformatorvorrichtung aus Fig. 2;
Fig. 6 eine schematische Darstellung der Leiterplatte der Transformatorvorrichtung aus Fig. 2;
Fig. 7 eine schematische Darstellung des Einlegeteils der Transformatorvorrichtung aus Fig. 2;
Fig. 8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Planartransformators 100. Anders ausgedrückt zeigt Fig. 1 einen lediglich beispielhaft 8-lagigen Leiterplattenaufbau eines Planartransformators 100. Dabei sind Primärwicklung und Sekundärwicklung des Planartransformators 100 in einer einzigen Leiterplatte angeordnet.
Der Leiterplattenaufbau der Leiterplatte weist bezogen auf die Darstellung in Fig. 1 von oben nach unten folgende Lagen auf: eine erste Lage 101 , eine Halbzeug- Lage 110 bzw. Prepreg-Lage 110 (Prepreg = preimpregnated fibres; vorimprägnierte Fasern), eine zweite Lage 102, eine Kern-Lage 120, eine dritte Lage 103, eine weitere Halbzeug-Lage 110, eine vierte Lage 104, eine weitere Kern-Lage 120, eine fünfte Lage 105, eine weitere Halbzeug-Lage 110, eine sechste Lage 106, eine weitere Kern-Lage 120, eine siebte Lage 107, eine weitere Halbzeug-Lage 110 und eine achte Lage 108.
Dabei werden die zweite Lage 102, die dritte Lage 103, die sechste Lage 106 und die siebte Lage 107 für die Primärwicklung verwendet, wobei die erste Lage 101 , die vierte Lage 104, die fünfte Lage 105 und die achte Lage 108 für die Sekundärwicklung verwendet werden.
Der Leiterplattenaufbau der Leiterplatte weist ferner lediglich beispielhaft eine Durch- kontaktierung 130 und lediglich beispielhaft zwei vergrabene Durchkontaktierun- gen 140 bzw. sogenannte Buried Vias auf.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Transformatorvorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Transformator- Vorrichtung 200 weist einen Transformatorkern 210 auf, der beispielsweise aus Ferrit ausgeformt ist. Ferner weist die Transformatorvorrichtung 200 ein Einlegeteil 220 auf, in dem zumindest eine Primärwicklung der Transformatorvorrichtung 200 angeordnet bzw. ausgeformt ist. Die Transformatorvorrichtung 200 weist auch eine Leiterplatte 230 auf, in der zumindest eine Sekundärwicklung der Transformatorvorrichtung 200 angeordnet bzw. ausgeformt ist.
Das Einlegeteil 220, die Leiterplatte 230 und der Transformatorkern 210 sind mechanisch miteinander gekoppelt. Dabei sind das Einlegeteil 220 und die Leiterplatte 230 zumindest partiell in dem Transformatorkern 210 angeordnet. Das Einlegeteil 220 und die Leiterplatte 230 repräsentieren gesonderte, miteinander gekoppelte Baugruppen bzw. Elemente. Somit sind die zumindest eine Primärwicklung und die zumindest eine Sekundärwicklung in getrennten Elementen angeordnet. Anders ausgedrückt ist die zumindest eine Primärwicklung mittels des Einlegeteils 220 realisiert, wobei die zumindest eine Sekundärwicklung mittels der Leiterplatte 230 realisiert ist. Auf das Einlegeteil 220 und die Leiterplatte 230 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf nachfolgende Figuren noch detaillierter eingegangen.
Gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Einlegeteil 220 eine Mehrzahl von Einpresselementen 225 auf, von denen darstellungsbedingt lediglich zwei Einpresselemente 225 explizit gezeigt sind. Die Einpresselemente 225 sind ausgeformt, um in die Leiterplatte 230 eingepresst zu werden, um das Einlegeteils 220 mit der Leiterplatte 230 zu koppeln. In der Darstellung von Fig. 2 sind die Einpresselemente 225 in die Leiterplatte 230 eingepresst.
