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1. (WO2019048192) PLANAR TRANSFORMER APPARATUS AND METHOD FOR PRODUCING A PLANAR TRANSFORMER APPARATUS
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Planartransformatorvorrichtunq und

Verfahren zur Herstellung einer Planartransformatorvorrichtunq

Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf eine Planartransformatorvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Planartransformatorvorrichtung gemäß den Hauptansprüchen.

Transformatoren mit galvanischer Trennung werden standardmäßig mit Kupferdrahtwicklungen auf der Primär- wie auch auf der Sekundärseite um einen Ferritkern hergestellt. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von Planartransformatoren, denen Wicklungen innerhalb der Leiterplatte realisiert sind. Als Nachteile von herkömmlichen Standard-Transformatoren können beispielsweise eine schlechte Entwärmung, eine teilweise aufwändige Fertigungsweise und eine aufwändige Realisierung der Luft- und Kriechstrecken genannt werden. Auch besteht eine Notwendigkeit der Realisierung einer elektrischen Kontaktierung meist nur durch Verschraubungen oder Lötstellen und somit eine Notwendigkeit der Verwendung einer teuren Aufbau- und Verbindungtechnik im Speziellen bei Hochstromanwendungen. Zusätzlich können hohe AC-Verluste durch eine zu geringe Verschachtelung der Primär- und Sekundärwicklungen auftreten. Jedoch weisen auch Planartransformatoren einige Nachteile auf, wie beispielsweise einer Notwenigkeit einer hohen Lagenanzahl der Leiterplatte, um hohen Kupferanteil für die Stromtragfähigkeit zu erreichen oder die Erfüllung von hohen Anforderungen an Luft- und Kriechstrecken, wenn auf einer Primärwicklung ein Hochvoltpotential anliegt (d. h. es sollten entsprechende Isolationsabstände eingehalten werden).

Vor diesem Hintergrund schafft der vorliegende Ansatz eine verbesserte Planartransformatorvorrichtung sowie ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Planartransformatorvorrichtung gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Planartransformatorvorrichtung mit den folgenden Merkmalen:

einer mehrlagigen Grundplatine, die zumindest einen Grundplatinen-Teilabschnitt einer Primärwicklung und einen Grundplatinen-Teilabschnitt einer Sekundärwicklung aufweist; und

zumindest einer mehrlagigen Außenplatine, die zumindest einen Außenplatinen- Teilabschnitt der Primärwicklung und einen Außenplatinen-Teilabschnitt der Sekundärwicklung aufweist,

wobei der Grundplatinen-Teilabschnitt der Primärwicklung mit dem Außenplatinen-Teilabschnitt der Primärwicklung elektrisch leitfähig verbunden ist und der Grundplatinen-Teilabschnitt einer Sekundärwicklung mit dem Außenplatinen- Teilabschnitt der Sekundärwicklung elektrisch leitfähig verbunden ist und wobei die Außenplatine eine der Grundplatine zugewandte Hauptoberfläche aufweist, die kleiner ist, als einer der Außenplatine zugewandten Hauptoberfläche der Grundplatine.

Unter einer mehrlagigen Platine kann eine Leiterplatte verstanden werden, in der elektrisch leitfähige Bahnen in mindestens zwei Ebenen vorliegen, die durch eine isolierende Lage voneinander getrennt sind. Unter einer Grundplatine kann eine Leiterplatte verstanden werden, die flächig ausgedehnt ist und beispielsweise weitere elektronische Bauelemente wie integrierte Schaltkreise, Widerstände, Kondensatoren oder dergleichen aufweist, welche beispielsweise an der Leiterplatte mittels einer Lötverbindung elektrisch kontaktiert sind. Unter einer Außenplatine kann beispielsweise eine Leiterplatte verstanden werden, welche auf einen Bereich der Grundplatine aufgebracht, beispielsweise aufgeklebt oder in diesem Bereich anderweitig mechanisch verbunden ist, beispielsweise mittels einer Nietverbindung oder einer Schraubverbindung.

Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass durch die Verwendung der Außenplatine, die eine kleinere Hauptoberfläche als die Grundplatine aufweist, eine Möglichkeit vorgesehen ist, diese Außenplatine in demjenigen Bereich der Grundplatine anzuordnen, in der ein Transformator realisiert sein soll. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Grundplatine mit einer hohen Anzahl von Lagen ausgestattet werden muss, nur um in einem kleinen Teilbereich dieser Platine einen ausreichenden Platz bzw. eine ausreichende Anzahl von Lagen zur Realisierung der Primärwicklungen und Sekundärwicklung eines Transformators unterbringen zu können. Vielmehr kann nun die separat anzubringende Außenplatine gezielt zu einer „Erhöhung" der Lagenanzahl der Grundplatine in denjenigen Bereich der Grundplatine vorgesehen werden, in welchem nun der Transformator in der Form des Planartransformators realisiert werden soll. Der hier vorgestellte Ansatz bietet den Vorteil, zum Aufbau einer gewünschten Schaltung eine Grundplatine mit einer geringeren Anzahl von Lagen verwenden zu können, wodurch Herstellungskosten und Material eingespart werden können. Lediglich an denjenigen stellen, an denen ein Transformator in einer kostengünstigen und integrierten Form des Planartransformators realisiert werden soll, lässt sich durch das Anbringen der Außenplatine die zur Realisierung dieses Planartransformators vorteilhafte Erhöhung von Platinenlagen effizient und kostengünstig vornehmen.

