ITGE980003A1

ITGE980003A1 - PLANAR TRANSFORMER.

Info

Publication number: ITGE980003A1
Application number: IT98GE000003A
Authority: IT
Inventors: Luca Carbone; Marco Patrone
Original assignee: Rgm Spa
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 1999-07-30
Also published as: IT1304341B1; ITGE980003A0; EP0933789A2; EP0933789A3

Description

DESCRIZIONE del brevetto per invenzione industriale avente per titolo: "Trasformatore planare" DESCRIPTION of the patent for industrial invention entitled: "Planar transformer"

TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

La presente invenzione riguarda un trasformatore planare da utilizzare in applicazioni dove siano richieste compattezza e piccole dimensioni di ingombro, ad esempio nell'ambito dei circuiti elettronici nei computer o in ambito biomedicale. The present invention relates to a planar transformer to be used in applications where compactness and small overall dimensions are required, for example in the field of electronic circuits in computers or in the biomedical field.

E' noto di realizzare dei trasformatori planari di dimensioni ridotte, i quali hanno la caratteristica di avere un avvolgimento primario e uno o più avvolgimenti secondari in forma di schede a circuito stampato in rame. Tali circuiti in rame sono di piccolo spessore consentendo quindi la diminuizione dei noti effetti di prossimità tra un conduttore e l'altro e i cosiddetti effetti pelle, cioè la tendenza delle correnti a scorrere vicino alla superficie del conduttore di rame causando, in maniera nota, un aumento della resistenza dello stesso. In sostanza tale trasformatore planare della tecnica nota comprende: un nucleo in materiale ferromagnetico composto di due parti separate a "E" per il montaggio e lo smontaggio del trasformatore stesso; una scheda a circuito stampato in rame che costituisce 1'avvolgimentio primario; due schede a circuito stampato in rame, che rappresentano ciascuna metà dell'avvolgimento secondario; un guscio inferiore e un guscio superiore in materiale plastico isolante che hanno la funzione di di isolare la scheda del primario dalle due schede del secondario, tali schede essendo collocate rispettivamente nell'alloggiamento interno formato dai due gusci sovrapposti uno sull'altro e sulle superfici esterne di tali gusci; e degli isolatori lamellari collocati sulle superfici inferiore e superiore della scheda del primario e delle schede del secondario. It is known to realize planar transformers of reduced dimensions, which have the characteristic of having a primary winding and one or more secondary windings in the form of copper printed circuit boards. These copper circuits are of small thickness thus allowing the reduction of the known proximity effects between one conductor and the other and the so-called skin effects, i.e. the tendency of currents to flow close to the surface of the copper conductor causing, in a known way, a increased resistance of the same. In substance, this planar transformer of the known art comprises: a core in ferromagnetic material composed of two separate "E" -shaped parts for assembly and disassembly of the transformer itself; a copper printed circuit board constituting the primary winding; two copper printed circuit boards, each representing half of the secondary winding; a lower shell and an upper shell in insulating plastic material which have the function of isolating the primary board from the two secondary boards, these boards being respectively placed in the internal housing formed by the two shells superimposed on each other and on the external surfaces of such shells; and lamellar insulators placed on the lower and upper surfaces of the primary board and the secondary boards.

Dalla descrizione precedente si nota la presenza di diversi mezzi (gusci e isolatori) di isolamento collocati nel trasformatore planare, ciò è dovuto alla necessità di soddisfare contemporaneamente l'esigenza di avere dimensioni di ingombro limitate e l'esigenza di effettuare un efficace isolamento elettrico tra la scheda del primario e le schede del secondario poste molto ravvicinate. La vicinanza tra la scheda del primario e le schede del secondario conferisce al trasformatore planare efficaci qualità di accoppiamento elettromagnetico ma può creare degli inconvenienti nel caso di un malfunzionamento del trasformatore, ad esempio una scintilla provocata da una scarica di corrente eccessiva che fluisce dalla scheda del primario alla scheda del secondario e che può provocare un indesiderato e dannoso contatto elettrico tra dette schede, tale scarica attraversà il trasformatore planare percorrendo il cosiddetto percorso in aria che, date le dimensioni limitate del trasformatore, sarà relativamente breve e troverà resistenza minore ad esempio tra le giunzioni di collegamento dei due gusci inferiore e superiore di isolamento del trasformatore. Le norme di sicurezza per questo tipo di trasformatori planari impongono che si adottino delle misure di sicurezza che permettano di aumentare il percorso in aria di un'ipotetica scintilla provocata da una scarica elettrica e favorirne quindi l'estinzione prima che attraversi completamente il trasformatore dalla scheda del primario alla scheda del secondario. From the previous description it is possible to note the presence of different insulating means (shells and insulators) located in the planar transformer, this is due to the need to simultaneously satisfy the need for limited overall dimensions and the need for effective electrical insulation between the primary board and the secondary boards placed very close together. The proximity between the primary board and the secondary boards gives the planar transformer effective electromagnetic coupling qualities but can create problems in the event of a malfunction of the transformer, for example a spark caused by an excessive current discharge flowing from the board of the primary to the secondary board and which can cause unwanted and harmful electrical contact between said boards, this discharge will cross the planar transformer along the so-called air path which, given the limited dimensions of the transformer, will be relatively short and will find less resistance, for example between the connection junctions of the two lower and upper insulation shells of the transformer. The safety standards for this type of planar transformers require that safety measures be adopted that allow to increase the path in the air of a hypothetical spark caused by an electric discharge and therefore favor its extinction before it completely passes through the transformer from the board. from the primary to the secondary card.

