Die Erfindung betrifft einen Leiterplatten-T ransformator, eine elektronische Schaltung und ein Gate-Treiber-System.

Transformatoren werden unter anderem eingesetzt, um eine galvanische getrennte Energie- und/oder Signalübertragung von einer Primärseite auf eine Sekundärseite zu erreichen. Beispielsweise ist es bekannt, bei Hochspannungsinvertern einen Steu- erkreis (mit beispielsweise einem 12 V-Netz) und einen Leistungskreis (mit beispiels- weise Spannungen zwischen 500 V und 1200 V) mit einem Transformator galvanisch zu entkoppeln. Für die Bereitstellung der erforderlichen Spannungen am Gate eines Leistungsschalters, wie etwa eines IGBTs oder Leistungs-FETs, des Inverters wer- den in der Regel diskrete Transformatoren eingesetzt. Diese umfassen meist je eine Kupferwicklung für eine Primärseite und eine Sekundärseite, die zur magnetischen Kopplung auf einem gemeinsamen ferromagnetischen Kern, beispielsweise aus Ei- sen oder Ferritmaterial, gewickelt sind.

Diskrete Transformatoren sind durch ihre Bauart verhältnismäßig groß, schwer und teuer. Sie können viel Bauraum einnehmen und vibrationsanfällig sein. Weiterhin können diskrete Transformatoren Freiheiten im Inverter-Design einschränken.

Weiter ist bekannt, planare Transformatoren mit spiralförmigen Spulen in einer Leiter- platte zu bilden. Dadurch wird ein Magnetfeld in Dickenrichtung der Leiterplatte orien- tiert. Bei elektronischen Bauteilen im Spulenbereich kann es dabei zu einer erhebli chen magnetischen Kopplung kommen, die den Betrieb dieser Bauteile stören kann.

In der DE 10 2015 10891 1 A1 wird ein planarer Transformator zur Energieübertra- gung vorgeschlagen. Die Wicklungen von Spulen werden durch Leiterbahnen in ei- ner Kupferlage einer Leiterplatte realisiert.

In der US 201 1 0 050 292 A1 wird ein planarer Transformator zur Energieübertra- gung mit spiralförmigen Spulen vorgeschlagen, der ohne ferromagnetischen Kern auskommen kann, und bei dem die Spulen jeweils in einer Kupferlage einer Leiter- platte gebildet sind. Es ist Aufgabe der Erfindung, einen kostengünstigen, platzsparenden und magne- tisch wenig mit anderen Bauteilen koppelnden Transformator bereitzustellen, der mit einer Leiterplatte gebildet ist.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen An- sprüchen und aus der folgenden Beschreibung.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Leiterplatten-Transformator, d.h. einen in eine Leiterplatte integrierten Transformator. Der Transformator kann zur galvanischen Trennung in einem Hochspannungsinverter eingesetzt werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Leiterplatten-Transforma- tor eine mehrschichtige Leiterplatte, die abwechselnd Isolierlagen aus einem elektrisch isolierenden Material und Leiterlagen aus einem elektrisch leitenden Mate- rial aufweist. Die Isolierlagen können aus einem elektrisch isolierenden und/oder die lektrischen Material, wie etwa speziellen Kunststoffen, gefertigt sein. Die Leiterlagen können beispielsweise aus Kupfer gefertigt sein.

Weiter umfasst der Leiterplatten-Transformator eine erste Spule und eine zweite Spule, die in der mehrschichtigen Leiterplatte gebildet sind, wobei Leiterschleifen der Spulen aus Leiterbahnabschnitten und Durchkontaktierungen gebildet sind und wo- bei eine Leiterschleife wenigstens zwei Leiterbahnabschnitte in verschiedenen Leiter- lagen aufweist, die durch eine Durchkontaktierung verbunden sind. Ein Leiterbahnab- schnitt kann ein länglicher Ausschnitt der betreffenden Leiterlage sein. Eine Leiter- schleife einer Spule kann ein Abschnitt der Spule sein, der eine Achse der Spule um zumindest 360° umläuft.

