WO2023232458A1 - Kernloser planarer übertrager - Google Patents

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WO2023232458A1
WO2023232458A1 PCT/EP2023/063089 EP2023063089W WO2023232458A1 WO 2023232458 A1 WO2023232458 A1 WO 2023232458A1 EP 2023063089 W EP2023063089 W EP 2023063089W WO 2023232458 A1 WO2023232458 A1 WO 2023232458A1
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planar transformer
conductor
conductive
layers
conductive layer
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PCT/EP2023/063089
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Peter Scholz
Christian Reinhold
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Phoenix Contact Gmbh & Co.Kg
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    • H01F2027/2819—Planar 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 which has a sequence of several layers arranged parallel to a common plane, in which a conductive layer and an insulating layer are each arranged alternately one after the other, so that an insulating layer is arranged between each two conductive layers.
  • the planar transformer further comprises a plurality of electrical circuits that are galvanically isolated from one another and a plurality of conductor windings. Each circuit includes at least one conductor winding and each conductor winding is designed as a conductor track structure of a conductive layer, running parallel to the common plane.
  • Transformers including transformers, for the galvanically isolated transmission of power, energy and/or data, information and/or other signals are known from the prior art. These transformers known from the prior art are usually formed either by winding a closed core, for example a toroidal core, with an electrical conductor or by introducing several core parts into a winding body or into a circuit board which contains the necessary conductor windings. The core parts are then mechanically assembled into a closed body, usually by gluing or clamping. Today, transformers often have a planar design, typically printed circuit board technology, and conductor windings using multilayer technology.
  • EP 0 715 322 A1 describes a transformer or transformer whose conductor tracks are manufactured entirely using planar technology with a layer structure, in which the conductor windings are housed in a circuit board assembled into one piece and surrounded by a closed magnetic core.
  • EP 2 637 183 A2 describes a planar transformer or planar transformer, which is therefore characterized by a fundamentally flat design, the one described there consisting of two planar magnetic bodies and two galvanic separate windings.
  • EP 3 576 113 B1 relates to a planar transformer with a magnetic core and with a first winding, a second winding and a third and fourth winding, which are arranged between the first winding and the second winding.
  • the third and fourth windings each include a shielding winding that covers at least 30 percent of a winding window of the planar transformer.
  • the shield turns are arranged so that together they cover at least 50 percent of the winding window, with one of the shield turns located on the inner half of the winding window and the other of the shield turns located on the outer half of the winding window.
  • the windings are wound around openings that accommodate the magnetic core.
  • the CN 111883345 A describes a planar transformer with a secondary coil layer, a first and second shield layer and a primary coil layer, all arranged on a circuit board.
  • the secondary coil layer includes at least a portion of a secondary coil with a secondary static point end.
  • the first shielding layer includes NI circles of first shielding coil sections, each of which includes a first shielding static point end and a first free shielding end.
  • the second shield layer includes a second shield coil portion of N2 circles that includes a second shielding static point end and a second free shielding end.
  • the individual layers have openings to accommodate a transformer core.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the solution according to the invention relates to a planar transformer which has a sequence of several layers arranged parallel to a common plane, in which a conductive layer and an insulating layer are each arranged alternately one after the other, so that an insulating layer is arranged between each two conductive layers is, and comprises a plurality of galvanically isolated circuits and a plurality of conductor windings.
  • Each circuit includes at least one conductor winding.
  • Each conductor winding is designed as a conductor track structure of a conductive layer, running parallel to the common plane.
  • the planar transformer is characterized in that it is a transformer without a magnetic core and has at least one first shield surface that runs parallel to the common plane.
  • the first shield surface forms at least part of a conductive layer and is further designed to electromagnetically shield at least one of the plurality of conductor windings from a region outside the planar transformer.
  • the planar transmitter extends over an area whose length and width are many times greater than the height to which the planar transmitter extends or the thickness of the planar transmitter.
  • the sequence of several layers comprised by the planar transmitter includes at least two conductive layers and at least one insulating layer arranged between them. In particular, however, the sequence of several layers has at least four conductive layers, namely two conductive ones Outer layers and a plurality of conductive inner layers each surrounded by the conductive outer layers.
  • planar transmitter according to the invention does not include a magnetic core, it can be designed to be particularly small and compact. There is no need to provide space for the magnetic core itself in the planar transmitter, which usually means a greater height for the planar transmitter, nor do openings for a penetrating magnetic core need to be provided in the individual layers of the planar transmitter.
  • the conductor windings of the galvanically isolated circuits of the planar transformer are therefore not wound around a portion of a magnetic core, as is usually the case.
  • the conductor windings of the planar transformer according to the invention are all designed as conductor track structures of a respective conductive layer of the planar transformer, which makes the planar transformer, among other things, more cost-effective.
  • the requirements for electrical insulation e.g. compliance with the required clearance and creepage distances, are always taken into account.
  • the planar transformer according to the invention thus represents a circuit board transformer whose conductive layers, which include at least the conductor windings designed as conductor track structures and possibly also further conductor tracks, can be viewed as circuit boards or circuit board layers.
  • the planar transformer can be, for example, a multilayer printed circuit board (PCB).
  • a respective screen area, including the first Shield surface always forms at least part of a conductive layer of the planar transformer and, depending on their respective arrangement within the planar transformer, causes electromagnetic shielding of at least one conductor winding from the area outside the planar transformer.
  • the first shield surface, and preferably also each further shield surface of the planar transformer is arranged in particular as at least a part of a conductive layer for electromagnetic shielding in such a way that it at least partially surrounds at least one conductor winding of the same conductive layer, which results in electromagnetic shielding of the conductor winding essentially radial direction, and / or that it at least partially covers at least one conductor winding of another conductive layer, which leads to electromagnetic shielding of the conductor winding in a direction perpendicular to the respective conductive layer comprising the conductor winding.
  • the conductor winding to be shielded from a respective shielding surface can be a part of the same conductive layer that also includes the shielding surface, or also a part of a different conductive layer.
  • the first shield surface or a respective further shield surface can be arranged in an outer region of a conductive layer and at least partially surround a conductor winding of the same conductive layer, ie a conductive layer comprising this conductor winding and the shield surface, the shield surface in particular at least partially surrounds it flatly in the circumferential direction and limits it in the radial direction to the outside and thus shields it electromagnetically.
  • the first shield surface or a respective shield surface can electromagnetically shield at least one conductor winding of another conductive layer, which does not include the shield surface, by covering this conductor winding at least partially, in particular completely, in a top view of the respective layers of the planar transformer, ie perpendicular to the respective conductive layers or perpendicular to the common plane of the sequence of layers.
  • the shield surface electromagnetically shields the conductor winding from the outside essentially in a direction perpendicular to the shield surface.
  • the planar transformer can, for example, be designed such that the first shield surface and each additional shield area covers between at least 70 percent and up to 100 percent of the area spanned by the outer contours of a respective conductor winding.
  • a shielding surface in the sense of the present invention is not to be equated with a conductive layer which completely or exclusively forms a shielding layer made of electrically conductive material, which is parallel to the the layers of a transformer carrying the conductor windings extend and provide shielding from the outside over the entire surface of the planar transformer.
  • a planar transformer in a planar transformer according to the invention, the sequence of several layers of which includes two conductive outer layers and a plurality of conductive inner layers, which are each surrounded by the conductive outer layers, it can be provided that the first shield surface and at least one conductor winding each form part of a the same of the conductive inner layers of the planar transformer, wherein the first shield surface at least partially surrounds the at least one conductor winding, at least partially surrounding or delimiting it in the circumferential direction.
  • the first shield surface forms at least part of one of the two conductive outer layers of the planar transformer, wherein the first shield surface at least partially surrounds at least one conductor winding of this conductive outer layer and / or at least one conductor winding of another conductive layer, i.e. one conductive layer not comprising the first shield surface, at least partially covered.
  • the planar transformer according to the invention can also have, for example, a second shielding surface, with the first shielding surface and the second shielding surface forming part of the same conductive layer and being electrically insulated from one another.
  • the first and second shield surfaces can in particular be designed to at least partially cover the same conductor winding or different conductor windings of other conductive layers and to cover them thus electromagnetically shielding from the outside in the direction perpendicular to the respective conductive layer.
  • the first and/or the second shield surface can each be designed to at least partially surround the same conductor winding or different conductor windings and to electromagnetically shield them outwards in the radial direction.
  • planar transformer according to the invention can also have, for example, a third shield surface, which forms at least part of a conductive layer and is electrically connected to a conductor winding of another conductive layer via a plated-through hole. Accordingly, the same potential can be applied to the third shield surface and to the conductive layer connected to it.
  • the planar transformer can have at least one further shielding surface, wherein the first shielding surface and the at least one further shielding surface form at least part of one of at least two different conductive layers and are connected to one another via at least one plated-through hole.
  • the at least one through-hole can be arranged, for example, approximately in the middle of the respective two different conductive layers of the planar transformer or in an outer area of the respective two different conductive layers.
  • the first and the at least one further shield surface are connected to one another via a plurality of plated-through holes.
  • At least the first shield surface of the planar transformer can have an interruption, in particular a slot.
  • a slot formed on a screen surface can be used to attenuate eddy currents, which cause losses in signal and/or energy transmission.
  • planar transformer can have at least one further shield surface in addition to the first shield surface, and also in addition or alternatively to the second shield surface, with each further shield surface of the planar transformer each forming at least part of a conductive layer in such a way that each conductive Position of the planar transformer each comprises at least one shield surface, which at least partially surrounds at least one conductor winding of the same conductive layer and / or at least partially covers at least one conductor winding of another conductive layer.
  • each further shielding surface of the planar transformer forms at least a part of a conductive layer in such a way that a sum of the surfaces of the first shielding surface and each further shielding surface of the planar transformer is at least a sum of those spanned by the outer contours of the respective conductor windings of the planar transformer corresponds to areas.
  • shield surfaces are arranged in the outer regions of the respective conductive layers, in particular the conductive inner layers, so that they at least partially surround the conductor windings of the same conductive layers and limit them outwards in the circumferential direction. Furthermore, this is the case when shield surfaces form at least part of the conductive outer layers of the planar transformer, so that they limit at least the conductive layers of the sequence of layers in a direction perpendicular to the surface of the respective conductive layers.
  • the planar transformer is shielded more effectively from an area outside the planar transformer, ie from the outside world, the larger the sum of the shielding surfaces of the planar The areas occupied by the transformer are each.
  • a conductive layer in particular a conductive inner layer, comprises two galvanically separated conductor windings, which are arranged next to one another. This is made possible in particular by the fact that more area of the respective conductive layers can be used due to the missing magnetic core. The fact that two galvanically isolated conductor windings are arranged on the same layer results in a low capacitive coupling of the windings. This helps to improve the EMC of the planar transformer, in particular to reduce EMC interference emissions and to increase the sensitivity to interference interference.
  • galvanically separated conductor windings of two different conductive layers which are only separated from one another by an insulating layer arranged between them, are arranged in such a way that they do not cover each other at any point.
  • conductor winding is understood to mean the “wound part” of a conductor track structure.
  • any connection line designed as a conductor track structure for connecting a conductor winding to a connection is not included in a conductor winding in the sense of the present invention.
  • conductor windings that are galvanically separated from one another are advantageously always arranged in such a way that when viewed from above on the sequence of layers, that is to say in the direction perpendicular to the respective conductive layers or perpendicular to the common plane of the sequence of layers, not directly on top of each other.
  • a small area of a conductor winding of one conductive layer and a part of a connecting line of another conductive layer are located directly above one another and cover one another in a plan view of the sequence of layers, ie in the direction perpendicular to the respective conductive layers.
  • this overlap area is very small, there are no significant restrictions with regard to the EMC of the planar transformer.
  • the capacitive coupling between the corresponding conductor windings or their turns can be reduced, which consequently contributes to improving the EMC of the planar transformer.
  • At least one, preferably each, of the galvanically separated circuits of the planar transformer can comprise two conductor windings, which are constructed symmetrically, in particular mirror-symmetrically, to one another.
  • each circuit of the planar transformer comprises symmetrically constructed conductor windings, common mode interference, such as can occur when interference is coupled into circuit parts connected to the planar transformer, cannot be transmitted or forwarded by the transformer.
  • the magnetic coreless planar transformer according to the invention enables an arrangement of galvanically isolated conductor windings next to one another and across several layers or layers, which leads to a low capacitive coupling of the conductor windings.
  • a respective shield surface of preferably several shield surfaces which forms at least a part of a conductive layer and is in particular arranged in an outer area of a conductive layer and / or forms at least a part of a conductive outer layer, enables electromagnetic shielding from the area outside the transmitter, in that it electromagnetically shields at least one conductor winding of the planar transformer from the outside.
  • the signals to be transmitted by the planar transformer have a frequency in have a two-digit MHz range, for example 50 MHz.
  • the planar transformer according to the invention is particularly suitable for applications in which galvanic isolation of the conductor windings with moderate power requirements is required. Examples of this include sensor circuits and controls of semiconductor components such as power field effect transistors and bipolar transistors with insulated gate electrodes, so-called IGBTs.
  • Figure 1 a schematic representation of an exemplary structure of a multilayer printed circuit board according to the prior art
  • Figure 2 a schematic representation of the individual layers of a planar transformer according to a first embodiment of the invention
  • Figure 3 a schematic representation of the individual layers of a planar
  • Figure 4 a schematic representation of the individual layers of a planar transformer according to a third embodiment of the invention.
  • Figure 5 a schematic representation of the individual layers of a planar transformer according to a fourth embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an exemplary structure of a multilayer printed circuit board according to the prior art, such a structure also being able to be used for a planar transformer within the scope of the present invention.
  • the multilayer printed circuit board sketched in Figure 1 comprises an exemplary sequence of four conductive layers 1, 2, 3, 4 and five insulating layers 8 arranged parallel to a common plane.
  • the conductive layers 1, 2, 3, 4 are usually, as in the example shown, made of copper.
  • the insulating layers 8 include so-called cores or prepregs, which each describe a glass fabric soaked in resin.
  • a conductive layer 1, 2, 3, 4 and an insulating layer 8 are each arranged alternately one after the other, so that there is an insulating layer 8 between each two of the conductive layers 1, 2, 3, 4 comprises at least one so-called prepreg.
  • the conductive layers 1 and 4 form conductive outer layers and surround the conductive layers 2 and 3, which are therefore referred to as conductive inner layers.
  • the insulating layer 8 arranged between the conductive inner layers 2, 3 represents the so-called core of the multilayer circuit board, which is designed as a pre-pressed and cured prepreg between the two conductive inner layers 2, 3 designed as copper foils.
  • the insulating layers 8 or prepregs arranged between a conductive inner layer 2, 3 and a conductive outer layer 1, 4 can have different thicknesses depending on the area of application.
  • an insulating layer 8 is arranged on the conductive outer layers 1, 4, which is designed as a solder mask applied to the respective conductive outer layers 1, 4.
  • two cores can also be arranged, for example, with a prepreg arranged between the two cores as an insulating layer.
  • one or more of the insulating layers is made up of, for example, two or more prepregs or partial layers, if this is appropriate for the intended area of application, for example to ensure increased insulation requirements.
  • FIG 2 shows a schematic representation of a planar transformer according to a first embodiment of the invention, in which the planar transformer 10 has a sequence of several layers arranged parallel to a common plane, in the example of Figure 2 four conductive layers 1, 2, 3, 4 and at least three insulating layers (not shown in Figure 2).
  • the four conductive layers 1, 2, 3, 4 of the planar transformer 10 are each shown individually in FIG
  • the rectangular border shown in Figures 2-5 symbolizes a respective plane in which the respective conductive layer 1, 2, 3, 4 is arranged in each case running parallel to the common plane.
  • the planar transformer 10 is sketched at the bottom right in Figure 2 based on the composition of these four conductive layers 1, 2, 3, 4.
  • an insulating layer arranged between the conductive layers 1 and 2, the conductive layers 2, 3 and the conductive layers 3 and 4 has not been shown.
  • the structure of the planar transformer 10 outlined in Figure 2 essentially corresponds to a structure outlined in Figure 1, in which a conductive layer 1, 2, 3, 4 and an insulating layer 8 are each arranged alternately one after the other, so that between each two conductive Layers 1, 2, 3, 4 each have an insulating layer 8 arranged.
  • An insulating layer arranged between two conductive layers 1, 2, 3, 4 can be made up of one prepreg, but also of two or more prepregs, whereby the respective prepregs can, but do not have to, differ from one another in their thickness.
