WO2023025674A1 - Planar transformer - Google Patents

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WO2023025674A1
WO2023025674A1 PCT/EP2022/073180 EP2022073180W WO2023025674A1 WO 2023025674 A1 WO2023025674 A1 WO 2023025674A1 EP 2022073180 W EP2022073180 W EP 2022073180W WO 2023025674 A1 WO2023025674 A1 WO 2023025674A1
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circuit board
layer
winding
secondary winding
planar transformer
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PCT/EP2022/073180
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Inventor
Thomas WASSERBAUER
Markus Kratzer
Original Assignee
Magna powertrain gmbh & co kg
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804Printed windings
    • HELECTRICITY
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    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/29Terminals; Tapping arrangements for signal inductances
    • HELECTRICITY
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    • H01F2027/2819Planar transformers with printed windings, e.g. surrounded by two cores and to be mounted on printed circuit

Definitions

  • the present invention relates to a planar transformer for energy transmission, comprising a multi-layer printed circuit board with at least three layers for forming electrical conductor tracks, two of these layers each forming an outer layer of the printed circuit board and each additional layer forming an inner layer of the printed circuit board, at least two galvanically isolated layers Circuits, wherein a first circuit comprises a primary winding and each further of these circuits comprises a secondary winding of the planar transformer, wherein the primary winding and each further secondary winding are formed in the form of conductor tracks on an outer layer and/or an inner layer of the printed circuit board and a magnetic core, wherein the core at least partially encloses the multilayer printed circuit board and at least partially penetrates it in the area of the primary winding and the secondary winding and thus acts at least on the first circuit and on the further circuit.
  • a planar transformer is a special type of transformer.
  • the essential components of the planar transformer are a magnetic core that is inserted into a printed circuit board and windings that are designed in the form of conductor tracks on the printed circuit board.
  • the coupling factor determines the proportion of energy that can be transported to the secondary side(s) or how high the proportion of losses and voltage overshoots are at the switching transistor.
  • a perfect coupling cannot be realized under real conditions - there are always voltage peaks at the switching transistor.
  • RCD snubbers are commonly used to protect the transistor. These limit the height of the voltage peaks. The height of the voltage peaks depends on the magnetic coupling and the resulting so-called leakage inductance of the transformer.
  • planar transformer according to the invention is used in particular for energy transfer carrying.
  • the planar transformer has a multi-layer printed circuit board with at least three layers for forming electrical conductor tracks, with two of these layers forming an outer layer of the printed circuit board and each additional layer forming an inner layer of the printed circuit board, at least two circuits that are galvanically isolated from one another, with a first Circuit comprises a primary winding and each further of these circuits comprises a secondary winding of the planar transformer, the primary winding and each further secondary winding being in the form of conductor tracks on an outer layer and/or an inner layer of the circuit board and a magnetic core, the core being the multi-layer circuit board at least partially encloses and at least partially penetrates this in the area of the primary winding and the secondary winding and thus acts at least on the first circuit and on a further circuit.
  • an intermediate voltage tap is implemented on the penultimate turn of this secondary winding in relation to an outermost and thus last turn of at least one secondary winding.
  • the number of turns must be selected in such a way that after the intermediate voltage tap, only one turn of the winding remains, thus significantly increasing the fill factor.
  • an intermediate voltage tap of a secondary winding of the planar transformer has the effect that two different voltage levels can be provided with the secondary winding—corresponding to the winding on which the intermediate voltage tap is attached or electrically conductively fixed.
  • all turns of the secondary winding lie along a winding plane.
  • the secondary winding can have turns running spirally along the winding plane.
  • a winding end of at least one secondary winding faces an upper side of the secondary winding assigned layer is performed and the insectsabgriff is led to a bottom opposite the top - or vice versa with respect to the top / bottom. Accordingly, the end of the winding and the intermediate voltage tap run along two opposite sides—top and bottom—of the layer.
  • the conductor tracks are preferably formed on at least one inner layer of the printed circuit board for all circuits.
  • the core is formed in at least two parts, comprising a first core part and a second core part, with the first core part forming an E-shape with a base part and three legs, namely two outer legs and a middle leg, and the second core part with forms an I-shape in one part.
  • the printed circuit board preferably has three recesses, in each of which a leg of the first core part is inserted, with the outer legs thus at least partially penetrating the printed circuit board.
  • the two outer legs are preferably connected to the second core part at the ends remote from the middle part of the first core part.
  • An air gap is preferably realized on the middle leg.
  • an “RCD snubber” is arranged directly above all turns, between a start and end of the primary winding on one of the two outer layers of the printed circuit board.
  • a planar transformer with a reduced leakage inductance is generated by means of the design of the planar transformer according to the invention, in particular the realization of an intermediate voltage tap in a winding space without the use of a VIA.
  • a distance between the conductor tracks of the individual windings in the other layers and the VIA must be taken into account, especially in the case of applications of planar transformers with required galvanic isolation and the associated insulation strength requirements. Due to the air and creepage distances to be maintained, these distances are often large.
  • the fill factor of the winding increases as a result of the design of the planar transformer according to the invention, in particular the intermediate voltage tap, as a result of which an increase in the magnetic coupling is achieved.
  • Fig. 1 shows a schematic cross-sectional view of a
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a layer structure of a planar transformer according to FIG. 1.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a circuit board of a
  • Planar transformer according to FIG. 1 with cutouts for a core. 4 shows a schematic representation (top view) of a primary winding in a third layer (first conductor track) and a fifth layer (second conductor track).
  • FIG. 5 shows a schematic representation (top view) of a primary winding according to FIG. 4 with vias.
  • Fig. 6 shows a schematic representation (top view) of a first
  • Fig. 7 shows a schematic representation (top view) of a first
  • FIG 8 shows a schematic representation (top view) of a second secondary winding in a fourth layer (fourth conductor track).
  • FIG. 9 shows a schematic representation (top view) of a second secondary winding according to FIG. 8 with vias.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of FIG. 4 with a
  • Planar transformer 1 is used for energy transmission and has a printed circuit board 2 for forming electrical conductor tracks, three galvanically isolated circuits and a magnetic core 3a, 3b (Fig. 1).
  • the printed circuit board 2 is multi-layered, i.e. constructed like a sandwich, and comprises a total of six layers, namely a first layer L1, a second layer L2, a third layer L3, a fourth layer L4, a fifth layer L5 and a sixth layer L6 (Fig. 2 ).
  • the circuit board 2 has a vertical extension along a direction Y and a horizontal extension along a direction X1 and a direction X2.
  • the individual layers L1, L2, L3, L4, L5, L6 are stacked one on top of the other along the Y direction, with the first layer L1 and the sixth layer L6 each being an outer layer of the printed circuit board 2 and the second layer L2, the third layer L3, the fourth Layer L4 and the fifth layer L5 each form an inner layer of the circuit board 2 (Fig. 2).
  • An insulation element is arranged in each case between the individual layers L1, L2, L3, L4, L5, L6.
  • the printed circuit board 2 itself assumes this insulating function.
  • the magnetic core 3a, 3b encloses or partially covers the printed circuit board 2 on the outer layers L1, L6.
  • the magnetic core 3a, 3b is composed of two interconnected magnetic core parts, namely a first core part 3a and a second core part 3b.
