本發(fā)明涉及包括至少一個(gè)繞組的電氣組件、包括這樣的電氣組件的電氣電路和操作該電氣電路的方法。更具體地，本發(fā)明涉及具有主繞組和輔助繞組的電氣組件。

背景技術(shù)：

已知的感應(yīng)電氣組件包括纏繞在線軸、即諸如心軸或圓柱體等的承載部件上的導(dǎo)體的至少一個(gè)繞組。這樣的電氣組件包括例如具有僅一個(gè)繞組(即，多匝的導(dǎo)體線)的電感器或傳感器線圈，或者具有兩個(gè)或更多繞組的電氣變壓器。在這里將稱為主繞組的這些繞組提供了電感和/或感應(yīng)耦合。它們可以用在很多不同的電氣電路中。特別是在取決于選取的拓?fù)涞拈_(kāi)關(guān)模式電源中，電感器或變壓器可以被用作能量存儲(chǔ)和/或用于電壓變換。

de102009058835al描述了一種具有包括至少兩個(gè)繞組隔室的線圈承載件的傳感器線圈。通過(guò)注射成型制成線圈承載件，并且在其通過(guò)mid(成型互連設(shè)備)技術(shù)制成的表面上直接施加金屬導(dǎo)體跡線。導(dǎo)體跡線在承載件的表面上從插頭觸頭基本上平行于軸向方向延伸。

在一些應(yīng)用中，具有主繞組的感應(yīng)組件已經(jīng)與附加的輔助繞組、即與主繞組感應(yīng)耦合地布置的一個(gè)或多個(gè)匝的另外的導(dǎo)體一起使用。一般情況下，輔助繞組包括相對(duì)少的匝，一般少于電氣組件的主繞組。附加的輔助繞組可以在電氣電路中用于不同目的，諸如例如用于測(cè)量、用于提供附加的電源等等。

這樣的輔助繞組可以設(shè)置在線圈和變壓器上作為與主繞組電氣絕緣的一個(gè)或多個(gè)匝的另外的導(dǎo)體線。然而，必要的電氣絕緣可能會(huì)增加組件的復(fù)雜性，并且輔助繞組的非常少的數(shù)量的匝的設(shè)置可能會(huì)造成其確切布置的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

可以認(rèn)為目的是提供具有簡(jiǎn)單構(gòu)造的輔助繞組的電氣組件。

該目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的電氣組件、根據(jù)權(quán)利要求12的電氣電路并通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求14的操作方法來(lái)解決。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。

本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到了：如果輔助繞組與主繞組或甚至與多個(gè)主繞組一起簡(jiǎn)單地纏繞在線軸上，則不能確切地限定導(dǎo)線的非常少的匝的定位，并且將造成感應(yīng)電壓的相當(dāng)大的公差。

根據(jù)本發(fā)明，提出了提供由設(shè)置在線軸的表面上的導(dǎo)體跡線組成的至少一個(gè)輔助繞組。這有助于組件的制造，并且可以幫助可靠地實(shí)現(xiàn)確切的定位并因此實(shí)現(xiàn)降低的公差。

雖然電氣組件的主繞組、即線圈的情況中的單個(gè)電感器繞組或變壓器的情況中的至少初級(jí)和次級(jí)繞組可以作為纏繞在線軸上的成匝的導(dǎo)體線而設(shè)置，但是輔助繞組作為導(dǎo)體跡線設(shè)置在其表面。如此設(shè)置的輔助繞組可以包括僅一個(gè)匝，但也可以形成為包括兩個(gè)或更多匝，如下面針對(duì)優(yōu)選實(shí)施例將說(shuō)明的。輔助繞組被布置成感應(yīng)地耦合至至少一個(gè)主繞組、即通過(guò)該繞組的可變電流在輔助繞組中感應(yīng)出電流。優(yōu)選地，主繞組和輔助繞組被圍繞共有軸線和/或圍繞共有鐵磁芯纏繞。

線軸用作用于主繞組的承載件。它由電氣非導(dǎo)電材料制成。在優(yōu)選實(shí)施例中，線軸由塑料材料制成、例如通過(guò)注射成型制成。導(dǎo)體跡線可以通過(guò)稱為成型互連設(shè)備(mid)的技術(shù)設(shè)置在其表面上。這樣的mid技術(shù)的示例是激光直接結(jié)構(gòu)化、雙射注射成型或熱壓印。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，線軸可以包括由至少一個(gè)凸緣軸向定界的一個(gè)繞組隔室、優(yōu)選由在繞組隔室的兩個(gè)軸向端部處的凸緣軸向定界。繞組隔室提供了用以保持纏繞的導(dǎo)體線的空間。主繞組被卷繞在所述繞組隔室內(nèi)。優(yōu)選在繞組隔室的凸緣上提供用于輔助繞組的導(dǎo)體跡線，通過(guò)凸緣與主繞組分離。凸緣的外軸向表面允許具有良好的感應(yīng)耦合的輔助繞組的定位。此外，凸緣的材料提供了電氣絕緣。