  • the two conductive layers 1 and 4 are the outer conductive layers 1, 4 of the planar transformer 10, and consequently limit at least the conductive layers included in the sequence and are therefore also referred to below as conductive outer layers 1, 4.
  • the conductive layers 2 and 3, on the other hand, are each surrounded by the conductive outer layers 1, 4 and are therefore also referred to below as the conductive inner layers of the planar transformer 10.
  • the planar transmitter 10 can, in addition to the two conductive outer layers 1, 4, also have a plurality of conductive inner layers, that is, in particular, more than two conductive inner layers, which are surrounded by these conductive outer layers 1, 4.
  • two further insulating layers that delimit the two conductive outer layers 1, 4 to the outside can optionally also be provided, which can in particular be designed as a solder mask and each cover the conductive outer layers 1, 4, as shown by way of example in FIG.
  • the planar transformer 10 also includes a plurality of galvanically isolated circuits, according to the embodiment shown in FIG. 2, two galvanically isolated circuits II, 12, and one Plurality of conductor windings 21, 22, 31, 32.
  • Each of the two circuits II, 12 comprises at least one conductor winding, in the example of Figure 2 two conductor windings 21, 31 or 22, 32, each conductor winding running parallel to the common plane is designed as a conductor track structure 55 of a conductive layer.
  • the first circuit II includes the conductor windings 21,
  • the conductor windings 22, 32 which are designed, for example, in the form of a “tennis racket”, the conductor windings 21, 22 each being designed as conductor track structures 55 of the conductive inner layer 2 and the conductor windings 31, 32 each being designed as conductor track structures 55 of the conductive inner layer 3 are.
  • the conductor track structures in particular punched out of copper foil, which each form conductor windings of a circuit of the planar transformer, are pressed with at least one insulating layer or a prepreg as part of the production of the planar transformer, so that as a result insulating material of the Pregregs are located in the conductive layer between the individual conductor track structures.
  • the required minimum insulation distances, such as clearance and creepage distances, between the respective conductor windings 21, 22 of the conductive inner layer 2 and between the respective conductor windings 31, 32 of the conductive inner layer 3 are always maintained.
  • the planar transformer 10 lacks a magnetic core, ie the planar transformer 10 is a transformer without a magnetic core.
  • planar transformer 10 In addition, a larger area is available for the arrangement of the conductor windings 21, 22, 31, 32, compared to a planar transformer with a magnetic core that has the same geometric dimensions, since, among other things, the individual conductive layers 1, 2, 3, 4 of the planar transformer 10 according to the invention do not have to have through openings for partial areas of a magnetic core around which the conductor windings must be wound. This also makes the planar transformer 10 according to the invention more cost-effective, among other things.
  • a conductive layer of the planar transformer to comprise two galvanically separated conductor windings which are arranged next to one another, such as the conductor windings 21, 22 of the conductive layer 2 and the conductor windings 31, 32 of the conductive layer 3
  • the planar transformer 10 according to the invention according to Figure 2 thus represents a circuit board transformer, the conductor windings 21, 22, 31, 32 and possibly other conductor tracks such as connecting lines are each part of a conductive layer 1, 2, 3, 4 of the planar transformer 10, these conductive layers 1, 2, 3, 4 can be understood as circuit board layers.
  • the planar transformer 10 according to FIG. 2 is a multilayer printed circuit board (PCB), as is sketched as an example in FIG.
  • the planar transmitter 10 comprises at least one first shielding surface Sl which runs parallel to the common plane, which forms at least part of a conductive layer 1, 2, 3, 4 and which is further used for electromagnetically shielding at least one of the plurality of conductor windings 21, 22, 31, 32 is formed opposite an area outside the planar transformer 10.
  • the first shield surface S1, and preferably also each further shield surface S2, S3, S4 of the planar transformer 10 is arranged as at least part of a conductive layer 1, 2, 3, 4 in such a way that it has at least one conductor winding of the same conductive layer 1, 2, 3, 4 at least partially surrounds and also or alternatively at least partially covers at least one conductor winding of another conductive layer 1, 2, 3, 4.
  • a respective conductive layer 1, 2, 3, 4 of the planar transformer 10 always comprises at least one conductive structure, but in particular several conductive structures, wherein such a conductive structure can be designed as a shield surface, a conductor winding or even a connecting line.
  • the planar transformer 10 has, for example, four shield surfaces SI, S2, S3 and S4.
  • the first shielding surface S1 forms at least a part of the conductive layer 1, ie a first conductive outer layer
  • a second shielding surface S2 forms at least a part of the conductive layer 4, ie a second conductive outer layer.
  • Both the first shield surface S1 and the second shield surface S2 are arranged as at least a part of the respective conductive outer layers 1 and 4 for electromagnetic shielding in such a way that they at least have the conductor windings 21, 31 of the first circuit II, each of which is a part of a different conductive layer , namely the conductive inner layer 2 or the conductive inner layer 3, form, completely cover and also at least partially cover the conductor windings 22, 32 of the second circuit 12, which also form part of the conductive inner layer 2 or 3, namely in a plan view of the sequence of layers of the planar transformer 10, ie in the direction perpendicular to the respective conductive layers 1, 2, 3, 4 or perpendicular to the common plane of the sequence of layers.
  • the first and second shielding surfaces SI, S2 thus enable electromagnetic shielding of the conductor windings 21, 31 and 22, 32 from the outside, ie from an area lying outside the planar transformer 10, whereby the electromagnetic compatibility (EMC) of the planar transformer 10 is improved .
  • the first screen surface S1 and also the second screen surface S2 each have an interruption in the embodiment shown in FIG. 2, which is designed in the form of a slot 51.
  • the respective slot 51 ensures that eddy currents, which cause losses in the transmission of signals, are attenuated.
  • the first shield surface S1 and the second shield surface S2, which form at least part of one of the two different conductive layers 1, 4, are connected to one another via at least one plated-through hole 52.
  • such a via 52 is shown as an example approximately in the center of the planar transformer 10 and another such via is arranged, for example, in the outer region of the respective first and second shield surfaces SI, S2.
  • further plated-through holes can also be provided for electrically connecting the first and second shield surfaces S1 and S2 to one another. Accordingly, in particular, an equal potential can be applied to the first and second shield surfaces SI, S2 in order to effect electromagnetic shielding of the conductor windings 21, 22, 31, 32 from an area outside the planar transformer 10.
  • the planar transformer 10 can also include further shielding surfaces, each of which forms at least part of a conductive layer, here a third and fourth shielding surface S3, S4 as respective parts of the conductive inner layers 2 and 3, respectively.
  • the further shielding surfaces S3, S4 in particular each form an outer region or edge region of the conductive inner layers 2 and 3, respectively, so that the further shielding surface S3 contains the conductor windings 21, 22 of the conductive inner layer 2 and the further shielding surface S4 forms the conductor windings 31, 32 of the conductive inner layer 3 at least partially surrounds, at least partially in the circumferential direction.
  • the further shield surfaces S3, S4, which also each form at least part of one of two different conductive layers 2, 3, can also be provided via at least one plated-through hole within the respective shield surface S3, S4 be connected to each other (not shown in Figure 2).
  • the respective shield areas SI, S2, S3, S4 in particular each form at least a part of the respective conductive layers 1, 2, 3 and 4 such that the sum of the areas of the first, second, third and fourth shield areas SI, S2, S3, S4 of the planar transformer 10 corresponds to at least a sum of the areas spanned by the outer contours of the respective conductor windings 21, 22, 31, 32 of the planar transformer 10.
  • Figure 2 shows an exemplary symmetrical structure of the planar transformer 10.
  • the conductor windings 21 and 31 as well as the conductor windings 22 and 32 of the planar transformer 10 are symmetrical, in particular mirror-symmetrical, are constructed to each other.
  • Such a symmetrical structure has the advantage that common mode interference, which can occur, for example, when interference is coupled into circuit parts connected to the planar transformer, is not transmitted or forwarded by the planar transformer.
  • the conductor windings 21, 31 are partial windings of the first circuit II and the conductor windings 22, 32 are partial windings of the second circuit 12.
  • the conductor windings 21, 31 of the first circuit II are guided onto the conductive outer layer 1 by means of plated-through holes and over Corresponding connection lines of the conductive outer layer 1 are led to a first connection 21A, a second connection 31B and a center tap 28.
  • the conductor windings 22, 32 of the second circuit 12 are led outwards via the connections 22A, 32B and the center tap 29, namely onto the conductive outer layers 1, 4.
  • the planar transformer 10 sketched in FIG. 2 can be fed by a signal source.
  • the signal source is then preferably connected in such a way that the center tap of a conductor winding, for example the center tap 28 of the conductor windings 21, 31, is connected to a pole of the signal source which has a smaller voltage swing than the other poles.
  • a pole with a so-called “EMC-quiet” potential or “cold” potential is usually referred to as a pole with a low or lower voltage swing.
  • the other poles, which carry a so-called “non-EMC-quiet” potential or “hot” potential can be connected to the other connections, e.g. connections 21 A, 22A, 31B, 32B.
  • the conductor windings connected to the center taps 28, 29 are arranged so that they are adjacent to one another, and the conductor windings connected to the further connections 21A, 31B, 22A, 32B are arranged so that they are as far apart as possible from one another. With such a measure, interference emissions can be reduced even further and the sensitivity to interference interference can be reduced. Furthermore, the connections 22A, 32B and the center tap 29 are positioned so that the required clearance and creepage distances between the galvanically isolated conductor windings 21 and 22 of the conductive layer 2 or conductor windings 31 and 32 of the conductive layer 3 are maintained.
  • the signals to be transmitted by the planar transformer 10 have a high frequency, preferably in the two-digit MHz range, for example 50 MHz .
  • the planar transformer 10 according to the invention is particularly suitable for applications in which galvanic isolation of the conductor windings, in Figure 2 the conductor windings 21, 31 and 22, 32, is required with moderate power requirements. Examples of this include sensor circuits and controls of semiconductor components such as power field effect transistors and bipolar transistors with insulated gate electrodes, so-called IGBTs.
  • planar transformer 10 outlined therein is always a magnetic coreless transformer, the conductor windings of which are each designed as conductor track structures 55 of a conductive layer 1, 2, 3, 4 of the planar transformer 10.
  • planar transmitter 10 each comprises, for example, four conductive layers 1, 2, 3, 4, wherein the conductive layers 1 and 4 are each conductive outer layers, which have a plurality of exemplary two conductive inner layers 2, 3 surrounded.
  • planar transformer comprises, for example, only two conductive layers or more than four conductive layers, and thus more than two conductive inner layers.
  • the planar transformer 10 always has a first screen surface S1 and a second screen surface S2, and in particular further screen surfaces S3, S4, S5.
  • the respective shielding surfaces SI, S2, S3, S4, S5 of the planar transformer 10 always form at least part of a conductive layer 1, 2, 3, 4, i.e. a respective shielding surface SI, S2, S3, S4, S5 is always a Part of a conductive layer 1, 2, 3, 4 of the planar transformer 10.
  • the first shielding surface S1 and also the further shielding surfaces S2, S3, S4, S5 are each designed to electromagnetically shield at least one conductor winding from an area outside the planar transformer 10 and each arranged in such a way that they each at least partially surround at least one conductor winding of the same conductive layer and, in addition or alternatively, at least partially cover at least one conductor winding of another conductive layer.
  • the respective conductor windings and shielding surfaces of the planar transformer 10 can be arranged in various ways as respective components of one of the respective four conductive layers 1, 2, 3, 4 within the planar transformer, as long as the respective required minimum insulation distances are maintained, as based on the further in Examples of embodiments shown in Figures 3-5 are shown and described below.
  • Figure 3 shows four conductive layers 1, 2, 3, 4 of a planar transformer 10 according to the invention with two galvanically separated circuits II, 12 according to a second embodiment, with a respective insulating one arranged between two of the conductive layers 1, 2, 3, 4 Location is not shown for the sake of clarity.
  • the planar transformer 10 according to Figure 3 is designed as an asymmetrical transformer and the two circuits II, 12 each include only one conductor winding 11, 23.
  • connection 11A and 11B for connecting the conductor winding 11 is designed as a conductor track structure 55 of the conductive layer 1, ie a conductive outer layer.
  • the conductor winding 11 is connected by means of a plated-through hole 54, which is located approximately in the center of the conductive layer 1. connected to a connecting line 35 designed as a conductor track on the conductive inner layer 3, which in turn is connected by means of a further plated-through hole 54 on the conductive inner layer 3 to the connection 11B of the conductor winding 11 arranged on the conductive outer layer 1.
  • the conductor winding 23 of the second circuit 12 is designed as a conductor track structure 55 of the conductive layer 2, ie a conductive inner layer, for example in the form of a “tennis racket”.
  • the conductor winding 23 is also assigned two connections 23 A and 23B, which are arranged in such a way that the required clearance and creepage distances between the galvanically isolated conductor windings 11 and 23 can be maintained.
  • the two galvanically isolated conductor windings 11 and 23 of the conductive layers 1, 2, which are separated from one another by only one insulating layer arranged between them, and thus of the immediately successive conductive layers 1, 2, are arranged, for example, in such a way that they do not cover each other at any point, that is, that they are not located directly above one another at any point, specifically in a top view of the sequence of layers of the planar transformer 10, ie in the direction perpendicular to the respective conductive layers 1, 2, 3, 4 or perpendicular to the common plane of the sequence of the layers.
  • conductor winding is understood to mean the “wound part” of a conductor track structure, with any connection line designed as a conductor track structure for connecting a conductor winding to a connection, for example the connection line 35 of the conductive inner layer 3, not within the scope of the present invention is encompassed by the term conductor winding.
  • the fact that the galvanically separated conductor windings 11, 23 of the two different conductive layers 1, 2, which are separated from each other by only one insulating layer arranged between them, are arranged in such a way that they do not cover each other at any point, has the advantage that the capacitive coupling between the Conductor windings 11 and 23 can be reduced, which in turn contributes to improving the EMC of the planar transformer 10.
  • the first shielding surface S1 in the exemplary embodiment of FIG. 3 is arranged as at least a part of the conductive outer layer 1 for electromagnetic shielding in such a way that the first shielding surface S1 covers the conductor winding 11 of the same conductive outer layer 1 partially surrounds and thereby shields it from the outside in the circumferential direction.
  • the first shield surface S1 at least partially covers the conductor winding 23 of the other conductive layer 2.
  • the first shield surface S1 has an interruption 50 in order to limit eddy currents and the associated losses to an acceptable level.
  • the planar transformer 10 has a second shield surface S2, which forms at least part of the conductive outer layer 4.
  • the second shield surface S2 at least partially covers the conductor winding 23 of another conductive layer, namely the conductive inner layer 2, and also covers the conductor winding 11 of the conductive outer layer 1 at least partially, even almost completely according to FIG.
  • the second shielding surface S2 is therefore suitable for effecting electromagnetic shielding of the conductor winding 23 and the conductor winding 11 from the area outside the planar transformer 10 adjacent to the second shielding surface S2.
  • the planar transformer 10 according to Figure 3 includes a further, third shield surface S3, which forms at least part of the conductive inner layer 2 and which at least partially surrounds the conductor winding 23, which is also comprised by the conductive inner layer 2, in the circumferential direction, almost completely in Figure 3 and therefore provides electromagnetic shielding.
  • the shield surfaces SI, S2 and S3, which at least partially form the various conductive layers 1, 2, 4, are connected to one another via several plated-through holes 52, for example. These plated-through holes 52 are located in FIG. 3, for example, in the edge regions of the respective layers.
  • the three shielding surfaces SI, S2, S3 of the planar transformer sketched in FIG and third shield area S2, S3 of the planar transformer 10 corresponds to at least a sum of the areas spanned by the outer contours of the respective conductor windings 11, 23 of the planar transformer 10.
  • the planar transformer 10 can also have a fourth screen surface, which, for example, covers at least part of the conductive inner layer 3 forms, as outlined using the hatched area, so that each of the conductive layers 1, 2, 3, 4 of the planar transformer 10 each comprises at least one screen surface.
  • This fourth shield surface can, for example, at least partially cover the conductor winding 23 of the conductive inner layer 2 and/or at least partially surround the connecting line 35 of the conductive inner layer 3 and shield it electromagnetically from the outside.
  • Figure 4 shows four conductive layers 1, 2, 3, 4 of a planar transformer 10 according to the invention with four galvanically separated circuits II, 12, 13, 14 according to a third embodiment
  • the planar Transformer 10 has an asymmetrical structure.
  • the first circuit II includes a conductor winding 12 of the conductive outer layer 1 with the connections 12A and 12B.
