DE102005013509B4

DE102005013509B4 - EMV Filter

Info

Publication number: DE102005013509B4
Application number: DE102005013509.9A
Authority: DE
Inventors: Andrew Cecil TUCKER
Original assignee: Schaffner EMV AG
Current assignee: Schaffner EMV AG
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2019-07-18
Anticipated expiration: 2025-03-24
Also published as: DE102005013509A1

Abstract

Filter zur Unterdrückung einer unerwünschten Rauschkomponente in einer elektrischen Stromleitung, mit:
- mindestens einem elektrischen Eingang;
- mindestens einem elektrischen Ausgang;
- mindestens einem durchgehend leitenden Element (310, 320, 330), welches den Eingang mit dem Ausgang verbindet;
- einer auf einer Leiterplatte (48) montierten Filterschaltung;
- wobei das durchgehend leitende Element (310, 320, 330) an jedem Ende gebildet ist, um einen Eingangsanschluss (32) und einen Ausgangsanschluss (33) für den Eingang bzw. Ausgang zu bieten;
- wobei das durchgehende Element (310, 320, 330) mit der Leiterplatte (48) verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filter zur Filterung einer unerwünschten Rauschkomponente aus einer elektrischen oder elektronischen Schaltung oder Leitung und insbesondere, jedoch nicht ausschliesslich, elektromagnetische Kompatibilitätsfilter, insbesondere für Netzleitungen oder Leistungsverteilungsleitungen auf Netzfrequenz.
Beschreibung des Standes der Technik
Elektromagnetische Kompatibilität spielt eine zunehmend bedeutende Rolle in der elektrischen und elektronischen Industrie. Eine Vielzahl von elektrischen Schaltungen und Apparaten existieren, welche dazu neigen, unerwünschtes elektrisches Rauschen zu erzeugen oder von durch nahe gelegenen Ausrüstungen erzeugtem elektrischem Rauschen nachteilig beeinflusst zu werden.
Das Rauschen und die Störungen, welche durch die Netzspeiseleitung geführt werden, werden im Allgemeinen durch Einführung eines geeigneten Tiefpassfilters auf der Netzspeiseleitung der rauscherzeugenden oder der rauschempfindlichen Vorrichtungen behandelt. Solche Filter vermindern die unerwünschten Rauschfrequenzen auf einen harmlosen Pegel. Viele Filtertopologien, einschliesslich der klassischen LC „L“, „T“ und „Pi“ Filtertopologien werden gegenwärtig verwendet.
Besagte EMV Filter werden üblicherweise hergestellt, indem Standard PCB Techniken verwendet werden, oder indem diskrete Komponenten mittels Kabel mit geeignetem Durchmesser verbunden werden. Es ist mit diesen Techniken jedoch schwierig, insbesondere im oberen Bereich der gegenwärtigen Bandbreite, eine zuverlässige Strombahn für den Netzstrom mit einer minimalen Anzahl Verbindungen und Verlusten zu erreichen.
JP H06-151176 A zeigt einen solchen auf einem PCB montierten Filter zur Unterdrückung einer unerwünschten Rauschkomponente in einer elektrischen Stromleitung.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Filter mit verbesserter Zuverlässigkeit und niedrigen Kosten vorzuschlagen, und welches auf eine einfache Weise mit weniger Operationen als die aus dem Stand der Technik bekannten Filter hergestellt werden kann.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein einfacheres und effizientes Verfahren für das Herstellen eines Filters vorzuschlagen.
Diese und weitere Zeile werden durch ein Filter mit den Merkmalen des angehängten Anspruchs 1 erreicht, und insbesondere durch ein Filter zur Unterdrückung einer unerwünschten Rauschkomponente in einer elektrischen Stromleitung, mit:

mindestens einem elektrischen Eingang;
mindestens einem elektrischen Ausgang;
mindestens einem durchgehend leitenden Element, welches den Eingang mit dem Ausgang verbindet;
einer auf einer Leiterplatte montierte Filterschaltung;
wobei das durchgehend leitende Element an jedem Ende gebildet wird, um einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss für den Eingang bzw. Ausgang zu bieten;
wobei das durchgehende Element mit der Leiterplatte verbunden ist.