Von Vorteil ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der sich eine Abfolge von Außenplatinen-Teilabschnitten der Sekundärwicklung und Außenplatinen-Teilabschnitten der Primärwicklung in der Außenplatine und/oder eine Abfolge der Grundplatinen-Teilabschnitt der Sekundärwicklung und Grundplatinen-Teilabschnitten der Primärwicklung in der Grundplatine zumindest einmal widerholt. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil eines sehr homogenen auszubildenden magnetischen Feldes innerhalb der Planar-transformatorvorrichtung, sodass eine sehr effiziente Arbeitsweise dieser Planar-transformatorvorrichtung gewährleistet werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann eine mehrlagige zweite Außenplatine vorgesehen sein, die zumindest einen zweiten Außenplatinen-Teilabschnitt der Primärwicklung und einen zweiten Außenplatinen-Teilabschnitt einer Sekundärwicklung aufweist, wobei die Grundplatine zwischen der ersten und zweiten Außenplatine angeordnet ist. Durch eine solche zweite Außenplatine kann einerseits eine weitere Erhöhung der Lagenanzahl im Bereich der Grundplatine erfolgen, in dem der Transformator in der Planartransformatorvorrichtung ausgebildet werden soll und andererseits durch die Anordnung der zweiten Außenplatine auf einer der Außenplatine gegenüberliegenden Seite der Grundplatine ein zur Verfügung stehender Bauraum möglichst effizient ausgenutzt werden kann, da

die Möglichkeit zur„Erhöhung der Lagenanzahl" der Grundplatine nicht nur auf einer Seite der Grundplatine realisiert wird.

Technisch besonders kostengünstig einsetzbar ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der die zweite Außenplatine eine der Grundplatine zugewandte Hauptoberfläche aufweist, die kleiner als die der zweiten Außenplatine zugewandten Hauptoberfläche der Grundplatine ist. Auf diese Weise lässt sich ein reduzierter Materialaufwand und reduzierte Herstellungskosten realisieren, da die Größe der zweiten Außenplatine auf einen Flächenbereich eingeschränkt werden kann, der zur Realisierung des Transformators in der Form des Planartrans-formators tatsächlich erforderlich ist.

Eine besonders günstige Isolationswirkung, insbesondere bei der Anlegung eines Hochvoltpotenzials an die Primärwicklung, weist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes auf, bei der der zumindest eine Außenplatinen-Teilabschnitt der Sekundärwicklung einer der Grundplatine abgewandten Hauptoberfläche der Außenplatine näher liegt, als der zumindest eine Außenplatinen-Teilabschnitt der Primärwicklung.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann eine Abfolge der der Primärwicklung oder der der Sekundärwicklung zugeordneten Lagen in der Außenplatine einer Abfolge der der Primärwicklung oder der der Sekundärwicklung zugeordneten Lagen in der zweiten Außenplatine entsprechen oder spiegelbildlich entsprechen. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet einerseits die Möglichkeit einer technisch einfachen und somit kostengünstige Möglichkeit der Herstellung der Außenplatine als auch andererseits die Möglichkeit einer Realisierung einer hohen elektrischen Isolation zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung als auch einer homogenen Ausbildung eines elektromagnetischen Feldes im Bereich des zu bildenden Transformators.

Denkbar ist ferner auch eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der in der Grundplatine zumindest zwei benachbarte Lagen als Teil der Primärwicklung zusammengeschaltet sind und/oder zumindest zwei benachbarte Lagen

als Teil der Sekundärwicklung zusammengeschaltet sind. Insbesondere im Bereich einer effizienten Stromführung durch die Wicklungen bietet eine solche Ausführungsform Vorteile, da sich hierdurch technisch einfach Zusammenschaltungen von unterschiedlichen elektrischen Lagen in einzelnen Ebenen der Platine realisieren lassen und so eine Strombelastung der in den einzelnen Lagen befindlichen Leiterbahnen reduziert werden können.

Besonders vorteilhaft ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der in der zumindest einen Außenplatine zwei benachbarte Lagen zu unterschiedlichen Wicklungen verschaltet sind. Eine solche Ausführungsform bietet einerseits Vorteile in Bezug auf eine geringe elektromagnetische Abstrahlung des auszubildenden Planartransformators als auch einer effizienten Übertragung von elektrischer Energie in einem Außenbereich des in der Planartransformatorvorrichtung auszubildenden Transformators.

Besonders effizient ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der die Grundplatine zumindest einen Grundplatinen-Teilabschnitt einer weiteren Sekundärwicklung aufweist und die Außenplatine zumindest einen Außenplatinen-Teilabschnitt der weiteren Sekundärwicklung aufweist, wobei der zumindest eine Grundplatinen-Teilabschnitt der weiteren Sekundärwicklung und der zumindest eine Außenplatinen-Teilabschnitt der weiteren Sekundärwicklung elektrisch leitfähig zusammengeschaltet sind. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, bereits durch die Ausbildung der entsprechenden weiteren Sekundärwicklung, die in die Grundplatine und die Außenplatine integriert ist, eine weitere, von der Sekundärwicklung unabhängige Spannung an der Planartransformatorvorrichtung abgreifen zu können.

Um eine möglichst effiziente elektrische Isolierung zwischen den der Primärwicklung und der Sekundärwicklung realisieren zu können, können gemäß einer anderen Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes Primärseitenkontaktanschlüsse auf einer ersten Seite der zumindest einen Außenplatine oder der Grundplatine angeordnet sein und Primärseitenkontaktanschlüsse auf einer der ersten Seite gegen- überliegenden zweiten Seite der zumindest einen Außenplatine oder der Grundplatine angeordnet sein.