  • the conductor winding 12 is connected via the connection 12B in this exemplary embodiment by means of through-plating 54 to the conductive inner layer 3 with a connecting line 35 encompassed by the conductive inner layer 3, from which the first circuit II can be led to the conductive outer layer 1 or 4 by means of a further through-plating 54 .
  • the second circuit 12 comprises a conductor winding 24, which is designed as a conductor track structure 55 of the conductive inner layer 2 and is guided in the direction of the outer edge region of the planar transformer 10 via a connection 24A, which is designed, for example, as a conductor track of the conductive inner layer 2.
  • the third circuit 13 includes a conductor winding 25, which is also enclosed by the conductive inner layer 2 and is designed as a conductor track structure 55 of the conductive inner layer 2, and has a connection 25A, which is also designed, for example, as a conductor track of the conductive inner layer 2.
  • the two galvanically isolated conductor windings 24, 25 are thus encompassed by the same conductive layer 2 of the sequence and are also arranged next to one another, in compliance with the required minimum insulation distances.
  • the conductor windings 24, 25 are each galvanically isolated from the conductor winding 12 on the conductive outer layer 1 and arranged in such a way that the respective conductor windings 24, 25 and the conductor winding 12 are perpendicular to each other in a top view of the sequence of layers, ie in a direction the respective conductive layers 1, 2, 3, 4 or perpendicular to the common plane of the sequence of layers, do not cover each other at any point.
  • the fourth circuit 14 comprises a conductor winding 33, which is designed as a conductor track structure 55 of the conductive inner layer 3 and has a connection 33 A, which is designed, for example, as a conductor track of the conductive inner layer 3.
  • the conductor winding 33 is also galvanically isolated from the conductor winding 12 of the conductive outer layer 1 and is arranged in such a way that the conductor winding 33 and the conductor winding 12 are in a top view of the sequence of layers, ie in a direction perpendicular to the respective conductive layers 1, 2 , 3, 4 or to the common level of the sequence of layers, do not cover each other at any point.
  • the conductor winding 12 is arranged in relation to the conductor windings 24, 25, 33 that are galvanically isolated from it in such a way that their conductor tracks are not directly above one another, the parasitic capacitive coupling between the galvanically isolated conductor windings can be reduced, so that the emission of interference is reduced - and interference immunity behavior of the planar transformer improved.
  • the conductor windings 24, 25 and 33 are designed as self-resonant conductor windings, which can each only be connected to a surrounding circuit with one connection 24A, 25A, 33A. Furthermore, the conductor windings 24, 25 and 33 have an open end of their conductor track.
  • the self-resonant conductor windings 24, 25 and 33 together form, for example, a secondary winding with a center tap corresponding to the connection 33A and the further connections 24A, 25A. While this secondary winding is electromagnetically shielded by means of a first shielding surface S1, the primary winding, which includes the conductor winding 12, is electromagnetically shielded by a second shielding surface S2, as described below.
  • the planar transmitter 10 according to Figure 4 further comprises a first shield surface Sl, which forms at least part of the conductive outer layer 4 and which is further designed for electromagnetically shielding at least one conductor winding, in the example of Figure 4 even three conductor windings 24, 25 and 33.
  • the first shielding surface S1 is arranged such that, in the example in FIG the other conductive inner layer 2 is at least partially covered, in particular essentially completely covered in Figure 4.
  • the first shielding surface Sl consequently causes electromagnetic shielding of the conductor windings 24, 25, 33 from an area outside the planar transformer 10, which adjoins the first shielding surface Sl.
  • the planar transformer 10 comprises a second shield surface S2, which in the exemplary embodiment in FIG.
  • the second screen surface S2 is arranged at a distance from the first screen surface Sl and surrounds the first screen surface Sl, for example in the form of a square frame.
  • the second shield surface S2 has an interruption 50 in order to reduce eddy currents induced therein.
  • the second shielding surface S2 serves to electromagnetically shield the conductor winding 12 of the conductive outer layer 1.
  • the second shield surface S2 is arranged parallel to the conductor winding 12 designed as a conductor track structure 55 of the conductive outer layer 1 in such a way that it at least partially covers the conductor winding 12 when viewed from above of the sequence of layers 1, 2, 3, 4, namely according to Figure 4 essentially completely covered, apart from the area formed around the connection 12A of the conductor winding 12.
  • planar transformer 10 includes a third shield surface S3, which, in contrast to the first and second shield surfaces S1, S2, is at least a part the conductive inner layer 2 forms and the conductor winding 24 partially surrounds the same conductive inner layer 2, in particular partially surrounds it in the circumferential direction.
  • the third shield surface S3 thus shields the conductor winding 24 in the radial direction outwards or from an area outside the planar transformer 10.
  • the third shield surface S3 also covers a small area of the conductor winding 12 only an insulating layer of the conductive outer layer 1 separated from the conductive inner layer 2, essentially exactly the area formed around the connection 12A of the conductor winding 12, which is not covered by the second shield surface S2.
  • the planar transmitter 10 according to FIG. 4 comprises at least a fourth shield surface S4, which forms at least a part, in particular a part arranged in the outer region or edge region, of the conductive inner layer 3.
  • the fourth shield surface S4 partially surrounds the conductor winding 33 and the connecting line 35 and can also partially surround other conductor tracks of the same conductive layer 3.
  • the fourth shielding surface S4 thus serves to electromagnetically shield the conductor winding 33 in the radial or circumferential direction to the outside and also shields the connecting line 35 and optionally also other conductor tracks on the conductive inner layer 3.
  • planar transformer 10 of Figure 4 can have further shielding surfaces, with each further shielding surface forming at least part of one of the conductive layers 1, 2, 3, 4, for example the conductive inner layer 3 and / or the conductive outer layer 1, so that it at least partially surrounds at least one conductor winding of the same conductive layer and/or at least partially covers at least one conductor winding of another conductive layer.
  • a further, fifth shield surface S5 can be seen as at least part of the conductive outer layer 1, which at least partially surrounds the conductor winding 12, specifically in the circumferential direction or partially in the radial direction.
  • a further shield surface would be conceivable as at least another part of the conductive outer layer 1, which at least partially covers at least one of the conductor windings 24, 25 and 33 when viewed from above on the sequence of layers.
  • the planar transformer has a further shield surface as at least a part of the conductive inner layer 2, which at least partially surrounds at least the conductor winding 25 of the same conductive layer 2. It is particularly advantageous if a shield surface has an interruption, for example in the form of a slot, in order to limit eddy currents and the associated losses to an acceptable level.
  • FIG. 10 A fourth embodiment of a planar transformer 10 according to the invention is sketched in FIG.
  • the planar transformer 10 according to Figure 5 comprises two galvanically isolated circuits II and 12.
  • the first circuit II has two conductor windings 26, 36, which are constructed symmetrically to one another.
  • the conductor winding 26 of the conductive inner layer 2 is designed, for example, in the form of a “tennis racket” and has a connection 26A and a center tap 38.
  • the center tap 38 is guided to the conductive inner layer 3 by means of through-plating and becomes the center tap 38 of the conductor winding on the conductive inner layer 3 36, which is also designed in the form of a “tennis racket” and as a conductor track structure 55 of the conductive inner layer 3 with its connection 36B. Both the center tap 38 and the connections 26A, 36B are, for example, routed to the conductive outer layer 1 via plated-through holes.
  • the second circuit 12 of the planar transformer 10 comprises a conductor winding 41, which is designed as a conductor track structure 55 of the conductive outer layer 4.
  • the conductor winding 41 has a connection 42, which can be connected to the layer 1 from this by means of a through-contact, as well as a further connection 41 A, arranged approximately in the center of the conductive outer layer 4, which is guided to the conductive outer layer 1 via a through-contact 53 and is electrically connected on this to a third screen surface S3.
  • This third shield surface S3 forms at least part of the conductive outer layer 1, has a connection S3 A and, together with the conductor winding 41 of the other conductive outer layer 4, forms a unit.
  • the conductive layers 3 and 4 immediately following one another are always arranged in such a way that they do not cover each other at any point, that is to say that in a plan view of the sequence of layers, that is to say in the direction perpendicular to the respective conductive layers 1, 2, 3 , 4 or perpendicular to the common plane of the sequence of layers, are not located directly above one another at any point. 4, only a connecting line 35 running from the conductor winding 41 to the connection 42, but not the wound part of the conductor winding 41, is covered by the conductor windings 26 and 36.
  • connections 26A, 36B and the center tap 38 are arranged so that the required clearance and creepage distances are maintained.
  • galvanically isolated conductor windings of different conductive layers in particular directly successive conductive layers with only one insulating layer arranged between them, can also be partially arranged directly one above the other in a plan view of the sequence of layers, i.e. at least partially cover each other and therefore have an overlap area.
  • This is accompanied by a greater capacitive coupling of these galvanically isolated conductor windings.
  • the inductive coupling factor can be increased.
  • the associated greater capacitive coupling of these galvanically isolated conductor windings can also be compensated for in other ways, for example by correspondingly increased quality factors of the conductor windings and an associated increased efficiency.
  • planar transformer 10 As far as the arrangement of respective shielding surfaces is concerned in the embodiment of the planar transformer 10 according to the invention sketched in FIG the same conductive layer, ie the conductive inner layer 2, at least partially, namely in the circumferential direction or in the radial direction.
  • the Conductor winding 26 is thus limited to the outside in the circumferential direction by the first shield surface S1 and is electromagnetically shielded, which contributes to improved EMC of the planar transformer 10.
  • the planar transformer 10 comprises a second shield surface S2, which forms at least a part of the conductive outer layer 4 and partially surrounds the conductor winding 41 of the same conductive layer, ie the conductive outer layer 4, specifically in the circumferential direction or in the radial direction.
  • the fifth shield surface 5 comprises a further, fourth shield surface S4, which forms at least a part of the conductive outer layer 1, namely in the outer region or edge region of the conductive outer layer 1.
  • the fourth shield surface surrounds S4 partially the third shield surface S3 in the radial direction, the third shield surface S3 in turn being electrically connected to the conductor winding 41 of the conductive outer layer 4 via a plated-through hole 53.
  • the first shield surface Sl, second shield surface S2 and fourth shield surface S4, which each at least partially form different conductive layers 1, 2, 4, are electrically connected to one another in FIG the plated-through holes 52 are each located in the outer region of the respective conductive layers 1, 2, 4.
  • the conductive outer layer 1 comprises two separate shielding surfaces S3 and S4 instead of a single shielding surface has the advantage that there is more freedom with regard to the signal source to be used.
  • the third shield area S3 can be connected to a supply voltage
  • the fourth shield area S4 can be connected to ground, as is usually the case with shield areas such as the shield areas SI, S2, S3, S4, S5 shown in Figures 2-4 .
  • the first screen area S1 is assigned to a specific screen area in FIGS. 2-5 only by way of example and, within the scope of the invention, can also correspond to a different screen area, for example the screen area referred to as the second screen area S2.
  • the assignment of the first screen surface Sl made in Figures 2-5 therefore only serves to illustrate various possible arrangements within the planar transformer 10.
  • the first screen surface Sl, as well as the second, third, etc. screen surface can have at least one Form part of any of the conductive layers of the planar transformer 10 and effect electromagnetic shielding of at least one conductor winding of the planar transformer 10.
  • the EMC of the planar transformer is improved the more the more shielding surfaces on the individual layers are arranged in such a way that they can electromagnetically shield the conductor windings of the planar transformer from the area outside the planar transformer in the best possible way.
  • a planar transformer which, due to its lack of a magnetic core, can be designed to be extremely compact and with only a very low overall height. Due to the lack of through openings for accommodating a magnetic core part, more area is available on the individual conductive layers of the planar transformer for arranging conductor windings and also for arranging shield surfaces within the planar transformer.
  • the arrangement of the conductor windings for example not arranging galvanically isolated conductor windings arranged directly one above the other or arranging galvanically isolated conductor windings on the same layer next to one another, capacitive couplings between galvanically isolated conductor windings of the planar transformer can be reduced.
  • a respective shield surface forms at least a part of a conductive layer of the planar transformer in such a way that it at least partially surrounds at least one conductor winding of the same conductive layer and thus shields it in the radial direction from the outside, and either in combination or alternatively that it at least one Conductor winding of another conductive layer is at least partially covered, namely in a plan view of the sequence of the respective layers, whereby electromagnetic shielding to the outside takes place in the direction of the sequence of layers.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen planaren Übertrager, welcher eine parallel zu einer gemeinsamen Ebene angeordnete Abfolge von mehreren Lagen, bei welcher eine leitfähige Lage und eine isolierende Lage jeweils abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind, sodass zwischen jeweils zwei leitfähigen Lagen jeweils eine isolierende Lage angeordnet ist, und eine Mehrzahl von galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen sowie eine Mehrzahl von Leiterwicklungen umfasst. Jeder Stromkreis umfasst wenigstens eine Leiterwicklung. Jede Leiterwicklung ist jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend jeweils als Leiterbahnstruktur einer leitfähigen Lage ausgebildet. Der planare Übertrager zeichnet sich dadurch aus, dass er ein magnetkernloser Übertrager ist und zumindest eine parallel zu der gemeinsamen Ebene angeordnete erste Schirmfläche aufweist, welche zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage ausbildet und zum elektromagnetischen Abschirmen zumindest einer der Mehrzahl von Leiterwicklungen gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers ausgebildet ist.

Description

Kernloser planarer Übertrager
Die vorliegende Erfindung betrifft einen planaren Übertrager, welcher eine parallel zu einer gemeinsamen Ebene angeordnete Abfolge von mehreren Lagen aufweist, bei welcher eine leitfähige Lage und eine isolierende Lage jeweils abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind, sodass zwischen jeweils zwei leitfähigen Lagen jeweils eine isolierende Lage angeordnet ist. Der planare Übertrager umfasst ferner eine Mehrzahl von galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen sowie eine Mehrzahl von Leiterwicklungen. Jeder Stromkreis umfasst wenigstens eine Leiterwicklung und jede Leiterwicklung ist jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend jeweils als Leiterbahnstruktur einer leitfähigen Lage ausgebildet.
Aus dem Stand der Technik sind Übertrager, einschl. Transformatoren, zur galvanisch getrennten Übertragung von Leistung, von Energie und/oder von Daten-, Informations- und/oder anderen Signalen bekannt. Diese aus dem Stand der Technik bekannten Übertrager werden üblicherweise entweder durch Bewicklung eines geschlossenen Kerns, beispielsweise eines Ringkerns, mit einem elektrischen Leiter gebildet oder durch Einbringen mehrerer Kernteile in einen Wickelkörper oder in eine Leiterplatte, der bzw. die die notwendigen Leiterwicklungen enthält. Die Kernteile werden anschließend, in der Regel durch Kleben oder Klammern, mechanisch zu einem geschlossenen Körper zusammengefügt. Heutzutage besitzen Übertrager oftmals einen Aufbau in Planartechnik, typischerweise in Leiterplattentechnologie, und Leiterwicklungen in Multilayertechnik.
Die EP 0 715 322 Al beschreibt z.B. einen Übertrager bzw. Transformator, dessen Leiterbahnen vollständig in Planartechnik mit Lagenaufbau gefertigt ist, bei dem die Leiterwicklungen in einer zu einem Stück zusammengefügten Leiterplatte untergebracht sind, die von einem geschlossenen Magnetkern umgeben wird.
Die EP 2 637 183 A2 beschreibt z.B. einen planaren Übertrager bzw. Planarübertrager, der sich folglich durch eine grundsätzlich flache Bauweise auszeichnet, wobei sich der dort beschriebene aus zwei planaren magnetischen Körpern und zwei galvanisch getrennten Wicklungen zusammensetzt. Durch die Verwendung von zwei magnetischen Körpern, die als Kernteile aufwändig miteinander verbunden werden müssen, ergibt sich jedoch eine dennoch verhältnismäßig große Bauhöhe.
Die EP 3 576 113 Bl betrifft einen Planartransformator mit einem Magnetkern und mit einer ersten Wicklung, einer zweiten Wicklung sowie einer dritten und vierten Wicklung, die zwischen der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung angeordnet sind. Die dritte und vierte Wicklung umfassen jeweils eine Ab schirm windung, die mindestens 30 Prozent von einem Wicklungsfenster des Planartransformators abdeckt. Die Ab schirm Windungen sind so angeordnet, dass sie zusammen mindestens 50 Prozent des Wicklungsfensters abdecken, wobei eine der Ab Schirmwindungen auf der inneren Hälfte des Wicklungsfensters und die andere der Ab schirmwindungen an der äußeren Hälfte des Wicklungsfensters angeordnet ist. Die Wicklungen sind dabei um Öffnungen, die den Magnetkern aufnehmen, herumgewickelt.