Andere optionale Merkmale werden in den abhängigen Ansprüchen vorgestellt.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird besser verstanden mit Bezug auf die detaillierte Beschreibung, illustriert durch die Zeichnungen, worin:

1 ein vereinfachtes elektrisches Diagramm eines Filters gemäss der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 eine perspektivische Ansicht eines Filters gemäss der vorliegenden Erfindung zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 stellt eine mögliche elektrische Schaltung für ein Filter gemäss der vorliegenden Erfindung dar. Das vorgestellte Filter ist ein symmetrisches T-Tiefpass-Dreiphasen-Filter, das eine hohe Gleichtaktunterdrückung für eine bei ca. 150 kHz zentrierte Rauschkomponente bietet. Es ist jedoch zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung auch in anderen Filtern ebenfalls verwendet werden kann.
Die Ausführungsform des Filters wird in 2 gezeigt. Die Hauptstrombahn zwischen Eingang und Ausgang wird durch drei durchgehende Sammelschienen aus Kupfer 310, 320 und 330 gebildet. Die Sammelschienen laufen durch zwei magnetische Schaltungen 11, 12, welche in dieser besonderen Ausführungsform durch C-förmige Ferritkerne gebildet sind.
Die magnetischen Schaltungen 11, 12 bieten adäquate Gleichtaktdrosselspulen 110, 120, 130, 210, 220, 230 auf der Netzbahn, jedoch sind die so gebildeten Spulen extrem einfach herzustellen, da sie einfach die Nebeneinanderstellung der C-Kerne um die Sammelschienen erfordern.
An jedem Ende werden die Sammelschienen gebildet, wie auf 2 ersichtlich, um Anschlüsse für das Verbinden des Filters mit einer Speiseleitung zu bieten. In dieser Ausführungsform besteht der gebildete Anschluss aus den flachen Kupferflächen 32 und 33, welche auf metallischen, auf die Leiterplatte gelöteten Trägern ruhen. Die Schrauben 34 erlauben die Verbindung der Eingangs- und Ausgangskabel, welche beispielsweise einen herkömmlichen Ringanschluss tragen. Andere Ausführungsformen von Anschlüssen können jedoch vorgesehen werden und fallen in den Rahmen der vorliegenden Erfindung.
Es ist zu beachten, dass die Träger 22, welche in dieser Ausführungsform aus vernickeltem Stahl bestehen, nicht durch den Netzstrom durchlaufen werden und dass ihre Funktion im Wesentlichen diejenige des mechanischen Stützens ist. Tatsächlich wird der Netzstrom völlig durch die Sammelschienen geführt und er durchläuft nicht die Filterschaltung auf der Leiterplatte, welche nur für die Rauschströme zuständig ist.
Jeder der drei Sammelschienen 310, 320 und 330 umfasst einen Mittelanschluss 36, welcher direkt in jeder Sammelschiene gebildet ist, für das Verbinden mit der darunterliegenden Leiterplatte 48. Ein aktives Nebenschlusselement 15 wird zwischen den drei Sammelschienen und der Erde geschaltet, um Rauschkomponenten nahe an 150 kHz eine niedrige Impedanzbahn jedoch an der Netzfrequenz eine hohe Impedanz zu bieten. Falls von den Eigenschaften des zu unterdrückenden Rauschens erforderlich, ist es möglich, das Nebenschlussmodul 15 auf das Filtern von verschiedenen Frequenzbereichen abzustimmen.
Vorzugsweise können kleine Kondensatoren zwischen jedem Anschluss 36 und der Erde 19 hinzugefügt werden, um Hochfrequenzrauschen und -interferenz zu unterdrücken. Diese Massnahme ist besonders wirkungsvoll im erfindungsgemässen Filter, da die Mittelanschlüsse 36, welche direkt auf den Sammelschienen ohne die Notwendigkeit von einer Nebenschlussleitung gebildet sind, lediglich eine minimale Streuinduktivität aufweisen.
In dieser Ausführungsform wird das elektronische Nebenschlussmodul 15 verbunden, um vor allem Gleichtaktrauschkomponenten zu unterdrücken. Gegentaktrauschen, das in Bezug auf Dämpfung und Verlust weniger empfindlich ist, wird durch eine Reihe von grossen „X“ Kondensatoren 16, ebenfalls auf der Leiterplatte 48 montiert, behandelt. Es wäre jedoch möglich, elektronische Mittel anstelle der Kondensatorenreihe 16 zu wählen sowie das elektronische Nebenschlussmodul 15 mit einer einfachen Reihe von „Y“ Kondensatoren zu ersetzen, je nachdem ob die Umstände es erfordern.
Das Filter der vorliegenden Erfindung wäre besonders wirksam in Hochstromanwendungen (z.B. über 30A), da die Leiterplatte 48 nicht mit dem Netzstrom sondern lediglich mit den Rauschsignale selbst zu tun hat. Die Verbindung zwischen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen wird durch die durchgehenden Sammelschienen 310, 320, 330 gewährleistet und die Schraubverbinder 34, ohne jede Löt- oder Zwischenverbindung irgendwelcher Art. Auf diese Weise werden eine hochzuverlässige Verbindung und eine einfache Herstellung erreicht.
Die Ausführung der Filterschaltung auf einer einzigen Leiterplatte 48 und die Präsenz der Aluminiumgrundplatte 19 erlauben ein kompaktes Filter mit einer niedrigen Impedanz-RF-Bahn für das Rauschen. Ferner vereinfacht die ebene Konstruktion auf einer einzigen Leiterplatte die Herstellung und das Testen durch Standard-Nagelbrettvorrichtungen, wobei die metallische Grundplatte auch eine wirksame Wärmesenkung bietet.
Das Filter der dargestellten Ausführungsform weist kein Gehäuse auf. Die Anschlüsse 32 und 33 können optional Kunststoffteiler oder Kunststoffabstandshalter zwischen den Anschlüssen 32 und 33 oder den Sammelschienen 310, 320, 330 aufweisen. Ferner könnte das Filter mit einem Kunststoffdeckel bedeckt werden. Das erfindungsgemässe Filter könnte auch vergossen oder in einem metallischen Gehäuse montiert werden.