Von Vorteil ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem ein Kernelement vorgesehen ist, insbesondere das Ferrit aufweist, wobei das Kernelement die Grundplatine und die Außenplatine zumindest teilweise als Gehäuse umgreift, insbesondere wobei das Kernelement die Grundplatine, die Außenplatine und die zweite Außenplatine umgreift. Unter einem Kernelement kann beispielsweise ein Element verstanden werden, welches als Joch einer Transformatoreinheit zur Bündelung von magnetischen Feldlinien wirkt und durch zumindest eine Windung der Primärwicklung und der Sekundärwicklung hindurch angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil einer besonders effizienten Bündelung des durch die Primärwicklung induzierten elektromagnetischen Feldes, sodass die Effizienz einer solchen Planartransofrmatorvorrichtung erhöht werden kann.

Von Vorteil ist weiterhin Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes als Verfahren zur Herstellung einer Planartransformatorvorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Bereitstellen der mehrlagigen Grundplatine, die zumindest den Grundplatinen- Teilabschnitt der Primärwicklung und den Grundplatinen-Teilabschnitt der Sekundärwicklung aufweist, sowie

Bereitstellen der mehrlagigen Außenplatine, die zumindest den Außenplatinen- Teilabschnitt der Primärwicklung und den Außenplatinen-Teilabschnitt der Sekundärwicklung aufweist; und

Anordnen der Grundplatine und der Außenplatine derart,

dass der Grundplatinen-Teilabschnitt der Primärwicklung mit dem Außenplatinen- Teilabschnitt der Primärwicklung elektrisch leitfähig verbunden wird und dass der Grundplatinen-Teilabschnitt der Sekundärwicklung mit dem Außenplatinen-Teilabschnitt der Sekundärwicklung elektrisch leitfähig verbunden wird und dass die Außenplatine eine der Grundplatine zugewandte Hauptoberfläche aufweist, die kleiner ist, als die der Außenplatine zugewandten Hauptoberfläche der Grundplatine.

Auch durch eine solche Ausführungsform lassen sich die Vorteile des hier beschriebenen Ansatzes einfach und effizient realisieren.

Ferner kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes eine Vorrichtung vorgesehen sein, die eingerichtet ist, um die Schritte einer Variante des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einheiten auszuführen.

Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem MikroController neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer Planartransformatorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 schematische Querschnittsdarstellungen durch verschiedene Platinen, wie sie in Ausführungsbeispielen der hier vorgestellten Planartransformatorvorrichtung verwendet werden können;

Fig. 3 unterschiedlichen Teildarstellungen, in der die Abfolge von unterschiedlichen Wicklungen zu zugeordneten Lagen in je einer Querschnittsdarstellung einer Planartransformatorvorrichtung dargestellt ist;

Fig. 4 zwei schematische Teildarstellungen in Querschnittsansicht (obere Teildarstellung) und in Aufsichtsansicht (untere Teildarstellung), die den Gesamtaufbau einer Planartransformatorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes wiedergeben ist;

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung einer Planartransformatorvorrichtung gemäß einer hier vorgestellten Ausführungsvariante; und

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Herstellung einer Planartransformatorvorrichtung gemäß einer hier vorgestellten Ausführungsvariante.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Planartransformatorvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Planartransfor- matorvorrichtung 100 umfasst eine Grundplatine 105, welche mehrere Lagen 1 10 aufweist, in denen leitfähige Strukturen 1 15, beispielsweise in der Form von Leiterbahnen ausgebildet sind. Diese leitfähigen Strukturen 1 15 sind intern mit Verbindungsabschnitten 120 verbunden, sodass in der Grundplatine 105 mehrere Teilabschnitte von Wicklungen ausgebildet werden, die Teile eines Transformators 125 darstellen. Beispielsweise kann eine erste Gruppe von leitfähigen Strukturen 1 15 durch Verbindungsabschnitte 120 zu einem Grundplatinen-Teilabschnitt 130 einer Primärwicklung zusammengeschaltet sein, wogegen eine zweite Gruppe von leitfähigen Strukturen 1 15 durch andere Verbindungsabschnitte 120 zu einem Grundplatinen-Teilabschnitt 135 einer Sekundärwicklung zusammengeschaltet sind. Um eine elektrische Isolation zwischen dem Grundplatinen-Teilabschnitt 130 der Primärwicklung und dem Grundplatine-Teilabschnitt 135 der Sekundärwicklung sicherzustellen, sind zwischen den einzelnen leitfähigen Strukturen 1 15 auf den Lagen 1 10 Isolationsschichten 140 angeordnet, sodass ein Übereinanderstapeln der einzelnen leitfähigen Strukturen 1 15 in der Grundplatine 105 ermöglicht wird.