Die CN 111883345 A beschreibt einen Planartransformator mit einer Sekundärspulenschicht, einer ersten und zweiten Abschirmschicht und einer Primärspulenschicht, die alle auf einer Leiterplatte angeordnet sind. Die Sekundärspul en schicht umfasst zumindest einen Teil einer Sekundärspule mit einem sekundären statischen Punktende. Die erste Abschirmschicht umfasst NI Kreise von ersten Ab schirm spul enab schnitten, von denen jeder ein erstes abschirmendes statisches Punktende und ein erstes freies abschirmendes Ende umfasst. Die zweite Abschirmschicht umfasst einen zweiten Abschirmspulenabschnitt von N2 Kreisen, der ein zweites abschirmendes statisches Punktende und ein zweites freies abschirmendes Ende umfasst. Die einzelnen Schichten haben Öffnungen zum Aufnehmen eines Transformatorkems.
Vor dem Hintergrund des Standes der Technik ist es zumindest eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen planaren Übertrager aufzuzeigen, der bei einem schichtartigen Aufbau mit einer Mehrzahl von darin angeordneten, galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen besonders kompakt aufgebaut und mit besonders geringer Bauhöhe ausgestattet ist, wobei die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) unter Einhaltung der geforderten Mindestab stände bezüglich der elektrischen Isolation zusätzlich zu einer weiteren Reduzierung der Bauhöhe verbessert wird. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, EMV-basierte Störaussendungen und Störeinkopplungen zu reduzieren und für eine geringe kapazitive Kopplung zwischen den jeweiligen Leiterwicklungen zu sorgen.
Die Lösung der Erfindung ist durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 wiedergegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der weiteren Merkmale der Unteransprüche.
Dementsprechend betrifft die Lösung gemäß der Erfindung einen planaren Übertrager, der eine parallel zu einer gemeinsamen Ebene angeordnete Abfolge von mehreren Lagen, bei welcher eine leitfähige Lage und eine isolierende Lage jeweils abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind, sodass zwischen jeweils zwei leitfähigen Lagen jeweils eine isolierende Lage angeordnet ist, und eine Mehrzahl von galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen sowie eine Mehrzahl von Leiterwicklungen umfasst. Jeder Stromkreis umfasst wenigstens eine Leiterwicklung. Jede Leiterwicklung ist jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend als Leiterbahnstruktur einer leitfähigen Lage ausgebildet. Der planare Übertrager zeichnet sich dadurch aus, dass er ein magnetkernloser Übertrager ist und zumindest eine parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufende erste Schirmfläche aufweist. Die erste Schirmfläche bildet zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage aus und ist ferner zum elektromagnetischen Abschirmen zumindest einer der Mehrzahl von Leiterwicklungen gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers ausgebildet.
Der planare Übertrager erstreckt sich über eine Fläche, deren Länge und Breite um ein Vielfaches größer als die Höhe, in die sich der planare Übertrager erstreckt, bzw. als die Dicke des planaren Übertragers sind. Die von dem planaren Übertrager umfasste Abfolge von mehreren Lagen umfasst mindestens zwei leitfähige Lagen und mindestens eine zwischen diesen angeordnete isolierende Lage. Insbesondere weist die Abfolge von mehreren Lagen jedoch mindestens vier leitfähige Lagen auf, und zwar zwei leitfähige Außenlagen und eine Mehrzahl von leitfähigen Innenlagen, die von den leitfähigen Außenlagen jeweils umgeben sind.
Dadurch dass der erfindungsgemäße planare Übertrager keinen magnetischen Kern umfasst, kann er besonders klein und kompakt ausgestaltet sein. So muss weder Platz für den magnetischen Kern selbst in dem planaren Übertrager vorgesehen werden, was in der Regel gleichbedeutend mit einer größeren Höhe des planaren Übertragers ist, noch müssen in den einzelnen Lagen des planaren Übertragers Öffnungen für einen durchdringenden magnetischen Kern vorgesehen werden. Die Leiterwicklungen der galvanisch voneinander getrennten Stromkreise des planaren Übertragers sind folglich nicht um einen Teilbereich eines Magnetkerns gewickelt, wie dies üblicherweise der Fall ist. Dies hat u.a. den Vorteil einer größeren nutzbaren Fläche der jeweiligen leitfähigen Lagen, sodass beispielsweise galvanisch voneinander getrennte Leiterwicklungen derselben leitfähigen Lage auch nebeneinander angeordnet sein können, solange die geforderten Mindestisolationsabstände eingehalten werden. Die Leiterwicklungen des erfindungsgemäßen planaren Übertragers sind allesamt als Leiterbahnstrukturen einer jeweiligen leitfähigen Lage des planaren Übertragers ausgebildet, was den planaren Übertrager u.a. kostengünstiger macht. Die Anforderungen an eine elektrische Isolation, z.B. die Einhaltung von geforderten Luft- und Kriechstrecken, werden dabei stets berücksichtigt. Der erfindungsgemäße planare Übertrager stellt somit einen Leiterplattenübertrager dar, dessen leitfähige Lagen, welche zumindest die als Leiterbahnstrukturen ausgebildeten Leiterwicklungen und ggf. auch weitere Leiterbahnen umfassen, als Leiterplatten bzw. Leiterplattenschichten aufgefasst werden können. Insbesondere kann der planare Übertrager beispielsweise eine mehrschichtige Leiterplatte (PCB) sein.
Die Verwendung von zumindest einer ersten Schirmfläche, insbesondere von mehreren Schirmflächen, verbessert die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des planaren Übertragers und verringert sowohl eine von dem planaren Übertrager ausgehende elektromagnetische Abstrahlung, d.h. eine elektromagnetische Störausstrahlung, als auch eine elektromagnetische oder elektrische Störeinkopplung von außen in den planaren Übertrager. Eine jeweilige Schirmfläche, einschließlich der ersten Schirmfläche, bildet dabei stets zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage des planaren Übertragers aus und bewirkt in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Anordnung innerhalb des planaren Übertragers eine elektromagnetische Abschirmung zumindest einer Leiterwicklung gegenüber dem Bereich außerhalb des planaren Übertragers.
Dabei ist die erste Schirmfläche, und vorzugsweise auch jede weitere Schirmfläche des planaren Übertragers insbesondere jeweils als zumindest ein Teil einer leitfähigen Lage zum elektromagnetischen Abschirmen so angeordnet, dass sie zumindest eine Leiterwicklung derselben leitfähigen Lage zumindest teilweise umgibt, was zu einem elektromagnetischen Abschirmen der Leiterwicklung in im Wesentlichen radialer Richtung führt, und/oder dass sie zumindest eine Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage zumindest teilweise bedeckt, was zu einem elektromagnetischen Abschirmen der Leiterwicklung in einer Richtung senkrecht zur jeweiligen, die Leiterwicklung umfassenden leitfähigen Lage führt. D.h. die von einer jeweiligen Schirmfläche abzuschirmende Leiterwicklung kann ein Teil der gleichen leitfähigen Lage, welche auch die Schirmfläche umfasst, oder auch ein Teil einer anderen leitfähigen Lage sein. So kann die erste Schirmfläche bzw. eine jeweilige weitere Schirmfläche beispielsweise in einem äußeren Bereich einer leitfähigen Lage angeordnet sein und zumindest teilweise eine Leiterwicklung derselben leitfähigen Lage, d.h. einer diese Leiterwicklung und die Schirmfläche umfassenden leitfähigen Lage, umgeben, wobei die Schirmfläche diese Leiterwicklung insbesondere zumindest teilweise flächig in Umfangsrichtung umgibt und diese in radialer Richtung nach außen hin begrenzt und somit entsprechend elektromagnetisch abschirmt. Ergänzend oder auch alternativ dazu kann die erste Schirmfläche bzw. eine jeweilige Schirmfläche zumindest eine Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage, welche die Schirmfläche nicht umfasst, elektromagnetisch abschirmen, indem sie diese Leiterwicklung zumindest teilweise, insbesondere vollständig, bedeckt, und zwar bei einer Draufsicht auf die jeweiligen Lagen des planaren Übertragers, d.h. senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen bzw. senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Abfolge der Lagen. In diesem Fall schirmt die Schirmfläche die Leiterwicklung im Wesentlichen in einer Richtung senkrecht zur Schirmfläche hin nach außen elektromagnetisch ab. Dabei kann der planare Übertrager beispielsweise derart ausgebildet sein, dass die erste Schirmfläche und jede weitere Schirmfläche jeweils zwischen zumindest 70 Prozent bis zu 100 Prozent der durch die Außenkonturen einer jeweiligen Leiterwicklung aufgespannten Fläche bedeckt.
Aus den zuvor aufgeführten Merkmalen einer ersten und einer jeweiligen weiteren Schirmfläche geht hervor, dass eine Schirmfläche im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht mit einer leitfähigen Lage gleichzusetzen ist, die vollständig bzw. ausschließlich eine Ab schirm schicht aus elektrisch leitfähigem Material ausbildet, sich parallel zu den die Leiterwicklungen tragenden Schichten eines Übertragers erstreckt und eine Abschirmung über die gesamte Fläche des planaren Übertragers nach außen hin bewirkt. *
In Weiterbildung kann bei einem erfindungsgemäßen planaren Übertrager, dessen Abfolge von mehreren Lagen zwei leitfähige Außenlagen und eine Mehrzahl von leitfähigen Innenlagen, die von den leitfähigen Außenlagen jeweils umgeben sind, umfasst, vorgesehen sein, dass die erste Schirmfläche und wenigstens eine Leiterwicklung jeweils einen Teil einer selben der leitfähigen Innenlagen des planaren Übertragers ausbilden, wobei die erste Schirmfläche die wenigstens eine Leiterwicklung zumindest teilweise umgibt, und zwar in Umfangsrichtung zumindest teilweise umgibt bzw. begrenzt. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die erste Schirmfläche zumindest einen Teil einer der zwei leitfähigen Außenlagen des planaren Übertragers ausbildet, wobei die erste Schirmfläche zumindest eine Leiterwicklung dieser leitfähigen Außenlage zumindest teilweise umgibt und/oder zumindest eine Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage, d.h. einer nicht die erste Schirmfläche umfassende leitfähigen Lage, zumindest teilweise bedeckt.
Weiterhin kann der erfmdungsgemäße planare Übertrager auch beispielsweise eine zweite Schirmfläche aufweisen, wobei die erste Schirmfläche und die zweite Schirmfläche einen Teil derselben leitfähigen Lage ausbilden und voneinander elektrisch isoliert sind. Die erste und die zweite Schirmfläche können insbesondere jeweils dazu ausgebildet sein, dieselbe Leiterwicklung oder verschiedene Leiterwicklungen anderer leitfähiger Lagen zumindest teilweise zu bedecken und diese somit in Richtung senkrecht zur jeweiligen leitfähigen Lage nach außen hin elektromagnetisch abzuschirmen. Ferner können die erste und/oder die zweite Schirmfläche jeweils dazu ausgebildet sein, dieselbe Leiterwicklung oder auch verschiedene Leiterwicklungen zumindest teilweise zu umgeben und in radialer Richtung nach außen hin elektromagnetisch abzuschirmen.
Ergänzend oder alternativ dazu kann der erfindungsgemäße planare Übertrager auch beispielsweise eine dritte Schirmfläche aufweisen, welche zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage ausbildet und mit einer Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage über eine Durchkontaktierung elektrisch verbunden ist. Demnach kann an die dritte Schirmfläche und an die mit dieser verbundenen leitfähigen Lage dasselbe Potential angelegt werden.
In einer Weiterbildung kann der planare Übertrager zumindest eine weitere Schirmfläche aufweisen, wobei die erste Schirmfläche und die zumindest eine weitere Schirmfläche zumindest einen Teil jeweils einer von mindestens zwei verschiedenen leitfähigen Lagen ausbilden und über mindestens eine Durchkontaktierung miteinander verbunden sind. Die mindestens eine Durchkontaktierung kann z.B. in etwa der Mitte der jeweiligen zwei verschiedenen leitfähigen Lagen des planaren Übertragers oder in einem Außenbereich der jeweiligen zwei verschiedenen leitfähigen Lagen angeordnet sein. Vorzugsweise sind die erste und die zumindest eine weitere Schirmfläche über eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen miteinander verbunden.
Weiterhin kann zumindest die erste Schirmfläche des planaren Übertragers eine Unterbrechung, insbesondere einen Schlitz, aufweisen. Durch einen auf einer Schirmfläche ausgebildeten Schlitz können Wirbelströme abgeschwächt werden, durch welche Verluste bei der Signal- und/oder Energieübertragung hervorgerufen werden.
Weiterhin kann der planare Übertrager zusätzlich zu der ersten Schirmfläche, und auch zusätzlich oder alternativ zu der zweiten Schirmfläche, zumindest eine weitere Schirmfläche aufweisen, wobei jede weitere Schirmfläche des planaren Übertragers jeweils zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage ausbildet derart, dass jede leitfähige Lage des planaren Übertragers jeweils mindestens eine Schirmfläche umfasst, welche zumindest eine Leiterwicklung derselben leitfähigen Lage zumindest teilweise umgibt und/oder zumindest eine Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage zumindest teilweise bedeckt. Ergänzend oder alternativ dazu bildet jede weitere Schirmfläche des planaren Übertragers jeweils zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage derart aus, dass eine Summe der Flächen der ersten Schirmfläche und jeder weiteren Schirmfläche des planaren Übertragers mindestens einer Summe der durch die Außenkonturen der jeweiligen Leiterwicklungen des planaren Übertragers aufgespannten Flächen entspricht. Der Einsatz von möglichst vielen Schirmflächen innerhalb des planaren Übertragers, die jeweils zum elektromagnetischen Abschirmen zumindest einer Leiterwicklung entsprechend angeordnet sind, führt zu einer verbesserten EMV des planaren Umformers, d.h. zu einem geringeren Einfluss von elektromagnetischen und elektrischen Störabstrahlungen und Störeinkopplungen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn Schirmflächen in den äußeren Bereichen der jeweiligen leitfähigen Lagen, insbesondere der leitfähigen Innenlagen, angeordnet sind, sodass sie die Leiterwicklungen derselben leitfähigen Lagen zumindest teilweise umgeben und in Umfangsrichtung nach außen hin begrenzen. Ferner ist dies der Fall, wenn Schirmflächen zumindest einen Teil der leitfähigen Außenlagen des planaren Übertragers ausbilden, sodass sie zumindest die leitfähigen Lagen der Abfolge von Lagen jeweils in einer Richtung senkrecht zur Fläche der jeweiligen leitfähigen Lagen begrenzen. Unter der Voraussetzung einer solchen Anordnung von Schirmflächen mit möglichst effektiver Ab Schirmwirkung von Leiterwicklungen gilt somit, dass der planare Übertrager gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers, d.h. gegenüber der Außenwelt, umso effektiver abgeschirmt wird, je größer die Summe der von den Schirmflächen des planaren Übertragers jeweils eingenommenen Flächen ist.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen planaren Übertragers umfasst eine leitfähige Lage, insbesondere eine leitfähige Innenlage, zwei galvanisch getrennte Leiterwicklungen, welche nebeneinander angeordnet sind. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass aufgrund des fehlenden Magnetkerns mehr Fläche der jeweiligen leitfähigen Lagen genutzt werden kann. Dadurch, dass zwei galvanisch getrennte Leiterwicklungen auf derselben Lage angeordnet sind, ergibt sich eine geringe kapazitive Kopplung der Wicklungen. Dies trägt dazu bei, die EMV des planaren Übertragers zu verbessern, insbesondere EMV-Störaussendungen, zu reduzieren und die Empfindlichkeit gegenüber Störeinkopplungen zu erhöhen.