  • the first core part 3a forms an E-shape with a base part 4 and three legs 5a, 5b, 6, namely two outer legs 5a, 5b and a middle leg 6.
  • the second core part 3b forms an I-shape with a straight part ( FIG. 1 ).
  • Legs 5a, 5b, 6 of the first core part 3a in one of these recesses 7 is used (Fig. 1, Fig. 3).
  • the two outer legs 5a, 5b of the first core part 3a completely penetrate the printed circuit board 2 in direction Y and are connected to the second core part 3b at the ends of the outer legs 5a, 5b remote from the base part 4 of the first core part 3a.
  • the middle limb 6 of the first core part 3a partially penetrates the printed circuit board in direction Y—in this way, an air gap 8 is realized in the area of the middle limb 6 of the first core part 3a.
  • planar transformer 1 shown in FIGS. 1 to 9 has three circuits that are galvanically isolated from one another, namely a first circuit, a second circuit and a third circuit.
  • the first circuit called the primary circuit in the following, includes a primary winding with five turns (Fig. 4, Fig. 5).
  • the second circuit hereinafter referred to as the first secondary circuit, includes a first secondary winding with three turns (FIG. 6, FIG. 7).
  • the third circuit referred to below as the second secondary circuit, includes a second secondary winding with five turns (FIG. 8, FIG. 9).
  • the primary winding and the two secondary windings are designed in the form of essentially spiral conductor tracks on the inner layers L2, L3, L4, L5 of the printed circuit board 2.
  • Current can be fed in via the primary circuit and at least one output current can be discharged via the secondary circuits for the purpose of energy transmission.
  • the five turns of the primary winding of the primary circuit are arranged on two layers, namely the third layer L3 and the fifth layer L5.
  • Five turns of the primary winding are made on the third layer L3 and five turns on the fifth layer L5.
  • Both partial windings of the primary winding, ie the five-turn partial winding on the third layer L3 and the five-turn partial winding ment on the fifth layer L5 of the primary circuit are connected to one another via a first via arrangement 9 and a second via arrangement 10 and connected in parallel.
  • the first through-contact arrangement 9 and the second through-contact arrangement 10 each have two through-contacts in the present exemplary embodiment.
  • each of these two via arrangements 9, 10 can also have only one via or more than two vias.
  • the first through-contacting arrangement 9 and the second through-contacting arrangement 10 expediently run through the entire printed circuit board 2, ie through all layers L1, L2, L3, L4, L5, L6, and are continuously filled with electrically conductive material.
  • a first conductor track 16 is formed accordingly and for the other five turns of the primary winding a second conductor track 17 is formed on the fifth layer L5.
  • the first conductor track 16 and the second conductor track 17 are each routed from the first through-contact arrangement 9 to the second through-contact arrangement 10 .
  • the first via arrangement 9 and the second via arrangement 10 each form a connection a, b in the first layer L1.
  • the primary circuit can be electrically contacted via the outwardly routed connection connections a, b, with the current flow taking place, for example, from connection connection a in the direction of connection connection b, although this does not necessarily have to be the case.
  • the three turns of the first secondary winding of the first secondary circuit are arranged on the second layer L2 of the circuit board 2 .
  • a third conductor track 18 is formed accordingly on this.
  • the third conductor track 18 is routed from a third via arrangement 11 to a fourth via arrangement 12 .
  • the third through-contact arrangement 11 and the fourth through-contact arrangement 12 each have two through-contacts in the present exemplary embodiment. Each of these two via arrangements 11, 12 can however, also have only one via or more than two vias.
  • An intermediate voltage tap is embodied on the third conductor track 18 at the penultimate turn of the first secondary winding in relation to an outermost and thus last turn of the first secondary winding of the first secondary circuit.
  • This intermediate voltage tap is routed via a fifth via arrangement 13 to a connection e in the first layer L1.
  • the fifth via arrangement 13 has two vias in the present exemplary embodiment. However, the fifth via arrangement 13 can also have only one via or more than two vias. For the sake of simplicity, the fifth via arrangement 13 runs through the entire printed circuit board 2, i.e. through all layers L1, L2, L3, L4, L5, L6, and is continuously filled with electrically conductive material.
  • the sixth via arrangement 14 and the seventh via arrangement 15 expediently lead through the entire printed circuit board 2, ie through all layers L1, L2, L3, L4, L5, L6, and are continuously lined with electrically conductive material.
  • the sixth via arrangement 14 and the seventh via arrangement 15 each form a connection f, g in the first layer L1. Electrical contact can be made with the second secondary circuit via the outwardly routed connections f, g, with the current flow taking place, for example, from the connection f in the direction of the connection g, although this does not necessarily have to be the case.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

The invention relates to a planar transformer (1) for energy transmission, comprising: a multi-layer circuit board (2) having at least three layers (L1, L2, L3, L4, L5, L6) to form electrical conductive tracks (16, 17, 18, 19); at least two current circuits which are galvanically separated from one another and of which a first current circuit comprises a primary winding and each additional one of these current circuits comprises a secondary winding of the planar transformer (1), the primary winding and each additional secondary winding being in the form of conductive tracks (16, 17, 18, 19) on an outer layer (L1, L6) and/or an inner layer (L2, L3, L4, L5) of the circuit board (2); a magnetic core (3a, 3b), which core (3a, 3b) at least partially surrounds the multi-layer circuit board (2) and penetrates the circuit board at least partially in the region of the primary winding and of the secondary winding and thus acts at least on the first current circuit and on the additional current circuit, an intermediate voltage being tapped on the penultimate turn of the secondary winding relative to an outermost and thus last turn of at least one secondary winding.

Description

Planar-T ransformator planar transformer
Gebiet der Erfindung field of invention
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Planar-Transform ator zur Energieübertragung umfassend eine mehrlagig aufgebaute Leiterplatte mit zumindest drei Lagen zum Ausbilden elektrischer Leiterbahnen, wobei zwei dieser Lagen jeweils eine Außenlage der Leiterplatte ausbilden und jede weitere Lage eine Innenlage der Leiterplatte ausbildet, zumindest zwei galvanisch voneinander getrennte Stromkreise, wobei ein erster Stromkreis eine Primärwicklung und jeder weitere dieser Stromkreise eine Sekundärwicklung des Planar-Transformators umfasst, wobei die Primärwicklung sowie jede weitere Sekundärwicklung in Form von Leiterbahnen auf einer Außenlage und/oder einer Innenlage der Leiterplatte ausgebildet sind und einen magnetischen Kern, wobei der Kern die mehrlagige Leiterplatte zumindest teilweise umschließt und diese im Bereich der Primärwicklung sowie der Sekundärwicklung zumindest teilweise durchdringt und so zumindest auf den ersten Stromkreis und auf den weiteren Stromkreis wirkt. The present invention relates to a planar transformer for energy transmission, comprising a multi-layer printed circuit board with at least three layers for forming electrical conductor tracks, two of these layers each forming an outer layer of the printed circuit board and each additional layer forming an inner layer of the printed circuit board, at least two galvanically isolated layers Circuits, wherein a first circuit comprises a primary winding and each further of these circuits comprises a secondary winding of the planar transformer, wherein the primary winding and each further secondary winding are formed in the form of conductor tracks on an outer layer and/or an inner layer of the printed circuit board and a magnetic core, wherein the core at least partially encloses the multilayer printed circuit board and at least partially penetrates it in the area of the primary winding and the secondary winding and thus acts at least on the first circuit and on the further circuit.