Insgesamt wird ein Transformator bereitgestellt, der in eine Leiterplatte integriert ist und der eine ausreichende dielektrische Festigkeit zum Betrieb in einem Hochvolt- Inverter bereitstellt, wobei auf einen ferromagnetischen Kern verzichtet werden kann. Mit der Anzahl der Leiterschleifen je Spule kann eine hohe Skalierbarkeit der zu übertragenden Spannungen erreicht werden. Durch die Wahl einer Länge der Leiter- bahnabschnitte bzw. einen Abstand der Durchkontaktierungen und/oder der Länge der Durchkontaktierungen weist der Transformator eine flexible Formgebung auf.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind Leiterschleifen einer Spule, d.h. der ersten Spule und/oder der zweiten Spule, aufeinander abfolgend in einer Erstre- ckungsrichtung der Leiterplatte angeordnet, so dass die Spule eine wendelförmige Struktur aufweist. Insgesamt kann der Transformator einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Eine Leiterschleife kann in Draufsicht in die Richtung, in der die Leiter- schleifen nacheinander angeordnet sind, einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

Jede der Spulen kann als Rechteckswendel aufgefasst werden. Jede der Spulen kann vier Seiten aufweisen. Zwei Seiten können durch jeweils eine Reihe von Durch- kontaktierungen gebildet sein. Zwei weitere Seiten durch die Leiterbahnabschnitte in einer Leiterlage.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verbinden die Durchkontaktierungen abwechselnd einen Leiterbahnabschnitt in einer der Leiterlagen mit einem Leiter- bahnabschnitt in der anderen Leiterlage. Bei einer der Spulen kann ein erster Leiter- bahnabschnitt in einer ersten Leiterlage über eine Durchkontaktierung mit einem zweiten Leiterbahnabschnitt in einer zweiten Leiterlage verbunden sein, die wiede- rum über eine Durchkontaktierung mit einem dritten Leiterbahnabschnitt in der ersten Leiterlage oder einer dritten Leiterlage verbunden ist. Der erste Leiterbahnabschnitt und der dritte Leiterbahnabschnitt können im Wesentlichen parallel angeordnet sein und/oder können in einer Erstreckungsrichtung der Spule zueinander versetzt ange- ordnet sein.