E' noto di realizzare delle flange in materiale isolante collocate sui lati del trasformatore planare, di modo che, in caso di malfunzionamento, una scintilla provocata da una scarica elettrica scaturita dalla scheda del primario abbia un percorso in aria maggiore e abbia dunque il tempo di estinguersi prima di giungere alla scheda del secondario. Tuttavia questa flangia laterale in materiale isolante è svantaggiosa in quanto aumenta le dimensioni di ingombro laterale del trasformatore planare e ciò ne limita i campi di applicazione, poiché, come accennato precedentemente, questo tipo di trasformatori viene usato, grazie alla sua compattezza, proprio in quei settori della tecnica (ad esemplo nell'informatica) dove gli spazi a disposizione sono ridotti. It is known to realize flanges in insulating material placed on the sides of the planar transformer, so that, in the event of a malfunction, a spark caused by an electric discharge originating from the primary circuit board has a longer path in the air and therefore has the time to extinguish before reaching the secondary board. However, this lateral flange made of insulating material is disadvantageous as it increases the lateral overall dimensions of the planar transformer and this limits its fields of application, since, as previously mentioned, this type of transformer is used, thanks to its compactness, precisely in those technical sectors (for example in information technology) where the available spaces are limited.

La presente invenzione prevede quindi un trasformatore planare provvisto di mezzi di estensione del percorso in aria di un ipotetica scintilla provocata da una scarica elettrica proveniente dalla scheda a circuito stampato del primario, senza aumentare le dimensioni di ingombro del trasformatore planare. Nel trasformatore planare della presente invenzione i gusci superiore e inferiore in materiale isolante che separano e isolano le schede del secondario dalla scheda del primario si uniranno, nella fase di montaggio del trasformatore, mediante inserimento di una o più cornici situate sulla superficie superiore del guscio inferiore in delle rispettive scanalature situate sulla superficie inferiore del guscio superiore e, inoltre, tale trasformatore viene provvisto di un lembo verticale in materiale isolante di dimensioni adeguate che costituisce un’estensione della parete laterale del guscio inferiore dove è situata la contattiera del trasformatore, non aumentando in tal modo le dimensioni di ingombro del trasformatore. The present invention therefore provides a planar transformer provided with means for extending the path in the air of a hypothetical spark caused by an electric discharge coming from the printed circuit board of the primary, without increasing the overall dimensions of the planar transformer. In the planar transformer of the present invention, the upper and lower shells in insulating material that separate and isolate the secondary boards from the primary board will be joined, during the assembly phase of the transformer, by inserting one or more frames located on the upper surface of the lower shell in the respective grooves located on the lower surface of the upper shell and, moreover, this transformer is provided with a vertical flap in insulating material of suitable dimensions which constitutes an extension of the lateral wall of the lower shell where the contact board of the transformer is located, not increasing thus the overall dimensions of the transformer.

La presente invenzione sarà meglio compresa nel corso della seguente descrizione con riferimento ai disegni allegati, nei quali: The present invention will be better understood in the course of the following description with reference to the attached drawings, in which:

la Figura 1 è una vista frontale di una sezione trsversale di una forma esecutiva del trasformatore planare della presente invenzione; Figure 1 is a front view of a cross section of an embodiment of the planar transformer of the present invention;

la Figura 2 è una vista in prospettiva del guscio superiore e del guscio inferiore di isolamento secondo la forma esecutiva del trasformatore planare di Figura 1; Figure 2 is a perspective view of the upper shell and the lower insulation shell according to the embodiment of the planar transformer of Figure 1;

la Figura 3 è una vista frontale parziale di una sezione trasversale di un'altra forma esecutiva del trasformatore planare della presente invenzione; e Figure 3 is a partial front view of a cross section of another embodiment of the planar transformer of the present invention; And

la Figura 4 è una vista laterale parziale di una sezione longitudinale del trasformatore planare della presente invenzione. Figure 4 is a partial side view of a longitudinal section of the planar transformer of the present invention.