Alternativ oder in Kombination dazu sind galvanisch voneinander getrennte Leiterwicklungen zweier verschiedener leitfähiger Lagen, welche nur durch eine dazwischen angeordnete isolierende Lage voneinander getrennt sind, so angeordnet, dass sie sich an keiner Stelle gegenseitig bedecken. Unter dem Begriff der Leiterwicklung ist im Rahmen der Erfindung der „gewickelte Teil“ einer Leiterbahnstruktur zu verstehen. Eine etwaige als Leiterbahnstruktur ausgebildete Anschlussleitung zum Verbinden einer Leiterwicklung mit einem Anschluss ist hingegen nicht von einer Leiterwicklung im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst. D.h. galvanisch voneinander getrennte Leiterwicklungen, insbesondere Leiterwicklungen von unmittelbar aufeinanderfolgenden leitfähigen Lagen mit nur einer dazwischen angeordneten isolierenden Lage, sind vorteilhafterweise stets so angeordnet, dass sie sich bei einer Draufsicht auf die Abfolge der Lagen, d.h. in Richtung senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen bzw. senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Abfolge der Lagen, nicht direkt übereinander befinden. Jedoch kann es zu einer geringfügigen Überlappung zwischen einer Leiterwicklung einer leitfähigen Lage und einer Anschlussleitung einer anderen leitfähigen Lage mit dazwischenliegender isolierender Lage kommen. In diesem Fall befinden sich ein geringfügiger Bereich einer Leiterwicklung einer leitfähigen Lage und ein Teil einer Anschlussleitung einer anderen leitfähigen Lage bei einer Draufsicht auf die Abfolge der Lagen, d.h. in Richtung senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen, direkt übereinander und bedecken sich gegenseitig. Da dieser Überlappungsbereich aber sehr klein ist, sind damit keine wesentlichen Einschränkungen hinsichtlich der EMV des planaren Übertragers verbunden. Insgesamt betrachtet kann auf die zuvor beschriebene Weise die kapazitive Kopplung zwischen den entsprechenden Leiterwicklungen bzw. deren Windungen reduziert werden, was folglich einen Beitrag zur Verbesserung der EMV des planaren Übertragers leistet. Jedoch ist in einer weiteren Ausgestaltung des planaren Übertragers gemäß der Erfindung auch denkbar, dass galvanisch getrennte Leiterwicklungen, die sich auf unmittelbar aufeinanderfolgenden leitfähigen Lagen, d.h. mit nur einer dazwischen angeordneten isolierenden Lage, befinden, zumindest teilweise direkt übereinander angeordnet sind. In diesem Fall können andere Faktoren, z.B. der Platzbedarf der Leiterwicklungen, die Gütefaktoren der Windungen der Leiterwicklungen und der damit einhergehende Wirkungsgrad, positiv beeinflusst werden, um auf diese alternative Weise für eine Verbesserung der EMV des planaren Übertragers zu sorgen.
Ergänzend oder alternativ dazu kann in einer Weiterbildung des planaren Übertragers zumindest einer, vorzugsweise jeder, der galvanisch voneinander getrennten Stromkreise des planaren Übertragers zwei Leiterwicklungen umfassen, welche symmetrisch, insbesondere spiegel symmetrisch, zueinander aufgebaut sind. Insbesondere im Fall, dass jeder Stromkreis des planaren Übertragers symmetrisch aufgebaute Leiterwicklungen umfasst, können Gleichtaktstörungen, wie sie z.B. bei Störeinkopplungen auf mit dem planaren Übertrager verbundene Schaltungsteile auftreten können, von Übertrager nicht übertragen bzw. weitergeleitet werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der erfindungsgemäße magnetkernlose planare Übertrager eine Anordnung galvanisch getrennter Leiterwicklungen nebeneinander und über mehrere Lagen bzw. Schichten hinweg ermöglicht, die zu einer geringen kapazitiven Kopplung der Leiterwicklungen führt. Ferner ermöglicht eine jeweilige Schirmfläche von vorzugsweise mehreren Schirmflächen, welche zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage ausbildet und insbesondere in einem Außenbereich einer leitfähigen Lage angeordnet ist und/oder zumindest einen Teil einer leitfähigen Außenlage ausbildet, eine elektromagnetische Abschirmung gegenüber dem Bereich außerhalb des Übertragers, indem sie zumindest eine Leiterwicklung des planaren Übertragers nach außen hin elektromagnetisch abschirmt.
Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad und damit verbunden eine hohe Wicklungsgüte und eine hohe magnetische Kopplung zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn die von dem planaren Übertrager zu übertragenden Signale eine Frequenz im zweistelligen MHz-Bereich, z.B. 50 MHz, aufweisen. Der erfindungsgemäße planare Übertrager ist insbesondere für Anwendungen geeignet, bei denen eine galvanische Trennung der Leiterwicklungen mit moderatem Leistungsbedarf erforderlich ist. Beispiele hierfür sind u.a. Sensorschaltungen und Ansteuerungen von Halbleiterbauelementen wie Leistungs-Feldeffekttransistoren und Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, sog. IGBTs.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen davon sowie der dazugehörigen Figuren deutlich. Es zeigen:
Figur 1 : eine schematische Darstellung eines beispielhaften Aufbaus einer mehrschichtigen Leiterplatte gemäß dem Stand der Technik,
Figur 2: eine schematische Darstellung der einzelnen Lagen eines planaren Übertragers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 3 : eine schematische Darstellung der einzelnen Lagen eines planaren
Übertragers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 4: eine schematische Darstellung der einzelnen Lagen eines planaren Übertragers gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, und
Figur 5: eine schematische Darstellung der einzelnen Lagen eines planaren Übertragers gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Aufbaus einer mehrschichtigen Leiterplatte gemäß dem Stand der Technik, wobei ein solcher Aufbau auch für einen planaren Übertrager im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die in Figur 1 skizzierte mehrschichtige Leiterplatte umfasst eine parallel zu einer gemeinsamen Ebene angeordnete beispielhafte Abfolge von vier leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 und fünf isolierenden Lagen 8. Die leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 sind üblicherweise, wie auch in dem dargestellten Beispiel, aus Kupfer hergestellt. Die isolierenden Lagen 8 umfassen sogenannte Kerne bzw. Cores oder Prepregs, welche jeweils ein mit Harz getränktes Glasgewebe beschreiben. Bei der in Figur 1 gezeigten Abfolge sind eine leitfähige Lage 1, 2, 3, 4 und eine isolierende Lage 8 jeweils abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet, sodass sich zwischen jeweils zwei der leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 jeweils eine isolierende Lage 8, die zumindest ein sogenanntes Prepreg umfasst, befindet. Die leitfähigen Lagen 1 und 4 bilden leitfähige Außenlagen und umgeben die leitfähigen Lagen 2 und 3, welche somit als leitfähige Innenlagen bezeichnet werden. In dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 stellt die zwischen den leitfähigen Innenlagen 2, 3 angeordnete isolierende Lage 8 den sogenannten Kem der mehrschichtigen Leiterplatte dar, welcher als ein zwischen den zwei als Kupferfolien ausgebildeten leitfähigen Innenlagen 2, 3 vorverpresster und ausgehärteter Prepreg ausgebildet ist. Die zwischen einer leitfähigen Innenlage 2, 3 und einer leitfähigen Außenlage 1, 4 jeweils angeordneten isolierenden Schichten 8 bzw. Prepregs können je nach Anwendungsbereich unterschiedliche Dicken aufweisen. Auf den leitfähigen Außenlagen 1, 4 ist im Beispiel der Figur 1 jeweils eine isolierende Schicht 8 angeordnet, welche als ein auf die jeweiligen leitfähigen Außenlagen 1, 4 aufgebrachter Lötstopplack ausgebildet ist. In einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform einer mehrschichtigen Leiterplatte mit vier leitfähigen Lagen können jedoch auch beispielsweise zwei Kerne mit einem zwischen den zwei Kernen angeordneten Prepreg als isolierende Lage angeordnet sein. Ferner ist auch denkbar, dass eine oder mehrere der isolierenden Lagen aus beispielsweise zwei oder mehr Prepregs bzw. Teilschichten aufgebaut ist, wenn dies für den vorgesehenen Anwendungsbereich zweckdienlich ist, beispielsweise um erhöhte Isolationsanforderungen sicherzustellen.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines planaren Übertragers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der planare Übertrager 10 eine parallel zu einer gemeinsamen Ebene angeordnete Abfolge von mehreren Lagen, im Beispiel der Figur 2 vier leitfähige Lagen 1, 2, 3, 4 und zumindest drei isolierende Lagen (nicht in Figur 2 gezeigt), umfasst. Die vier leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 des planaren Übertragers 10 sind in Figur 2 jeweils einzeln gezeigt, wobei die in den Figuren 2-5 jeweils dargestellte rechteckige Umrandung eine jeweilige Ebene symbolisiert, in welcher die jeweilige leitfähige Lage 1, 2, 3, 4 jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend angeordnet ist. Der planare Übertrager 10 ist anhand der Zusammensetzung dieser vier leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 in Figur 2 unten rechts skizziert. Dabei wurde der Übersichtlichkeit halber auf eine Darstellung jeweils einer zwischen den leitfähigen Lagen 1 und 2, den leitfähigen Lagen 2, 3 sowie den leitfähigen Lagen 3 und 4 angeordneten isolierenden Lage verzichtet. Der in Figur 2 skizzierte Aufbau des planare Übertragers 10 entspricht jedoch grundsätzlich im Wesentlichem einem in Figur 1 skizzierten Aufbau, bei dem eine leitfähige Lage 1, 2, 3, 4 und eine isolierende Lage 8 jeweils abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind, sodass zwischen jeweils zwei leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 jeweils eine isolierende Lage 8 angeordnet ist. Eine zwischen jeweils zwei leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 angeordnete isolierende Lage kann aus einem Prepreg, aber auch aus zwei oder mehr Prepregs aufgebaut sein, wobei sich die jeweiligen Prepregs in ihrer Dicke voneinander unterscheiden können, aber nicht müssen. Die zwei leitfähigen Lagen 1 und 4 sind im Beispiel der Figur 2 die äußeren leitfähigen Lagen 1, 4 des planaren Übertragers 10, begrenzen folglich zumindest die in der Abfolge umfassten leitfähigen Lagen und werden im Folgenden daher auch als leitfähige Außenlagen 1, 4 bezeichnet. Die leitfähigen Lagen 2 und 3 hingegen werden von den leitfähigen Außenlagen 1, 4 jeweils umgeben und werden daher im Folgenden auch als leitfähige Innenlagen des planaren Übertragers 10 bezeichnet. Grundsätzlich kann der planare Übertrager 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung neben den zwei leitfähigen Außenlagen 1, 4 jedoch auch eine Mehrzahl von leitfähigen Innenlagen, d.h. insbesondere auch mehr als zwei leitfähige Innenlagen, welche von diesen leitfähigen Außenlagen 1, 4 umgeben sind, aufweisen. Zudem können optional auch zwei weitere, die zwei leitfähigen Außenlagen 1, 4 nach außen hin begrenzende isolierende Lagen vorgesehen sein, welche insbesondere als Lötstopplack ausgebildet sein können und die leitfähigen Außenlagen 1, 4 jeweils bedecken, wie in Figur 1 beispielhaft dargestellt.
Der erfmdungsgemäße planare Übertrager 10 umfasst zudem eine Mehrzahl von galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen, gemäß der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform zwei galvanisch voneinander getrennte Stromkreise II, 12, und eine Mehrzahl von Leiterwicklungen 21, 22, 31, 32. Jeder der zwei Stromkreise II, 12 umfasst wenigstens eine Leiterwicklung, im Beispiel der Figur 2 jeweils zwei Leiterwicklungen 21, 31 bzw. 22, 32, wobei jede Leiterwicklung jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend als Leiterbahnstruktur 55 einer leitfähigen Lage ausgebildet ist. Gemäß Figur 2 umfasst der erste Stromkreis II die Leiterwicklungen 21,
31 und der zweite Stromkreis 12 die beispielhaft in Form eines „Tennisschlägers“ ausgebildeten Leiterwicklungen 22, 32, wobei die Leiterwicklungen 21, 22, jeweils als Leiterbahnstrukturen 55 der leitfähigen Innenlage 2 und die Leiterwicklungen 31, 32 jeweils als Leiterbahnstrukturen 55 der leitfähigen Innenlage 3 ausgebildet sind. Im zusammengebauten Zustand des planaren Übertragers 10 sind sowohl die Leiterwicklungen 21, 22 der leitfähigen Innenlage 2 als auch die Leiterwicklungen 31,
32 der leitfähigen Innenlage 3 galvanisch voneinander getrennt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die insbesondere aus Kupferfolie ausgestanzten Leiterbahnstrukturen, welche jeweils Leiterwicklungen eines Stromkreises des planaren Übertragers ausbilden, im Rahmen der Herstellung des planaren Übertragers mit zumindest einer isolierenden Lage bzw. einem Prepreg verpresst werden, sodass sich infolgedessen isolierendes Material des Pregregs in der leitfähigen Lage zwischen den einzelnen Leiterbahnstrukturen befindet. Die erforderlichen Mindestisolationsabstände, wie z.B. Luft- und Kriechstrecken, zwischen den jeweiligen Leiterwicklungen 21, 22 der leitfähigen Innenlage 2 und zwischen den jeweiligen Leiterwicklungen 31, 32 der leitfähigen Innenlage 3 sind dabei stets eingehalten.
Wie anhand der in Figur 2 gezeigten einzelnen leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 zu sehen, fehlt es dem planaren Übertrager 10 an einem Magnetkern, d.h. der planare Übertrager 10 ist ein magnetkernloser Übertrager. Dies hat den Vorteil, dass der planare Übertrager 10 besonders klein und kompakt ausgestaltet werden kann, insbesondere da die Bauhöhe des planaren Übertragers 10 aufgrund des fehlenden Magnetkerns im Vergleich zu einem planaren Übertrager mit Magnetkern verringert werden kann. Zudem steht eine größere Fläche für die Anordnung der Leiterwicklungen 21, 22, 31, 32 zur Verfügung, verglichen mit einem von den geometrischen Abmessungen her gleichen planaren Übertrager mit Magnetkern, da u.a. die einzelnen leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 des erfindungsgemäßen planaren Übertragers 10 keine Durchgangsöffnungen für Teilbereiche eines Magnetkerns aufweisen müssen, um welche die Leiterwicklungen jeweils herumgewickelt werden müssen. Dies macht den erfindungsgemäßen planaren Übertrager 10 u.a. auch kostengünstiger. So ist es wie im Beispiel der Figur 2 möglich, dass eine leitfähige Lage des planaren Übertragers zwei galvanisch voneinander getrennte Leiterwicklungen umfasst, welche nebeneinander angeordnet sind, wie die Leiterwicklungen 21, 22 der leitfähigen Lage 2 und die Leiterwicklungen 31, 32 der leitfähigen Lage 3. Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise eine geringere kapazitive Kopplung der Leiterwicklungen 21, 22 bzw. 31, 32, welche zu einer Erhöhung der EMV des planaren Übertragers, und somit zu einer Reduzierung von elektromagnetischen und elektrischen Störaussendungen und Störeinkopplungen beiträgt.
Der erfmdungsgemäße planare Übertrager 10 gemäß Figur 2 stellt somit einen Leiterplattenübertrager dar, dessen Leiterwicklungen 21, 22, 31, 32 und evtl, weitere Leiterbahnen wie Anschlussleitungen jeweils Bestandteile einer leitfähigen Lage 1, 2, 3, 4 des planaren Übertragers 10 sind, wobei diese leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 als Leiterplattenschichten aufgefasst werden können. Insbesondere handelt es sich bei dem planaren Übertrager 10 gemäß Figur 2 um eine mehrschichtige Leiterplatte (PCB), wie sie in Figur 1 beispielhaft skizziert ist.
Weiterhin umfasst der erfmdungsgemäße planare Übertrager 10 zumindest eine parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufende erste Schirmfläche Sl, welche zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage 1, 2, 3, 4 ausbildet und welche ferner zum elektromagnetischen Abschirmen zumindest einer der Mehrzahl von Leiterwicklungen 21, 22, 31, 32 gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers 10 ausgebildet ist. Insbesondere ist die erste Schirmfläche Sl, und vorzugsweise auch jede weitere Schirmfläche S2, S3, S4 des planaren Übertragers 10, als zumindest ein Teil einer leitfähigen Lage 1, 2, 3, 4 so angeordnet, dass sie zumindest eine Leiterwicklung derselben leitfähigen Lage 1, 2, 3, 4 zumindest teilweise umgibt und zudem oder alternativ dazu zumindest eine Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage 1, 2, 3, 4 zumindest teilweise bedeckt. Demzufolge umfasst eine jeweilige leitfähige Lage 1, 2, 3, 4 des planaren Übertragers 10 stets zumindest eine leitfähige Struktur, insbesondere jedoch mehrere leitfähige Strukturen, wobei eine solche leitfähige Struktur als eine Schirmfläche, eine Leiterwicklung oder auch eine Anschlussleitung ausgebildet sein kann.