Ferner weist die Transformatorvorrichtung 200 gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beispielhaft einen Kühlkörper 240 zum Abführen von Wärme von der Leiterplatte 230 und/oder dem Einlegeteil 220 auf. Hierbei ist die Leiterplatte 230 zwischen dem Kühlkörper 240 und dem Einlegeteil 220 angeordnet. Der Kühlkörper 240 ist thermisch zumindest mit der Leiterplatte 230 gekoppelt. Zusätzlich weist die Transformatorvorrichtung 200 hierbei eine Wärmeleitschicht 250 zum Ableiten von Wärme von der Leiterplatte 230 zu dem Kühlkörper 240 auf. Die Wärmeleitschicht 250 ist zwischen der Leiterplatte 230 und dem Kühlkörper 240 angeordnet. Dabei ist die Wärmeleitschicht 250 beispielsweise als Wärmeleitfolie ausgeführt. Somit ist der Kühlkörper 240 über die Wärmeleitschicht 250 thermisch zumindest mit der Leiterplatte 230 gekoppelt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Teilabschnitts der Transformatorvorrichtung aus Fig. 2. In dem Teilabschnitt, der in Fig. 3 dargestellt ist, sind von der Transformatorvorrichtung der Transformatorkern 210, das Einlegeteil 220 und die Leiterplatte 230 gezeigt. Die Primärwicklung der Transformatorvorrichtung ist in dem Einlegeteil 220 angeordnet. Die Sekundärwicklung der Transformatorvorrichtung ist in der Leiterplatte 230 angeordnet.
Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Einlegeteils 220 der Transformatorvorrichtung aus Fig. 2. Hierbei ist auch die Primärwicklung 460 explizit gezeigt. Die Primärwicklung 460 ist mittels zumindest eine Litze 422 bzw. Hochfrequenzlitze 422 realisiert, die in ein elektrisch isolierendes Material 424 als Umspritzung zur elektrischen Isolation eingebettet ist. Bei dem elektrisch isolierenden Material 424 handelt es sich beispielsweise um ein Kunststoffmaterial. Somit weist das Einlegeteil 220 die Litze 422 bzw. Hochfrequenzlitze 422 und das elektnsch isolierende Material 424 auf. Die Primärwicklung 460 ist mittels der Litze 422 bzw. Hochfrequenzlitze 422 ausgebildet.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Einlegeteil 220 eine weitere Leiterplatte aufweisen Beziehung Weise als eine weitere Leiterplatte realisiert sein, in der die Primärwicklung angeordnet ist.
Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Leiterplatte 230 der Transformatorvorrichtung aus Fig. 2. Die Leiterplatte 230 weist einen beispielhaft 4-lagigen Leiterplattenaufbau eines Planartransformators mit Sekundärwicklung und ohne Primärwicklung auf.
Der Leiterplattenaufbau der Leiterplatte 230 weist bezogen auf die Darstellung in Fig. 5 von oben nach unten folgende Lagen auf: eine erste Lage 531 , eine Kern- Lage 535, eine zweite Lage 532, eine Halbzeug-Lage 536 bzw. Prepreg-Lage 536 (Prepreg = preimpregnated fibres; vorimprägnierte Fasern), eine dritte Lage 533, eine weitere Kern-Lage 535 und eine vierte Lage 534. Somit weist die Leiterplatte 230 eine Mehrzahl von Lagen 531 , 532, 533, 534, 535 und 536 auf. Die zumindest eine Sekundärwicklung der Transformatorvorrichtung ist als zumindest eine Lage 531 , 532, 533 und/oder 534 der Leiterplatte ausgeformt.
Die Leiterplatte 230 weist ferner beispielhaft lediglich eine Durchkontaktierung 537 auf. Die Durchkontaktierung 537 erstreckt sich durch alle Lagen 531 , 532, 533, 534, 535 und 536 der Leiterplatte 230 hindurch.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung der Leiterplatte 230 der Transformatorvorrichtung aus Fig. 2. Dabei ist die Leiterplatte 230 in einer schematischen Draufsicht oder teilweise transparenten Draufsicht dargestellt. In Fig. 6 ist explizit eine Sekundärwicklung 670 in der Leiterplatte 230 gezeigt. Die Sekundärwicklung 670 ist als zumindest eine Lage oder in zumindest einer Lage der Leiterplatte 230 ausgeformt bzw. realisiert.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung des Einlegeteils 220 der Transformatorvorrichtung aus Fig. 2. Dabei ist das Einlegeteil 220 in einer schematischen Draufsicht oder teilweise transparenten Draufsicht dargestellt. Von dem Einlegeteil 220 sind in Fig. 7 eine Mehrzahl von Einpresselementen 225 und 725, die Litze 422 bzw. Hochfrequenzlitze 422, das elektrisch isolierende Material 424 und die Primärwicklung 460 gezeigt.
Dabei ist die Primärwicklung 460 in dem Einlegeteil 220 mittels der Hochfrequenzlitze 422 realisiert. Die Hochfrequenzlitze 422 ist hierbei mehrfach gewunden. Dabei ist die Hochfrequenzlitze 422 in dem elektrisch isolierenden Material 424 eingebettet bzw. eingegossen.