Stand der Technik State of the art
Aus der Praxis ist bekannt, dass Transformatoren im Allgemeinen in vielen elektronischen Produkten eine wichtige Komponente zur galvanischen Trennung von Stromkreisen darstellen, wobei über den Transformator sowohl Energie als auch Signale und/oder Daten übertragen werden können. Bei einem Planar- Transformator handelt es sich um eine besondere Bauform eines Transformators. Der Planar-Transform ator weist als wesentliche Komponenten einen magnetischen Kern, der in eine Leiterplatte eingesetzt wird, sowie Wicklungen, die in Form von Leiterbahnen auf der Leiterplatte ausgebildet sind, auf. It is known from practice that transformers generally represent an important component for the electrical isolation of circuits in many electronic products, with both energy and signals and/or data being able to be transmitted via the transformer. A planar transformer is a special type of transformer. The essential components of the planar transformer are a magnetic core that is inserted into a printed circuit board and windings that are designed in the form of conductor tracks on the printed circuit board.
Zur Realisierung eines Spannungszwischenabgriffs bei einer Wicklung eines Planar-Transformators in DC/DC Wandler Anwendungen ist es notwendig mittels einer Durchkontaktierung, auch „VIA“ („Vertical Interconnect Access“) genannt, die in der Regel aus Kostengründen durch die gesamte Leiterplatte hindurchgeführt ist, auf eine andere Lage zu wechseln, um einen Anschluss zur weiteren Verwendung zur Verfügung zu stellen. Vor allem bei Anwendungen mit geforderter galvanischer Trennung von Stromkreisen und den damit verbundenen Isolationsfestigkeitsanforderungen ist somit ein Abstand zur Durchkontaktierung in allen Lagen des Planar-Transform ators zu berücksichtigen. Aufgrund der einzuhaltenden Luft- und Kriechstrecken sind diese Abstände oftmals groß. Dadurch verringert sich der Füllfaktor der Wicklung und somit kommt es zu einer Verringerung der magnetischen Kopplung, wobei der Koppelfaktor ein wichtiges Kriterium eines jeden Transformators darstellt. Der Koppelfaktor bestimmt den Anteil an Energie, der auf die Sekundärseite(n) transportiert werden kann bzw. wie hoch der Anteil der Verluste und Spannungsüberschwinger am Schalttransistor ausfällt. Eine perfekte Kopplung ist unter realen Bedingungen nicht zu realisieren - es kommt immer zu Spannungsspitzen am Schalttransistor. Um den Transistor zu schützen, werden üblicherweise „RCD-Snubber“ eingesetzt. Diese begrenzen die Höhe der Spannungsspitzen. Die Höhe der Spannungsspitzen hängt von der magnetischen Kopplung und der daraus resultierenden sogenannten Streuinduktivität des Transformators ab. To realize an intermediate voltage tap in a winding of a For planar transformers in DC/DC converter applications, it is necessary to switch to another layer using a via, also called "VIA"("Vertical Interconnect Access"), which is usually routed through the entire circuit board for cost reasons to provide a connection for further use. A distance to the through-hole plating in all layers of the planar transformer must therefore be taken into account, especially in applications with required galvanic isolation of circuits and the associated insulation strength requirements. Due to the air and creepage distances to be maintained, these distances are often large. This reduces the filling factor of the winding and thus there is a reduction in the magnetic coupling, with the coupling factor being an important criterion for every transformer. The coupling factor determines the proportion of energy that can be transported to the secondary side(s) or how high the proportion of losses and voltage overshoots are at the switching transistor. A perfect coupling cannot be realized under real conditions - there are always voltage peaks at the switching transistor. RCD snubbers are commonly used to protect the transistor. These limit the height of the voltage peaks. The height of the voltage peaks depends on the magnetic coupling and the resulting so-called leakage inductance of the transformer.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the Invention
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Planar-Transformator darzustellen. It is an object of the invention to provide an improved planar transformer.
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. This need can be met by the subject matter of the present invention according to independent claim 1. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.
Der erfindungsgemäße Planar-Transformator dient insbesondere der Energieüber- tragung. The planar transformer according to the invention is used in particular for energy transfer carrying.
Der Planar-Transform ator weist erfindungsgemäß eine mehrlagig aufgebaute Leiterplatte mit zumindest drei Lagen zum Ausbilden elektrischer Leiterbahnen, wobei zwei dieser Lagen jeweils eine Außenlage der Leiterplatte ausbilden und jede weitere Lage eine Innenlage der Leiterplatte ausbildet, zumindest zwei galvanisch voneinander getrennte Stromkreise, wobei ein erster Stromkreis eine Primärwicklung und jeder weitere dieser Stromkreise eine Sekundärwicklung des Planar-Transformators umfasst, wobei die Primärwicklung sowie jede weitere Sekundärwicklung in Form von Leiterbahnen auf einer Außenlage und/oder einer Innenlage der Leiterplatte ausgebildet sind und einen magnetischen Kem, wobei der Kern die mehrlagige Leiterplatte zumindest teilweise umschließt und diese im Bereich der Primärwicklung sowie der Sekundärwicklung zumindest teilweise durchdringt und so zumindest auf den ersten Stromkreis und auf einen weiteren Stromkreis wirkt, auf. According to the invention, the planar transformer has a multi-layer printed circuit board with at least three layers for forming electrical conductor tracks, with two of these layers forming an outer layer of the printed circuit board and each additional layer forming an inner layer of the printed circuit board, at least two circuits that are galvanically isolated from one another, with a first Circuit comprises a primary winding and each further of these circuits comprises a secondary winding of the planar transformer, the primary winding and each further secondary winding being in the form of conductor tracks on an outer layer and/or an inner layer of the circuit board and a magnetic core, the core being the multi-layer circuit board at least partially encloses and at least partially penetrates this in the area of the primary winding and the secondary winding and thus acts at least on the first circuit and on a further circuit.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Zwischenspannungsabgriff an der in Bezug auf eine äußerste und somit letzte Windung zumindest einer Sekundärwicklung vorletzten Windung dieser Sekundärwicklung ausgeführt. Die Anzahl der Windungen muss dabei so gewählt werden, dass nach dem Zwischenspannungsabgriff nur mehr eine Windung der Wicklung übrigbleibt und damit der Füllfaktor entscheidend vergrößert wird. Insoweit bewirkt ein Zwischenspannungsabgriff einer Sekundärwicklung des Planar-Transformators, dass mit der Sekundärwicklung zwei unterschiedliche Spannungsebenen bereitgestellt werden können - entsprechend der Windung, an der der Zwischenspannungsabgriff ansetzt bzw. elektrisch leitend festgelegt ist. Erfindungsgemäß liegen dabei alle Windungen der Sekundärwicklung entlang einer Wicklungsebene. Beispielsweise kann die Sekundärwicklung spiralartig entlang der Wicklungsebene verlaufende Windungen aufweisen. According to the present invention, an intermediate voltage tap is implemented on the penultimate turn of this secondary winding in relation to an outermost and thus last turn of at least one secondary winding. The number of turns must be selected in such a way that after the intermediate voltage tap, only one turn of the winding remains, thus significantly increasing the fill factor. In this respect, an intermediate voltage tap of a secondary winding of the planar transformer has the effect that two different voltage levels can be provided with the secondary winding—corresponding to the winding on which the intermediate voltage tap is attached or electrically conductively fixed. According to the invention, all turns of the secondary winding lie along a winding plane. For example, the secondary winding can have turns running spirally along the winding plane.