Weiterhin umfasst die Planartransformatorvorrichtung 100 eine mehrlagige Außenplatine 145, die beispielsweise analog zur Grundplatine 105 ebenfalls wieder mehrere elektrisch voneinander isolierte Lagen 1 10 aufweist, in denen elektrisch leitfähige Strukturen 1 15, beispielsweise ebenfalls wieder in der Form von Leiterbahnen, angeordnet sind. Diese leitfähigen Strukturen 1 15 sind ebenfalls wieder mittels Verbindungsabschnitten 120 derart miteinander elektrisch verbunden, dass wiederum Teilabschnitte der Primärwicklung und der Sekundärwicklung auch in der Außenplatine 145 ausgebildet sind. Beispielsweise sind in der Außenplatine 145 ein Außenplatinen-Teilabschnitt 150 der Primärwicklung und ein Außenplatinen-Teilabschnitt 155 der Sekundärwicklung vorgesehen. Mittels eines Verbindungselementes 160 ist nun beispielsweise der Grundplatinen-Teilabschnitt 130 der Primärwicklung mit dem Außenplatinen-Teilabschnitt 150 elektrisch leitfähig verbunden, sodass hierdurch eine Primärwicklung des Transformators 125 der Planartransformatorvorrichtung 100 gebildet ist. Andererseits kann mittels eines Verbindungselementes 165 der Grundplatinen-Teilabschnitt 135 der Sekundärwicklung mit dem Außenplatinen-Teilabschnitt 155 der Sekundärwicklung elektrisch leitfähig verbunden werden, sodass hierdurch eine Sekundärwicklung des Transformators 125 der Planartransfor-

matorvorrichtung 100 gebildet ist. Schließlich ist noch ein Kernelement 170 vorgesehen, welches insbesondere Ferrit aufweist und wobei das Kernelement 170 zumindest die Grundplatine 105 und die Außenplatine 145 zumindest teilweise als Gehäuse umgreift. Hierdurch lässt sich insbesondere eine effiziente Führung eines magnetischen Flusses durch das Kernelement 170 bewerkstelligen.

Um nun die Vorteile des hier vorgestellten Ansatzes nutzen zu können, wird die Außenplatine 145 derart ausgestaltet, dass sie kleiner als die Grundplatine 105 ist.

Hierzu weist die Außenplatine 145 eine der Grundplatine 105 zugewandte Hauptoberfläche 175 auf, die kleiner ist, als einer der Außenplatine 145 zugewandten Hauptoberfläche 180 der Grundplatine 105. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise Material für die Herstellung der Außenplatine 145 einsparen, da lediglich im Bereich 185, in welchem der Transformator 125 der Planartransformatorvorrichtung 100 auszubilden ist, eine erhöhte Lagenanzahl erforderlich ist und außerhalb dieses Bereichs 185 beispielsweise eine in der Figur 1 nicht dargestellte elektrische Schaltung entworfen werden oder implementiert sein kann, für deren Realisierung eine geringere Anzahl von Lagen 1 10 der Grundplatine 105 ausreichend ist. Insofern dient das Vorsehen der Außenplatine 145 speziell der lokalen Erhöhung von Lagen 1 10, um eine entsprechende ineinandergreifende Struktur von Teilen der Primärwicklung und Sekundärwicklung des Transformators 125 realisieren zu können. Es kann somit auf eine Grundplatine 105 verzichtet werden, welche über ihre gesamte Ausdehnung eine Anzahl von Lagen für leitfähige Strukturen 1 15 aufweisen müsste, die der Anzahl von Lagen der Grundplatine 105 plus der Anzahl von Lagen der Außenplatine 145 entspricht. Auf diese Weise lassen sich somit Herstellungskosten und ein Materialaufwand für die Planartransformatorvorrichtung 100 einsparen.

Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel, wie es in der Figur 1 gezeigt ist, umfasst die Planartransformatorvorrichtung 100 eine mehrlagige zweite Außenplatine 145', die beispielsweise analog zur Grundplatine 105 ebenfalls wieder mehrere elektrisch voneinander isolierte Lagen 1 10 aufweist, in denen elektrisch leitfähige Strukturen 1 15, beispielsweise ebenfalls wieder in der Form von Leiterbahnen, angeordnet sind. Diese leitfähigen Strukturen 1 15 sind ebenfalls wieder mittels Verbindungsabschnitten 120 derart miteinander elektrisch verbunden, dass wiederum

Teilabschnitte der Primärwicklung und der Sekundärwicklung auch in der Außenplatine 145 ausgebildet sind. Beispielsweise sind in der zweiten Außenplatine 145' ein zweiter Außenplatinen-Teilabschnitt 150' der Primärwicklung und ein zweiter Außenplatinen-Teilabschnitt 155' der Sekundärwicklung vorgesehen. Mittels eines zweiten Verbindungselementes 160' ist nun beispielsweise der Grundplatinen-Teilabschnitt 130 der Primärwicklung mit dem zweiten Außenplatinen-Teilabschnitt 150' elektrisch leitfähig verbunden, sodass hierdurch die Primärwicklung des Transformators 125 der Planartransformatorvorrichtung 100 nochmals verbessert weitergebildet ist. Andererseits kann mittels eines anderen Verbindungselementes 165' der Grundplatinen-Teilabschnitt 135 der Sekundärwicklung mit dem zweiten Außenplatinen-Teilabschnitt 155' der Sekundärwicklung elektrisch leitfähig verbunden werden, sodass hierdurch eine Sekundärwicklung des Transformators 125 der Planartransformatorvorrichtung 100 nochmals verbessert weitergebildet ist. Die zweite Außenplatine 145' ist ebenfalls in ihrer Erstreckungsrichtung kleiner als die Grundplatine 105 wobei die Grundplatine 105 zwischen der Außenplatine 145 und der zweiten Außenplatine 145' angeordnet ist. Die zweite Außenplatine 145' weist ebenfalls eine der Grundplatine 105 zugewandte Hauptoberfläche 175' auf, die kleiner als eine der zweiten Außenplatine 145' zugewandten zweite Hauptoberfläche 180' der Grundplatine 105 ist. Schließlich ist noch das Kernelement 170 derart angebracht, dass es neben der Grundplatine 105 und der Außenplatine 145 auch die zweite Außenplatine 145' zumindest teilweise als Gehäuse umgreift. Hierdurch lässt sich insbesondere eine effiziente Führung eines magnetischen Flusses durch das Kernelement 170 bewerkstelligen.

