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Die
Erfindung betrifft elektrische Bauelemente mit verbesserter elektromagnetischer
Verträglichkeit
(EMV), insbesondere reduzierter elektromagnetischer Interferenzen
(EMI). Die erfindungsgemäßen Bauelemente
umfassen vorzugsweise bewickelte ferromagnetische Kerne, beispielsweise
Weicheisenkerne und Ferritkerne. Die Bauelemente nach der Erfindung
umfassen insbesondere ferromagnetische Ringkerne, die mit mindestens
einem elektrischen Leiter umwickelt sind. Die erfindungsgemäßen Bauelemente
werden bevorzugt in steuerungs- bzw. schaltungstechnisch organisierten
Baugruppen, auf bestückten
Leiterplatten, in energieübertragenden
Systemen wie Schaltnetzteilen eingesetzt. Ringkerndrosseln stellen
bevorzugte Ausführungsformen nach
der Erfindung dar.
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DE 32 20 737 A1 betrifft
eine streufeldarme Funk-Entstördrossel,
insbesondere stromkompensierte Ringkern-Mehrfachdrossel. Diese Drossel
umfasst einen elektrisch isolierten Ringkern aus weichmagnetischem
Werkstoff, auf dem Wicklungen angeordnet sind. Diese Wicklungen
sind jeweils in Teilwicklungen (
2,
4;
10,
12 bzw.
30,
32;
35,
37),
insbesondere mit gleicher Windungszahl, unterteilt und in Reihe
zueinander geschaltet sowie vorzugsweise auf diametralen Abschnitten
des Ringkerns aufgewickelt. Diese Teilwicklungen sind mindestens
in ihren zueinander benachbarten Überlappungsbereichen durch eine
Isolierkappe (
6 bzw.
20) getrennt, die auf den Ringkern
aufgeschoben ist. Von dieser bekannten konstruktiven Lösung wird
die erfindungsgemäße Anweisung,
wonach eine Hauptwicklung mit zwei Kompensationswicklungen um 180° winkelversetzt umwickelt
ist, nicht erfasst. Die Erfindung macht auch keinen Gebrauch von
einer Isolierkappe (
6 bzw.
20). An keiner Stelle
wird die Verbesserung der EMV und Reduzierung der EMI als richtungsweisend
für die Entwicklung
der erfindungsgemäßen Lehre
angesprochen.
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DE 836 523 B beinhaltet
eine Ringkernspule aus einem Hochfrequenzmagnetkernmaterial, auf der
eine Kreuzschlagwicklung angeordnet ist. Die Kreuzschlagwicklung
kann in mehrere Einzelwicklungen aufgeteilt sein. Die Einzelwicklungen
können
geradzahlig gehalten und abwechslungsweise gegenläufig gewickelt
sein. Ferner kann nur ein Teil des Ringkerns mit einer oder mehreren
Kreuzschlagwicklungen versehen sein und der andere Teil unbewickelt
bleiben. Der Ringkern kann vor Aufbringung der Wicklungen mit einer
dünnen
Schicht aus hochwertigem Isoliermaterial, insbesondere aus Pressstoff
versehen sein. Schließlich
kann die Isolierschicht aus an die Raumform des Ringkern angepasste
Schalen bestehen. Von diesem konstruktiven Aufbau macht die Erfindung
keinen Gebrauch. Ferner findet dort keine Unterscheidung nach Hauptwicklung
und Kompensationswicklungen, die um 180° winkelversetzt um die Hauptwicklung
angeordnet sind. Schließlich
wird an keiner Stelle die Verbesserung der EMV und die Reduzierung
der EMI als richtungsweisend für
die Entwicklung der erfindungsgemäßen Lehre angesprochen.