Das Einlegeteil 220 weist die Mehrzahl von Einpresselementen 225 und 725 auf. Genauer gesagt weist das Einlegeteil 220 lediglich beispielhaft vier Einpresselemente 225 und 725 auf. Davon sind lediglich beispielhaft zwei Einpresselemente 225 zum Befestigen des Einlegeteils 220 bzw. Einpressen des Einlegeteils 220 in die Lei- terplatte der Transformatorvorrichtung ausgeformt. Beispielhaft zwei andere Einpresselemente 725 der Mehrzahl von Einpresselementen 225 und 725 sind als elektrische Anschlüsse für die Primärwicklung 460 sowie zum Befestigen des Einlegeteils 220 bzw. Einpressen des Einlegeteils 220 in die Leiterplatte der Transformatorvorrichtung ausgeformt. Somit dienen die Einpresselemente 725 sowohl einer elektrischen Kontaktierung der Primärwicklung 460 als auch einer mechanischen Fixierung des Einlegeteils 220. Anders ausgedrückt sind somit elektrische Anschlüsse für die Primärwicklung 460 bzw. Primärwindung 460 mit zwei Einpresselementen 725 verbunden oder kombiniert.
Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 zum Herstellen bzw. Herstellungsverfahrens 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Herstellungsverfahren 800 ist ausführbar, um eine Transformatorvorrichtung herzustellen. Genauer gesagt ist das Herstellungsverfahren 800 ausführbar, um die Transformatorvorrichtung aus Fig. 2 oder eine ähnliche Transformatorvorrichtung herzustellen.
Das Herstellungsverfahren 800 weist einen Schritt 810 des Ausformens eines Einlegeteils auf, in dem zumindest eine Primärwicklung der Transformatorvorrichtung angeordnet ist. Auch weist das Herstellungsverfahren 800 einen Schritt 820 des Aufbauens einer Leiterplatte auf, in der zumindest eine Sekundärwicklung der Transformatorvorrichtung angeordnet ist. Ferner weist das Herstellungsverfahren 800 einen Schritt 830 des miteinander Koppeins des Einlegeteils, der Leiterplatte und eines Transformatorkerns auf.
Der Schritt 810 des Ausformens und der Schritt 820 des Aufbauens sind in beliebiger Reihenfolge und zusätzlich oder alternativ zumindest teilweise parallel ausführbar.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 810 des Ausformens zumindest eine Litze in ein elektrisch isolierendes Material eingebettet. Alternativ wird im
Schritt 810 des Ausformens eine weitere Leiterplatte mit der zumindest einen Sekundärwicklung aufgebaut. Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 900 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 900 ist als ein Steuergerät ausgeführt. Die Vorrichtung 900 ist ausgebildet, um eine Herstellung einer Transformatorvorrichtung zu bewirken bzw. zu steuern. Genauer gesagt ist die Vorrichtung 900 ausgebildet, um eine Herstellung der Transformatorvorrichtung aus Fig. 2 oder einer ähnlichen Transformatorvorrichtung zu bewirken bzw. zu steuern.
Die Vorrichtung 900 ist signalübertragungsfähig mit einem Fertigungssystem 950 verbunden. Das Fertigungssystem 950 weist beispielhaft lediglich eine erste Maschine 960, eine zweite Maschine 970 und eine dritte Maschine 980 auf.
Die Vorrichtung 900 weist eine Ausformeinrichtung 910 auf, die ausgebildet ist, um die erste Maschine 960 zum Ausformen eines Einlegeteils, in dem zumindest eine Primärwicklung der Transformatorvorrichtung angeordnet ist, anzusteuern. Auch weist die Vorrichtung 900 eine Aufbaueinrichtung 920 auf, die ausgebildet ist, um die zweite Maschine 970 zum Aufbauen einer Leiterplatte, in der zumindest eine Sekundärwicklung der Transformatorvorrichtung angeordnet ist, anzusteuern. Ferner weist die Vorrichtung 900 eine Kopplungseinrichtung 930 auf, die ausgebildet ist, um die dritte Maschine 970 zum miteinander Koppeln des Einlegeteils, der Leiterplatte und eines Transformatorkerns anzusteuern.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder" Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist. Bezuqszeichen
100 Planartransformator
101 erste Lage
102 zweite Lage
103 dritte Lage
04 vierte Lage
105 fünfte Lage
106 sechste Lage
107 siebte Lage
108 achte Lage
110 Halbzeug-Lage bzw. Prepreg-Lage
120 Kern-Lage bzw. Kern
130 Durchkontaktierung
140 vergrabene Durchkontaktierung
200 Transformatorvorrichtung
210 Transformatorkern
220 Einlegeteil
225 Einpresselement
230 Leiterplatte
240 Kühlkörper
250 Wärmeleitschicht
422 Litze
424 elektrisch isolierendes Material
460 Primärwicklung
531 erste Lage
532 zweite Lage
533 dritte Lage
534 vierte Lage
535 Kern-Lage
536 Halbzeug-Lage bzw. Prepreg-Lage
537 Durchkontaktierung
670 Sekundärwicklung 725 Einpresselement
800 Verfahren zum Herstellen bzw. Herstellungsverfahren
810 Schritt des Ausformens
820 Schritt des Aufbauens
830 Schritt des miteinander Koppeins
900 Vorrichtung
910 Ausformeinrichtung
920 Aufbaueinrichtung
930 Kopplungseinrichtung
950 Fertigungssystem
960 erste Maschine
970 zweite Maschine
980 dritte Maschine

Claims

Patentansprüche
1. Transformatorvorrichtung (200), wobei die Transformatorvorrichtung (200) einen Transformatorkern (210), zumindest eine Primärwicklung (460) und zumindest eine Sekundärwicklung (670) aufweist, gekennzeichnet durch ein Einlegeteil (220), in dem die zumindest eine Primärwicklung (460) angeordnet ist, und durch eine Leiterplatte (230), in der die zumindest eine Sekundärwicklung (670) angeordnet ist, wobei das Einlegeteil (220), die Leiterplatte (230) und der Transformatorkern (210) miteinander koppelbar oder gekoppelt sind.