Nella Figura 1 è illustrata una forma esecutiva del trasformatore planare della presente invenzione sezionato trasversalmente, come si può notare vi è un guscio superiore 1 in materiale isolante che è inserito su un guscio inferiore 2 anch'esso in materiale isolante, tali gusci hanno la funzione di separare la scheda 3 a circuito stampato del primario, provvista di isolatori lamellari 4, dalle schede 5 a circuito stampato del secondario, dotate anch'esse di isolatori lamellari 6. Il guscio superiore 1 è provvisto sulle sue pareti laterali di una o più scanalature 7 (una sola nel caso della forma esecutiva riportata in figura), nelle quali si può inserire la cornice 8 in rilievo situata sulla superficie superiore del guscio inferiore 2 del trasformatore, inoltre tale guscio inferiore 2 è provvisto di un lembo 9 che rappresenta un prolungamento della parete laterale anteriore di detto guscio 2. Come si può notare dalla figura, la superficie di contatto tra la scanalatura 7 del guscio superiore 1 e la cornice 8 in rilievo del guscio inferiore 2 è maggiore del caso in cui, ad esempio, tali due gusci 1 e 2 vengano sovrapposti mediante il semplice contatto della cornice 8 in rilievo contro la parete laterale interna del guscio superiore 2, ne deriva dunque che, nel caso di un malfunzionamento del trasformatore con emissione di un scintilla provocata da una scarica elettrica e proveniente dalla scheda 3 del primario, la lunghezza del percorso in aria di tale scintilla, rappresentata dallo spazio interstiziale tra la cornice 8 e la scanalatura 7, aumenta considerevolmente, potendo lasciare quindi alla scintilla stessa un tempo maggiore di estinzione che ne impedisce l'arrivo alla scheda 5 del secondario non provocando un indesiderato e dannoso contatto elettrico tra le schede 3 e 5. Una volta unitit i due gusci 1 e 2, si può provvedere l'inserimento del nucleo 10 in materiale ferromagnetico composto, in maniera nota, da due seminuclei 1001 e 1002 separati aventi la caratteristica forma ad "E". Figure 1 illustrates an embodiment of the planar transformer of the present invention cross-sectioned, as can be seen there is an upper shell 1 made of insulating material which is inserted on a lower shell 2 also made of insulating material, these shells have the function to separate the printed circuit board 3 of the primary, equipped with lamellar insulators 4, from the printed circuit boards 5 of the secondary, also equipped with lamellar insulators 6. The upper shell 1 is provided on its side walls with one or more grooves 7 (only one in the case of the embodiment shown in the figure), in which the raised frame 8 located on the upper surface of the lower shell 2 of the transformer can be inserted, furthermore this lower shell 2 is provided with a flap 9 which represents an extension of the front side wall of said shell 2. As can be seen from the figure, the contact surface between the groove 7 of the upper shell 1 and the raised frame 8 of the lower shell 2 is larger than the case in which, for example, these two shells 1 and 2 are superimposed by simply touching the raised frame 8 against the inner side wall of the upper shell 2, therefore, in the event of a malfunction of the transformer with the emission of a spark caused by an electric discharge and coming from the primary board 3, the length of the path in the air of this spark, represented by the interstitial space between the frame 8 and the groove 7, increases considerably, thus being able to leave the spark itself a longer extinction time which prevents it from reaching the secondary board 5, not causing unwanted and harmful electrical contact between boards 3 and 5. Once the two shells 1 and 2, it is possible to provide for the insertion of the core 10 in ferromagnetic material composed, in a known manner, of two separate semi-nuclei 1001 and 1002 having the characteristic "E" shape.

In Fig.2 sono rappresentati il guscio superiore 1 e il guscio inferiore 2 di isolamento delle schede 3 e 5 rispettivamente del primario e del secondario, come si può notare vi è una sola scanalatura 7 nel guscio superiore 1 e di conseguenza una sola cornice 8 in rilievo sulla parte superiore del guscio inferiore 2 che si andrà a inserire in detta scanalatura 7. Tale cornice 8 in rilievo e relativa scanalatura 7, sono aperte nella parte anteriore del trasformatore planare, questo per permettere alla scheda 3 a circuito stampato del primario inserita internamente tra i due gusci 1 e 2 sovrapposti di essere collegata alla contattiera 11. In Fig. 2 the upper shell 1 and the lower insulation shell 2 of the boards 3 and 5 respectively of the primary and secondary are represented, as it can be seen there is only one groove 7 in the upper shell 1 and consequently only one frame 8 in relief on the upper part of the lower shell 2 which will be inserted in said groove 7. Said raised frame 8 and relative groove 7, are open in the front part of the planar transformer, this to allow the inserted primary printed circuit board 3 internally between the two superimposed shells 1 and 2 to be connected to the contact block 11.