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Nach
den Fachbüchern „Elektromagnetische Verträglichkeit” von Adolf
J. Schwab, 1991, Springer-Verlag, „EMV-gerechtes Gerätedesign” von Georg
Durcansky, 3. Auflage, 1992, Franzis-Verlag, und EMV-Einstrahlungs-Störfestigkeits-Meßtechnik” von Xaver
Sutter und Achim Gerstner, 1994, Franzis-Verlag, gehören konstruktive
Maßnahmen
zur Abschirmung von elektrischen und/oder elektronischen Geräten gegenüber störenden elektrischen,
magnetischen oder elektromagnetischen Feldern zum Stand der Technik,
um auf diese Weise deren elektromagnetische Verträglichkeit
(EMV) zu verbessern. Aus dem Fachbuch von G. Durcansky ist es außerdem bekannt,
dass unter der elektromagnetischen Interferenz (EMI) eine Störgröße zu verstehen
ist, die auf eine Funktionseinheit bzw. Einrichtung einwirkt und dort
eine merkliche Funktionsänderung
verursacht. In diesem Zusammenhang ist auch die elektromagnetische
Suszeptibilität
(EMS) zu beachten, die analog zur Störfestigkeit die Empfindlichkeit
der Funktionseinheit bzw. der Einrichtung gegenüber der Störquelle betrifft. Alle Elemente,
die Spannung oder Strom schalten oder nichtlinear verändern, bilden folglich
störende
Komponenten in solchen Systemen. Daraus folgt, dass gerade bei den
meisten digitalen Systemen wie insbesondere bei Rechnersyste men eine
einzige Störung
den gesamten Rechnerablauf so massiv stören kann, dass die Störung nur
durch einen Neustart des Systems beseitigt werden kann. Nach den
genannten Fachbüchern,
insbesondere dem Fachbuch von Georg Durcansky, können Störungen durch elektrische, magnetische
oder elektromagnetische Felder vor allem durch Symmetrierung, Kompensation
und Schirmung unterdrückt
bzw. kompensiert werden. Außerdem
werden dort Resonanzphänomene
erörtert.
Zu den Möglichkeiten
der Verringerung von Störkopplungen
zwischen Quelle und Senke gehören
folglich Abstands- und Lageveränderungen,
Symmetrierungen und Kompensationsschaltungen, die zu einer wirksamen
Geräteschirmung beitragen.
Dabei wird nach Absorptions- und Reflexionsschirmungen unterschieden.
Danach gehören auch
Schutzringschaltungen zum Stand der Technik.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elektrische Bauteile zu schaffen,
die eine wesentlich verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit (EMV),
insbesondere eine reduzierte elektromagnetische Interferenz (EMI)
aufweisen. Insbesondere sollen störungsarme elektrische Bauteile
geschaffen werde. Dabei sollen zeitlich abhängige Feldinhomogenitäten des
magnetischen Flusses in diesen Bauteilen unterdrückt werden.
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Inhomogenitäten eines
elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen Feldes können beispielsweise
auf eine inhomogene Struktur ferromagnetischer Magnetkerne zurückgehen,
aber auch durch ein bei Stromfluss erzeugtes magnetisches Störfeld verursacht
sein.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Feldinhomogenitäten, die
für das
Auftreten von elektromagnetischen Störungen ursächlich sind, zu Resonanzerscheinungen
in elektrischen Bauteilen führen.
Dabei wurde folgender Zusammenhang aufgedeckt: In den zurückliegenden
20 Jahren konnten im Bereich der Leistungselektronik durch den Einsatz moderner
Bauelemente die Ein- und Ausschaltzeiten von Leistungshalbleitern
wie MOS-FETs, d.
h. metaloxide semiconductor field effect transistors, verkürzt werden.
Damit sind getaktete Netzteile durch Miniaturisierung und Reduzierung
der Herstellungskosten mit hohem Wirkungsgrad verfügbar geworden.
Die verkürzten
Schaltzeiten bewirken allerdings eine unerwünschte Erhöhung der elektromagnetischen
Interferenzen (EMI) in den eingesetzten Bauelementen, Baugruppen
und Systemen; denn die im Bereich von nur wenigen Nanosekunden liegenden Schaltzeiten
sind kürzer
als die Laufzeiten des elektrischen Stromes in den Wicklungen der
induktiv beeinflussten Bauelemente, Baugruppen und Systemen, die
in einem modernen getakteten Netzteil angeordnet sind. Eine Drossel
kann in diesem Fall nicht mehr als ein konzentriertes Bauelement
betrachtet werden, sondern ist als Leiter anzusehen, in dem sich
der elektrische Impuls wellenförmig
ausbreitet. Der Leiter setzt sich zusammen aus den einzelnen, die
Induktivität
verursachenden Windungen und der Kapazität zwischen den Windungen, wobei
die Ausbreitungsgeschwindigkeit von der Permeabilität des Kernmaterials
beeinflusst wird.