Gemäß der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform weist der planare Übertrager 10 beispielhaft vier Schirmflächen SI, S2, S3 und S4 auf. Die erste Schirmfläche S1 bildet zumindest einen Teil der leitfähigen Lage 1 aus, d.h. einer ersten leitfähigen Außenlage, und eine zweite Schirmfläche S2 bildet zumindest einen Teil der leitfähigen Lage 4 aus, d.h. einer zweiten leitfähigen Außenlage. Sowohl die erste Schirmfläche S1 als auch die zweite Schirmfläche S2 sind als zumindest ein Teil der jeweiligen leitfähigen Außenlagen 1 und 4 zum elektromagnetischen Abschirmen so angeordnet, dass sie zumindest die Leiterwicklungen 21, 31 des ersten Stromkreises II, welche jeweils einen Teil einer anderen leitfähigen Lage, nämlich der leitfähigen Innenlage 2 bzw. der leitfähigen Innenlage 3, ausbilden, vollständig bedecken und darüber hinaus auch die Leiterwicklungen 22, 32 des zweiten Stromkreises 12, welche ebenfalls einen Teil der leitfähigen Innenlage 2 bzw. 3 ausbilden, zumindest teilweise bedecken, und zwar bei Draufsicht auf die Abfolge der Lagen des planaren Übertragers 10, d.h. in Richtung senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 bzw. senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Abfolge der Lagen. Die erste und zweite Schirmfläche SI, S2 ermöglichen somit eine elektromagnetische Abschirmung der Leiterwicklungen 21, 31 und 22, 32 nach außen hin, d.h. gegenüber einem außerhalb des planaren Übertragers 10 liegenden Bereich, wodurch die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des planaren Übertragers 10 verbessert wird. Die erste Schirmfläche S1 und auch die zweite Schirmfläche S2 haben in der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform jeweils eine Unterbrechung, die in Form eines Schlitzes 51 ausgestaltet ist. Der jeweilige Schlitz 51 sorgt dafür, dass Wirbelströme, die Verluste bei der Übertragung von Signalen hervorrufen, abgeschwächt werden. Zudem sind die erste Schirmfläche S1 und die zweite Schirmfläche S2, welche zumindest einen Teil einer der zwei verschiedenen leitfähigen Lagen 1, 4 ausbilden, über mindestens eine Durchkontaktierung 52 miteinander verbunden. In Figur 2 ist eine solche Durchkontaktierung 52 beispielhaft in etwa im Mittelpunkt des planaren Übertragers 10 und eine weitere solche Durchkontaktierung beispielhaft im äußeren Bereich der jeweiligen ersten und zweiten Schirmfläche SI, S2 angeordnet. Es können jedoch auch noch weitere, nicht in Figur 2 gezeigte Durchkontaktierungen zum elektrischen Verbinden der ersten und zweiten Schirmfläche S1 und S2 miteinander vorgesehen sein. Demnach kann an die erste und die zweite Schirmfläche SI, S2 insbesondere ein gleiches Potential angelegt werden, um eine elektromagnetisches Abschirmen der Leiterwicklungen 21, 22, 31, 32 gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers 10 zu bewirken.
Wie in Figur 2 dargestellt, so kann der planare Übertrager 10 auch weitere Schirmflächen, die jeweils zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage ausbilden, hier eine dritte und vierte Schirmfläche S3, S4 als jeweiliger Teil der leitfähigen Innenlagen 2 bzw. 3, umfassen. Dabei bilden die weiteren Schirmflächen S3, S4 insbesondere jeweils einen äußeren Bereich bzw. Randbereich der leitfähigen Innenlagen 2 bzw. 3 aus, sodass die weitere Schirmfläche S3 die Leiterwicklungen 21, 22 der leitfähigen Innenlage 2 und die weitere Schirmfläche S4 die Leiterwicklungen 31, 32 der leitfähigen Innenlage 3 zumindest teilweise umgibt, und zwar zumindest teilweise in Umfangsrichtung umgibt. Wie auch die erste und die zweite Schirmfläche SI, S2, so können auch die weiteren Schirmflächen S3, S4, welche ebenfalls jeweils zumindest einen Teil einer von zwei verschiedenen leitfähigen Lagen 2, 3 ausbilden, über zumindest eine Durchkontaktierung innerhalb der jeweiligen Schirmfläche S3, S4 miteinander verbunden sein (nicht in Figur 2 dargestellt). Darüber hinaus bilden die jeweiligen Schirmflächen SI, S2, S3, S4 insbesondere jeweils zumindest einen Teil der jeweiligen leitfähigen Lagen 1, 2, 3 und 4 derart aus, dass die Summe der Flächen der ersten, zweiten, dritten und vierten Schirmfläche SI, S2, S3, S4 des planaren Übertragers 10 mindestens einer Summe der durch die Außenkonturen der jeweiligen Leiterwicklungen 21, 22, 31, 32, des planaren Übertragers 10 aufgespannten Flächen entspricht.
Figur 2 zeigt einen beispielhaften symmetrischen Aufbau des planaren Übertragers 10. Dies bedeutet, dass die Leiterwicklungen 21 und 31 sowie die Leiterwicklungen 22 und 32 des planaren Übertragers 10 symmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch, zueinander aufgebaut sind. Ein solcher symmetrische Aufbau hat den Vorteil, dass Gleichtaktstörungen, welche z.B. bei Störeinkopplungen auf mit dem planaren Übertrager verbundene Schaltungsteile auftreten können, von dem planaren Übertrager nicht übertragen bzw. weitergeleitet werden. Wie in Figur 2 zu sehen, sind die Leiterwicklungen 21, 31 Teilwicklungen des ersten Stromkreises II und die Leiterwicklungen 22, 32 Teilwicklungen des zweiten Stromkreises 12. Die Leiterwicklungen 21, 31 des ersten Stromkreises II sind mittels Durchkontaktierungen auf die leitfähige Außenlage 1 geführt und über entsprechende Anschlussleitungen der leitfähigen Außenlage 1 zu einem ersten Anschluss 21 A, einem zweiten Anschluss 31B und einem Mittelabgriff 28 geführt. Ebenso sind die Leiterwicklungen 22, 32 des zweiten Stromkreises 12 über die Anschlüsse 22A, 32B und den Mittelabgriff 29 nach außen geführt, und zwar auf die leitfähigen Außenlagen 1, 4.
Der in Figur 2 skizzierte planare Übertrager 10 kann durch eine Signal quelle gespeist werden. Die Signalquelle ist dann vorzugsweise so angeschlossen, dass der Mittelabgriff einer Leiterwicklung, z.B. der Mittelabgriff 28 der Leiterwicklungen 21, 31, an einen Pol der Signal quelle angeschlossen wird, welcher einen geringeren Spannungshub aufweist als die anderen Pole. Als Pol mit geringem bzw. geringerem Spannungshub wird üblicherweise ein Pol bezeichnet, der ein sogenanntes „EMV- ruhiges“ Potential bzw. „kaltes“ Potential führt. Die anderen Pole, welche ein sogenanntes „nicht EMV-ruhiges“ Potential bzw. „heißes“ Potential führen, können an die weiteren Anschlüsse, z.B. die Anschlüsse 21 A, 22A, 31B, 32B, angeschlossen werden. Dabei sind die an die Mittelabgriffe 28, 29 angeschlossenen Leiterwicklungen so angeordnet, dass diese zueinander benachbart sind, und die an die weiteren Anschlüsse 21 A, 31B, 22A, 32B angeschlossenen Leiterwicklungen so angeordnet, dass diese eine möglichst große Entfernung zueinander aufweisen. Durch eine solche Maßnahme können Störaussendungen noch weiter verringert werden und die Empfindlichkeit gegenüber Störeinkopplungen reduziert werden. Ferner sind die Anschlüsse 22A, 32B und der Mittelabgriff 29 so positioniert, dass die geforderten Luft- und Kriechstrecken zwischen den galvanisch getrennten Leiterwicklungen 21 und 22 der leitfähigen Lage 2 bzw. Leiterwicklungen 31 und 32 der leitfähigen Lage 3 eingehalten werden. Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad und damit verbunden eine hohe Wicklungsgüte und eine hohe magnetische Kopplung zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn die von dem planaren Übertrager 10 zu übertragenden Signale eine hohe Frequenz, vorzugsweise im zweistelligen MHz-Bereich, z.B. 50 MHz, aufweisen. Der erfindungsgemäße planare Übertrager 10 ist insbesondere für Anwendungen geeignet, bei denen eine galvanische Trennung der Leiterwicklungen, in Figur 2 der Leiterwicklungen 21, 31 und 22, 32, mit moderatem Leistungsbedarf erforderlich ist. Beispiele hierfür sind u.a. Sensorschaltungen und Ansteuerungen von Halbleiterbauelementen wie Leistungs-Feldeffekttransistoren und Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, sog. IGBTs.
Die in den Figuren 3-5 dargestellten Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen planaren Übertragers unterscheiden sich von der in Figur 2 dargestellten und zuvor beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen planaren Übertragers sowie auch untereinander im Wesentlichen in der jeweiligen Anordnung der einzelnen Leiterwicklungen der galvanisch voneinander getrennten Stromkreise und in der jeweiligen Anordnung der zumindest ersten Schirmfläche S1 sowie weiterer Schirmflächen S2, S3, S4. Den Beispielen der Figuren 2-5 ist hingegen allesamt gemeinsam, dass der darin skizzierte planare Übertrager 10 stets ein magnetkernloser Übertrager ist, dessen Leiterwicklungen jeweils als Leiterbahnstrukturen 55 einer leitfähigen Lage 1, 2, 3, 4 des planaren Übertragers 10 ausgebildet sind. Ferner haben die Ausführungsbeispiele der Figuren 2-5 gemeinsam, dass der planare Übertrager 10 jeweils beispielhaft vier leitfähige Lagen 1, 2, 3, 4 umfasst, wobei die leitfähigen Lagen 1 und 4 jeweils leitfähige Außenlagen sind, welche eine Mehrzahl von beispielhaften zwei leitfähigen Innenlagen 2, 3 umgeben. An dieser Stelle sei jedoch angemerkt, dass es auch weitere, von der Erfindung umfasste Ausführungsbeispiele eines planaren Übertragers gibt, bei denen der planare Übertrager z.B. nur zwei leitfähige Lagen oder aber mehr als vier leitfähige Lagen, und somit mehr als zwei leitfähige Innenlagen, umfasst. Darüber hinaus weist der in den Figuren 2-5 beispielhaft skizzierte planare Übertrager
10 stets eine erste Schirmfläche S1 und eine zweite Schirmfläche S2, und insbesondere noch weitere Schirmflächen S3, S4, S5 auf. Die jeweiligen Schirmflächen SI, S2, S3, S4, S5 des planaren Übertragers 10 bilden stets jeweils zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage 1, 2, 3, 4 aus, d.h. eine jeweilige Schirmfläche SI, S2, S3, S4, S5 ist stets ein Bestandteil einer leitfähigen Lage 1, 2, 3, 4 des planaren Übertragers 10. Dabei sind die erste Schirmfläche S1 und auch die weiteren Schirmflächen S2, S3, S4, S5 jeweils zum elektromagnetischen Abschirmen zumindest einer Leiterwicklung gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers 10 ausgebildet und dazu jeweils derart angeordnet, dass sie jeweils zumindest eine Leiterwicklung derselben leitfähigen Lage zumindest teilweise umgeben und ergänzend oder auch alternativ dazu zumindest eine Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage zumindest teilweise bedecken.
Die jeweiligen Leiterwicklungen und Schirmflächen des planaren Übertragers 10 können dabei auf verschiedene Weise als jeweilige Bestandteile einer der jeweiligen vier leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 innerhalb des planaren Übertragers angeordnet sein, solange die jeweiligen geforderten Mindestisolationsabstände eingehalten werden, wie anhand der weiteren in Figuren 3-5 gezeigten Ausführungsbeispiele dargestellt und im Folgenden beschrieben.
Figur 3 zeigt vier leitfähige Lagen 1, 2, 3, 4 eines erfindungsgemäßen planaren Übertragers 10 mit zwei galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen II, 12 gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei eine jeweilige zwischen jeweils zwei der leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 angeordnete isolierende Lage der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Im Gegensatz zu Figur 2 ist der planare Übertrager 10 gemäß Figur 3 als asymmetrischer Übertrager ausgebildet und die zwei Stromkreise II, 12 umfassen jeweils nur eine Leiterwicklung 11, 23. Die Leiterwicklung 11 des ersten Stromkreises
11 ist zusammen mit den jeweiligen Anschlüssen 11 A und 11B zum Anschließen der Leiterwicklung 11 als Leiterbahnstruktur 55 der leitfähigen Lage 1, d.h. einer leitfähigen Außenlage, ausgebildet. Die Leiterwicklung 11 ist mittels einer Durchkontaktierung 54, die sich in etwa im Mittelpunkt der leitfähigen Lage 1 befindet, mit einer auf der leitfähigen Innenlage 3 als Leiterbahn ausgebildeten Anschlussleitung 35 verbunden, welche wiederum mittels einer weiteren Durchkontaktierung 54 auf der leitfähigen Innenlage 3 mit dem auf der leitfähigen Außenlage 1 angeordneten Anschluss 11B der Leiterwicklung 11 verbunden ist. Hingegen ist die Leiterwicklung 23 des zweiten Stromkreises 12 als Leiterbahnstruktur 55 der leitfähigen Lage 2, d.h. einer leitfähigen Innenlage, ausgebildet, und zwar beispielhaft in Form eines „Tennisschlägers“. Der Leiterwicklung 23 sind ebenfalls zwei Anschlüsse 23 A und 23B zugeordnet, die so angeordnet sind, dass die geforderten Luft- und Kriechstrecken zwischen den galvanisch getrennten Leiterwicklungen 11 und 23 eingehalten werden können. Zudem sind die zwei galvanisch getrennten Leiterwicklungen 11 und 23 der durch nur eine dazwischen angeordnete isolierende Lage voneinander getrennten leitfähigen Lagen 1, 2, und somit der unmittelbar aufeinanderfolgenden leitfähigen Lagen 1, 2, beispielhaft so angeordnet, dass sie sich an keiner Stelle gegenseitig bedecken, d.h. dass sie sich an keiner Stelle direkt übereinander befinden, und zwar bei einer Draufsicht auf die Abfolge der Lagen des planaren Übertragers 10, d.h. in Richtung senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 bzw. senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Abfolge der Lagen. Hierbei sei angemerkt, dass unter dem Begriff der Leiterwicklung der „gewickelte Teil“ einer Leiterbahnstruktur verstanden wird, wobei eine etwaige als Leiterbahnstruktur ausgebildete Anschlussleitung zum Verbinden einer Leiterwicklung mit einem Anschluss, beispielsweise die Anschlussleitung 35 der leitfähigen Innenlage 3, im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht von dem Begriff der Leiterwicklung umfasst ist. Dass die galvanisch voneinander getrennten Leiterwicklungen 11, 23 der zwei verschiedenen, durch nur eine dazwischen angeordnete isolierende Lage voneinander getrennten leitfähigen Lagen 1, 2 so angeordnet sind, dass sie sich an keiner Stelle gegenseitig bedecken, hat den Vorteil, dass die kapazitive Kopplung zwischen den Leiterwicklungen 11 und 23 reduziert werden kann, was wiederum zu einer Verbesserung der EMV des planaren Übertragers 10 beiträgt.
Ferner ist die erste Schirmfläche Sl im Ausführungsbeispiel der Figur 3 als zumindest ein Teil der leitfähigen Außenlage 1 zum elektromagnetischen Abschirmen so angeordnet ist, dass die erste Schirmfläche S1 die Leiterwicklung 11 derselben leitfähigen Außenlage 1 teilweise umgibt und dadurch in Umfangsrichtung nach außen hin abschirmt. Zudem bedeckt die erste Schirmfläche S1 die Leiterwicklung 23 der anderen leitfähigen Lage 2 zumindest teilweise. Wie in Figur 3 zu sehen, weist die erste Schirmfläche S1 eine Unterbrechung 50 auf, um Wirbelströme und damit einhergehenden Verluste auf ein hinnehmbares Maß zu begrenzen. Ferner weist der planare Übertrager 10 eine zweite Schirmfläche S2 auf, welche zumindest einen Teil der leitfähigen Außenlage 4 ausbildet. Die zweite Schirmfläche S2 bedeckt die Leiterwicklung 23 einer anderen leitfähigen Lage, nämlich der leitfähigen Innenlage 2 zumindest teilweise und bedeckt ferner auch die Leiterwicklung 11 der leitfähigen Außenlage 1 zumindest teilweise, gemäß Figur 3 sogar nahezu vollständig. Die zweite Schirmfläche S2 ist somit geeignet, eine elektromagnetische Abschirmung der Leiterwicklung 23 und der Leiterwicklung 11 gegenüber dem an die zweite Schirmfläche S2 angrenzenden Bereich außerhalb des planaren Übertragers 10 zu bewirken. Darüber hinaus umfasst der planare Übertrager 10 gemäß Figur 3 eine weitere, dritte Schirmfläche S3, die zumindest einen Teil der leitfähigen Innenlage 2 ausbildet und die die ebenfalls von der leitfähigen Innenlage 2 umfasste Leiterwicklung 23 in Umfangsrichtung zumindest teilweise, in Figur 3 beinahe vollständig, umgibt und dadurch folglich elektromagnetisch abschirmt. Die Schirmflächen SI, S2 und S3, welche die verschiedenen leitfähigen Lagen 1, 2, 4 zumindest teilweise ausbilden, sind beispielhaft über mehrere Durchkontaktierungen 52 miteinander verbunden. Diese Durchkontaktierungen 52 befinden sich in Figur 3 beispielhaft in den Randbereichen der jeweiligen Lagen.