Weiterhin ist es auch denkbar, dass in der Grundplatine, der Außenplatine und/oder zweite Außenplatine leitfähige Strukturen eingebracht sind, die zu einer zweiten Sekundärwicklung geschaltet sind. Hierbei kann die Sekundärwicklung und die zweite Sekundärwicklung entweder voneinander unabhängig, beispielsweise elektrisch isoliert sein oder die zweite Sekundärwicklung kann als Reihenschaltung der Sekundärwicklung nach geschaltet sein, sodass beispielsweise die Sekundärwicklung und die zweite Sekundärwicklung einem gemeinsamen Angriffspunkt haben. In einem solchen Fall kann beispielsweise ein Wicklungsverhältnis von Primärwicklung zu Sekundärwicklung zu zweiter Sekundärwicklung von beispielsweise 12:1 :1 (bei einer Anzahl von 6 Lagen auf der Außenplatine bzw. der zweiten Außenplatine), 14:1 :1 (bei ebenfalls einer Anzahl von 6 Lagen auf der Außenplatine bzw. der zweiten Außenplatine) oder 16:1 :1 (bei einer Anzahl von 8 Lagen auf der Außenplatine bzw. der zweiten Außenplatine) realisiert sein. Ausführungsbeispiele für solche Ausgestaltungen der Planartransformatorvorrichtung sind jedoch in der Figur 1 nur textlich beschrieben.

Fig. 2 zeigt schematische Querschnittsdarstellung durch verschiedene Platinen, wie sie in Ausführungsbeispielen der hier vorgestellten Planartransformatorvorrichtung 100 verwendet werden können. Die linke Querschnittsdarstellung aus der Fig. 2 zeigt hierbei einen Aufbau der Grundplatine 105 mit einzelnen Lagen 1 10, die die einzelnen Wicklungen auszubildenden Transformators der Planartransformatorvorrichtung 100 zugeordnet sind. Um die Bezeichnung bzw. Zuordnung der jeweiligen Lage 1 10 zu einer Wicklung näher kennzeichnen, ist in der linken Querschnittsdarstellung aus der Figur 2 eine Nomenklatur verwendet worden, bei der die Bezeichnung Prim eine Zuordnung der entsprechenden Lage 1 10 zur Primärwicklung, Bezeichnung Sek1 eine Zuordnung der entsprechenden Lage 1 10 zur (ersten) Sekundärwicklung und die Bezeichnung Sek2 eine Zuordnung der entsprechenden Lage 1 10 zur zweiten Sekundärwicklung repräsentiert. Folglich ist die Grundplatine 105 gemäß der linken Querschnittsdarstellung aus Figur 2 durch die übereinandergesta-pelte Abfolge von 16 Lagen 1 10 zusammengesetzt, die wie folgt den Wicklungen zugeordnet sind: Sek1 , Prim, Prim, Sek2, Sek2, Prim, Prim, Sek1 , Sek1 , Prim, Prim, Sek2, Sek2, Prim, Prim, Sek1 . Zu erkennen ist also, dass in der in der linken Querschnittsdarstellung aus Figur 2 dargestellten Grundplatine 105 bis auf die oberste die unterste Lage je zwei benachbarte Lagen einer Wicklung, beispielsweise der Primärwicklung, der zweiten Sekundärwicklung oder der (ersten) Sekundärwicklung zugeordnet sind. Hierdurch lässt sich einerseits die Stromführungsfähigkeit der einzelnen Lagen verbessern, da die Stromdichte in diesen Lagen 1 10 verringert werden kann und zugleich lässt sich ein solcher Aufbau der Grundplatine 105 technisch einfach herstellen, da wenige aufwändigen Durchkontaktierungen mehrere Lagen 1 10 erforderlich ist.

Die rechten vier Querschnittsdarstellungen aus Figur 2 zeigen den Aufbau bzw. die Zuordnung von Lagen zu Wicklungen in der Außenplatine 145 (obere Reihe) bzw. zweiten Außenplatine 145' (untere Reihe), wie sie für unterschiedlichen Wicklungsverhältnisse von Primärwicklung zu (erste) Sekundärwicklung zu zweiter Sekundärwicklung realisiert werden kann. Beispielsweise kann die Außenplatine 145 und die zweite Außenplatine 145' im Falle des vorstehend genannten Wicklungsverhältni-ses von 12:1 :1 jeweils 6-lagig aufgebaut sein, wobei die Abfolge der einzelnen Lagen durch die Nomenklatur Sek1 , Prim, Sek2, Sek1 , Prim und Sek2 angegeben werden kann, wie dies in der Figur 2 in der Position 200 näher dargestellt ist. Sowohl die Außenplatine 145 als auch die zweite Außenplatine 145' können dabei derart aufgebaut sein, dass sich die Abfolge Sek1 , Prim, Sek2 von einzelnen Wicklungen zugeordneten Lagen zumindest einmal wiederholt. Zugleich sind dann in der Außenplatine 145 und/oder der zweiten Außenplatine 145' benachbarte Lagen 1 10 unterschiedlichen Wicklungen zugeordnet. Wird jedoch eine der (ersten) Sekundärwicklung zugeordnete Lage einer Außenseite der Außenplatine 145 bzw. bei einem Stapel mit der Grundplatine 105 angeordnet, lassen sich sehr effizient, Kriechstrecken von Strömen vermeiden und eine gute elektrische Isolierung realisieren.