優(yōu)選地，電氣組件包括鐵磁芯，其布置成使得至少主繞組圍繞芯纏繞。優(yōu)選的是，芯設(shè)置在線軸的開(kāi)口內(nèi)。在具有沿著縱向軸線直著延伸的至少一部分的線軸的情況中，芯優(yōu)選軸向延伸。

如果超過(guò)一個(gè)的主繞組纏繞在線軸上，則優(yōu)選提供通過(guò)絕緣體分離的圍繞第一繞組纏繞的第二繞組。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，輔助繞組包括至少兩個(gè)匝的導(dǎo)體跡線。在該情況中，優(yōu)選通過(guò)提供橋接元件來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)匝的輔助繞組的絕緣交叉。橋接元件優(yōu)選在縱向方向上電導(dǎo)通，并且優(yōu)選與至少一個(gè)匝的輔助繞組電氣串聯(lián)地布置，優(yōu)選在兩個(gè)匝之間。橋接元件通過(guò)提供針對(duì)與交叉的導(dǎo)體跡線的電氣接觸的絕緣(通過(guò)空氣間隙或非導(dǎo)電材料，或兩者)來(lái)允許導(dǎo)體跡線的交叉。例如，橋接元件可以是smd組件。甚至可以利用具有充分低的電阻值、諸如1ω或以下、優(yōu)選1mω或以下的可用smd電阻器，以獲得充分的導(dǎo)電性。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置了多個(gè)端子。端子中的兩個(gè)可以被連接至主繞組。端子中的兩個(gè)可以被連接至輔助繞組的端部。由電氣絕緣材料制成的基板可以被固定至線軸，這包括基板和線軸可以被設(shè)置為共同成型的部件。電氣端子可以設(shè)置在基板的一側(cè)上的表面上。優(yōu)選通過(guò)mid技術(shù)制成的導(dǎo)體跡線可以被設(shè)置成圍繞基板延伸直到與第一側(cè)表面相反的第二側(cè)表面。如將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例變得顯而易見(jiàn)的，這可以用于容易地實(shí)現(xiàn)電氣連接，特別是如果端子設(shè)置在基板的下側(cè)面上，例如用于smd接觸。

根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，至少一個(gè)表面安裝器件(smd)組件可以與至少一個(gè)導(dǎo)體跡線電氣連接地設(shè)置在線軸上。該smd組件可以例如被用作橋接元件以提供交叉。還有，另外的電路元件可以作為smd組件被設(shè)置在線軸的表面上以形成電氣電路。

本發(fā)明進(jìn)一步涉及包括如上面所描述的電氣感應(yīng)組件的電氣電路，其中輔助繞組被連接以用作電氣電源。例如，電氣電路可以包括需要電氣操作功率的集成電路元件。集成電路元件可以包括用于其的電氣供給端子。輔助繞組于是可以被連接至電氣供給端子，使得在具有通過(guò)主繞組的變化的電流的組件的操作中，在輔助繞組中感應(yīng)的電流用作用于集成電路元件的操作的電功率的源。

這可以對(duì)于包括被電氣連接至主繞組中的至少一個(gè)的可控開(kāi)關(guān)元件的電路特別有用，其中集成電路元件被設(shè)置成控制可控開(kāi)關(guān)元件。如果可控開(kāi)關(guān)元件被操作成在導(dǎo)通與非導(dǎo)通狀態(tài)之間交替，那么時(shí)變電流流過(guò)主繞組，由此將電流感應(yīng)到感應(yīng)耦合的輔助繞組內(nèi)。

特別是在開(kāi)關(guān)模式電源(smps)中，以該方式通過(guò)輔助繞組向控制器ic供給功率是有用的。

本發(fā)明的這些和其他方面將從下文描述的實(shí)施例中變得顯而易見(jiàn)并參照這些實(shí)施例得以闡述。

附圖說(shuō)明

附圖中：

圖1示出變壓器的第一實(shí)施例的立體圖；

圖2示出包括在線軸上的繞組的圖1的變壓器的分解圖；

圖3示出具有沿著圖2中的線b..b截取的截面的圖2的線軸的縱向截面圖；

圖4示出根據(jù)第二實(shí)施例的線軸的立體圖；

圖5示出具有沿著c...c截取的截面的圖3的線軸的截面圖；

圖6示出包括了具有輔助繞組的變壓器的第一電路的電路圖；

圖7示出包括了具有輔助繞組的電感器的第二電路的電路圖。

具體實(shí)施方式

圖1以立體圖示出作為感應(yīng)電氣組件的一個(gè)示例的變壓器10。如圖1至圖3所示，并且特別是在圖2的分解圖中，變壓器10包括鐵磁芯12的兩個(gè)半部和具有作為主繞組的初級(jí)和次級(jí)繞組16、18的線軸14。繞組16、18作為圍繞線軸14的縱向軸線a纏繞的成匝的導(dǎo)體線而設(shè)置。

