DE3536412C2 - Elektronisches Schaltungsmodul mit einer magnetischen Grundplatte auf die eine Vielzahl von Spulen gewickelt sind - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Schaltungsmodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Schaltungsmodul dieser Art ist aus JP 59-45985 bekannt, wobei die Spulen um Stege gewickelt sind, die längs der Achse einer langgestreckten Grundplatte durch seitliche Einschnitte ausgebildet sind. Die Spulen sind mit dem Schaltungsmuster auf der Grundplatte so verbunden, daß sie magnetische Felder mit entgegengesetzter Polarität erzeugen. Auf einer Seite der Grundplatte stehen Leitungsstifte ab für den Anschluß an äuße­ re Schaltungen. Durch die nebeneinander liegenden, in Schlit­ zen ausgebildeten Stege ergibt sich eine Einschränkung der Spulenanordnung, wobei höchstens in jedem zweiten Schlitzpaar eine Spule angeordnet werden kann, um eine magnetische Störung zwischen benachbarten Spulen zu vermeiden. Hinzu kommt, daß die Herstellung des Schaltungsmoduls umständlich ist. Da die Spu­ len sich auch über den mittleren Teil der Grundplatte er­ strecken, ist nicht nur der Bereich zum Anbringen der Schal­ tungsbauteile beschränkt, sondern auch die Auslegung des Schaltungsmusters entsprechend beeinträchtigt. Wenn eine grö­ ßere Anzahl von Bauteilen, wie im Falle eines Gleichspannungs­ wandlers, vorgesehen werden muß, ist es notwendig, die Grund­ platte selbst größer auszubilden, wobei die Grundplatte auf Grund ihrer komplizierten Form leicht bricht oder beschädigt wird.

Aus der DE-AS 11 91 474 ist ein elektronisches Schaltungsmodul mit einer magnetisch leitenden Grundplatte, einer Anzahl von Spulen, einem Schaltungsmuster, einem mit dem Schaltungsmuster verbundenen Schaltungsbauteil und einer Anzahl von Zuleitungs­ stiften bekannt, die zum Anschluß an eine äußere Schaltung dienen, wobei die Spulen flächig auf eine Seite der Grundplat­ te aufgesetzt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Schaltungsmodul der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß sich eine gute Flächenausnutzung der Grundplatte bei sta­ biler Gesamtform ergibt und der Herstellungsaufwand gering gehal­ ten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal im Kenn­ zeichen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, daß die Spulen um Vorsprünge gewickelt werden, die entlang einer Seite der Grundplatte ausgebildet sind, kann die Grundplatte selbst klein und kompakt gestaltet werden, ohne daß die Anordnung der weiteren Schaltungselemente behindert wird. Auch können ohne weiteres mehrere Induktivitäten ausgebildet werden, wobei eine gegenseitige Koppelung geringgehalten werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weite­ ren Ansprüchen angegeben.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfol­ gend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in einer auseinandergezogenen, perspektivischen An­ sicht ein Ausführungsbeispiel, des Schaltungsmoduls,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Moduls im zusammengesetzten Zustand,

Fig. 3 ein Schaltbild, das eine Untersetzungs­ zerhackerschaltung in Modulbauweise zeigt,

Fig. 4 eine Ansicht zur Erläuterung eines mag­ netischen Weges, der in einer magneti­ schen Schaltungsgrundplatte gebildet wird,

Fig. 5 eine Ansicht zur Erläuterung einer Platte, auf der magnetische Schaltungsgrundplat­ ten angeordnet sind,

Fig. 6 eine Ansicht zur Erläuterung eines Ver­ fahrens zum gleichzeitigen Herstellen von zwei magnetischen Schaltungsgrund­ platten, und

Fig. 7 und 8 Ansichten zur Erläuterung verschiedener Beispiele der magnetischen Schaltungs­ grundplatte.