Die drei Schirmflächen SI, S2, S3 des in Figur 3 skizierten planaren Übertragers bilden somit jeweils zumindest einen Teil einer der leitfähigen Lagen 1, 2 und 4 aus, und zwar insbesondere derart, dass eine Summe der Flächen der ersten Schirmfläche S1 und der weiteren zweiten und dritten Schirmfläche S2, S3 des planaren Übertragers 10 mindestens einer Summe der durch die Außenkonturen der jeweiligen Leiterwicklungen 11, 23 des planaren Übertragers 10 aufgespannten Flächen entspricht.
Auch wenn in Figur 3 nicht explizit dargestellt, kann der planare Übertrager 10 auch eine vierte Schirmfläche aufweisen, welche beispielsweise zumindest einen Teil der leitfähigen Innenlage 3 ausbildet, wie anhand des schraffierten Bereichs skizziert, sodass jede der leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 des planaren Übertragers 10 jeweils mindestens eine Schirmfläche umfasst. Diese vierte Schirmfläche kann beispielsweise die Leiterwicklung 23 der leitfähigen Innenlage 2 zumindest teilweise bedecken und/oder die Anschlussleitung 35 der leitfähigen Innenlage 3 zumindest teilweise umgeben und nach außen hin elektromagnetisch abschirmen.
Im Gegensatz zu Figuren 2, 3 und auch 5 stellt Figur 4 vier leitfähige Lagen 1, 2, 3, 4 eines erfindungsgemäßen planaren Übertragers 10 mit vier galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen II, 12, 13, 14 gemäß einer dritten Ausführungsform dar, wobei der planare Übertrager 10 einen asymmetrischen Aufbau hat. Der erste Stromkreis II umfasst eine Leiterwicklung 12 der leitfähigen Außenlage 1 mit den Anschlüssen 12A und 12B. Die Leiterwicklung 12 ist über den Anschluss 12B in diesem Ausführungsbeispiel mittels Durchkontaktierung 54 zur leitfähigen Innenlage 3 mit einer von der leitfähigen Innenlage 3 umfassten Anschlussleitung 35 verbunden, von welcher der erste Stromkreis II mittels einer weiteren Durchkontaktierung 54 zur leitfähigen Außenlage 1 oder 4 geführt werden kann. Der zweite Stromkreis 12 umfasst eine Leiterwicklung 24, die als Leiterbahnstruktur 55 der leitfähigen Innenlage 2 ausgebildet ist und über einen beispielhaft als Leiterbahn der leitfähigen Innenlage 2 ausgebildeten Anschluss 24A in Richtung des äußeren Randbereichs des planaren Übertragers 10 geführt ist. Der dritte Stromkreis 13 umfasst eine ebenfalls von der leitfähigen Innenlage 2 umfasste und als Leiterbahnstruktur 55 der leitfähigen Innenlage 2 ausgebildete Leiterwicklung 25 mit einem Anschluss 25A, der ebenfalls beispielhaft als Leiterbahn der leitfähigen Innenlage 2 ausgebildet ist. Die zwei galvanisch getrennten Leiterwicklungen 24, 25 sind somit von dergleichen leitfähigen Lage 2 der Abfolge umfasst und sind ferner nebeneinander angeordnet, und zwar unter Einhaltung der geforderten Mindestisolationsabstände. Zudem sind die Leiterwicklungen 24, 25 jeweils von der Leiterwicklung 12 auf der leitfähigen Außenlage 1 galvanisch getrennt und so angeordnet, dass sich die jeweiligen Leiterwicklungen 24, 25 und die Leiterwicklung 12 bei einer Draufsicht auf die Abfolge der Lagen, d.h. in einer Richtung senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 bzw. senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Abfolge der Lagen, an keiner Stelle gegenseitig bedecken. Hingegen kann es durchaus zu einem gegenseitigen Bedecken eines jeweiligen Bereichs der Anschlüsse 24A, 25 A, welche die Leiterwicklungen 24, 25 der leitfähigen Innenlage 2 in Richtung des äußeren Randbereichs des planaren Übertragers führen, und der Leiterwicklung 12 der leitfähigen Außenlage 1 kommen, um die Leiterwicklungen leitfähiger Innenlagen 2, 3 in einen äußeren Bereich des planaren Übertragers 10 zu führen. Der vierte Stromkreis 14 umfasst eine Leiterwicklung 33, welche als Leiterbahnstruktur 55 der leitfähigen Innenlage 3 ausgebildet ist und einen Anschluss 33 A hat, der beispielhaft als Leiterbahn der leitfähigen Innenlage 3 ausgebildet ist. Auch die Leiterwicklung 33 ist von der Leiterwicklung 12 der leitfähigen Außenlage 1 galvanisch getrennt und so angeordnet, dass sich die Leiterwicklung 33 und die Leiterwicklung 12 bei einer Draufsicht auf die Abfolge der Lagen, d.h. in einer Richtung senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 bzw. zur gemeinsamen Ebene der Abfolge der Lagen, an keiner Stelle gegenseitig bedecken. Dadurch, dass die Leiterwicklung 12 im Verhältnis zu den von dieser galvanisch getrennten Leiterwicklungen 24, 25, 33 so angeordnet ist, dass sich deren Leiterbahnen nicht unmittelbar übereinander befinden, kann die parasitäre kapazitive Kopplung zwischen den galvanisch getrennten Leiterwicklungen verringert werden, sodass sich das Störaussendungs- und Störfestigkeitsverhalten des planaren Übertragers verbessert.
Die Leiterwicklungen 24, 25 und 33 sind im Ausführungsbeispiel der Figur 4 als eigenresonante Leiterwicklungen ausgeführt, welche jeweils nur mit einem Anschluss 24A, 25A, 33A an eine umgebende Schaltung angebunden werden können. Ferner haben die Leiterwicklungen 24, 25 und 33 ein offenes Ende ihrer Leiterbahn. Die eigenresonanten Leiterwicklungen 24, 25 und 33 bilden in Figur 3 beispielhaft zusammen eine Sekundärwicklung mit einem Mittelabgriff entsprechend dem Anschluss 33A und den weiteren Anschlüssen 24A, 25A. Während diese Sekundärwicklung mittels einer ersten Schirmfläche S1 elektromagnetisch abgeschirmt wird, wird die Primärwicklung, welche die Leiterwicklung 12 umfasst, von einer zweiten Schirmfläche S2 elektromagnetisch abgeschirmt, wie im Folgenden beschrieben. Der planare Übertrager 10 gemäß Figur 4 umfasst ferner eine erste Schirmfläche Sl, welche zumindest einen Teil der leitfähigen Außenlage 4 ausbildet und welche ferner zum elektromagnetischen Abschirmen zumindest einer Leiterwicklung, im Beispiel der Figur 4 sogar drei Leiterwicklungen 24, 25 und 33, ausgebildet ist. Dazu ist die erste Schirmfläche Sl so angeordnet, dass sie im Beispiel der Figur 4 eine rechteckige Fläche der leitfähigen Außenlage 4 ausbildet, welche die Leiterwicklung 33 der durch nur eine isolierende Lage von der leitfähigen Außenlage 4 getrennten leitfähigen Innenlage 3 sowie die Leiterwicklungen 24, 25 der anderen leitfähigen Innenlage 2 zumindest teilweise bedeckt, und zwar in Figur 4 insbesondere im Wesentlichen vollständig bedeckt. Die erste Schirmfläche Sl bewirkt folglich ein elektromagnetisches Abschirmen der Leiterwicklungen 24, 25, 33 gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers 10, der an die erste Schirmfläche Sl angrenzt.
Ferner umfasst der planare Übertrager 10 eine zweite Schirmfläche S2, die im Ausführungsbeispiel der Figur 4 zumindest einen Teil derselben leitfähigen Außenlage 4 ausbildet, d.h. die leitfähige Außenlage 4 umfasst die erste Schirmfläche Sl und auch die von der ersten Schirmfläche Sl elektrisch isolierte zweite Schirmfläche S2. Die zweite Schirmfläche S2 ist zu der ersten Schirmfläche Sl beabstandet angeordnet und umgibt die erste Schirmfläche Sl beispielhaft in Form eines viereckigen Rahmens. In einem Bereich dieses viereckigen Rahmens weist die zweite Schirmfläche S2 eine Unterbrechung 50 auf, um darin induzierte Wirbelströme zu reduzieren. Wie bei einem Vergleich der leitfähigen Außenlagen 4 und 1 in Figur 4 erkennbar, dient die zweite Schirmfläche S2 dazu, die Leiterwicklung 12 der leitfähigen Außenlage 1 elektromagnetisch abzuschirmen. Dafür ist die zweite Schirmfläche S2 derart parallel zu der als Leiterbahnstruktur 55 der leitfähigen Außenlage 1 ausgebildeten Leiterwicklung 12 angeordnet, dass sie die Leiterwicklung 12 bei Draufsicht auf die Abfolge der Lagen 1, 2, 3, 4 zumindest teilweise bedeckt, und zwar gemäß Figur 4 im Wesentlichen vollständig bedeckt, abgesehen von den um den Anschluss 12A der Leiterwicklung 12 ausgebildeten Bereich.
Zudem umfasst der planare Übertrager 10 gemäß Figur 4 eine dritte Schirmfläche S3, die im Gegensatz zu der ersten und zweiten Schirmfläche Sl, S2 zumindest einen Teil der leitfähigen Innenlage 2 ausbildet und die Leiterwicklung 24 derselben leitfähigen Innenlage 2 teilweise umgibt, insbesondere teilweise in Umfangsrichtung umgibt. Somit schirmt die dritte Schirmfläche S3 die Leiterwicklung 24 in radialer Richtung nach außen bzw. gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers 10 ab. Bei Draufsicht auf die Abfolge der Lagen, d.h. in Richtung senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 bzw. senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Abfolge der Lagen, bedeckt die dritte Schirmfläche S3 ferner auch einen kleinen Bereich der Leiterwicklung 12 der durch nur eine isolierende Lage von der leitfähigen Innenlage 2 getrennten leitfähigen Außenlage 1, und zwar im Wesentlichen genau den um den Anschluss 12A der Leiterwicklung 12 ausgebildeten Bereich, der durch die zweite Schirmfläche S2 nicht bedeckt ist. Zudem umfasst der planare Übertrager 10 gemäß Figur 4 zumindest eine vierte Schirmfläche S4, welche zumindest einen Teil, insbesondere einen im äußeren Bereich bzw. Randbereich angeordneten Teil, der leitfähigen Innenlage 3 ausbildet. Die vierte Schirmfläche S4 umgibt die Leiterwicklung 33 sowie die Anschlussleitung 35 teilweise und kann ferner auch weitere Leiterbahnen derselben leitfähigen Lage 3 teilweise umgeben. Die vierte Schirmfläche S4 dient somit der elektromagnetischen Abschirmung der Leiterwicklung 33 in radialer Richtung bzw. Umfangsrichtung nach außen hin und schirmt ferner auch die Anschlussleitung 35 und optional auch weitere Leiterbahnen auf der leitfähigen Innenlage 3 ab.
Darüber hinaus kann der planare Übertrager 10 der Figur 4 noch weitere Schirmflächen aufweisen, wobei jede weitere Schirmfläche zumindest einen Teil einer der leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4, beispielsweise der leitfähigen Innenlage 3 und/oder der leitfähigen Außenlage 1, ausbildet, sodass sie zumindest eine Leiterwicklung derselben leitfähigen Lage zumindest teilweise umgibt und/oder zumindest eine Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage zumindest teilweise bedeckt. So ist im Ausführungsbeispiel der Figur 4 eine weitere, fünfte Schirmfläche S5 als zumindest ein Teil der leifähigen Außenlage 1 zu sehen, welche die Leiterwicklung 12 zumindest teilweise umgibt, und zwar in Umfangsrichtung bzw. in radialer Richtung teilweise umgibt. Weiterhin wäre beispielsweise eine weitere Schirmfläche als zumindest ein weiterer Teil der leitfähigen Außenlage 1 denkbar, welche bei Draufsicht auf die Abfolge der Lagen zumindest eine der Leiterwicklungen 24, 25 und 33 zumindest teilweise bedeckt. Weiterhin ist es z.B. denkbar, dass der planare Übertrager eine weitere Schirmfläche als zumindest ein Teil der leitfähigen Innenlage 2 aufweist, welche zumindest die Leiterwicklung 25 derselben leitfähigen Lage 2 zumindest teilweise umgibt. Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn eine Schirmfläche eine Unterbrechung, beispielsweise in Form eines Schlitzes, aufweist, um Wirbelströme und damit einhergehenden Verluste auf ein hinnehmbares Maß zu begrenzen.
Eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen planaren Übertragers 10 ist in Figur 5 skizziert, welche die beispielhaften vier leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 dieses planaren Übertragers 10 abbildet, welche parallel zu einer gemeinsamen Ebene in einer Abfolge nacheinander folgend angeordnet sind. Der planare Übertrager 10 gemäß Figur 5 umfasst zwei galvanisch voneinander getrennte Stromkreise II und 12. Der erste Stromkreis II weist zwei Leiterwicklungen 26, 36 auf, die zueinander symmetrisch aufgebaut sind. Die Leiterwicklung 26 der leitfähige Innenlage 2 ist beispielhaft in Form eines „Tennisschlägers“ ausgebildet und hat einen Anschluss 26A und einen Mittelabgriff 38. Der Mittelabgriff 38 ist mittels Durchkontaktierung auf die leitfähige Innenlage 3 geführt und wird auf der leitfähigen Innenlage 3 zum Mittelabgriff 38 der Leiterwicklung 36, die ebenfalls in Form eines „Tennisschlägers“ und als Leiterbahnstruktur 55 der leitfähigen Innenlage 3 mit ihrem Anschluss 36B ausgebildet ist. Sowohl der Mittelabgriff 38 als auch die Anschlüsse 26A, 36B sind beispielhaft über Durchkontaktierungen jeweils auf die leitfähige Außenlage 1 geführt. Der zweite Stromkreis 12 des planaren Übertragers 10 umfasst eine Leiterwicklung 41, die als Leiterbahnstruktur 55 der leitfähigen Außenlage 4 ausgebildet ist. Die Leiterwicklung 41 hat einen Anschluss 42, welcher mittels einer Durchkontaktierung zu der Lage 1 von dieser aus anschließbar ist, sowie einen weiteren, etwa im Mittelpunkt der leitfähigen Außenlage 4 angeordneten Anschluss 41 A, der über eine Durchkontaktierung 53 auf die leitfähige Außenlage 1 geführt ist und auf dieser mit einer dritten Schirmfläche S3 elektrisch verbunden ist. Diese dritte Schirmfläche S3 bildet zumindest einen Teil der leitfähigen Außenlage 1 aus, hat einen Anschluss S3 A und bildet zusammen mit der Leiterwicklung 41 der anderen leitfähigen Außenlage 4 eine Einheit. Die galvanisch getrennten Leiterwicklungen 26 und 41 auf den zwei verschiedenen leitfähigen Lagen 2 und 4 sowie die galvanisch getrennten Leiterwicklungen 36 und 41 auf den zwei unmittelbar nacheinander folgenden leitfähigen Lagen 3 und 4 sind stets so angeordnet sind, dass sie sich an keiner Stelle gegenseitig bedecken, d.h. dass sie sich bei einer Draufsicht auf die Abfolge der Lagen, d.h. in Richtung senkrecht zu den jeweiligen leitfähigen Lagen 1, 2, 3, 4 bzw. senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Abfolge der Lagen, an keiner Stelle direkt übereinander befinden. Wie beispielhaft in Figur 4 zu sehen, wird lediglich eine von der Leiterwicklung 41 zu dem Anschluss 42 verlaufende Anschlussleitung 35, nicht jedoch der gewickelte Teil der Leiterwicklung 41, von den Leiterwicklungen 26 und 36 bedeckt. Wie zuvor bereits erwähnt, dient dies dazu, parasitäre kapazitive Kopplungen zwischen den jeweils galvanisch getrennten Leiterwicklungen 26, 41 bzw. 36, 41 zu reduzieren. Ferner sind die Anschlüsse 26 A, 36B und der Mittelabgriff 38 so angeordnet, dass die geforderten Luft- und Kriechstrecken eingehalten werden.