Der dritte Leiterbahnabschnitt kann weiter über eine Durchkontaktierung mit einem vierten Leiterbahnabschnitt in der zweiten Leiterlage oder einer vierten Leiterlage verbunden sein. Der zweite Leiterbahnabschnitt und der vierte Leiterbahnabschnitt können im Wesentlichen parallel angeordnet sein und/oder können in einer Erstre- ckungsrichtung der Spule zueinander versetzt angeordnet sein. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung überlappen sich ein Innenvolumen der ersten Spule und ein Innenvolumen der zweiten Spule. Es ist auch möglich, dass die zweite Spule innerhalb der ersten Spule angeordnet ist. Die Spulen können unter- schiedliche Volumen innerhalb der Leiterplatte umschließen. Diese Volumen können sich überlappen bzw. eines der Volumen kann innerhalb des anderen Volumens an- geordnet sein. Die durch die Spulen erzeugten elektromagnetischen Felder sind im Wesentlichen in diese Volumen eingeschlossen. Leiterbahnen und Bauelemente seitlich neben den Spulen sind nur geringen elektromagnetischen Störungen durch den Leiterplatten-Transformator ausgesetzt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Leiterbahnabschnitte der ers- ten Spule in anderen Leiterlagen gebildet als die der zweiten Spule. Auf diese Weise können die Spulen dichter ineinandergepackt werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen Leiterschleifen der ersten Spule Leiterbahnabschnitte auf, die in zwei äußeren Leiterlagen gebildet sind. Weiter wei- sen Leiterschleifen der zweiten Spule Leiterbahnabschnitte auf, die in zwei inneren Leiterlagen gebildet sind, die bezüglich von Außenseiten der Leiterplatte weiter innen als die beiden äußeren Leiterlagen angeordnet sind. Es ist auch möglich, dass die Durchkontaktierungen der ersten Spule bezüglich einer Erstreckungsrichtung der Lei- terplatte weiter außen angeordnet sind als die Durchkontaktierungen der zweiten Spule. Auf diese Weise kann die zweite Spule innerhalb der ersten Spule angeordnet sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist wenigstens eine der Spulen erste Leiterschleifen auf, die in zwei Leiterlagen gebildet sind, und zweite Leiterschleifen auf, die Leiterbahnabschnitte aufweist, die in einer dritten Leiterlage gebildet sind. Es ist möglich, dass die Leiterbahnabschnitte der zweiten Leiterschleifen in zwei Leiter- lagen gebildet sind, in denen keine Leiterbahnabschnitte der ersten Leiterschleifen und/oder von Leiterschleifen der anderen Spule vorhanden sind. Auf diese Weise kann die Windungsdichte der ersten und/oder der zweiten Spule erhöht werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verlaufen Leiterbahnabschnitte zwi- schen zwei Durchkontaktierungen schräg zu einer gemeinsamen Erstreckungsrich- tung der Spulen. Die Erstreckungsrichtung einer Spule kann über eine Mittelachse der Leiterschleifen bzw. der durch die wendelförmig angeordneten Leiterschleifen ge- bildeten Struktur definiert sein. Auf diese Weise können die Spulen im Wesentlichen symmetrisch gebildet werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verlaufen Leiterbahnabschnitte zwi- schen zwei Durchkontaktierungen zumindest abschnittsweise orthogonal zu der ge- meinsamen Erstreckungsrichtung. Auf diese Weise können auch eng angeordnete Durchkontaktierungen erreicht werden, ohne dass Mindestabstände zwischen den Leierbahnen unterschritten werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind Durchkontaktierungen, die eine Seite einer Spule bilden, abwechselnd zueinander versetzt angeordnet. Auf diese Weise können die Durchkontaktierungen dichter gesetzt werden. Die Durchkontaktie- rungen, die eine Seite bilden, können aber auch in einer Reihe angeordnet sein, die parallel zu einer Erstreckungsrichtung der Spule verläuft.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung. Die elektroni- sche Schaltung kann in eine mehrschichtige Leiterplatte integriert ist, in der auch ein Leiterplatten-Transformator gebildet ist. Die elektronische Schaltung kann Leiterbah- nen und elektronische Bauelemente umfassen, die in die gleiche Leiterplatte inte- griert sind wie der Transformator.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektronische Schaltung eine mehrschichtige Leiterplatte und einen Leiterplatten-Transformator, wie er oben stehend und unten stehend beschrieben ist und der in der Leiterplatte gebildet ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektronische Schaltung weiter elektronische Schaltelemente, die auf der Leiterplatte in einem Transformator- bereich angeordnet sind, in dem der Leiterplatten-Transformator gebildet ist. Der Transformatorbereich kann sich zwischen Enden der beiden Spulen und Seiten der beiden Spulen erstrecken, die durch Durchkontaktierungen gebildet sind. Aufgrund des Aufbaus des Transformators ist es ermöglicht, unter- und/oder oberhalb der Spule eigenstörsicher elektronische Bauelemente zu platzieren. Die Bauelemente können einseitig oder beidseitig der Leiterplatte angeordnet sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektronische Schaltung weiter in dem Transformatorbereich der Leiterplatte angeordnete Leiterbahnen, die elektronische Bauelemente verbinden und die in einer Leiterlage gebildet sind, die bezüglich einer Außenseite der Leiterplatte weiter außen als Leiterlagen angeordnet ist als Leiterlagen, in denen Leiterbahnabschnitte für die Spulen gebildet sind. Leiter- lagen, die nicht Leiterbahnabschnitte für den Transformator bereitstellen, können ein- seitig oder beidseitig des Transformators zum Verbinden von Bauelementen verwen- det werden, ohne dass eine Störung durch den Transformator erfolgen muss.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektronische Schaltung weiter neben dem Transformatorbereich der Leiterplatte angeordnete Leiterbahnen, die elektronische Bauelemente verbinden und die in einer Leiterlage gebildet sind, in der Leiterbahnabschnitte für zumindest eine der Spulen gebildet sind. Da das durch den Transformator erzeugte elektromagnetische Feld hauptsächlich innerhalb der Spulen vorhanden ist, können auch Teile der Leiterlagen seitlich neben dem Trans- formator als elektrische Leiter verwendet werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Gate-Treiber-System für einen elektri- schen Inverter, das einen Leiterplatten-Transformator, so wie oben stehend und un- ten stehend beschrieben, umfasst, der dazu ausgeführt ist, eine Primärseite und eine Sekundärseite des Gate-Treiber-Systems galvanisch zu trennen. Beispielsweise kann die Primärseite eine Steuerungsschaltung auf einem niedrigen Spannungspo- tential und die Sekundärseite eine Gateansteuerung auf einem hohen bzw. höheren Spannungspotential umfassen. Die Primärseite kann einen Wechselrichter zum Er- zeugen einer Primärspannung für den Transformator umfassen. Die Sekundärseite kann einen Gleichrichter für die Sekundärspannung des Transformators umfassen. Die Sekundärseite und/oder die Primärseite können zumindest teilweise als elektroni- sche Schaltung ausgeführt sein, die in die Leiterplatte des Transformators integriert ist. Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beilie genden Figuren detailliert beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Gate-Treiber-System gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Leiterplatten-Transforma- tor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den Leiterplatten-Transformator aus der Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Spule des Leiterplatten-Transfor- mators aus der Fig. 2.