Optional kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass ein Wicklungsende zumindest einer Sekundärwicklung zu einer Oberseite der der Sekundärwicklung zugeordneten Lage geführt ist und der Zwischenspannungsabgriff zu einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite geführt ist - oder umgekehrt bezüglich der Ober-/Unterseite. Dementsprechend verlaufen das Wicklungsende und der Zwischenspannungsabgriff entlang zwei sich gegenüberliegenden Seiten - Oberseite bzw. Unterseite - der Lage. According to the invention, it can optionally be provided that a winding end of at least one secondary winding faces an upper side of the secondary winding assigned layer is performed and the Zwischenspannungsabgriff is led to a bottom opposite the top - or vice versa with respect to the top / bottom. Accordingly, the end of the winding and the intermediate voltage tap run along two opposite sides—top and bottom—of the layer.
Die Leiterbahnen sind für sämtliche Stromkreise vorzugsweise auf zumindest einer Innenlage der Leiterplatte ausgebildet. The conductor tracks are preferably formed on at least one inner layer of the printed circuit board for all circuits.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist der Kern zumindest zweiteilig umfassend ein erstes Kernteil und ein zweites Kernteil ausgebildet, wobei das erste Kernteil mit einem Basisteil und drei Schenkeln, nämlich zwei Außenschenkeln und einem Mittelschenkel, eine E-Form ausbildet und das zweite Kernteil mit einem Teil eine I-Form ausbildet. In a preferred embodiment of the present invention, the core is formed in at least two parts, comprising a first core part and a second core part, with the first core part forming an E-shape with a base part and three legs, namely two outer legs and a middle leg, and the second core part with forms an I-shape in one part.
Die Leiterplatte weist vorzugsweise drei Aussparungen auf in die jeweils ein Schenkel des ersten Kernteils eingesetzt ist, wobei die Außenschenkel so die Leiterplatte zumindest teilweise durchdringen. Die beiden Außenschenkel sind vorzugsweise an den vom Mittelteil des ersten Kernteils entfernten Enden mit dem zweiten Kernteil verbunden. Ein Luftspalt wird vorzugsweise am Mittelschenkel realisiert. The printed circuit board preferably has three recesses, in each of which a leg of the first core part is inserted, with the outer legs thus at least partially penetrating the printed circuit board. The two outer legs are preferably connected to the second core part at the ends remote from the middle part of the first core part. An air gap is preferably realized on the middle leg.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Planar-Transform ators ist ein „RCD-Snubber“ direkt über allen Windungen, zwischen einem Wicklungsanfang und einem Wicklungsende der Primärwicklung auf einer der beiden Außenlagen der Leiterplatte angeordnet. In a preferred variant of the planar transformer, an “RCD snubber” is arranged directly above all turns, between a start and end of the primary winding on one of the two outer layers of the printed circuit board.
Vermittels der erfindungsgemäßen Ausbildung des Planar-Transformators, insbesondere die Realisierung eines Zwischenspannungsabgriffs in einem Wickelraum ohne die Verwendung eines VIAs, wird ein Planar-Transform ator mit einer reduzierten Streuinduktivität generiert. Vor allem bei Anwendungen von Planar-Transform atoren mit geforderter galvanischer Trennung und damit verbundenen Isolationsfestigkeitsanforderungen ist ein Abstand der Leiterbahnen der einzelnen Wicklungen in den anderen Lagen zum VIA zu berücksichtigen. Aufgrund der einzuhaltenden Luft- und Kriechstrecken sind diese Abstände oftmals groß. Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Planar-Transformators, insbesondere des Zwischenspannungsabgriffs, vergrößert sich der Füllfaktor der Wicklung, wodurch eine Vergrößerung der magnetischen Kopplung erreicht wird. A planar transformer with a reduced leakage inductance is generated by means of the design of the planar transformer according to the invention, in particular the realization of an intermediate voltage tap in a winding space without the use of a VIA. A distance between the conductor tracks of the individual windings in the other layers and the VIA must be taken into account, especially in the case of applications of planar transformers with required galvanic isolation and the associated insulation strength requirements. Due to the air and creepage distances to be maintained, these distances are often large. The fill factor of the winding increases as a result of the design of the planar transformer according to the invention, in particular the intermediate voltage tap, as a result of which an increase in the magnetic coupling is achieved.
Gleichzeitig verringert sich dadurch auch die Streuinduktivität des Transformators. Die dadurch gespeicherte Energie kann über den „RCD-Snubber“ wieder abgebaut werden. Da der Abbau dieser Energie sehr schnell erfolgen muss, und zwar im Nanosekunden-Bereich, ist es von Vorteil, wenn die Stromschleife über den „RCD-Snubber“ und die Primärwicklung des Transformators so klein bzw. kurz wie möglich ausgeführt wird. Eine solche optimierte Anordnung wird durch die erfindungsgemäße geometrische Anordnung des „RCD-Snubbers“ realisiert. At the same time, this also reduces the leakage inductance of the transformer. The energy stored as a result can be dissipated again via the "RCD snubber". Since this energy must be dissipated very quickly, in the nanosecond range, it is advantageous if the current loop via the “RCD snubber” and the primary winding of the transformer is designed to be as small and as short as possible. Such an optimized arrangement is realized by the geometric arrangement of the “RCD snubber” according to the invention.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. The invention is described below by way of example with reference to the drawings.
Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einesFig. 1 shows a schematic cross-sectional view of a
Planar-Transformators. planar transformer.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Lagenaufbaus eines Planar-Transformators gemäß Fig. 1. FIG. 2 shows a schematic representation of a layer structure of a planar transformer according to FIG. 1.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Leiterplatte einesFig. 3 shows a schematic representation of a circuit board of a
Planar-Transformators gemäß Fig. 1 mit Aussparungen für einen Kern. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung (Draufsicht) einer Primärwicklung in einer dritten Lage (erste Leiterbahn) und einer fünften Lage (zweite Leiterbahn). Planar transformer according to FIG. 1 with cutouts for a core. 4 shows a schematic representation (top view) of a primary winding in a third layer (first conductor track) and a fifth layer (second conductor track).
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung (Draufsicht) einer Primärwicklung gemäß Fig. 4 mit Durchkontaktierungen. FIG. 5 shows a schematic representation (top view) of a primary winding according to FIG. 4 with vias.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung (Draufsicht) einer erstenFig. 6 shows a schematic representation (top view) of a first
Sekundärwicklung in einer zweiten Lage (dritte Leiterbahn). Secondary winding in a second layer (third track).
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung (Draufsicht) einer erstenFig. 7 shows a schematic representation (top view) of a first
Sekundärwicklung gemäß Fig. 6 mit Durchkontaktierungen. Secondary winding according to FIG. 6 with vias.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung (Draufsicht) einer zweiten Sekundärwicklung in einer vierten Lage (vierte Leiterbahn). 8 shows a schematic representation (top view) of a second secondary winding in a fourth layer (fourth conductor track).