Claims

Filter zur Unterdrückung einer unerwünschten Rauschkomponente in einer elektrischen Stromleitung, mit: - mindestens einem elektrischen Eingang; - mindestens einem elektrischen Ausgang; - mindestens einem durchgehend leitenden Element (310, 320, 330), welches den Eingang mit dem Ausgang verbindet; - einer auf einer Leiterplatte (48) montierten Filterschaltung; - wobei das durchgehend leitende Element (310, 320, 330) an jedem Ende gebildet ist, um einen Eingangsanschluss (32) und einen Ausgangsanschluss (33) für den Eingang bzw. Ausgang zu bieten; - wobei das durchgehende Element (310, 320, 330) mit der Leiterplatte (48) verbunden ist.
Filter gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens ein magnetisches Element (11, 12) zur Vergrösserung einer elektrischen Impedanz des mindestens einen durchgehend leitenden Elements (310, 320, 330).
Filter gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Element eine magnetische Schaltung (11, 12) um das mindestens eine durchgehend leitende Element (310, 320, 330) umfasst.
Filter gemäss Anspruch 3, wobei die magnetische Schaltung (11, 12) eine Gleichtaktdrosselspule (110, 120, 130, 210, 220, 230) auf dem mindestens einen durchgehenden leitenden Element (310, 320, 330) ausbildet.
Filter gemäss einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das magnetische Element (11, 12) durch mindestens einen Ferritkern gebildet ist.
Filter gemäss dem vorigen Anspruch, wobei der mindestens eine Ferritkern mindestens einen C-Kern aufweist.
Filter gemäss dem vorigen Anspruch, wobei der mindestens eine Ferritkern durch eine Nebeneinanderstellung von C-Kernen um das mindestens eine durchgehende leitende Element gebildet ist.
Filter gemäss einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Mehrzahl von durchgehend leitenden Elementen (310, 320, 330).
Filter gemäss einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch drei durchgehend leitende Elemente (310, 320, 330) zur Rauschunterdrückung in einer Dreiphasen-Stromleitung.
Filter gemäss Anspruch8 oder 9, gekennzeichnet durch isolierende Abstandshalter, die zwischen den durchgehend leitenden Elementen (310, 320, 330) eingefügt werden.
Filter gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschaltung ein elektronisches Nebenschlussmodul (15) umfasst, um eine Gleichtaktrauschkomponente an die Erde zu schliessen.
Filter gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschaltung eine Kondensatorenbatterie (16) umfasst, um eine Gegentaktrauschkomponente zu filtern.
Filter gemäss einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Filterschaltung mindestens einen auf der Leiterplatte (48) montierten «X» Kondensator (16) aufweist.
Filter gemäss dem vorherigen Anspruch, wobei die Filterschaltung zwischen jedem durchgehenden leitenden Element einen auf der Leiterplatte (48) montierten «X» Kondensator (16) aufweist.
Filter gemäss einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend einen Kondensator zwischen jedem durchgehend leitenden Element (310, 320, 330) und der Erde (19).
Filter gemäss einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine leitende, mit der Erde (19) verbundenen Grundplatte.
Filter gemäss einem der vorherigen Ansprüche, wobei das besagte durchgehende Element (310, 320, 330) in der Mitte einen Verbindungsanschluss (36) für besagte Leiterplatte (48) ausbildet.
Filter gemäss einem der vorherigen Ansprüche, wobei das besagte durchgehende Element (310, 320, 330) in der Mitte gebildet wird, um einen Verbindungsanschluss (36) für besagte Leiterplatte (48) zu bieten
Filter gemäss einem der vorherigen Ansprüche, wobei das besagte durchgehend leitende Element (310, 320, 330) eine Sammelschiene ist.
Filter gemäss einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Filter ein EMV Filter ist.