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Die
Erfindung wird in den nachfolgenden Zeichnungen 1 bis 10 schrittweise
an dem Ausführungsbeispiel
einer handelsüblichen
Ringkerndrossel näher
erläutert.
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1 zeigt
eine mögliche
Schaltungsanordnung mit einer Ringkerndrossel.
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2 zeigt
ein Oszillationsdiagramm der Störungen
innerhalb der Hauptwicklung der Ringkerndrossel.
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3 zeigt
den Phasenversatz der Störungen
an unterschiedlichen Stellen in Messwicklungen.
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4 zeigt
in schematischer Darstellung die Grundschwingung der Resonanz einer
nicht gedämpften
Hauptwicklung einer Ringkerndrossel (mode 1).
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5 zeigt
in schematischer Darstellung die Resonanz einer nicht gedämpften Hauptwicklung
einer Ringkerndrossel bei ca. doppelter Frequenz (mode 2).
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6 zeigt
in schematischer Darstellung eine Hauptwicklung einer Ringkerndrossel
mit zwei verschalteten Kompensationswicklungen.
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7 zeigt
in schematischer Darstellung eine Hauptwicklung einer Ringkerndrossel
mit vier verschalteten Kompensationswicklungen.
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8 zeigt
das Oszillogramm einer ungedämpften
und einer gedämpften
Hauptwicklung einer Ringkerndrossel.
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9 zeit in Dreiseitenansicht eine Ringkerndrossel
mit zwei Kompensationswicklungen gemäß 6.
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10 zeit in Dreiseitenansicht eine Ringkerndrossel
mit vier Kompensationswicklungen die zur Unterdrückung von mode 2 zusätzlich verschaltet sind
gemäß 8.
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In 1 ist
die Schaltungsanordnung mit einer handelsüblichen Ringkerndrossel 1,
einer Spannungsquelle 2 und ein Schaltelement 4 dargestellt, das
vorzugsweise ein elektronischer Schalter ist. Das Schaltelement 4 befindet
sich in Offenstellung, so dass gemäß der dargestellten Schaltung
an den beiden Enden der Ringkerndrossel 1 eine Spannung von
300 V anliegt. Wenn das Schaltelement 4 über ein
Steuerelement 3 eingeschaltet wird, dann fließt zunächst der
Strom im unteren Bereich der Ringkerndrossel 1, während der
obere Bereich zunächst stromfrei
bleibt. Der in der Ringkerndrossel 1 fließende Strom
bewirkt zunächst
die Ausbildung eines Magnetfeldes, das nur im Bereich des unteren
Spulenanschlusses der Ringkerndrossel 1 vorliegt. Gebremst
durch die Permeabilität
des Kernmaterials der Ringkerndrossel 1 wandert der Strom
und damit auch das Magnetfeld in Form einer elektromagnetischen Welle
innerhalb der Wicklungen der Ringkerndrossel 1 vom unteren
zum oberen Spulenanschluss. Nach diesem Ausführungsbeispiel ist der obere
Spulenanschluss niederohmig ausgeführt, an dem ein Potential von
300 V anliegt. Erreicht die elektromagnetische Welle den oberen
Spulenanschluss, dann wird sie kurzgeschlossen und reflektiert.
Die Welle wandert wieder zum unteren Spulenanschluss, an der sie
erneut reflektiert wird. Auf diese Weise kommt es zu einer Oszillation
der elektromagnetischen Welle, d. h. Resonanz. An den Spulenanschlüssen befindet
sich das Spannungsminimum und das Strommaximum der schwingenden
elektromagnetischen Welle. Hingegen sind im Bereich der Mitte der
Wicklungen der Ringkerndrossel 1 erhebliche Schwingungen
des Spannungspotentials festzustellen. Die magnetischen Streufelder
und das elektrische Feld sind für die
Störaussendungen
der Ringkerndrossel 1 ursächlich.
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2 zeigt
ein Oszillationsdiagramm, das mit Hilfe einer einzelnen Messwindung,
die über
die Hauptwicklung des Ringkernes einer Drossel gelegt ist, den Spannungsverlauf
in der Hauptwicklung sichtbar macht. An den Anschlüssen der
Hauptwicklung ist die Oszillation nicht sichtbar; sie ist jedoch über die
Hauptwicklung verteilt vorhanden. Nach 2 ist eine
sehr steile Einschaltflanke 10 festzustellen, die beim
Einschalten des elektronischen Schalters zu einer Oszillation 11 und
beim Ausschalten des elektronischen Schalters zu einer Oszillation 12 führt. Diese
Oszillationen 11 und 12 sind nur an den Anschlüssen der
Messwicklung, aber nicht an den Anschlüssen der Hauptwicklung festzustellen.