In einer nicht dargestellten, alternativen Ausführungsform können galvanisch getrennte Leiterwicklungen verschiedener leitfähiger Lagen, insbesondere auch unmittelbar aufeinanderfolgender leitfähiger Lagen mit nur einer dazwischen angeordneten isolierenden Lage, bei einer Draufsicht auf die Abfolge der Lagen auch teilweise direkt übereinander angeordnet sein, d.h. sich zumindest teilweise gegenseitig bedecken und somit einen Überlappungsbereich haben. Damit geht zwar eine größere kapazitive Kopplung dieser galvanisch getrennten Leiterwicklungen einher. Ist diese größere kapazitive Kopplung jedoch hinnehmbar, kann hierdurch der induktive Koppelfaktor erhöht werden. Außerdem kann die damit einhergehende größere kapazitive Kopplung dieser galvanisch getrennten Leiterwicklungen auch auf andere Weise kompensiert werden, beispielsweise durch entsprechend erhöhte Gütefaktoren der Leiterwicklungen und ein damit zusammenhängender erhöhter Wirkungsgrad.
Was die Anordnung von jeweiligen Schirmflächen bei der in Figur 4 skizzierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen planaren Übertragers 10 betrifft, so ist die erste Schirmfläche S1 beispielhaft als zumindest ein Teil einer der zwei leitfähigen Innenlagen, und zwar der leitfähigen Innenlage 2, ausgebildet und umgibt die Leiterwicklung 26 derselben leitfähigen Lage, d.h. der leitfähigen Innenlage 2, zumindest teilweise, und zwar in Umfangsrichtung bzw. in radialer Richtung. Die Leiterwicklung 26 wird somit durch die erste Schirmfläche S1 in Umfangsrichtung nach außen hin begrenzt und elektromagnetisch abgeschirmt, was zu einer verbesserten EMV des planaren Übertragers 10 beiträgt. Darüber hinaus umfasst der planare Übertrager 10 eine zweite Schirmfläche S2, welche zumindest einen Teil der leitfähigen Außenlage 4 ausbildet und die Leiterwicklung 41 derselben leitfähigen Lage, d.h. der leitfähigen Außenlage 4, teilweise umgibt, und zwar in Umfangsrichtung bzw. in radialer Richtung teilweise umgibt. Ferner umfasst der planare Übertrager gemäß Figur 5 eine weitere, vierte Schirmfläche S4, die zumindest einen Teil der leitfähigen Außenlage 1 ausbildet, und zwar im äußeren Bereich bzw. Randbereich der leitfähigen Außenlage 1. In der beispielhaften Ausführungsform der Figur 5 umgibt die vierte Schirmfläche S4 teilweise die dritte Schirmfläche S3 in radialer Richtung, wobei die dritte Schirmfläche S3 wiederum mit der Leiterwicklung 41 der leitfähigen Außenlage 4 über eine Durchkontaktierung 53 elektrisch verbunden ist. Die erste Schirmfläche Sl, zweite Schirmfläche S2 und vierte Schirmfläche S4, welche jeweils zumindest teilweise verschiedene leitfähige Lagen 1, 2, 4 ausbilden, sind in Figur 5 beispielhaft mittels mehrerer Durchkontaktierungen 52, wie in Figur 5 beispielhaft dargestellt, elektrisch miteinander verbunden, wobei sich die Durchkontaktierungen 52 jeweils im äußeren Bereich der jeweiligen leitfähigen Lagen 1, 2, 4 befinden. Dass die leitfähige Außenlage 1 zwei voneinander getrennte Schirmflächen S3 und S4 statt eine einzige Schirmfläche umfasst, hat den Vorteil, dass sich mehr Freiheiten hinsichtlich der zu verwendenden Signalquelle ergeben. So kann die dritte Schirmfläche S3 beispielsweise mit einer Versorgungsspannung verbunden werden, während die vierte Schirmfläche S4 mit Masse verbunden werden kann, wie es üblicherweise bei Schirmflächen wie den in Figuren 2-4 gezeigten Schirmflächen SI, S2, S3, S4, S5 der Fall ist.
Die erste Schirmfläche Sl ist in den Figuren 2-5 jeweils lediglich beispielhaft einer bestimmten Schirmfläche zugeordnet und kann im Rahmen der Erfindung auch einer jeweils anderen Schirmfläche, z.B. der jeweils als zweite Schirmfläche S2 bezeichneten Schirmfläche, entsprechen. Die in den Figuren 2-5 vorgenommene Zuordnung der ersten Schirmfläche Sl dient somit lediglich der Veranschaulichung von verschiedenen möglichen Anordnungen innerhalb des planaren Übertragers 10. Grundsätzlich kann die erste Schirmfläche Sl, wie auch die zweite, dritte usw. Schirmfläche, zumindest einen Teil einer beliebigen der leitfähigen Lagen des planaren Übertragers 10 ausbilden und eine elektromagnetische Abschirmung zumindest einer Leiterwicklung des planaren Übertragers 10 bewirken. Dabei gilt, dass die EMV des planaren Übertragers umso mehr verbessert wird, je mehr Schirmflächen auf den einzelnen Lagen jeweils so angeordnet sind, dass sie die Leiterwicklungen des planaren Übertragers bestmöglich gegenüber dem Bereich außerhalb des planaren Übertragers elektromagnetisch abschirmen können.
Zusammenfassend wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein planarer Übertrager bereitgestellt, der aufgrund seines fehlenden Magnetkerns äußerst kompakt und mit nur sehr geringer Bauhöhe ausgestaltet werden kann. Aufgrund von nicht vorhandenen Durchgangsöffnungen zum Aufnehmen eines Magnetkernteils steht auf den einzelnen leitfähigen Lagen des planaren Übertragers jeweils mehr Fläche zum Anordnen von Leiterwicklungen und zudem auch zum Anordnen von Schirmflächen innerhalb des planaren Übertragers zur Verfügung. Durch verschiedene Maßnahmen hinsichtlich der Anordnung der Leiterwicklungen, z.B. keine Anordnung von direkt übereinander angeordneten galvanisch getrennten Leiterwicklungen oder ein Anordnen von galvanisch getrennten Leiterwicklungen auf derselben Lage nebeneinander, können kapazitive Kopplungen zwischen galvanisch getrennten Leiterwicklungen des planaren Übertragers verringert werden. Ferner trägt die Anordnung von Schirmflächen zum elektromagnetischen Abschirmen von Leiterwicklungen des planaren Übertragers, wie zuvor beispielhaft beschrieben, wesentlich dazu bei, die elektromagnetische Verträglichkeit des planaren Übertragers zu verbessern. Dabei bildet eine jeweilige Schirmfläche zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage des planaren Übertragers derart aus, dass sie zumindest eine Leiterwicklung derselben leitfähigen Lage zumindest teilweise umgibt und somit in radialer Richtung nach außen hin abschirmt, und entweder in Kombination oder alternativ dazu, dass sie zumindest eine Leiterwicklung einer anderen leitfähigen Lage wenigstens teilweise bedeckt, und zwar bei Draufsicht auf die Abfolge der jeweiligen Lagen, wodurch eine elektromagnetische Abschirmung nach außen hin in der Richtung der Abfolge der Lagen erfolgt. Bezugszeichenliste
1 leitfähige Lage, Außenlage
2 leitfähige Lage, Innenlage
3 leitfähige Lage, Innenlage
4 leitfähige Lage, Außenlage
8 isolierende Lage
10 PI anarer Üb ertrager
11 Leiterwicklung
11 A Anschluss zu Leiterwicklung 11
11B Anschluss zu Leiterwicklung 11
12 Leiterwicklung
12A Anschluss zu Leiterwicklung 12
12B Anschluss zu Leiterwicklung 12
21 Leiterwicklung
21A Anschluss zu Leiterwicklung 21
28 Mittelabgriff Leiterwicklungen 21, 31
29 Mittelabgriff Leiterwicklungen 22, 32
22 Leiterwicklung
22A Anschluss zu Leiterwicklung 22
23 Leiterwicklung
23 A Anschluss zu Leiterwicklung 23
23B Anschluss zu Leiterwicklung 23
24 Leiterwicklung
24A Anschluss zu Leiterwicklung 24
25 Leiterwicklung
25A Anschluss zu Leiterwicklung 25
26 Leiterwicklung
26A Anschluss zu Leiterwicklung 26
31 Leiterwicklung
31B Anschluss zu Leiterwicklung 31
32 Leiterwicklung 32B Anschluss zu Leiterwicklung 32
33 Leiterwi cklung
33A Anschluss zu Leiterwicklung 33
35 Anschlussleitung
36 Leiterwi cklung
36B Anschluss zu Leiterwicklung 36
38 Mittelabgriff Leiterwicklungen 26, 36
41 Leiterwicklung
41A Anschluss zu Leiterwicklung 41
42 Anschluss zu Leiterwicklung 41
50 Unterbrechung
51 Schlitz
52 Durchkontaktierung zum elektrischen Verbinden von Schirmflächen
53 Durchkontaktierung zum elektrischen Verbinden einer Schirmfläche mit einer
Leiterwicklung
54 Durchkontaktierung zum elektrischen Verbinden einer Leiterwicklung mit einer weiteren Leiterbahnstruktur
55 Leiterbahnstruktur
11 Stromkreis
12 Stromkreis
13 Stromkreis
14 Stromkreis
51 erste Schirmfläche
52 zweite Schirmfläche
53 dritte Schirmfläche
S3A Anschluss zu dritter Schirmfläche
54 vierte Schirmfläche
55 fünfte Schirmfläche

Claims

Patentansprüche
1. Planarer Übertrager (10) umfassend eine parallel zu einer gemeinsamen Ebene angeordnete Abfolge von mehreren Lagen (1,
2, 3, 4, 8), bei welcher eine leitfähige Lage (1, 2, 3, 4) und eine isolierende Lage (8) jeweils abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind, sodass zwischen jeweils zwei leitfähigen Lagen (1, 2, 3, 4) jeweils eine isolierende Lage (8) angeordnet ist, und eine Mehrzahl von galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen (II, 12, 13, 14) sowie eine Mehrzahl von Leiterwicklungen (11, 12, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 31, 32, 33, 36, 41), wobei jeder Stromkreis (II, 12, 13, 14) wenigstens eine Leiterwicklung (11, 12,
21, 22, 23, 24, 25, 26, 31, 32, 33, 36, 41) umfasst und jede Leiterwicklung (11, 12, 21,
22, 23, 24, 25, 26, 31, 32, 33, 36, 41) jeweils parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufend als Leiterbahnstruktur (55) einer leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- der planare Übertrager (10) ein magnetkernloser Übertrager ist und
- der planare Übertrager (10) zumindest eine parallel zu der gemeinsamen Ebene verlaufende erste Schirmfläche (Sl) aufweist, welche zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) ausbildet und welche zum elektromagnetischen Abschirmen zumindest einer der Mehrzahl von Leiterwicklungen (11, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 31, 32, 33) gegenüber einem Bereich außerhalb des planaren Übertragers (10) ausgebildet ist.
2. Planarer Übertrager (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schirmfläche (Sl) als zumindest ein Teil einer leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) zum elektromagnetischen Abschirmen so angeordnet ist, dass sie zumindest eine Leiterwicklung (11, 26) derselben leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) zumindest teilweise umgibt und/oder zumindest eine Leiterwicklung (21, 22, 23, 24, 25, 31, 32, 33) einer anderen leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) zumindest teilweise bedeckt.
3. Planarer Übertrager (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfolge von mehreren Lagen (1, 2, 3, 4) zwei leitfähige Außenlagen (1, 4) und eine Mehrzahl von leitfähigen Innenlagen (2, 3), welche von den leitfähigen Außenlagen (1, 4) jeweils umgeben sind, umfasst.
4. Planarer Übertrager (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schirmfläche (Sl) und wenigstens eine Leiterwicklung (26) jeweils einen Teil einer selben der leitfähigen Innenlagen (2, 3) des planaren Übertragers (10) ausbilden, wobei die erste Schirmfläche (Sl) die wenigstens eine Leiterwicklung (26) zumindest teilweise umgibt.
5. Planarer Übertrager (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schirmfläche (Sl) zumindest einen Teil einer der zwei leitfähigen Außenlagen (1, 4) des planaren Übertragers (10) ausbildet, wobei die erste Schirmfläche (Sl) zumindest eine Leiterwicklung (11) dieser leitfähigen Außenlage (1, 4) zumindest teilweise umgibt und/oder zumindest eine Leiterwicklung (21, 24, 25, 33) einer anderen leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) zumindest teilweise bedeckt.
6. Planarer Übertrager (10) nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der planare Übertrager (10) eine zweite Schirmfläche (S2) aufweist, wobei die erste Schirmfläche (Sl) und die zweite Schirmfläche (S2) einen Teil derselben leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) ausbilden und voneinander elektrisch isoliert sind und/oder dass der planare Übertrager (10) eine dritte Schirmfläche (S3) aufweist, welche zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage (1) ausbildet und mit einer Leiterwicklung (41) einer anderen leitfähigen Lage (4) über eine Durchkontaktierung (53) elektrisch verbunden ist.
7. Planarer Übertrager nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der planare Übertrager (10) zumindest eine weitere Schirmfläche (S2, S3, S4, S5) aufweist, wobei die erste Schirmfläche (Sl) und die zumindest eine weitere Schirmfläche (S2, S3, S4, S5) zumindest einen Teil jeweils einer von mindestens zwei verschiedenen leitfähigen Lagen (1, 2, 3, 4) ausbilden und über mindestens eine Durchkontaktierung (52) miteinander verbunden sind.
8. Planarer Übertrager (10) nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Schirmfläche (Sl) eine Unterbrechung (50), insbesondere einen Schlitz (51), aufweist.
9. Planarer Übertrager (10) nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass der planare Übertrager (10) zumindest eine weitere Schirmfläche (S2, S3, S4, S5) aufweist, wobei jede weitere Schirmfläche (S2, S3, S4, S5) des planaren Übertragers (10) jeweils zumindest einen Teil einer leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) ausbildet derart,
- dass jede leitfähige Lage (1, 2, 3, 4) des planaren Übertragers (10) jeweils mindestens eine Schirmfläche (SI, S2, S3, S4, S5) umfasst, welche zumindest eine Leiterwicklung (11, 23, 24, 26, 33, 41) derselben leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) zumindest teilweise umgibt und/oder zumindest eine Leiterwicklung (12, 21, 23, 24, 25, 31, 33) einer anderen leitfähigen Lage (1, 2, 3, 4) zumindest teilweise bedeckt und/oder
- dass eine Summe der Flächen der ersten Schirmfläche (Sl) und jeder weiteren Schirmfläche (S2, S3, S4, S5) des planaren Übertragers (10) mindestens einer Summe der durch die Außenkonturen der jeweiligen Leiterwicklungen (11, 12, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 31, 32, 33, 36, 41) des planaren Übertragers (10) aufgespannten Flächen entspricht.
10. Planarer Übertrager (10) nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass eine leitfähige Lage (1, 2, 3, 4), insbesondere eine leitfähige Innenlage (2, 3), zwei galvanisch getrennte Leiterwicklungen (21, 22, 24, 25, 31, 32) umfasst, die nebeneinander angeordnet sind, und/oder, dass galvanisch voneinander getrennte Leiterwicklungen (11, 23, 12, 24, 25, 33, 26, 36, 41) zweier verschiedener leitfähiger Lagen (1, 2, 3, 4), welche durch nur eine dazwischen angeordnete isolierende Lage (8) voneinander getrennt sind, so angeordnet sind, dass sie sich an keiner Stelle gegenseitig bedecken, und/oder, dass zumindest einer der galvanisch voneinander getrennten Stromkreise (II, 12) des planaren Übertragers (10), vorzugsweise jeder der galvanisch voneinander getrennten Stromkreise (II, 12) des planaren Übertragers (10), zwei Leiterwicklungen (21, 31, 22, 32, 26, 36) umfasst, welche symmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch, zueinander aufgebaut sind.
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