Denkbar ist auch ein Ausführungsbeispiel, bei dem die 6-lagige Außenplatine 145 bzw. die 6-lagige zweite Außenplatine 145' einem Wicklungsverhältnis von 12:1 :1 eine andere Zuordnung der Lagen 1 10 zu Wicklungen aufweist, wie dies in der Fig. 2 an der Position 210 näher dargestellt ist. Hierbei sind die Lagen 1 10 der Außenplatine 145 bzw. der zweiten Außenplatine 145' in der folgenden Abfolge den unterschiedlichen Wicklungen zugeordnet: Sek1 , Sek2, Prim, Prim, Sek1 , Sek2. Auf diese Weise können die inneren benachbarten Lagen 1 10 der Primär Wicklung zugeordnet sein, sodass die Primärwicklung für eine hohe Stromdichte ausgelegt werden kann und ein durch Stromfluss in der Primärwicklung entstehendes elektrisches Feld sehr effizient in die Sekundärwicklung bzw. die zweite Sekundärwicklung überkoppeln kann. Dennoch kann durch das Vorsehen der äußeren Lage der Außenplatine 145 für die (erste) Sekundärwicklung eine gute elektrische Isolation sowie eine Vermeidung von hohen Kriechströmen realisiert werden.

In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die 6-lagige Außenplatine 145 bzw. die 6-lagige zweite Außenplatine 145' bei einem Wicklungsverhältnis von 14:1 :1 eine andere Zuordnung der Lagen 1 10 zu Wicklungen aufweisen, wie dies in der Fig. 2 an der Position 220 näher dargestellt ist. Hierbei sind die Lagen 1 10 der Außenplatine 145 bzw. der zweiten Außenplatine 145' in der folgenden Abfolge den unterschiedlichen Wicklungen zugeordnet: Sek1 , Sek2, 1 ,5 Prim, 1 ,5 Prim, Sek1 , Sek2. Im Unterschied zu den Querschnittsdarstellungen der Außenplatine 145 bzw. der zweiten Außenplatine 145' an der Position 210 für das Wicklungsverhältnis 12:1 :1 werden nun die beiden inneren, der Primärwicklung zugeordneten Lagen 1 10 derart ausgestaltet, dass sie beispielsweise nicht eine Windung, sondern eineinhalb Windungen ausbilden. Hierdurch lassen sich dann bei entsprechender Ausgestaltung beider Außenplatinen zwei zusätzliche Windungen der Primärwicklung realisieren, obwohl beide Außenplatinen 145 bzw. 145' jeweils nur 6-lagig aufgebaut sind.

In wieder einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine 8-lagige Außenplatine 145 bzw. eine 8-lagige zweite Außenplatine 145' bei einem Wicklungsverhältnis von 16:1 :1 eine Zuordnung der Lagen 1 10 zu Wicklungen aufweisen, wie dies in der Fig. 2 an der Position 230 näher dargestellt ist. Hierbei sind die Lagen 1 10 der Außenplatine 145 bzw. der zweiten Außenplatine 145' in der folgenden Abfolge den unterschiedlichen Wicklungen zugeordnet: Sek1 , Prim, Prim, Sek2, Sek2, Prim, Prim Sek1 .

Es ist erkennbar, dass der Aufbau der an der Position 230 in der Figur 2 dargestellten Außenplatine 145 bzw. zweiten Außenplatine 145' nun ebenfalls zwei benachbarte Lagen 1 10 umfasst, die einer gemeinsamen Wicklung, nämlich hier der Primärwicklung zugeordnet sind und wobei nun noch eine (nun gespiegelte) Wiederholung der Abfolge einer Zuordnung von Lagen zu entsprechenden Wicklungen in jeder der Außenplatine 145 bzw. 145' realisiert ist. Wiederum ist jedoch eine äußere Lage der jeweiligen Außenplatinen 145 bzw. 145' der (ersten) Sekundärwicklung Sek1 zugeordnet, sodass sich die vorstehend bereits genannten Vorteile in Bezug auf eine effiziente elektrische Isolierung die Vermeidung von hohen Kriechströmen realisieren lässt.

Fig. 3 zeigt nun in unterschiedlichen Teildarstellungen die Abfolge von unterschiedlichen Wicklungen zugeordneten Lagen in je eine Querschnittsdarstellung einer Planartransformatorvorrichtung 100, die sich bei einem Verbinden der Grundplatine 105 mit einer Außenplatine 145 und einer zweiten Außenplatine 145' ergibt, wobei die zweite Außenplatine 145' auf einer der Außenplatine 145 gegenüberliegenden Seite angeordnet wird. Hierbei wird ferner auch ein MMF-Diagramm (MMF = Magnetomotive Force = Magnetkraft) für die jeweilige Anordnung von Lagen angegeben, welches die Kraftwirkung der einzelnen Lagen zueinander bei einem Beaufschlagen der Primärwicklung mit einer Spannung repräsentiert. Weiterhin sind in der Figur 3 in den vier Querschnittsdarstellungen diejenigen Abfolgen von Lagen dargestellt, die sich bei einem Zusammensetzen der Grundplatine 105 mit der Außenplatine 145 und der zweiten Außenplatine 145' entsprechend den Darstellungen an den unterschiedlichen Positionen 200, 210, 220 und 230 aus der Figur 2 ergeben. Erkennbar ist hierbei, dass die Werte in den MMF-Diagrammen für die (erste) Sekundärwicklung Sek1 und die zweite Sekundärwicklung Sek2 sich meist im (normierten) Wert von -2 bis +2 bewegt und hierdurch eine zu große magnetische Kraftwirkung auf die einzelnen Leiterbahnen vermieden werden kann, sodass eine derart aufgebaute Planartransformatorvorrichtung 100 mechanisch sehr stabil und langlebig ist.