線軸14通過(guò)注射成型由塑料材料制成，并且包括由第一和第二凸緣22、24在兩個(gè)端部處軸向定界的繞組隔室20。線軸14的軸向中心包括用于接收鐵磁芯12的開(kāi)口26，如圖2所示。

與線軸14以一個(gè)零件制成的基板設(shè)置有作為電導(dǎo)體端子30的多個(gè)針。

如圖3的縱向截面圖所示，初級(jí)繞組16和次級(jí)繞組18纏繞在彼此之上，其間設(shè)置有電氣絕緣層32。初級(jí)和次級(jí)繞組16、18被包含在由凸緣22、24在兩個(gè)端部處軸向定界的繞組隔室20內(nèi)。應(yīng)該注意的是，繞組16、18的單獨(dú)的線在這里僅示出用于圖示且未按比例繪制。對(duì)于各繞組的實(shí)際匝數(shù)可以變化。

變壓器10進(jìn)一步包括被設(shè)置為在線軸14的外表面上(即在該示例中在凸緣中的示出為圖1至3中的左側(cè)的一個(gè)的外表面上)的導(dǎo)體跡線34的輔助繞組54。

如圖2所示，導(dǎo)體跡線34在兩個(gè)電氣端子30之間延伸，并且包括包圍線軸14的軸向開(kāi)口26的、在該實(shí)施例中以直角布置的多個(gè)區(qū)段。

如此形成的輔助繞組54包括僅一個(gè)繞組匝。由于平行于初級(jí)和次級(jí)繞組的導(dǎo)體的布置，并且由于圍繞軸線a延伸的導(dǎo)體跡線34的布置，輔助繞組54與主繞組(初級(jí)和次級(jí)繞組16、18)處于良好的感應(yīng)耦合。如果芯12被插入，則輔助繞組54圍繞芯12的中心部分延伸。

導(dǎo)體跡線34是直接設(shè)置在線軸14的非導(dǎo)電塑料材料的表面上的平坦金屬結(jié)構(gòu)。線軸14通過(guò)注射成型制成，其中導(dǎo)體跡線34通過(guò)mid(模制成型互連設(shè)備)技術(shù)設(shè)置在其表面的一部分上。因此，導(dǎo)電材料的跡線直接形成在線軸14的表面上，該線軸可以作為一件熱塑性材料而設(shè)置，其中導(dǎo)體跡線34不需要被進(jìn)一步固定或施加至其上。

這樣的mid技術(shù)的示例是例如激光直接結(jié)構(gòu)化(lds)、雙射注射成型或熱壓印。在lds中，線軸14的塑料材料摻雜有可由激光激活的金屬-塑料添加劑。在注射成型工藝中形成了線軸14之后，激光將期望的導(dǎo)體跡線34寫(xiě)到其表面上，由此激活金屬添加劑并且例如在銅浴中形成用于隨后的金屬化的襯底。

在雙射注射成型中，使用兩個(gè)不同的樹(shù)脂，其中的一個(gè)是可電鍍金屬的(諸如例如abs)，并且另一個(gè)是不可電鍍金屬的(例如，聚碳酸酯)?？呻婂儤?shù)脂以隨后通過(guò)電鍍工藝形成的導(dǎo)體跡線34的期望的形狀而設(shè)置。

在熱壓印中，使用熱沖壓模具將導(dǎo)體跡線34壓印在線軸14的塑料材料上。在升高的溫度下，以一定壓力將金屬箔沖壓到表面上，由此施加形成導(dǎo)電跡線34的箔。

圖6示出包括具有感應(yīng)耦合的初級(jí)繞組16、18和輔助繞組54的變壓器10的示例性電氣電路40。電路40是開(kāi)關(guān)模式電源(smps)的示例，其中傳輸?shù)捷斎攵俗?2的輸入電壓vi被變換成施加到輸出端子44之間的負(fù)載l的輸出電壓vo。

在圖6所示的電路40內(nèi)，變壓器10的初級(jí)繞組16被連接到輸入端子42并經(jīng)由作為開(kāi)關(guān)元件的晶體管t1接地。集成電路46充當(dāng)控制開(kāi)關(guān)元件t1被導(dǎo)通和關(guān)斷的控制器，由此選擇性地允許電流從輸入端子42流過(guò)初級(jí)繞組16。

在變壓器10的次級(jí)側(cè)，次級(jí)繞組18經(jīng)由二極管d1與負(fù)載l串聯(lián)連接到輸出44。電路40的拓?fù)浔环Q為反激轉(zhuǎn)換器。