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Unter
dem Begriff Hauptwicklung ist durchlaufend jede Wicklung zu verstehen,
die für
die vorgesehene Funktionalität
des Bauelementes erforderlich ist. Unter dem Begriff Messwindung
ist durchlaufend jede Windung zu verstehen, die nur für Messzwecke
am Bauelement verwendet wurde.
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3 zeigt
zwei Messwindungen, die um 180° winkelversetzt
auf der Hauptwicklung angeordnet sind. Die fallenden Einschaltflanken
befinden sich an den Positionen 20 und 21. Dort
fällt die
Spannung an den Einschaltflanken bzw. Positionen 20 und 21 der
beiden Messwindungen vom positiven in das negative Potential. Die
Einschaltflanke 20 fällt
später
als die Einschaltflanke 21 ab. Die untere Messwindung befindet
sich folglich näher
am Schaltelement. Die Schwingung ist an den Positionen 22 und 23 entgegengesetzt
gerichtet ausgeprägt.
Daran ist zu erkennen, dass es sich um eine Resonanz innerhalb der Hauptwicklung
handelt.
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4 zeigt
eine nicht gedämpfte
Ringkerndrossel 30, auf der nur eine Hauptwicklung 31 angeordnet
ist, die über
einen Anschluss 32 mit einem Schaltelement 33 verbunden
ist. Die Ringkerndrossel 30 besitzt einen Ringkern 34 aus
ferromagnetischem Material wie Weich-, eisenmagnete oder Ferrite.
Sobald das Schaltelement 33 die Spannungsquelle frei schaltet,
bildet sich im Bereich des Stromflusses 35 ein um 180° winkelversetztes,
oszillierendes Magnetfeld 36, bzw. eine magnetischen Flussdichte,
schaltelementseitig, mit den Feldlinien 37 zwischen den zwangsläufig oszillierenden
Polen S/N und N/S mit der Grundschwingung (mode 1) aus. Zwischen
den oszillierenden Polen S/N und N/S sind der Verlauf der Feldlinien 37 des
Magnetfeldes 38 bzw. der magnetischen Flussdichte, winkelversetzt
um 180°,
gegenseitig versetzt zu 36, im Ringkern 34 sowie
der oszillierenden, induzierten positiven/negativen Potentiale 39 und 40 dargestellt.
An den Positionen der Strommaxima 41 wird ebenfalls die
maximale Induktionsspannung du/dt in die Hauptwicklung 31 induziert.
An den Stellen der Stromminima 42 liegt die Summe der aufinduzierten
Spannungen vor. Deshalb sind die elektrischen Felder an diesen Stellen
am größten.
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5 zeigt
ebenfalls eine nicht gedämpfte Ringkerndrossel 50,
auf der nur eine Hauptwicklung 51 angeordnet ist, die bei
Stromfluss mit ca. doppelter Frequenz zu einem Schwingungsverlauf
(mode 2) der Resonanz führt.
In diesem Falle befinden sich die Strommaxima 59 der Resonanz
an den Spulenanschlüssen
und gegenüberliegenden
Seite sowie an deren um +/– 90° winkelversetzten
Positionen. Dieser Schwingungsverlauf bewirkt eine entsprechende Verdoppelung
der oszillierenden magnetischen Pole SN/NS, die wiederum eine entsprechende
Vervielfachung der Feldlinien 52, der Flussdichten 53 im
Ringkern 54 sowie der induzierten positiven und negativen
Potentiale 55 und 56 bewirken. Es kommt zu einer
zur Ausbildung einer stehenden Welle. Die Strommaxima 59 befinden
sich gegenüberliegend
an den Anschlüssen 57 und 58.
An den Positionen der Strommaxima 59 wird ebenfalls die
maximale Induktionsspannung du/dt in die Hauptwicklung 51 induziert.
An den Stellen der Stromminima 60 befindet sich die Summe
der induzierten Spannungen. Deshalb ist das Potential der elektrischen
Felder an diesen Stellen am größten.