Fig. 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine weitere Spule des Leiterplatten- Transformators aus der Fig. 2.

Fig. 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Leiterplatten-Transforma- tor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Leiterplatten-Transforma- tor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 8 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Leiterlage des Leiterplatten-Trans- formators aus der Fig. 7.

Fig. 9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine elektronische Schaltung ge- mäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine elektronische Schaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine elektronische Schaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die in den Figuren verwendeten Bezugszeichen und ihre Bedeutung sind in zusam- menfassender Form in der Liste der Bezugszeichen aufgeführt. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt ein Gate-Treiber-System 10, das eine Primärseite bzw. einen Steuerkreis 12, eine Sekundärseite bzw. einen Leistungskreis 14 und einen dazwischen geschal- teten Transformator 16 umfasst. Das Gate-Treiber-System ist dazu ausgeführt, Gate- signale für Leistungshalbleiter eines Inverters 18 zu erzeugen. Die Primärseite 12, die sich auf einem niedrigen Spannungspotential (in etwa < 50 V) befindet, kann Teil einer Steuerung des Inverters 18 sein und/oder kann einen Wechselrichter zum Er- zeugen einer Versorgungsspannung für den Transformator 16 umfassen. Die Sekun- därseite 14, die sich auf einem höheren Spannungspotential (in etwa > 500 V) befin- det, kann einen Gleichrichter zum Erzeugen einer Gleichspannung aus der Sekun- därspannung des Transformators 16 umfassen. Diese Gleichspannung kann das Ga- tesignal sein oder kann eines oder mehrere Gatesignale kodieren.

Zumindest Teile der Primärseite 12, Teile der Sekundärseite 14 und der Transforma- tor 16 können als elektronische Schaltung 20 in einer gemeinsamen Leiterplatte 22 realisiert sein.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Leiterplatten-Transformator 16 in einer mehrschichtigen Leiterplatte 22, wie er beispielsweise in dem Gate-Treiber-System 10 aus der Fig. 1 realisiert sein kann.

Die Leiterplatte 22 umfasst mehrere Isolierlagen 24a, 24b, 24c, auf und zwischen de- nen jeweils eine Leiterlage 26a, 26b, 26c, 26d angeordnet ist. Die Isolierlagen und die Leiterlagen wechseln sich dabei ab.

Der Transformator 16 umfasst zwei Spulen 28a, 28b, die jeweils aus Leiterbahnab- schnitten 30a, 30b, 30c, 30d und Durchkontaktierungen 32a, 32b, 32c, 32d aufge- baut sind. Zur galvanischen Trennung der Spulen 28a, 28b werden die Isolierlagen 24a, 24b, 24c verwendet. Die Isolierlagen 24a, 24b, 24c können Dielektrika mit einer Span- nungsfestigkeit zwischen etwa 30 und etwa 50 kV/mm sein. Für ein Gate-Treiber- System 10 eines Hochspannungsinverters 18 werden zur galvanischen Trennung der Primärseite 12 und der Sekundärseite 14 in der Regel Spannungsfestigkeiten zwi- schen etwa 2,5 und etwa 6 kV benötigt. Somit kann mit Dicken z1 und z2 der Isolier lagen 24a, 24c bzw. 24b von einigen Zehntel Millimetern die geforderten Spannungs- festigkeiten sichergestellt werden.