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung (Draufsicht) einer zweiten Sekundärwicklung gemäß Fig. 8 mit Durchkontaktierungen. FIG. 9 shows a schematic representation (top view) of a second secondary winding according to FIG. 8 with vias.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung gemäß Fig. 4 mit einemFig. 10 shows a schematic representation of FIG. 4 with a
„RCD-Snubber“. "RCD snubber".
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
Der in Fig. 1 bis Fig. 9 in unterschiedlichen Detaillierungsgraden dargestellteThe one shown in Fig. 1 to Fig. 9 in different degrees of detail
Planar-Transformator 1 dient der Energieübertragung und weist eine Leiterplatte 2 zum Ausbilden elektrischer Leiterbahnen, drei galvanisch voneinander getrennte Stromkreise und einen magnetischen Kern 3a, 3b auf (Fig. 1 ). Planar transformer 1 is used for energy transmission and has a printed circuit board 2 for forming electrical conductor tracks, three galvanically isolated circuits and a magnetic core 3a, 3b (Fig. 1).
Die Leiterplatte 2 ist mehrlagig, also sandwichartig aufgebaut, und umfasst insgesamt sechs Lagen, nämlich eine erste Lage L1 , eine zweite Lage L2, eine dritte Lage L3, eine vierte Lage L4, eine fünfte Lage L5 und eine sechste Lage L6 (Fig. 2). The printed circuit board 2 is multi-layered, i.e. constructed like a sandwich, and comprises a total of six layers, namely a first layer L1, a second layer L2, a third layer L3, a fourth layer L4, a fifth layer L5 and a sixth layer L6 (Fig. 2 ).
Die Leiterplatte 2 besitzt, wie in Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt, eine vertikale Ausdehnung entlang einer Richtung Y und eine horizontale Ausdehnung entlang einer Richtung X1 und einer Richtung X2. As shown in FIGS. 1 , 2 and 3 , the circuit board 2 has a vertical extension along a direction Y and a horizontal extension along a direction X1 and a direction X2.
Die einzelnen Lagen L1 , L2, L3, L4, L5, L6 sind entlang der Richtung Y übereinandergestapelt, wobei die erste Lage L1 und die sechste Lage L6 jeweils eine Außenlage der Leiterplatte 2 und die zweite Lage L2, die dritte Lage L3, die vierte Lage L4 und die fünfte Lage L5 jeweils eine Innenlage der Leiterplatte 2 ausbilden (Fig. 2). The individual layers L1, L2, L3, L4, L5, L6 are stacked one on top of the other along the Y direction, with the first layer L1 and the sixth layer L6 each being an outer layer of the printed circuit board 2 and the second layer L2, the third layer L3, the fourth Layer L4 and the fifth layer L5 each form an inner layer of the circuit board 2 (Fig. 2).
Zwischen den einzelnen Lagen L1 , L2, L3, L4, L5, L6 ist jeweils ein Isolationselement angeordnet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel übernimmt die Leiterplatte 2 selbst diese Isolationsfunktion. An insulation element is arranged in each case between the individual layers L1, L2, L3, L4, L5, L6. In the present exemplary embodiment, the printed circuit board 2 itself assumes this insulating function.
Der magnetische Kem 3a, 3b umschließt bzw. überdeckt die Leiterplatte 2 an den Außenlagen L1 , L6 teilweise. Der magnetische Kem 3a, 3b ist aus zwei miteinander verbundenen, magnetischen Kernteilen, nämlich einem ersten Kernteil 3a und einem zweiten Kernteil 3b, aufgebaut. Das erste Kernteil 3a bildet mit einem Basisteil 4 und drei Schenkeln 5a, 5b, 6, nämlich zwei Außenschenkeln 5a, 5b und einem Mittelschenkel 6, eine E-Form aus. Das zweite Kernteil 3b bildet mit einem geraden Teil eine I-Form aus (Fig. 1 ). The magnetic core 3a, 3b encloses or partially covers the printed circuit board 2 on the outer layers L1, L6. The magnetic core 3a, 3b is composed of two interconnected magnetic core parts, namely a first core part 3a and a second core part 3b. The first core part 3a forms an E-shape with a base part 4 and three legs 5a, 5b, 6, namely two outer legs 5a, 5b and a middle leg 6. The second core part 3b forms an I-shape with a straight part ( FIG. 1 ).
In der Leiterplatte 2 sind drei Aussparungen 7 eingebracht, wobei jeweils einIn the circuit board 2 three recesses 7 are introduced, each with a
Schenkel 5a, 5b, 6 des ersten Kernteils 3a in jeweils eine dieser Aussparungen 7 eingesetzt ist (Fig. 1 , Fig. 3). Die beiden Außenschenkel 5a, 5b des ersten Kernteils 3a durchdringen die Leiterplatte 2 in Richtung Y vollständig und sind an dem vom Basisteil 4 des ersten Kernteils 3a entfernten Enden der Außenschenkel 5a, 5b mit dem zweiten Kernteil 3b verbunden. Der Mittelschenkel 6 des ersten Kernteils 3a durchdringt die Leiterplatte in Richtung Y teilweise - derart wird im Bereich des Mittelschenkels 6 des ersten Kernteils 3a ein Luftspalt 8 realisiert. Legs 5a, 5b, 6 of the first core part 3a in one of these recesses 7 is used (Fig. 1, Fig. 3). The two outer legs 5a, 5b of the first core part 3a completely penetrate the printed circuit board 2 in direction Y and are connected to the second core part 3b at the ends of the outer legs 5a, 5b remote from the base part 4 of the first core part 3a. The middle limb 6 of the first core part 3a partially penetrates the printed circuit board in direction Y—in this way, an air gap 8 is realized in the area of the middle limb 6 of the first core part 3a.
Der in Fig. 1 bis Fig. 9 dargestellte Planar-Transformator 1 weist, wie bereits oben erwähnt, drei galvanisch voneinander getrennte Stromkreise, nämlich einen ersten Stromkreis, einen zweiten Stromkreis und einen dritten Stromkreis, auf. As already mentioned above, the planar transformer 1 shown in FIGS. 1 to 9 has three circuits that are galvanically isolated from one another, namely a first circuit, a second circuit and a third circuit.
Der erste Stromkreis, in weiterer Folge Primärstromkreis genannt, umfasst eine Primärwicklung mit fünf Windungen (Fig. 4, Fig. 5). Der zweite Stromkreis, in weiterer Folge erster Sekundärstromkreis genannt, umfasst eine erste Sekundärwicklung mit drei Windungen (Fig. 6, Fig. 7). Der dritte Stromkreis, in weiterer Folge zweiter Sekundärstromkreis genannt, umfasst eine zweite Sekundärwicklung mit fünf Windungen (Fig. 8, Fig. 9). The first circuit, called the primary circuit in the following, includes a primary winding with five turns (Fig. 4, Fig. 5). The second circuit, hereinafter referred to as the first secondary circuit, includes a first secondary winding with three turns (FIG. 6, FIG. 7). The third circuit, referred to below as the second secondary circuit, includes a second secondary winding with five turns (FIG. 8, FIG. 9).