Eine Untersetzungszerhackerschaltung ist eine Art eines Gleichspannungswandlers und an sich bekannt. Ihre Eingangs­ spannung liegt über ein Eingangsfilter 2, das aus einer Dros­ selspule L₁ und einem Kondensator C₁ besteht, an einem Schalt­ abschnitt 4. Eine Spannung, deren Tastverhältnis über einen Impulsbreitenregler 6 gesteuert wird, liegt an der Basis eines Transistors Q, und die Eingangsspannung wird in Impulse auf­ geteilt, die über ein Tiefpaßfilter 7 geglättet werden, das aus einer Zerhackerspule L₃ und einem Kondensator C₃ besteht, um eine Gleichspannung zu erhalten. Um Brumm- und Rauschstörun­ gen der Ausgangsspannung zu verringern, wird über ein Aus­ gangsfilter 8 aus einer Drosselspule L₂ und einem Kondensator C₂ ein stabile Gleichspannung geliefert. Die Ausgangsspannung kann daher durch das Verhältnis der Durchschalte- und Sperr- Intervalle des Transistors Q stabilisiert werden. Eine Diode D, die als Schwungraddiode bezeichnet wird, hat die Funktion der Bildung eines Leitungsweges, über den die während des Durchschaltintervalls des Transistors Q in der Zerhackerspu­ le L₃ gespeicherte Energie entladen wird, wenn der Transistor Q sperrt. Die Zerhackerspule L₃ dient zum Speichern von Ener­ gie, so daß sie einen großen Kern, verglichen mit den Dros­ selspulen L₁ und L₂, benötigt.

Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Moduls, bei dem eine derartige Zerhackerschaltung vorgesehen ist. Eine magnetische Schaltungsgrundplatte 12 besteht aus einer im wesentlichen rechteckigen Platte aus gesintertem Ferrit. Eine lange Seite der Grundplatte 12 trägt drei Vorsprünge 14a bis 14c, die davon nach außen vorstehen. Die gegenüberliegen­ den Endvorsprünge 14a und 14b haben eine geringe Breite D₁, D_2, während der mittlere Vorsprung 14c eine wesentlich größere Breite D₃ hat. Die gegenüberliegenden Endvorsprünge bilden die Kerne der Drosselspulen L₁ und L₂, während der mittlere Vor­ sprung 14c den Kern der Zerhackerspule L₃ bildet. Die gegen­ überliegenden kurzen Seiten der Grundplatte 12 weisen abge­ stufte Teile 16a und 16b auf, so daß die Spulenwicklungen nicht von der Grundplatte 12 vorstehen.

Ein Schaltungsmuster 18 ist auf der Vorderfläche der magne­ tischen Schaltungsgrundplatte 12 ausgebildet. Das Schaltungs­ muster 18 besteht aus einem leitenden Muster und einem Wi­ derstandsfilm. Es ist durch Siebdrucken und anschließendes Brennen wie eine integrierte Hydridschaltung ausgebildet. Die verschiedenen Schaltungsbauteile 20, wie beispielsweise die Chipkondensatoren, Chipwiderstände, integrierten Schaltungen, Dioden usw. werden unter Verwendung des Schaltungsmusters an­ gebracht. Bei einem großen Kondensatorwandler haben die Kon­ densatoren C₁ bis c₃ hohe Kapazitäten, so daß sie außen an­ gebracht sind. Die Spulen 22a bis 22c sind auf die Vorsprünge 14a bis 14c der magnetischen Schaltungsgrundplatte 12 gepaßt. Diese Spulen sind kernlose Spulen aus einem selbstverschweißen­ den oder selbstklebenden Draht oder sogenanntem Kleb- oder Kittdraht. Die Anschlüsse der auf den Vorsprüngen angeordne­ ten Spulen sind durch Schaltungsmuster angelötet, die auf der magnetischen Schaltungsgrundplatte ausgebildet sind.

Die magnetische Schaltungsgrundplatte ist entlang ihrer ande­ ren Seite mit Leitungsmustern 26 zum Anbringen von Leitungs­ stiften 24 zum Anschluß äußerer Schaltungen versehen. Der ga­ belförmige Stiel mit zwei Zinken jedes Leitungsstiftes 24 ist mit jedem Leitungsmuster 26 durch Löten so verbunden, daß das Muster in Sandwichbauweise zwischen dem Stielteil liegt. Der Leitungsstift 24 hat die Funktion der Verbindung eines Schal­ tungsmusters auf der Vorderfläche und eines Schaltungsmusters auf der Rückfläche.