In Fig.3 è illustrato il trasformatore planare delle presente invenzione secondo un'altra forma esecutiva in sezione trasversale. A differenza della forma esecutiva di Figura 1, si possono notare due scanalature 7 sulla superficie inferiore del guscio superiore 1 di isolamento e due cornici 8 in rilievo sulla superficie superiore del guscio inferiore 2 di isolamento, infatti, come accennato in precedenza, tali scanalature 7 e cornici in rilievo 8 possono essere più di una, compatibilmente con l'esigenza di non aumentare le dimensioni di ingombro laterale del trasformatore planare , che rappresentano, come detto , un parametro importante per i settori della tecnica di applicazione di tali trasformatori. Come si può notare dalla figura la superficie di contatto tra le pareti laterali dei due gusci superiore 1 e inferiore 2 è ulteriormente aumentata rispetto alla forma esecutiva di Figura 1, ne deriva che è aumentato il percorso in aria di un ipotetica scintilla scaturita da una scarica di corrente proveniente dalla scheda 3 del primario a causa di un funzionamento anomalo del trasformatore e quindi è ulteriormente aumentato anche il tempo a disposizione di tale scintilla per estinguersi prima di arrivare alla scheda 5 del secondario. Fig.3 shows the planar transformer of the present invention according to another embodiment in cross section. Unlike the embodiment of Figure 1, two grooves 7 can be seen on the lower surface of the upper insulation shell 1 and two raised frames 8 on the upper surface of the lower insulation shell 2, in fact, as previously mentioned, these grooves 7 and raised frames 8 can be more than one, compatibly with the need not to increase the lateral overall dimensions of the planar transformer, which represent, as mentioned, an important parameter for the technical fields of application of these transformers. As can be seen from the figure, the contact surface between the side walls of the two upper 1 and lower 2 shells is further increased with respect to the embodiment of Figure 1, resulting in an increase in the path in the air of a hypothetical spark resulting from a discharge of current coming from card 3 of the primary due to an anomalous operation of the transformer and therefore the time available for this spark to extinguish before reaching card 5 of the secondary is also further increased.

In Figura 4 è illustrato un ulteriore mezzo 9 di estensione del percorso in aria di un'ipotetica scintilla causata da una malfunzionamento del trasformatore, tale mezzo 9 è costituito da un lembo 9 in materiale isolante collocato sulla parete frontale anteriore del trasformatore planare sotto la contattiera 11 della scheda 3 a circuito stampato del primario rivestita dagli isolatori lamellari 4. Tale scintilla, proveniente dalla scheda 3 del primario, sarà in questo modo costretta a percorrere una traiettoria lungo la superficie del lembo 9, avendo quindi buone probabilità di estinguersi prima di arrivare alla scheda 5 del secondario situata sulla superficie inferiore del guscio inferiore 2 di isolamento, rendendo quindi il trasformatore planare più sicuro. Figure 4 illustrates a further means 9 for extending the path in the air of a hypothetical spark caused by a malfunction of the transformer, this means 9 consists of a flap 9 in insulating material placed on the front front wall of the planar transformer under the contact block 11 of the printed circuit board 3 of the primary covered by the lamellar insulators 4. This spark, coming from the board 3 of the primary, will thus be forced to travel along a trajectory along the surface of the flap 9, thus having a good chance of extinguishing itself before reaching to the secondary board 5 located on the lower surface of the lower insulation shell 2, thus making the planar transformer safer.

Claims

CLAIMS 1. Planar transformer provided with means (7, 8, 9) for extending the path in the air of a hypothetical electric spark caused by an anomalous operation of said planar transformer.

2. Planar transformer according to claim 1, characterized in that said means (7, 8, 9) for extending the air path comprise one or more grooves (7) on the lower surface of the upper insulation shell (1) of the transformer and one or more frames (8) in relief on the upper surface of the insulation shell (2), the said frames (8) inserting into the said relative grooves (7).

3. Planar transformer according to claim 1 and 2, characterized in that said means (7, 8, 9) for extending the path in air comprise an extension flap (9) located under the open side wall of said planar transformer where it is the contact block (11) is located.

4. Planar transformer according to claim 2, characterized in that it comprises two grooves (7) and two raised frames (8).