Die Primärwicklung sowie die beiden Sekundärwicklungen sind in Form von im Wesentlichen spiralförmigen Leiterbahnen auf den Innenlagen L2, L3, L4, L5 der Leiterplatte 2 ausgeführt. The primary winding and the two secondary windings are designed in the form of essentially spiral conductor tracks on the inner layers L2, L3, L4, L5 of the printed circuit board 2.
Über den Primärstromkreis kann Strom eingespeist und über die Sekundärkreise jeweils zumindest ein Ausgangsstrom zum Zweck der Energieübertragung abgeführt werden. Current can be fed in via the primary circuit and at least one output current can be discharged via the secondary circuits for the purpose of energy transmission.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die fünf Windungen der Primärwicklung des Primärstromkreises auf zwei Lagen, nämlich der dritten Lage L3 und der fünften Lage L5, angeordnet. Fünf Windungen der Primärwicklung sind auf der dritten Lage L3 und fünf Windungen auf der fünften Lage L5 ausgeführt. Beide Teilwicklungen der Primärwicklung, d.h. die fünf Windungen umfassende Teilwicklung auf der dritten Lage L3 und die fünf Windungen umfassende Teilwick- lung auf der fünften Lage L5, des Primärstromkreises sind über eine erste Durchkontaktierungsanordnung 9 und eine zweite Durchkontaktierungsanordnung 10 miteinander verbunden und parallel verschaltet. Die erste Durchkontaktierungsanordnung 9 und die zweite Durchkontaktierungsanordnung 10 weisen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils zwei Durchkontaktierungen auf. Jede dieser beiden Durchkontaktierungsanordnungen 9, 10 kann jedoch auch nur eine Durchkontaktierung oder auch mehr als zwei Durchkontaktierungen aufweisen. Die erste Durchkontaktierungsanordnung 9 und die zweite Durchkontaktierungsanordnung 10 führen der Einfachheit halber zweckmäßig durch die gesamte Leiterplatte 2, d.h. durch alle Lagen L1 , L2, L3, L4, L5, L6, hindurch und sind durchgängig mit elektrisch leitfähigem Material ausgefüllt. Für die Anordnung der fünf Windungen der Primärwicklung auf der dritten Lage L3 ist auf dieser eine erste Leiterbahn 16 entsprechend ausgebildet und für die anderen fünf Windungen der Primärwicklung ist auf der fünften Lage L5 eine zweite Leiterbahn 17 ausgebildet. Die erste Leiterbahn 16 und die zweite Leiterbahn 17 sind jeweils von der ersten Durchkontaktierungsanordnung 9 zu der zweiten Durchkontaktierungsanordnung 10 geführt. Die erste Durchkontaktierungsanordnung 9 und die zweite Durchkontaktierungsanordnung 10 bilden in der ersten Lage L1 jeweils eine Anschlussverbindung a, b aus. Über die nach außen geführten Anschlussverbindungen a, b kann der Primärstromkreis elektrisch kontaktiert werden, wobei der Stromfluss z.B. von der Anschlussverbindung a in Richtung der Anschlussverbindung b erfolgt, was jedoch nicht zwangsläufig so sein muss. In the present exemplary embodiment, the five turns of the primary winding of the primary circuit are arranged on two layers, namely the third layer L3 and the fifth layer L5. Five turns of the primary winding are made on the third layer L3 and five turns on the fifth layer L5. Both partial windings of the primary winding, ie the five-turn partial winding on the third layer L3 and the five-turn partial winding ment on the fifth layer L5 of the primary circuit are connected to one another via a first via arrangement 9 and a second via arrangement 10 and connected in parallel. The first through-contact arrangement 9 and the second through-contact arrangement 10 each have two through-contacts in the present exemplary embodiment. However, each of these two via arrangements 9, 10 can also have only one via or more than two vias. For the sake of simplicity, the first through-contacting arrangement 9 and the second through-contacting arrangement 10 expediently run through the entire printed circuit board 2, ie through all layers L1, L2, L3, L4, L5, L6, and are continuously filled with electrically conductive material. For the arrangement of the five turns of the primary winding on the third layer L3, a first conductor track 16 is formed accordingly and for the other five turns of the primary winding a second conductor track 17 is formed on the fifth layer L5. The first conductor track 16 and the second conductor track 17 are each routed from the first through-contact arrangement 9 to the second through-contact arrangement 10 . The first via arrangement 9 and the second via arrangement 10 each form a connection a, b in the first layer L1. The primary circuit can be electrically contacted via the outwardly routed connection connections a, b, with the current flow taking place, for example, from connection connection a in the direction of connection connection b, although this does not necessarily have to be the case.
Weiterhin sind die drei Windungen der ersten Sekundärwicklung des ersten Sekundärstromkreises auf der zweiten Lage L2 der Leiterplatte 2 angeordnet. Für die Anordnung der drei Windungen der ersten Sekundärwicklung auf der zweiten Lage L2 der Leiterplatte 2 ist auf dieser eine dritte Leiterbahn 18 entsprechend ausgebildet. Die dritte Leiterbahn 18 ist von einer dritten Durchkontaktierungsanordnung 11 zu einer vierten Durchkontaktierungsanordnung 12 geführt. Die dritte Durchkontaktierungsanordnung 11 und die vierte Durchkontaktierungsanordnung 12 weisen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils zwei Durchkontaktierungen auf. Jede dieser beiden Durchkontaktierungsanordnungen 11 , 12 kann jedoch auch nur eine Durchkontaktierung oder auch mehr als zwei Durchkontaktierungen aufweisen. Die dritte Durchkontaktierungsanordnung 11 und die vierte Durchkontaktierungsanordnung 12 führen der Einfachheit halber zweckmäßig durch die gesamte Leiterplatte 2, d.h. durch alle Lagen L1 , L2, L3, L4, L5, L6, hindurch und sind durchgängig mit elektrisch leitfähigem Material ausgekleidet. Die dritte Durchkontaktierungsanordnung 11 und die vierte Durchkontaktierungsanordnung 12 bilden in der ersten Lage L1 jeweils eine Anschlussverbindung c, d aus. Über die nach außen geführten Anschlussverbindungen c, d kann der erste Sekundärstromkreis elektrisch kontaktiert werden, wobei der Stromfluss z.B. von der Anschlussverbindung c in Richtung der Anschlussverbindung d erfolgt, was jedoch nicht zwangsläufig so sein muss. Furthermore, the three turns of the first secondary winding of the first secondary circuit are arranged on the second layer L2 of the circuit board 2 . For the arrangement of the three turns of the first secondary winding on the second layer L2 of the printed circuit board 2, a third conductor track 18 is formed accordingly on this. The third conductor track 18 is routed from a third via arrangement 11 to a fourth via arrangement 12 . The third through-contact arrangement 11 and the fourth through-contact arrangement 12 each have two through-contacts in the present exemplary embodiment. Each of these two via arrangements 11, 12 can however, also have only one via or more than two vias. For the sake of simplicity, the third through-contact arrangement 11 and the fourth through-contact arrangement 12 expediently lead through the entire printed circuit board 2, ie through all layers L1, L2, L3, L4, L5, L6, and are continuously lined with electrically conductive material. The third via arrangement 11 and the fourth via arrangement 12 each form a connection c, d in the first layer L1. Electrical contact can be made with the first secondary circuit via the outwardly routed connections c, d, with the current flow taking place, for example, from the connection c in the direction of the connection d, although this does not necessarily have to be the case.