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6 ist
die erfindungsgemäße konstruktive Lösung des
Problems der Störunterdrückung für ein elektrisches
Bauelement 70 wie eine handelsübliche Ringkerndrossel 70 mit
Anschlüssen 79 dargestellt. Danach
ist die Ringkerndrossel 70, die einen ferromagnetischen
Ringkern 71 aufweist, mit einer Hauptwicklung 72 vollständig umwickelt. Über dieser Hauptwicklung 72 sind
gegenüberliegend
um 180° winkelversetzt
je eine Kompensationswicklung 73 und 74 gewickelt,
mit Kompensationsanschlüssen 73a, 74a, 73b, 74b versehen,
die endseitig miteinander verbunden sind. Jede Kompensationswicklung 73, 74 weist
im Vergleich zur Hauptwicklung 72 eine verringerte Windungszahl
auf, die jedoch über
die Oberfläche
der Windungen der Hauptwicklung 72 gleichmäßig verteilt
angeordnet ist.
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Die
Anzahl der Windungen auf der Kompensationswicklungen 73, 74 ist
derart auszulegen, dass einerseits eine für die Funktion der Kompensationswicklung 73, 74 eine
ausreichend gute Kopplung an das magnetische Feld des ferromagnetischen
Kernes erzielt wird, und andererseits die Impedanz der Kompensationswicklungen 73, 74 ausreichend
klein bleibt, damit die durch die in der Kompensationswicklungen 73, 74 induzierte
Störspannung
zu einem ausreichend hohen Stromfluss führt, um den elektromagnetischen
Störungen
entgegenzuwirken. Mit diesen Kriterien ist sowohl die minimal als
auch die maximal sinnvolle Windungszahl festgelegt. Überraschenderweise
reichen bereits 3 bis 10 Windungen über der Hauptwicklung 72 einer
handelsüblichen
Ringdrossel 70 aus, um gute Dämpfungsergebnisse zu erhalten.
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Die
optional vorhandenen Widerstände
sind derart auszulegen, dass die durch die Störungen verursachten Störspannungen
noch zu einem ausreichend hohen Stromfluss in der Kompensationswicklung
führt,
um den EMV-Störungen
entgegenzuwirken.
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Die
EMV-Störungen,
die durch Resonanzen in der Hauptwicklung hervorgerufen werden,
beruhen auf zeitlich abhängigen
Inhomogenitäten
des magnetischen Flusses in dem ferromagnetischen Kern.
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Der
magnetische Fluss, verursacht durch die Hauptwicklung 72,
umfasst einen homogenen und inhomogenen Anteil. Der homogene Anteil
des magnetischen Flusses induziert in die Anschlüsse der Kompensationswicklungen 73, 74 eine
Spannung, die zu keinem Stromfluss führt; denn an den Enden der Kompensationswicklungen 73, 74 liegen
gleich hohe Spannungspotentiale der gleichen Polaritäten an. Der
inhomogen Anteil des magnetischen Flusses (mode 1) induziert in
die Kompensationswicklungen 73, 74 eine Spannung,
die zu einem Stromfluss führt; denn
der inhomogene Anteil des magnetischen Flusses liegt an den Stellen
der beiden Kompensationswicklungen 73, 74 mit
entgegengesetzter Polarität vor.
Diese entgegengesetzt gerichteten Spannungspotentiale verursachen
einen Stromfluss in den Kompensationswicklungen 73, 74.
Dieser Strom bildet in den Kompensationswicklungen 73, 74 ein
Magnetfeld aus, das dem inhomogenen Anteilen des magnetischen Flusses
der Hauptwicklung entgegengesetzt gerichtet ist. Die Leitungen 75, 76 des
Kompensationssystems besitzen einen Ohmschen Widerstand. Die Leitungen 75, 76 können zusätzlich mit
entsprechend ausgelegten Widerständen 77, 78 belegt
sein, wodurch eine wirkungsvolle Störfelddämpfung erreicht wird; denn
die Ohmschen Widerstände
wandeln die elektrische Energie des Stromflusses in Wärme um.
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7 ist
eine weitere erfindungsgemäße konstruktive
Lösung
des Problems der Störunterdrückung für ein elektrisches
Bauelement 80 wie handelsübliche Ringkerndrossel 80 mit
den Anschlüssen 91 dargestellt.