Fig. 4 zeigt in zwei schematische Teildarstellungen in Querschnittsansicht (obere Teildarstellung) und in Aufsichtsansicht (untere Teildarstellung) den Gesamtaufbau einer Planartransformatorvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes. Hierbei ist erkennbar, dass die Grundplatine 105 in einer Haupterstreckungsrichtung deutlich größer ist bzw. eine deutlich größere Hauptoberfläche 180 aufweist, als eine der Grundplatine 105 zugewandte Hauptoberfläche 175 der Außenplatine 145 oder eine der Grundplatine 105 zugewandte Hauptoberfläche 175' der zweiten Außenplatine 145'. Zugleich ist erkennbar, dass die Außenplatine 145 und/oder die zweite Außenplatine 145' über (je) eine TIM-Schicht 400 mit der Grundplatine 105 verbunden, beispielsweise verklebt, ist, wobei diese TIM-Schicht 400 eine Wärmeleitschicht sein kann oder ein entsprechendes Material aufweist, um Wärme beim Betrieb der Planartransformatorvorrichtung 100 aus einem Innenbereich der Grundplatine 105 bzw. der Außenplatine 145 und/oder der zweiten Außenplatine 145' ableiten zu können. Zugleich ist noch das Kernelement 170, hier in der Form eines Ferritkerns in der Figur 4 erkennbar, der ein Gehäuse um einen Teil der Grundplatine 105 samt der Außenplatine 145 sowie der zweiten Außenplatine 145' im Bereich des auszubildenden Transformators 125 bildet. Aus den Darstellungen der Figur 4 kann ebenfalls erkannt, dass Primärseitenkontaktanschlüsse 410 zum elektrischen Kontaktieren der Primärwicklung auf einer ersten Seite 415 (hier der Außenplatine 145 bzw. der zweiten Außenplatine 145') und Sekundärseitenkon-taktanschlüsse 420 zum elektrischen Kontaktieren der (ersten) Sekundärwicklung und/oder der zweiten Sekundärwicklung auf einer der ersten Seite 415 gegenüberliegenden zweiten Seite 425 (hier der Außenplatine 145 bzw. der zweiten Außenplatine 145') angeordnet sind. Ferner ist auch aus der oberen Teildarstellung der Fig. 4 durch die Pfeile angedeutet erkennbar, dass ein symmetrischer Stromfluss 430 über die Kontaktanschlüsse, hier am Beispiel der Sekundärseitenkontaktanschlüsse 420, und die Platinen 105,145 und/oder 145' erfolgen kann.

Zusammenfassend lässt sich anmerken, dass durch den hier vorgestellten Ansatz eine symmetrische Belastung der Trafowindungen durch eine Sandwichanordnung der Leiterplatten bzw. Platinen ermöglicht wird. Auch kann eine Reduzierung der Lagenanzahl in der Gesamt-Leiterplatte d. h., der hier als Grundplatine 105 bezeichneten Platine durch eine partielle Erhöhung der Lagenanzahl durch Stapelung von Leiterplatten in einem Bereich, in dem der Transformator 125 ausgebildet werden soll, ermöglicht werden. Zudem werden AC- Verluste durch die Verschachtelung der Primär- und Sekundärwicklungen reduziert (geringe Werte im MMF- Diagramm (Magnetomotive Force)). Ferner kann auch eine bessere Ausnutzung des Wickelfensters (d.h., ein höherer Kupferfüllgrad) erreicht werden. Technisch einfach lässt sich der hier vorgestellte Ansatz dadurch schaffen, dass die als Stapelplatinen zu verbindenden Platinen mittels Einpresstechnik verbunden werden können. Durch den hier vorgestellten definierten Lagenaufbau befinden sich auf den Außenlagen beispielsweise keine Primärsicklungswindungen, was reduzierte Anforderungen an die Luft- und Kriechstrecken bewirkt. Auch können verschiedene Windungszahlverhältnisse der Transformatoren realisiert werden, beispielsweise Transformatoren mit Mittelanzapfung und einem Windungs- bzw. Wicklungsverhältnis 12:1 :1 , 14:1 :1 , 16:1 :1 sowie auch Transformatoren ohne Mittelanzapfung und einem Windungs- bzw. Wicklungsverhältnis 12:1 , 14:1 , 16:1 . Es können sowohl auch Transformatoren mit ungeradem Windungszahlverhältnis dargestellt werden, wobei hierbei die Symmetrie im MMF-Diagramm nicht mehr gegeben ist, wobei sich in diesem Fall dann etwas höhere AC-Verluste ergeben.