An der dritten Leiterbahn 18 ist an der in Bezug auf eine äußerste und somit letzte Windung der ersten Sekundärwicklung des ersten Sekundärstromkreises vorletzten Windung der ersten Sekundärwicklung ein Zwischenspannungsabgriff ausgeführt. Dieser Zwischenspannungsabgriff ist über eine fünfte Durchkontaktierungsanordnung 13 zu einer Anschlussverbindung e in der ersten Lage L1 geführt. Die fünfte Durchkontaktierungsanordnung 13 weist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Durchkontaktierungen auf. Die fünfte Durchkontaktierungsanordnungen 13 kann jedoch auch nur eine Durchkontaktierung oder auch mehr als zwei Durchkontaktierungen aufweisen. Die fünfte Durchkontaktierungsanordnung 13 führt der Einfachheit halber zweckmäßig durch die gesamte Leiterplatte 2, d.h. durch alle Lagen L1 , L2, L3, L4, L5, L6, hindurch und ist durchgängig mit elektrisch leitfähigem Material ausgefüllt. An intermediate voltage tap is embodied on the third conductor track 18 at the penultimate turn of the first secondary winding in relation to an outermost and thus last turn of the first secondary winding of the first secondary circuit. This intermediate voltage tap is routed via a fifth via arrangement 13 to a connection e in the first layer L1. The fifth via arrangement 13 has two vias in the present exemplary embodiment. However, the fifth via arrangement 13 can also have only one via or more than two vias. For the sake of simplicity, the fifth via arrangement 13 runs through the entire printed circuit board 2, i.e. through all layers L1, L2, L3, L4, L5, L6, and is continuously filled with electrically conductive material.
Weiterhin sind die fünf Windungen der zweiten Sekundärwicklung des zweiten Sekundärstromkreises auf der vierten Lage L4 der Leiterplatte 2 angeordnet. Für die Anordnung der fünf Windungen der zweiten Sekundärwicklung auf der vierten Lage L4 der Leiterplatte 2 ist auf dieser eine vierte Leiterbahn 19 entsprechend ausgebildet. Die vierte Leiterbahn 19 ist von einer sechsten Durchkontaktierungsanordnung 14 zu einer siebten Durchkontaktierungsanordnung 15 geführt. Die sechste Durchkontaktierungsanordnung 14 und die siebente Durchkontaktie- rungsanordnung 15 weisen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils zwei Durchkontaktierungen auf. Jede dieser beiden Durchkontaktierungsanordnungen 14, 15 kann jedoch auch nur eine Durchkontaktierung oder auch mehr als zwei Durchkontaktierungen aufweisen. Die sechste Durchkontaktierungsanordnung 14 und die siebte Durchkontaktierungsanordnung 15 führen der Einfachheit halber zweckmäßig durch die gesamte Leiterplatte 2, d.h. durch alle Lagen L1 , L2, L3, L4, L5, L6, hindurch und sind durchgängig mit elektrisch leitfähigem Material ausgekleidet. Die sechste Durchkontaktierungsanordnung 14 und die siebte Durchkontaktierungsanordnung 15 bilden in der ersten Lage L1 jeweils eine Anschlussverbindung f, g aus. Über die nach außen geführten Anschlussverbindungen f, g kann der zweite Sekundärstromkreis elektrisch kontaktiert werden, wobei der Stromfluss z.B. von der Anschlussverbindung f in Richtung der Anschlussverbindung g erfolgt, was jedoch nicht zwangsläufig so sein muss. Furthermore, the five turns of the second secondary winding of the second secondary circuit are arranged on the fourth layer L4 of the circuit board 2 . For the arrangement of the five turns of the second secondary winding on the fourth layer L4 of the printed circuit board 2, a fourth conductor track 19 is formed accordingly on this. The fourth conductor track 19 is routed from a sixth via arrangement 14 to a seventh via arrangement 15 . The sixth via arrangement 14 and the seventh via tion arrangement 15 each have two vias in the present exemplary embodiment. However, each of these two via arrangements 14, 15 can also have only one via or more than two vias. For the sake of simplicity, the sixth via arrangement 14 and the seventh via arrangement 15 expediently lead through the entire printed circuit board 2, ie through all layers L1, L2, L3, L4, L5, L6, and are continuously lined with electrically conductive material. The sixth via arrangement 14 and the seventh via arrangement 15 each form a connection f, g in the first layer L1. Electrical contact can be made with the second secondary circuit via the outwardly routed connections f, g, with the current flow taking place, for example, from the connection f in the direction of the connection g, although this does not necessarily have to be the case.
In diesem Ausführungsbeispiel sind sämtliche Anschlussverbindungen a, b, c, d, e, f, g, h nach außen in die erste Lage L1 der Leiterplatte 2 geführt. Es versteht sich jedoch, dass auch eine Führung der Anschlussverbindungen a, b, c, d, e, f, g, h in die weitere Außenlage, nämlich die sechste Lage L6, möglich wäre. In this exemplary embodiment, all of the connection connections a, b, c, d, e, f, g, h are routed outwards into the first layer L1 of the printed circuit board 2 . However, it goes without saying that it would also be possible to route the connecting connections a, b, c, d, e, f, g, h into the further outer layer, namely the sixth layer L6.