Danach ist das Bauelement 80, das einen ferromagnetischen
Ringkern 81 aufweist, mit einer Hauptwicklung 82 vollständig umwickelt. Über dieser
Hauptwicklung 82 sind gegenüberliegend um 90° winkelversetzt
vier Kompensationswicklungen 83, 84, 85, 86 angeordnet,
wobei beispielsweise die Kompensationswicklungen 83 und 85 im
Uhrzeigersinn und die Kompensationswicklungen 84 und 86 gegen
den Uhrzeigersinn gewickelt sind. Die Kompensationswicklungen 83 und 85 sowie 84 und 86 sind über Leitungen 87 und 88,
die selbst einen kompensierenden Ohmschen Widerstand besitzen, endseitig
winkelversetzt miteinander verbunden. Die Leitungen 87 und 88 können auch
mit entsprechend ausgelegten Ohmschen Widerständen 89 und 90 belegt
sein. Wie bei der einfachen Kompensation gemäß 6 wird auch
in diesem Falle der homogene Anteil des magnetische Hauptfluss nicht
beeinflusst; denn die Kompensationswicklungen 83 bis 86 sind endseitig
so verbunden, dass an den Leitungen 87 und 88 bzw.
den ggf. zusätzlich
vorgesehenen Ohmschen Widerständen 89 und 90 keine
Spannung auftritt. Auch die Grundschwingung der Resonanz wird analog
zur einfachen Kompensation unterdrückt. Ebenso werden Schwingungen
in der Grundwelle, die um 90° winkelversetzt
auftreten, mittels der Kompensationswicklungen 84 und 86 unterdrückt. mode 2
wird ebenfalls unterdrückt,
weil sich in den Kompensationswicklungen 83 und 84 eine
Spannung mit gleicher Polarität
ausbildet. Ursächlich
dafür sind
die unterschiedlichen Wicklungsrichtungen, d. h. im Uhrzeigersinn
und gegen den Uhrzeigersinn, in den Kompensationswicklungen 83 und 84 sowie
die unterschiedlichen Flussrichtungen der magnetischen Störfelder
in den beiden Kompensationswicklungen 83 und 84.
Damit fällt
die Induktionsspannung an der Leitung 87 bzw. dem zusätzlich vorgesehenen
Ohmschen Widerstand 89 ab, wodurch die Resonanz gedampft
wird. Analog bilden auch die Kompensationswicklungen 83 und 86, 84 und 85 sowie 85 und 86 einen
entsprechenden Dämpfungskreis
für mode
2.
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Mit
den Leitungen 87 und 88 werden folgende Kompensationsmöglichkeiten
realisiert:
- a) Die Kompensationswicklung 83 ist
mit der Kompensationswicklung 85 über die Leitungen 87 und 88 verbunden.
- b) Die Kompensationswicklung 84 ist mit der Kompensationswicklung 86 über die
Leitungen 87 und 88 verbunden.
- c) Die Kompensationswicklung 83 ist mit der Kompensationswicklung 84 über die
Leitung 88 verbunden.
- d) Die Kompensationswicklung 84 ist mit der Kompensationswicklung 85 über die
Leitung 87 verbunden.
- e) Die Kompensationswicklung 85 ist mit der Kompensationswicklung 86 über die
Leitung 88 verbunden.
- f) Die Kompensationswicklung 86 ist mit der Kompensationswicklung 83 über die
Leitung 87 verbunden.
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Hierfür sind die
Kompensationsanschlüsse 83a, 85a; 83b, 85b; 84a, 86a; 84b, 86b; 83a, 84a; 83b, 84b; 84a, 85a; 84b, 85b; 85a, 86a; 85b, 86b; 86a, 83a; 86b, 83b vorgesehen.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Kompensationssystem
wird eine Dämpfung
der Resonanzen in der Hauptwicklung 82, welche die abstrahlende
Störquelle
darstellt, um ca. 10 bis 20 dB erreicht. Eine ungedämpfte Hauptwicklung 82 kann
beispielsweise Störungen
in der Größenordnung
von ca. 50% der Amplitude der Schaltflanke der zugeführten Spannung
erzeugen.
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8 zeigt
das Oszillationsdiagramm einer handelsübliche Ringkerndrossel nach 4,
in dem sich die obere Spur 100 auf eine solche Ringkerndrossel
ohne Kompensationswicklung mit hohem elektromagnetischem Störpotential
und die untere Spur 101 auf dieselbe Ringkerndrossel mit
einer Kompensationswicklung gemäß 7 beziehen. Nach
diesem Schwingungsbild wird mit der Erfindung eine beachtliche Reduktion
des Störpotentials
erreicht.