2. Transformatorvorrichtung (200) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (220) zumindest eine Litze (422) und ein elektrisch isolierendes Material (424) aufweist, wobei die zumindest eine Litze (422) in das elektrisch isolierende Material (424) eingebettet ist.
3. Transformatorvorrichtung (200) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (220) eine weitere Leiterplatte aufweist, in der die zumindest eine Primärwicklung (460) angeordnet ist.
4. Transformatorvorrichtung (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (220) zumindest ein Einpresselement (225; 725) zum Einpressen in die Leiterplatte (230) zum Koppeln des Einlegeteils (220) mit der Leiterplatte (230) aufweist.
5. Transformatorvorrichtung (200) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (220) eine Mehrzahl von Einpresselementen (225; 725) aufweist, wobei zwei Einpresselemente (725) der Mehrzahl von Einpresselementen (225; 725) als elektrische Anschlüsse für die Primärwicklung (460) ausgeformt sind.
6. Transformatorvorrichtung (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (230) eine Mehrzahl von Lagen (531 , 532, 533, 534, 535, 536) aufweist, wobei die zumindest eine Sekundärwicklung (670) als zumindest eine Lage (531 , 532, 533, 534) der Leiterplatte (230) ausgeformt ist.
7. Transformatorvorrichtung (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (230) zumindest eine Durchkontaktie- rung (537) aufweist, wobei die zumindest eine Durchkontaktierung (537) sich durch alle Lagen (531 , 532, 533, 534, 535, 536) der Leiterplatte (230) erstreckt.
8. Transformatorvorrichtung (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen Kühlkörper (240) zum Abführen von Wärme von der Leiterplatte (230) und/oder dem Einlegeteil (220), wobei die Leiterplatte (230) zwischen dem zumindest einen Kühlkörper (240) und dem Einlegeteil (220) anorden- bar oder angeordnet ist.
9. Transformatorvorrichtung (200) gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Wärmeleitschicht (250) zum Ableiten von Wärme von der Leiterplatte (230) zu dem zumindest einen Kühlkörper (240), wobei die Wärmeleitschicht (250) zwischen der Leiterplatte (230) und dem zumindest einen Kühlkörper (240) anordenbar oder angeordnet ist.
10. Verfahren (800) zum Herstellen einer Transformatorvorrichtung (200), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (800) einen Schritt (810) des Ausformens eines Einlegeteils (220), in dem zumindest eine Primärwicklung (460) der Transformatorvorrichtung (200) angeordnet ist, einen Schritt (820) des Aufbauens einer Leiterplatte (230), in der zumindest eine Sekundärwicklung (670) der Transformatorvorrichtung (200) angeordnet ist, und einen Schritt (830) des miteinander Koppeins des Einlegeteils (220), der Leiterplatte (230) und eines Transformatorkerns (210) aufweist.
11. Verfahren (800) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im
Schritt (810) des Ausformens zumindest eine Litze (422) in ein elektrisch isolierendes Material (424) eingebettet wird.
12. Verfahren (800) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im
Schritt (810) des Ausformens eine weitere Leiterplatte mit der zumindest einen Sekundärwicklung (670) aufgebaut wird.
13. Vorrichtung (900), die Einheiten (910; 920; 930) aufweist, die ausgebildet sind, um die Schritte des Verfahrens (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen.
14. Computerprogrammprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens (800) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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