In Fig. 10 ist ein „RCD-Snubber“ 20 auf einer Primärwicklung, wie sie bereits in Fig. 4 dargestellt ist und zuvor beschrieben wurde, angeordnet. Der „RCD- Snubber“ 20 weist eine Diode D, einen Widerstand R und einen Kondensator C auf. Der „RCD-Snubber“ 20 ist direkt über die Windungen der ersten Leiterbahn 16 zwischen einem Wicklungsanfang 21 und einem Wicklungsende 22 der Primärwicklung auf der ersten Lage L1 (oder der letzten Lage L6) der Leiterplatte 2 angeordnet, dadurch wird die Stromschleife zwischen dem Wicklungsanfang 21 und dem Wicklungsende 22 der Primärwicklung so kurz wie möglich gehalten. Bezuqszeichenliste In FIG. 10, an “RCD snubber” 20 is arranged on a primary winding as already shown in FIG. 4 and as previously described. The “RCD snubber” 20 has a diode D, a resistor R and a capacitor C. The "RCD snubber" 20 is arranged directly over the windings of the first conductor track 16 between a winding start 21 and a winding end 22 of the primary winding on the first layer L1 (or the last layer L6) of the printed circuit board 2, thereby creating the current loop between the winding start 21 and the winding end 22 of the primary winding are kept as short as possible. Reference character list
1 Planar-T ransformator 1 planar transformer
Leiterplatte a Erstes Kernteil b Zweites Kernteil Circuit board a First core part b Second core part
Basisteil base part
Außenschenkel outer thigh
Mittelschenkel middle thigh
Aussparungen recesses
Luftspalt air gap
9 Erste Durchkontaktierungsanordnung 9 First via arrangement
10 Zweite Durchkontaktierungsanordnung10 Second via arrangement
11 Dritte Durchkontaktierungsanordnung 11 Third via arrangement
12 Vierte Durchkontaktierungsanordnung12 Fourth via arrangement
13 Fünfte Durchkontaktierungsanordnung13 Fifth via arrangement
14 Sechste Durchkontaktierungsanordnung14 Sixth via arrangement
15 Siebente Durchkontaktierungsanordnung15 Seventh via arrangement
16 Erste Leiterbahn 16 First track
17 Zweite Leiterbahn 17 Second trace
18 Dritte Leiterbahn 18 Third track
19 Vierte Leiterbahn 19 Fourth track
20 „RCD-Snubber“ 20 "RCD snubber"
21 Wicklungsanfang der Primärwicklung 21 Start of the primary winding
22 Wicklungsende der Primärwicklung 22 Winding end of the primary winding
L1 Erste Lage L1 First position
L2 Zweite Lage L2 Second layer
L3 Dritte Lage L3 Third position
L4 Vierte Lage L4 Fourth position
L5 Fünfte Lage L6 Sechste Lage L5 Fifth position L6 Sixth layer
D Diode D diode
R Widerstand R resistance
C Kondensator a, b, c, d, e, f, g AnschlussverbindungenC capacitor a, b, c, d, e, f, g terminal connections
X1 , X2, Y Richtung X1 , X2, Y direction

Claims

Patentansprüche Planar-Transform ator (1 ) zur Energieübertragung umfassend eine mehrlagig aufgebaute Leiterplatte (2) mit zumindest drei Lagen (L1 , L2, L3, L4, L5, L6) zum Ausbilden elektrischer Leiterbahnen (16, 17, 18, 19), wobei zwei dieser Lagen (L1 , L6) jeweils eine Außenlage der Leiterplatte (2) ausbilden und jede weitere Lage (L2, L3, L4, L5) eine Innenlage der Leiterplatte (2) ausbildet, zumindest zwei galvanisch voneinander getrennte Stromkreise, wobei ein erster Stromkreis eine Primärwicklung und jeder weitere dieser Stromkreise eine Sekundärwicklung des Planar-Transform ators (1 ) umfasst, wobei die Primärwicklung sowie jede weitere Sekundärwicklung in Form von Leiterbahnen (16, 17, 18, 19) auf einer Außenlage (L1 , L6) und/oder einer Innenlage (L2, L3, L4, L5) der Leiterplatte (2) ausgebildet sind, einen magnetischen Kem (3a, 3b), wobei der Kem (3a, 3b) die mehrlagige Leiterplatte (2) zumindest teilweise umschließt und diese im Bereich der Primärwicklung sowie der Sekundärwicklung zumindest teilweise durchdringt und so zumindest auf den ersten Stromkreis und auf den weiteren Stromkreis wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenspannungsabgriff an der in Bezug auf eine äußerste und somit letzte Windung zumindest einer Sekundärwicklung vorletzten Windung der Sekundärwicklung ausgeführt ist. Planar-Transform ator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (16, 17, 18, 19) für sämtliche Stromkreise auf zumindest einer Innenlage (L2, L3, L4, L5) der Leiterplatte (2) ausgebildet sind. Planar-Transform ator (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kem (3a, 3b) zumindest zweiteilig, um- fassend ein erstes Kernteil (3a) und ein zweites Kernteil (3b), ausgebildet ist, wobei das erste Kernteil (3a) mit einem Basisteil (4), und drei Schenkel (5a, 5b, 6), nämlich zwei Außenschenkeln (5a, 5b) und einem Mittelschenkel (6), eine E-Form ausbildet und das zweite Kernteil (3b) eine I-Form ausbildet. Planar-Transform ator (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) drei Aussparungen (7) aufweist und jeweils ein Schenkel (5a, 5b, 6) des ersten Kernteils (3a) in jeweils eine dieser Aussparungen (7) eingesetzt ist und so die Leiterplatte (2) zumindest teilweise durchdringen und dass zumindest die beiden Außenschenkel (5a, 5b) des ersten Kernteils (3a), an den vom Basisteil (4) des ersten Kernteils (3a) entfernten Enden, mit dem zweiten Kernteil (3b) verbunden sind. Planar-Transform ator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein „RCD-Snubber“ (20) direkt über allen Windungen zwischen einem Wicklungsanfang (21 ) und einem Wicklungsende (22) der Primärwicklung auf einer der beiden Außenlagen (L1 , L6) der Leiterplatte (2) angeordnet ist. Planar-Transform ator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wicklungsende zumindest einer Sekundärwicklung zu einer Oberseite der der Sekundärwicklung zugeordneten Lage geführt ist und der Zwischenspannungsabgriff zu einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite geführt ist. Planar-Transform ator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wicklungsende zumindest einer Sekundärwicklung zu der Unterseite der der Sekundärwicklung zugeordneten Lage geführt ist und der Zwischenspannungsabgriff zu der der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite geführt ist. Claims Planar transformer (1) for energy transmission comprising a multi-layer printed circuit board (2) with at least three layers (L1, L2, L3, L4, L5, L6) for forming electrical conductor tracks (16, 17, 18, 19), wherein two of these layers (L1, L6) each form an outer layer of the printed circuit board (2) and each additional layer (L2, L3, L4, L5) forms an inner layer of the printed circuit board (2), at least two circuits that are galvanically isolated from one another, with a first circuit a primary winding and each further of these circuits comprises a secondary winding of the planar transformer (1), the primary winding and each further secondary winding being in the form of conductor tracks (16, 17, 18, 19) on an outer layer (L1, L6) and/or an inner layer (L2, L3, L4, L5) of the circuit board (2), a magnetic core (3a, 3b), wherein the core (3a, 3b) at least partially encloses the multi-layer circuit board (2) and this in the area of primary winding and the second The primary winding penetrates at least partially and thus acts at least on the first circuit and on the further circuit, characterized in that an intermediate voltage tap is implemented on the penultimate turn of the secondary winding in relation to an outermost and thus last turn of at least one secondary winding. Planar transformer (1) according to claim 1, characterized in that the conductor tracks (16, 17, 18, 19) for all circuits on at least one inner layer (L2, L3, L4, L5) of the printed circuit board (2) are formed. Planar Transform ator (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the core (3a, 3b) at least two parts to comprising a first core part (3a) and a second core part (3b), the first core part (3a) having a base part (4) and three legs (5a, 5b, 6), namely two outer legs (5a, 5b ) and a middle leg (6), forms an E-shape and the second core part (3b) forms an I-shape. Planar transformer (1) according to Claim 3, characterized in that the printed circuit board (2) has three recesses (7) and one leg (5a, 5b, 6) of the first core part (3a) in each case in one of these recesses (7 ) is inserted and thus penetrates the printed circuit board (2) at least partially and that at least the two outer legs (5a, 5b) of the first core part (3a), at the ends remote from the base part (4) of the first core part (3a), connect to the second Core part (3b) are connected. Planar transformer (1) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an "RCD snubber" (20) directly over all turns between a winding start (21) and a winding end (22) of the primary winding on one of the two Outer layers (L1, L6) of the circuit board (2) is arranged. Planar transformer (1) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a winding end of at least one secondary winding is routed to an upper side of the layer associated with the secondary winding and the intermediate voltage tap is routed to an underside opposite the upper side. Planar transformer (1) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the winding end of at least one secondary winding is routed to the underside of the layer associated with the secondary winding and the intermediate voltage tap is routed to the top side opposite the underside.
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