Beispielsweise kann z1 zwischen 0,2 und 0,5 mm betragen. z2 kann ein Wert sein, der mindestens 30%, insbesondere mindestens 50% und insbesondere mindestens 70% der Gesamtdicke z der Leiterplatte 22 bzw. der Lagen/Schichten 24a, 24b, 24c entspricht.

Die Leiterbahnabschnitte 30 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zu den Isolier lagen 24. Die Durchkontaktierungen 32 verbinden verschiedene Leiterlagen 26 mitei- nander und/oder erstrecken sich im Wesentlichen orthogonal zu den Isolierlagen 24.

Die Durchkontaktierungen 32a und 32b der ersten, äußeren Spule 28a erstrecken sich von der Leiterlage 26a zu der Leiterlage 26d und können beispielsweise als Through Holes realisiert sein. Die Durchkontaktierungen 32c, 32d der zweiten, inne- ren Spule 28b erstrecken sich lediglich von der Leiterlage 26b zu der Leiterlage 26c und/oder können als vergrabene Durchkontaktierungen 32c, 32d aufgefasst werden.

Die direkt miteinander verbundenen Leiterbahnabschnitte 30a, 30b und Durchkontak- tierungen 32a, 32b der ersten Spule 28a bilden eine im Wesentlichen rechteckige Leiterschleife 34a. Entsprechend bilden die direkt miteinander verbundenen Leiter- bahnabschnitte 30c, 30d und Durchkontaktierungen 32c, 32d der zweiten Spule 28b eine im Wesentlichen rechteckige Leiterschleife 34b. Jede der Leiterschleifen 34a, 34b weist wenigstens zwei Leiterbahnabschnitte 30a, 30b bzw. 30c, 30d in verschie- denen Leiterlagen 26a, 26d bzw. 26b, 26c auf, die durch Durchkontaktierungen 32a, 32b bzw. 32c, 32d verbunden sind. Die Fig. 3 bis 5 zeigen den Aufbau der Spulen 28a, 28b in ihrer Erstreckungsrichtung genauer. Dabei zeigt die Fig. 3 eine Draufsicht auf den Transformator 16, wobei an- genommen ist, dass die Isolierlagen 24 durchsichtig wären. Die Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf die erste Spule 28a und die Fig. 5 zeigt eine schemati- sche Draufsicht auf die Spule 28b.

Die Leiterschleifen 34a, 34b der ersten Spule 28a bzw. der zweiten Spule 28b sind aufeinander abfolgend in einer Erstreckungsrichtung der Leiterplatte 22 angeordnet, so dass die Spule 28a, 28b eine wendelförmige Struktur aufweisen, die als Recht- eckswendel aufgefasst werden kann.

Die Leiterbahnabschnitte 30a, 30b der ersten Spule 28a sind in anderen Leiterlagen 26a, 26d gebildet als die Leiterlagen 26b, 26c der zweiten Spule 28b. Die Leiter- schleifen 34a der ersten Spule 28a weisen dabei Leiterbahnabschnitte 30a, 30b auf, die in zwei äußeren Leiterlagen 26a, 26d gebildet sind. Die Leiterschleifen 34b der zweiten Spule 28b weisen Leiterbahnabschnitte 30c, 30d auf, die in zwei inneren Lei- terlagen 26c, 26d gebildet sind, die bezüglich von Außenseiten der Leiterplatte 22 weiter innen als die beiden äußeren Leiterlagen 26a, 26d angeordnet sind.

Ein Innenvolumen der ersten Spule 28a und ein Innenvolumen der zweiten Spule 28b können sich überlappen. Wie gezeigt, kann die zweite Spule 28b innerhalb der ersten Spule 28a angeordnet sein.

Der gezeigte Leiterplatten-Transformator 16 erstreckt sich dabei über mindestens vier Leiterlagen 26a bis 26d der Leiterplatte 22. Es ist jedoch auch möglich, dass Lei- terbahnabschnitte der einen Spule 28a in der gleichen Leiterlage 26 angeordnet sind wie die Leiterbahnabschnitte der anderen Spule 28b. Dies kann dadurch realisiert werden, dass die Durchkontaktierungen 32c, 32d der Spule 28b bis zu dieser Leiter- lage 26 reichen und Leiterbahnabschnitte der Spule 28b zwischen Leiterbahnab- schnitten der Spule 28a angeordnet sind.