Das zusammengesetzte elektronische Schaltungsmodul wird in ein Gehäuse eingesetzt oder in ein Harz eingeformt oder mit einem Harz beschichtet, um die magnetische Schaltungsgrund­ platte und die internen Schaltungen zu schützen.

Da das elektronische Schaltungsmodul mit dem oben beschrie­ benen Aufbau eine interne Untersetzungszerhackerschaltung aufweist, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, kann es als Gleichspannungswandler dienen. Die magnetische Schal­ tungsgrundplatte dient nicht nur als übliche Schaltungsgrund­ platte, sondern auch als Kern für die einzelnen Spulen. Da weiterhin die einzelnen Spulen 22a bis 22c entlang einer Sei­ te der magnetischen Schaltungsgrundplatte 12 angeordnet sind, hebt sich der magnetische Fluß der Spulen, der magnetische Störungen hervorruft, gegenseitig auf, so daß der Leckfluß verringert ist, um eine Sättigung der Kerne zu vermeiden. Insbesondere heben sich die Flüsse Φ1 und Φ3 und Φ3 und Φ2, die durch Zwischenräume zwischen benachbarten Vorsprüngen gehen, gegenseitig auf, so daß nur die Flüsse Φ1, Φ2 und Φ3 bleiben, die nicht durch einen Zwischenraum zwischen benachbarten Vor­ sprüngen hindurchgehen.

Bei diesen Ausführungsbeispielen sind die Enden der Vorsprün­ ge der magnetischen Schaltungsgrundplatte abgeschrägt, um den Einbau der Spulen zu erleichtern, ohne Beschädigungen hervor­ zurufen.

Die Vorsprünge der magnetischen Schaltungsgrundplatte 12 kön­ nen auch dazu benutzt werden, die Schaltungsmuster, die auf die Oberfläche der Grundplatte 12 aufgedruckt werden, richtig anzuordnen. Das wird im folgenden anhand von Fig. 5 beschrie­ ben. Wie es in Fig. 5 dargestellt ist, wird zunächst eine Plat­ te 30 hergestellt, die Aussparungen 28 aufweist, die im we­ sentlichen die gleiche Form wie die magnetische Schaltungs­ grundplatte haben. Die Länge der kurzen Seite der Aussparung 8 ist etwas größer als die Länge der kurzen Seite der magne­ tischen Schaltungsgrundplatte 12. Magnetische Schaltungsgrund­ platten 12 werden in diese Aussparungen 28 gepaßt. Jede mag­ netische Schaltungsgrundplatte 12 ist so angeordnet, daß ih­ re Vorsprünge gegen die komplementär geformte Kante der Aus­ sparung 28 gedrückt sind. Das Siebdrucken erfolgt in diesem Zustand, wodurch eine genaue Anordnung des Schaltungsmusters auf der magnetischen Schaltungsplatte erzielt werden kann.

Die Grundplatte bei dem oben beschriebenen Ausführungsbei­ spiel wird gewöhnlich nacheinander preßgeformt und gesintert.

Es ist jedoch auch möglich, zwei derartige Grundplatten gleichzeitig herzustellen, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. In diesem Fall sind die beiden Grundplatten so ausgelegt, daß ihre Vorsprünge einander zugewandt sind. Die Höhe des mittle­ ren Teils ist gleichfalls etwas geringer als die der gegenüber­ liegenden Endabschnitte ausgebildet, so daß ein Zwischenraum 40 gebildet ist und die beiden Grundplatten nur über die End­ vorsprünge 42 miteinander verbunden sind. Wenn eine V-förmige oder ähnliche Nut vorher an der Verbindungsstelle 44 der End­ vorsprünge 42 ausgebildet ist, kann der anschließende Arbeits­ vorgang extrem vereinfacht werden. Die beiden Grundplatten, die noch miteinander verbunden sind, wie es in Fig. 6 darge­ stellt ist, werden durch Preßformen und Sintern erhalten und anschließend in dieser Form mit dem Schaltungsmuster bedruckt. Gegebenenfalls werden die Schaltungsbauteile gleichfalls an­ gebracht und angeschlossen. Bei dem Verfahrensschritt der An­ bringung der Spulen werden schließlich die beiden Grundplat­ ten durch Anlegen einer Biegekraft unter Ausnutzung der V- förmigen oder ähnlichen Nuten getrennt, die oben erwähnt wur­ den. Durch dieses Verfahren kann die Arbeit der Anordnung der magnetischen Schaltungsgrundplatten in der komplementären Aus­ sparungsplatte und der verschiedenen anderen Arbeitsvorgänge auf die Hälfte verringert werden. Die magnetische Schaltungs­ grundplatte ist keineswegs auf die Form des obigen Ausfüh­ rungsbeispiels begrenzt, es ist auch möglich, eine Anzahl von magnetischen Schaltungsgrundplatten gleichzeitig in Abhängig­ keit von der Form, dem Material usw. der Grundplatte herzu­ stellen.