集成控制器電路46要求操作功率來(lái)執(zhí)行控制開(kāi)關(guān)元件t1以在輸出端子44處實(shí)現(xiàn)期望的電壓和/或電流的功能。在初始啟動(dòng)時(shí)段，集成電路46由流過(guò)給電容器c1充電的啟動(dòng)電阻器r1的電流供電。在啟動(dòng)時(shí)段期間，集成控制電路46將消耗很少的功率。在稍后的開(kāi)關(guān)操作期間，集成控制電路46要求比啟動(dòng)時(shí)段期間大得多的功率。

不是經(jīng)由啟動(dòng)電阻器r1來(lái)供給操作功率(這將造成電阻器r1中的相當(dāng)大的損耗)，而是從變壓器10的輔助繞組54供給功率。當(dāng)集成控制電路46控制開(kāi)關(guān)元件t1以允許通過(guò)初級(jí)繞組16的電流以脈沖流動(dòng)時(shí)，電流被感應(yīng)到感應(yīng)耦合的輔助繞組54內(nèi)。

該電流通過(guò)整流器二極管d2整流并作為通過(guò)電容器c1穩(wěn)定的操作功率被供給至集成控制電路46。

因此，圖6所示的電路40是如何在包括變壓器10的電路內(nèi)使用輔助繞組作為用于同一電路的另一組件(在該情況中是控制開(kāi)關(guān)元件t1的集成電路46)的電源的示例。

圖4示出組件50的第二實(shí)施例的一部分。其中的僅線軸14的一部分示出在圖4中的組件50大部分對(duì)應(yīng)于根據(jù)圖1至圖3的組件10。同樣的部件將用同樣的參考數(shù)字指代。在下文中，將僅進(jìn)一步說(shuō)明差異。

組件50的線軸14還包括輔助繞組54。如第一實(shí)施例中那樣，輔助繞組54由通過(guò)mid技術(shù)制成的形成在線軸14的表面上、即在凸緣22上的導(dǎo)體跡線34形成。

與根據(jù)第一實(shí)施例的組件10相比，組件50的輔助繞組54包括兩匝導(dǎo)體跡線34。如圖4所示，導(dǎo)體跡線34的下部設(shè)置在線軸14的基板28上，然而基板是線軸14的一體組件。

為了實(shí)現(xiàn)必要的電氣絕緣交叉，smd組件56設(shè)置在線軸14的表面上、在該示例中是在基板28上。smd組件56是電氣連接在由導(dǎo)體跡線34形成的兩個(gè)smd焊盤(pán)之間的低歐姆smd電阻器，而另一導(dǎo)體跡線與smd組件56電絕緣地在其下面通過(guò)。

因此，在電氣端子58之間設(shè)置了感應(yīng)耦合到主繞組16、18的具有兩個(gè)匝的輔助繞組54。

如圖5的縱向截面圖所示，也通過(guò)mid技術(shù)形成在基板28的表面上的導(dǎo)體跡線60圍繞基板28延伸，在基板28的下側(cè)面上形成了作為smd連接焊盤(pán)的端子58。

雖然已在附圖和前述描述中詳細(xì)地圖示和描述了本發(fā)明，但是這樣的圖示和描述被認(rèn)為是說(shuō)明性的或示例性的而不是限制性的；本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例。

例如，雖然作為變壓器的所描述的電氣組件10、50各包括兩個(gè)主繞組16、18，但是組件可以替代地設(shè)置為線圈、例如電感器線圈，其中僅一個(gè)主繞組纏繞在線軸(未示出)上。作為示例，圖7示出電路70。電路70是具有升壓轉(zhuǎn)換器的拓?fù)涞拈_(kāi)關(guān)模式電源，使用了具有僅一個(gè)主繞組18的線圈72代替圖6中的變壓器40。如圖7所示，集成電路46連續(xù)地控制開(kāi)關(guān)t1打開(kāi)和閉合，從而導(dǎo)致通過(guò)主繞組18的可變電流，和到由并聯(lián)的電容器c2和電阻器r2組成的負(fù)載l的輸出電壓vo的供給。同樣在這里，輔助繞組54可以將電氣操作功率傳輸至集成電路46。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在實(shí)踐所要求保護(hù)的發(fā)明時(shí)從對(duì)附圖、公開(kāi)和隨附權(quán)利要求的研究中理解并實(shí)現(xiàn)對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例做出的其他變化。在權(quán)利要求中，詞語(yǔ)“包括”不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。

某些措施僅在不同實(shí)施例中示出或者記載在相互不同的從屬權(quán)利要求中這個(gè)純粹的事實(shí)不表明這些措施的組合不能有利地使用。權(quán)利要求中的參考符號(hào)標(biāo)記都不應(yīng)該解釋為限制范圍。