Ein wichtiger Aspekt des hier vorgestellten Ansatzes kann darin gesehen werden, dass die für Transformatoren mit hohen Windungszahlen notwendige Lagenanzahl durch Stapeln von Leiterplatten bzw. Platinen in Sandwichanordnung erreicht werden kann, ohne dass auf der gesamten Leiterplatte die volle Anzahl der Lagen notwendig sind. Als Vorteile lassen sich hierzu nennen, dass eine Reduzierung der Leiterplatten Gesamtlagenanzahl um den Faktor 2 möglich wird und eine symmetrische Strombelastung der Leiterplattenlagen und Sekundärkontaktierung durch die Platinen-Sandwichanordnung ebenfalls ermöglicht wird. Auch treten geringe AC- Verluste (insbesondere Skin- und vor allem Proximity- Verluste) durch optimale bzw. günstige Verschachtelung von Primär- und Sekundärwindungen auf, was zu einem geringen Wert im MMF-Diagramm führt. Ferner können durch die bestimmte Lagenanordnung auf den Außenlagen nur Sekundärwicklungswindungen vorgesehen werden, d. h., die Luft- und Kriechstrecken beziehen sich nur auf LV- Potential, d. h., auf eine Spannung < 100V. Weiterhin können auch Varianten des hier vorgestellten Ansatzes implementiert werden, die unterschiedliche Windungszahlverhältnisse durch unterschiedliche Lagenanzahlen der Leiterplatten realisieren. Hierbei kann sowohl die Anzahl an Lagen der Grundplatine als auch die Anzahl der Lagen der Außenplatine(n) variiert werden. Auf diese Weise kann dann auch eine Vielzahl von Windungszahlverhältnissen dargestellt werden.

Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 500 zur Herstellung einer Planartransformatorvorrichtung gemäß einer hier vorgestellten Ausführungsvariante. Das Verfahren 500 umfasst einen Schritt 510 des Bereitstellens der mehrlagigen Grundplatine, die zumindest einen Grundplatinen-Teilabschnitt der Primärwicklung und einen Grundplatinen-Teilabschnitt einer Sekundärwicklung aufweist, einer mehrlagigen Außenplatine, die zumindest einen Außenplatinen-Teilabschnitt der Primärwicklung und einen Außenplatinen-Teilabschnitt der Sekundärwicklung aufweist. Ferner umfasst das Verfahren 500 einen Schritt 520 des Anordnens der Grundplatine und der Außenplatine derart, dass der Grundplatinen-

Teilabschnitt der Primärwicklung mit dem Außenplatinen-Teilabschnitt der Primärwicklung elektrisch leitfähig verbunden wird und der Grundplatinen-Teilabschnitt einer Sekundärwicklung mit dem Außenplatinen-Teilabschnitt der Sekundärwicklung elektrisch leitfähig verbunden wird und die Außenplatine eine der Grundplatine zugewandte Hauptoberfläche aufweist, die kleiner ist, als einer der Außenplatine zugewandten Hauptoberfläche der Grundplatine.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 600 zur Herstellung einer Planar-transformatorvorrichtung gemäß einer hier vorgestellten Ausführungsvariante, wobei die Vorrichtung 600 eine Einrichtung 610 zum Bereitstellen und eine Einrichtung 620 zum Anordnen aufweist.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.

Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.

Bezuqszeichen

100 Planartransformatorvorrichtung

105 Grundplatine

1 10 Lagen

1 15 leitfähige Strukturen

120 Verbindungsabschnitte

125 Transformator

130 Grundplatinen-Teilabschnitt einer Primärwicklung

135 Grundplatinen-Teilabschnitt einer Sekundärwicklung

140 Isolationsschichten

145 Außenplatine

150 Außenplatinen-Teilabschnitt der Primärwicklung

155 Außenplatinen-Teilabschnitt der Sekundärwicklung

160 Verbindungselement

165 Verbindungselement

170 Kernelement

175 der Grundplatine zugewandte Hauptoberfläche der Außenplatine

180 der Außenplatine zugewandte Hauptoberfläche der Grundplatine

185 Bereich, in welchem der Transformator der Planartransformatorvorrichtung auszubilden ist

145' zweite Außenplatine

150' zweiter Außenplatinen-Teilabschnitt der Primärwicklung

155' zweiter Außenplatinen-Teilabschnitt der Sekundärwicklung

160' zweites Verbindungselement

165' anderes Verbindungselement

175' der Grundplatine zugewandte Hauptoberfläche der zweiten Außenplatine

180' der zweiten Außenplatine zugewandte zweiten Hauptoberfläche der Grundplatine

Prim Teilabschnitt der Primärwicklung

Sek1 Teilabschnitt der (ersten) Sekundärwicklung

Sek2 Teilabschnitt der zweiten Sekundärwicklung

200 Position zur Benennung einer Anordnung von Lagen der Außenplatine bzw. zweiten Außenplatine

210 Position zur Benennung einer Anordnung von Lagen der Außenplatine bzw.

zweiten Außenplatine

220 Position zur Benennung einer Anordnung von Lagen der Außenplatine bzw.

zweiten Außenplatine

230 Position zur Benennung einer Anordnung von Lagen der Außenplatine bzw.

zweiten Außenplatine

400 TIM-Schicht

410 Primärseitenkontaktanschlüsse

415 erste Seite

420 Sekundärseitenkontaktanschlüsse

425 zweite Seite

430 symmetrischer Stromfluss

500 Verfahren zur Herstellung einer Planartransformatorvorrichtung

510 Schritt des Bereitstellens

520 Schritt des Anordnens

600 Vorrichtung zur Herstellung einer Planartransformatorvorrichtung

610 Einrichtung zum Bereitstellen

620 Einrichtung zum Anordnen