Fig. 7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der magnetischen Schaltungsgrundplatte. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Schlitze zwischen benachbarten Vorsprüngen jeweils mit einem halbkreisförmigen Boden 46 ausgebildet. Wenn der Boden­ teil des Schlitzes rechteckig ist, werden in der Umgebung der Ecken Spannungen erzeugt und besteht die Gefahr, daß die Grund­ platte selbst bei sehr leichten Spannungen bricht. Die Halb­ kreisform bei diesem Ausführungsbeispiel bewirkt eine Vertei­ lung der Spannungen, so daß die Grundplatte nicht so leicht bricht.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Grundplatte. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Vorsprünge schräg verlaufende Kanten. Dieser Aufbau erleichtert die Anordnung der Spulen. Obwohl in diesem Fall die angebrachten Spulen leichter abzunehmen sind, werden sie tatsächlich niemals ab­ gehen, da ihre Anschlüsse an das Schaltungsmuster gelötet sind, und das Modul, das durch das Anbringen der verschiede­ nen anderen Schaltungsbauteile an der magnetischen Schaltungs­ grundplatte erhalten wird, in eine Gehäuse eingesetzt und ein­ gegossen ist.

Obwohl die erfindungsgemäße Ausbildung in Verbindung mit ei­ nem Modul beschrieben wurde, das eine Untersetzungszerhacker­ schaltung trägt, ist diese Ausbildung auch auf Module mit verschiedenen anderen elektronischen Schaltungen anwendbar. Die erfindungsgemäße Ausbildung ist insbesondere bei verschiedenen Wandlerschaltungen zweckmäßig, da Wandler­ schaltungen eine Vielzahl von Elementen mit Spulen, wie bei­ spielsweise Induktivitäten und Transformatoren, als wesentli­ che Bauteile umfassen.

Die Vorsprünge der magnetischen Schaltungsgrundplatte können irgendeine gewünschte Form, d. h. Breite und Höhe, haben. Bei­ spielsweise können Vorsprünge mit verschiedener Höhe ausgebil­ det sein und können die Spulen an Abschnitten verschiedener Höhe angebracht sein. In diesem Fall kann die magnetische Störung und Wechselwirkung zwischen benachbarten Spulen wei­ ter herabgesetzt werden. Es können weiterhin mehr als einzel­ ne Vorsprünge ausgebildet sein. Wenn zwei Vorsprünge ausgebil­ det sind, können zwei Spulenelemente gebildet werden. In die­ sem Fall kann ein Rauschfiltermodul, kombiniert mit einem Chipkondensator, oder ähnliches gebildet werden. Weiterhin kann ein geschlossener magnetischer Kreis dadurch gebildet werden, daß ein separates magnetisches Element zwischen dem Ende eines Vorsprunges und dem Körper der Grundplatte oder zwischen den Enden von zwei Vorsprüngen angebracht wird.

Es ist weiterhin möglich, eine gewünschte elektronische Schaltung, beispielsweise eine Wandlerschaltung aus zwei Mo­ dulen, auszubilden, wobei einer gemäß der Erfindung mit Spulen als Hauptbauteilen und anderen entsprechenden Bautei­ len ausgebildet ist und der andere, der aktive Bauteile auf­ weist, als monolithische integrierte Schaltung oder inte­ grierte Hybridschaltung ausgebildet ist.