Zur Bildung einer Leiterschleife 34a der ersten, äußeren Spule 28a ist ein Leiter- bahnabschnitt 30a, der mit einer Durchkontaktierung 32a verbunden ist, über eine Durchkontaktierung 32b mit einem Leiterbahnabschnitt 30b verbunden. Dieser Leiter- bahnabschnitt 30b wiederum ist über eine weitere Durchkontaktierung 32a wieder mit einem Leiterbahnabschnitt 30a verbunden. Analog zur Bildung einer Leiterschleife 34b der zweiten, inneren Spule 28b ist ein Leiterbahnabschnitt 30c, der mit einer Durchkontaktierung 32c verbunden ist, über eine Durchkontaktierung 32d mit einem Leiterbahnabschnitt 30d verbunden. Dieser Leiterbahnabschnitt 30d wiederum ist über eine weitere Durchkontaktierung 32c wieder mit einem Leiterbahnabschnitt 30c verbunden.

Der Leiterplatten-Transformator 16 kann eine beliebige Formgebung besitzen, hin- sichtlich Längen und Breiten in Erstreckungsrichtung der Durchkontaktierungen, der Leiterbahnabschnitte und der Wendel.

Die Fig. 2 und 3 zeigen außerdem das durch die Spulen 28a, 28b erzeugte Magnet- feld H, das im Wesentlichen im Inneren der Spulen 28a, 28b vorhanden ist und das sich in Erstreckungsrichtung der Spulen in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu den Lagen 24, 26 ausbreitet. Durch Orientierung der Wendeln der beiden Spulen in die gleiche Richtung (Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn) wird erreicht, dass die Magnetfelder H der beiden Spulen 28a, 28b sich in eine gemeinsame Richtung zueinander orientieren.

Da sich die maximale Konzentration der magnetischen Feldlinien der Magnetfelder H der Spulen 28a, 28b im Innenvolumen der beiden Spulen 28a, 28b befindet, kann eine hohe Kopplung der beiden Magnetfelder H der Spulen 28a, 28b erreicht werden.

Wie in den Fig. 4 und 5 weiter gezeigt ist, kann durch die Orientierung der Spulen 28a, 28b entlang der Leiterplatte 22 an jeder Leiterschleife 34a, 34b ein Potential Ua, Ua‘ bzw. Ub, Ub‘ eingeprägt und/oder abgegriffen werden. Von jeder beliebigen Durchkontaktierung 32 der Spulen 28a, 28b kann ein Anschluss hinein- oder heraus- geführt werden. Somit ist eine maximale Variabilität im Spannungsverhältnis Ub‘/Ua‘ bzw. umgekehrt gegeben.

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Leiterplat- ten-Transformators 16, bei dem jede der Spulen 28a, 28b Leiterschleifen 34a, 34a‘ bzw. 34b, 34b‘ umfasst, die in Blickrichtung auf die Spule nicht deckungsgleich sind. Beispielsweise, wenn die Anzahl möglicher Leiterschleifen einer Spule 28a, 28b über eine Strecke nicht für einen gewünschten Betrieb ausreicht, kann die Windungszahl dadurch erhöht werden, dass die Spule 28a, 28b aus mehr als zwei Reihen von Durchkontaktierungen 32 und/oder mehr als zwei Leiterlagen 26 gebildet ist.

Die Leiterplatte 22 aus der Fig. 6 weist mehr Isolierlagen 24 und Leiterlagen 26 auf als die aus der Fig. 2. Leiterbahnabschnitte 30 sind in weiteren dieser Leiterlagen 26 angeordnet.

Bei der Fig. 6 sind die Leiterschleifen 34a‘ und 34b‘ genauso aufgebaut, wie die Lei- terschleifen 34a und 34b aus der Fig. 2. Ihre Leiterbahnen 32a, 32b, 32c, 32d sind lediglich in anderen Leiterlagen 26 angeordnet. Insgesamt sind je zwei Leiterschlei- fen 34a und 34a‘ der ersten Spule 28a ineinander angeordnet. Die beiden Leiter- schleifen 34a, 34a‘ können in Reihe verbunden sein, bevor sie mit dem nächsten Paar von Leiterschleifen 34a, 34‘ verbunden werden. Genauso können je zwei Leiter- schleifen 34b und 34b‘ der zweiten Spule 28a ineinander angeordnet und/oder ver- schaltet sein.