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9 zeigt eine handelsübliche Ringkerndrossel 70 mit
einem ferromagnetischem Ringkern 71, einer Hauptwicklung 72 mit
den Netzanschlüssen 79,
zwei gegenüberliegend
symmetrisch angeordneten Kompensationswicklungen 73, 74 und
den davon abgehenden Leitungen 75, 76 jedoch ohne
zeichnerische Weiterführung
zu den Kompensationsanschlüssen.
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10 zeigt eine handelsübliche Ringkerndrossel 80 mit
ferromagnetischem Ringkern 81, einer Hauptwicklung 82 mit
den Netzanschlüssen 91,
vier gegenüberliegend
symmetrisch angeordneten Kompensationswicklungen 83, 84, 85, 86 und
den davon abgehenden Leitungen 87 und 88 jedoch
ohne zeichnerische Weiterführung
zu den Kompensationsanschlüssen.
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Die
Erfindung ist verwendbar für
energieübertragende,
insbesondere getaktete Systeme wie Schaltnetzteile und bestückte Leiterplatten
sowie elektrische Bauteile wie Drosseln, Transformatoren, Elektromotore
u. dgl.. Unter getakteten Systemen sind solche Systeme zu verstehen,
bei denen die Energieübertragung
mittels elektronischer Halbleiterschalter gesteuert wird.
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- 1
- Ringkerndrossel
- 2
- Spannungsquelle
- 3
- Steuerelement
- 4
- Schaltelement
- 10
- Einschaltflanke
- 11
- Oszillation
beim Einschalten
- 12
- Oszillation
beim Ausschalten
- 20
- Position
Einschaltflanke
- 21
- Position
Einschaltflanke, winkelversetzt um 180°
- 22
- Schwingung
bei Position 20
- 23
- Schwingung
bei Position 21
- 30
- Ringkerndrossel
- 31
- Hauptwicklung
- 32
- Anschluss
- 33
- Schaltelement
- 34
- Ringkern
- 35
- Bereich
des Stromflusses
- 36
- Magnetfeld/Flussdichte schaltelementseitig
- 37
- Feldlinien
- 38
- Magnetfeld/Flussdichte winkelversetzt
um 180° gegenseitig
zu 36
- 39
- positives
Potential
- 40
- negatives
Potential
- 50
- Ringkerndrossel
- 51
- Hauptwicklung
- 52
- Feldlinien
- 53
- Flussdichte
- 54
- Ringkern
- 55
- positives
Potential
- 56
- negatives
Potential
- 57
- Anschluss
- 58
- Anschluss
- 59
- Strommaxima
- 60
- Stromminima
- 70
- elektrisches
Bauelement, Ringkerndrossel
- 71
- ferromagnetischer
Kern, Weicheisenmagnet, Ferritkern, Ringkern
- 72
- Hauptwicklung
- 73
- Kompensationswicklung
- 74
- Kompensationswicklung winkelversetzt
um 180°
- 73a,
74a, 73b, 74b
- Kompensationsanschlüsse
- 75
- Leitung
- 76
- Leitung
- 77
- Ohmscher
Widerstand
- 78
- Ohmscher
Widerstand
- 79
- Anschlüsse
- 80
- Ringkerndrossel
- 81
- Ringkern
- 82
- Hauptwicklung
- 83
- Kompensationswicklung winkelversetzt
um 90°
- 84
- Kompensationswicklung winkelversetzt
um 90°
- 85
- Kompensationswicklung winkelversetzt
um 90°
- 86
- Kompensationswicklung winkelversetzt
um 90°
- 83a,
85a; 83b, 85b; 84a, 86a; 84b, 86b; 83a, 84a; 83b, 84b; 84a, 85a;
84b, 85b; 85a, 86a; 85b, 86b; 86a, 83a; 86b, 83b
- Kompensationsanschlüsse
- 87
- Leitung
- 88
- Leitung
- 89
- Ohmscher
Widerstand
- 90
- Ohmscher
Widerstand
- 91
- Anschlüsse
- 100
- Spur
im Oszillationsdiagramm, Hauptwicklung ohne Kompensationswicklung
- 101
- Spur
im Oszillationsdiagramm, Hauptwicklung mit Kompensationswicklung