Die Grundplatte kann aus einem magnetischen metallischen Material, wie beispielsweise Ferrit, bestehen. Wenn ein an­ deres magnetisches metallisches Material, als Ferrit, mit einem niedrigen elektrischen Oberflächenwiderstand benutzt wird, dann ist es notwendig, die Platte mit einem elektrisch isolierenden Harz zu beschichten, bevor ein Schaltungsmuster ausgebildet wird. Natürlich kann selbst eine Ferritgrund­ platte mit einem Harz beschichtet werden, wenn der Oberflä­ chenwiderstand zu niedrig ist.

Bei dem elektronischen Schaltungsmodul mit Spulen und dem oben beschriebenen Aufbau können die Spulen­ elemente somit sehr leicht dadurch ausgebildet werden, daß nur kernlose Spulen, die vorher hergestellt wurden, auf Vorsprünge einer magnetischen Schaltungsgrundplatte aufgesetzt werden. Da darüber hinaus die Vorsprünge nur entlang einer einzigen langen Seite der magnetischen Schaltungsgrundplatte ausgebildet sind, ist die gegenseitige Kopplung der Spulen gering und es steht der größere Teil des Flächenbereiches der Grundplatte zum Anbringen von Schaltungsmustern und Schal­ tungsbauteilen zur Verfügung. Es ist somit möglich, die Größe der magnetischen Schaltungsgrundplatte herabzusetzen, was insofern sehr vorteilhaft ist, als eine elektronische Schaltung mit Spulen zu einem einzigen Paket zusammenge­ setzt werden kann, um eine funktionelle Baueinheit zu erhal­ ten.

Es kann schließlich ein Gleichspannungswand­ ler zu einem einzigen Paket zusammengesetztwerden, was sehr zu einer Verringerung der Größe der Vorrichtung beiträgt, die eine Energiequelle trägt.

Die Schaltungsmuster, beispielsweise die leitenden Muster und die Widerstandsmuster, die auf der Oberfläche der Grundplatte vorzusehen sind, können ohne Schwierigkeiten dadurch gebil­ det werden, daß von den bekannten Verfahren der Herstellung gedruckter Schaltungen Gebrauch gemacht wird. Bei einer Ferritplatte ist es schwierig, ein durchgehendes Loch auszu­ bilden, so daß es wünschenswert ist, einen Aufbau zu verwen­ den, bei dem Vorder- und Rückseitenmuster elektrisch unter Verwendung von Zuleitungsstiften verbunden sind, von denen jeder einen gabelförmigen Stiel mit zwei Zinken zum Anschluß an die äußere Schaltung aufweist. Die Schaltungsbauteile kön­ nen Chipkondensatoren, Chipwiderstände, Chiptransistoren, integrierte Schaltungen usw. sein, und kleinformatige Dioden können direkt durch Löten angeschlossen werden.

Claims (4)

1. Elektronisches Schaltungsmodul mit einer magnetischen Grundplatte, einer Vielzahl von Spulen, die auf die mag­ netische Grundplatte gewickelt sind, einem Schaltungs­ muster, das auf der Oberfläche der magnetischen Grund­ platte ausgebildet ist, einem Schaltungsbauteil, das mit dem Schaltungsmuster verbunden ist, und eine Vielzahl von Zuleitungsstiften, die an der magnetischen Grundplat­ te zum Anschluß an äußere Schaltungen angebracht sind, wobei die magnetische Grundplatte eine Vielzahl von Vor­ sprüngen entlang einer ihrer Seiten trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen um die Vorsprünge gewickelt sind.

2. Schaltungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Grundplatte rechteckig mit parallelen längeren Seiten und parallelen kürzeren Seiten ausgebil­ det ist und die Vorsprünge entlang einer längeren Seite der parallelen längeren Seiten vorgesehen sind.

3. Schaltungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Grundplatte drei Vorsprünge aufweist und die Spulen auf jeden der Vorsprünge gewickelt sind.

4. Schaltungsmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen kernlose Spulen aus einem selbstklebenden Draht sind.