Im Allgemeinen kann wenigstens eine der Spulen 28a, 28b erste Leiterschleifen 34a bzw. 34b aufweisen, die in zwei Leiterlagen 26a, 26d bzw. 26b, 26c gebildet sind, und zweite Leiterschleifen 34a‘ bzw. 34b‘ aufweisen, die Leiterbahnabschnitte 30a, 30b, 30c, 30d aufweisen, die in einer oder mehreren dritten Leiterlagen 26 gebildet sind.

Genauso wie in der Fig. 6 weist der Transformator 16 der Fig. 7 je Spule 28a, 28b für jede Seite der jeweiligen Spule mehr als eine Reihe von Durchkontaktierungen auf. Pro Spule 28a, 28b sind jeweils jedoch lediglich zwei Leiterlagen 26 vorgesehen.

Die Windungszahl über eine Strecke kann auch dadurch erhöht werden, dass Durch- kontaktierungen 32 an einer Seite der Spule 28a, 28b versetzt zueinander angeord- net werden. Die Fig. 8 zeigt dies am Beispiel der Leiterlage 26a mit den Durchkon- taktierungen 32a, 32a‘, 32b, 32b‘. Es ist zu verstehen, dass die anderen Leiterlagen 26b, 26c, 26d bzw. die anderen Durchkontaktierungen 32c, 32c‘, 32d, 32d‘ entspre- chend aufgebaut und angeordnet sein können.

Wie in der Fig. 8 gezeigt, ist eine Verdichtung der Leiterbahnabschnitte 30a deshalb möglich, weil eine Durchkontaktierung 32a in der Regel mehr Platz einnimmt (Durch- messer beispielsweise. 0,8 mm) als ein Leiterbahnabschnitt 30a (beispielsweise 0,3 mm). Somit können weitere Durchkontaktierungen 32a‘ beabstandet zu der vorhan- denen Reihe von Durchkontaktierungen 32a zwischen den Leiterbahnen 30a der vor- handenen Reihe von Durchkontaktierungen 32a der Spule 28a platziert werden.

Dadurch, dass ein Leiterbahnabschnitt 30a, der mit einer weiter außen liegenden Durchkontaktierung 32a‘, 32b‘ verbunden ist, unter Umständen zwischen zwei weiter innen liegenden Durchkontaktierungen 32a, 32b hindurchgeführt werden muss, kann es notwendig sein, den Leiterbahnabschnitt 30a zumindest abschnittsweise im We- sentlichen orthogonal zur Erstreckungsrichtung der Spule 28a verlaufen zu lassen. Über ein Schrägstück 36 kann der Leiterbahnabschnitt 30a dann in ein weiteres or- thogonales Stück überführt werden. Leiterbahnabschnitte 30a können zwischen zwei Durchkontaktierungen 32a‘, 32b‘ zumindest abschnittsweise orthogonal zu der ge- meinsamen Erstreckungsrichtung verlaufen.

Wie in den Fig. 3 bis 5 gezeigt ist, können Leiterbahnabschnitte 30a, 30b, 30c, 30d zwischen zwei Durchkontaktierungen 32a, 32b, 32c, 32d, aber auch schräg zu einer gemeinsamen Erstreckungsrichtung der Spulen 28a, 28b verlaufen.

Die Fig. 9 bis 11 zeigen jeweils einen schematischen Querschnitt eines Ausschnitts aus einer elektronischen Schaltung 20, die einen Leiterplattentransformator 16 um- fassen kann, so wie er in den Fig. 2 bis 8 beschrieben ist. Beispielhaft ist der Leiter- platten-Transformator aus den Fig. 2 bis 5 gezeigt. Die elektronische Schaltung 20 kann Teil eines Gate-Treiber-Systems 10 sein. Die beiden Spulen 28a bzw. 28b kön- nen als Primärspule 28a und Sekundärspule 28b für das Gate-Treiber-System 10 re- alisiert werden und umgekehrt.

Da sich die Orientierung des Magnetfeldes H, das der Transformator 16 erzeugt, or- thogonal zu einer Dickenrichtung der Leiterplatte 22 bzw. in Erstreckungsrichtung seiner Lagen erstreckt, wird es möglich, ohne unzulässige magnetische Kopplung elektronische Bauelemente 38 über- bzw. unterhalb des Transformators 16 zu plat- zieren und zu betreiben. Somit kann der Transformator 16 in eine Leiterplatte 22 inte griert werden, ohne dass dieser selbst dediziert Platz auf der Leiterplatte 22 belegt.

Die Fig. 9 zeigt, dass ein elektronisches Bauelement 38 auf der Leiterplatte 22 in ei- nem Transformatorbereich 40 angeordnet sein kann, in dem der Leiterplatten -Trans- formator 16 gebildet ist. Der Transformatorbereich 40 kann denjenigen Abschnitt bzw. Bereich der Leiterplatte umfassen, in dem bei Projektion in Dickenrichtung Durchkontaktierungen 32 und Leiterbahnabschnitte 30 der Spulen 28a, 28b vorhan- den sind.

Weiter zeigt die Fig. 9, dass in dem Transformatorbereich 40 Leiterbahnen 42 ange- ordnet sein können, die in einer Leiterlage 26 gebildet sind, die bezüglich einer Au- ßenseite der Leiterplatte 22 weiter außen angeordnet ist als Leiterlagen 26a bis 26d, in denen die Leiterbahnabschnitte 30a bis 30d für die Spulen 28a, 28b gebildet sind.

Weiter ist möglich, dass Leiterbahnen 44 neben dem Transformatorbereich 40 der Leiterplatte 22 angeordnet sind, und die in einer Leiterlage 26a, 26d gebildet sein können, in der Leiterbahnabschnitte 30a, 30d für zumindest eine der Spulen 28a ge- bildet sind.

Die Leiterbahnen 42, 44 können beispielsweise elektronische Bauelemente 38 mitei- nander und/oder mit einer der beiden Spulen 28a, 28b verbinden.

Wie in der Fig. 9 gezeigt ist, kann der Transformator 16 asymmetrisch bezüglich ei- ner Dickenrichtung in der Leiterplatte 2 integriert sein. Bei der Ausführungsform der Fig. 9 sind zwei Leiterlagen 26 über den Leiterlagen 26a bis 26d für den Transforma- tor 16 vorgesehen.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der auf beiden Seiten des Transfor- mators 16 elektronische Bauteile 38 und weitere Leiterlagen 26 vorgesehen sind. Oberhalb und unterhalb des Transformators 16 sind zwei weitere Leiterlagen 26 zum Platzieren und Routen von Leiterbahnen 42 vorgesehen. Insgesamt kann die Leiter- platte 22 damit 8 Leiterlagen 26 aufweisen.

Die Fig. 11 zeigt, dass der Transformator 16 in eine sechslagige Leiterplatte 22 inte griert werden kann. Oberhalb und unterhalb des Transformators 16 ist lediglich eine Leiterlage 26 zum Platzieren und Routen von Leiterbahnen 42 vorgesehen.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine“ oder„ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei da- rauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele ver- wendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschrän- kung anzusehen.

Bezuqszeichen

Gate-T reiber-System

Primärseite

Sekundärseite

Leiterplatten-T ransformator Inverter

elektronische Schaltung

Leiterplatte

Isolierlage

a Isolierlage

b Isolierlage

c Isolierlage

d Isolierlage

Leiterlage

a Leiterlage

b Leiterlage

c Leiterlage

d Leiterlage

a erste Spule

b zweite Spule

a Leiterbahnabschnitt

b Leiterbahnabschnitt

c Leiterbahnabschnitt

d Leiterbahnabschnitt

a, 32a‘ Durchkontaktierung

b, 32b‘ Durchkontaktierung

c, 32c‘ Durchkontaktierung

d, 32d‘ Durchkontaktierung

a, 34a‘ Leiterschleife

b, 34b‘ Leiterschleife

Schrägstück

elektronisches Bauelement T ransformatorbereich 42 Leiterbahn

44 Leiterbahn