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Die Erfindung betrifft ein EMV-gerechtes elektrisches Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für ein elektrisches Netz, insbesondere für ein Hochspannungsnetz eines Elektrofahrzeugs.
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Im Stand der Technik sind EMV-gerechte elektrische Geräte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 allgemein bekannt. Diese bekannten Geräte weisen Entstörkondensator in Gestalt diskreten elektrischen Bauteils mit einer vorbestimmten Kapazität auf, das an den ersten und den zweiten Leiter angeschlossen ist. Bei der Ableitung von EMV-Störungen ist es wichtig, dass dieser Kondensator zum einen selbst möglichst niederinduktiv sein sollte und zum anderen auch möglichst niederinduktiv in dem Gerät angebunden, d. h. an die beiden Leiter angeschlossen sein sollte. Da Kondensatoren mit großen Kapazitäten auch große parasitäre Induktivitäten haben, werden oft mehrere diskrete Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitätswerten kaskadiert verschaltet, um so ein Optimum zu erreichen. Höhere Frequenzanteile, wie sie beispielsweise in einem Hochspannungsnetz eines Elektrofahrzeugs, in dem beispielsweise Leistungstransistoren eines Gleichstromwandlers oder einer Phasenanschnittsteuerung typischerweise mit einer Grundfrequenz von 20 kHz geschaltet werden, auftreten, werden jedoch auch hierdurch immer noch nicht abgeleitet, da die parasitären Induktivitäten der Zuleitungen zu den Kondensatoren beziehungsweise der Anbindungen der Kondensatoren und diejenigen der Kondensatoren selbst für diese hochfrequenten EMV-Störungen einen zu großen Widerstand darstellen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die parasitären Induktivitäten des Entstörkondensators zu senken.
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Diese Aufgabe wird durch ein EMV-gerechtes elektrisches Gerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung schlägt ein EMV-gerechtes elektrisches Gerät für ein elektrisches Netz, insbesondere für ein Hochspannungsnetz eines Elektrofahrzeugs, vor, aufweisend
- – einen ersten und einen zweiten Kontakt zum Anschluss an das Netz;
- – wenigstens einen ersten Leiter, der ein Außenleiter und an den ersten Kontakt gekoppelt ist und wenigstens einen ersten Leiterabschnitt aufweist;
- – wenigstens einen zweiten Leiter, der an den zweiten Kontakt gekoppelt ist und wenigstens einen zweiten Leiterabschnitt aufweist;
- – wenigstens einen Entstörkondensator mit einer vorbestimmten Kapazität, der an den ersten und den zweiten Leiter angeschlossen ist;
wobei - – der erste Leiterabschnitt eine abgeflachte Seitenfläche aufweist;
- – der zweite Leiterabschnitt eine abgeflachte Seitenfläche aufweist;
- – die Leiterabschnitte mit ihren abgeflachten Seitenflächen zueinander weisen und ein Dielektrikum zwischen den abgeflachten Seitenflächen angeordnet ist;
- – die Anordnung der beiden Leiterabschnitte oder abgeflachten Seitenflächen zueinander, die Abmessungen der beiden Leiterabschnitte oder abgeflachten Seitenflächen und das Dielektrikum derart gewählt sind, dass die Leiterabschnitte und das Dielektrikum den Entstörkondensator mit der vorbestimmten Kapazität bilden.
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Erfindungsgemäß wird der Entstörkondensator also nicht durch ein diskretes Bauteil realisiert, sondern mit Hilfe der ohnehin im Gerät bereits zwangsläufig vorhandenen Leiter, die an die Kontakte zum Anschluss des Geräts an das Netz gekoppelt sind. Durch geeignete Gestaltung und Anordnung der beiden Leiterabschnitte sowie geeignete Auswahl des Materials für das Dielektrikum kann für den Entstörkondensator eine Kapazität von beispielsweise einigen Pikofarad bis hinauf in den unteren Nanofaradbereich erzielt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der zweite Leiter ein Neutralleiter ist.
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In diesem Fall stellt der Entstörkondensator einen sogenannten Entstörkondensator der Klasse Y dar, der auch kurz als „Y-Kondensator” bezeichnet wird.
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Dann kann vorgesehen sein, dass der zweite Leiter ein auf Masse gelegtes Gehäuse des Geräts oder eine auf Masse gelegte Kühlplatte des Geräts oder eine Massefläche einer Leiterplatte des Geräts ist.
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Der zweite Leiter kann nach Bedarf aber auch ein anders realisierter Neutralleiter sein.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass der zweite Leiter ein Außenleiter ist.
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In diesem Fall stellt der Entstörkondensator einen sogenannten Entstörkondensator der Klasse X dar, der auch kurz als „X-Kondensator” bezeichnet wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass die beiden Leiterabschnitte oder abgeflachten Seitenflächen parallel zueinander verlaufen.
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Es kann vorgesehen sein, dass der erste und/oder der zweite Leiterabschnitt einen flachen, insbesondere rechteckigen Querschnitt hat.
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Jeder Leiterabschnitt kann nach Bedarf aber auch einen anderen, beispielsweise halbkreisförmigen oder halbelliptischen oder halbovalen Querschnitt haben.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Dielektrikum eine Folie aus Polycarbonat oder Polyester und/oder eine Platte aus einem Leiterplattenbasismaterial mit der Materialkennung FR2 oder FR3 oder FR4 oder FR5 aufweist.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die daraus hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausführungsformen beschränkt, sondern können mit weiter oben beschriebenen einzelnen Merkmalen und/oder mit einzelnen Merkmalen anderer Ausführungsformen verbunden werden. Die Einzelheiten in den Zeichnungen sind nur erläuternd, nicht aber beschränkend auszulegen. Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszeichen sollen den Schutzbereich der Erfindung in keiner Weise beschränken, sondern verweisen lediglich auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen.
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Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines EMV-gerechten Geräts in einer ersten Ausführungsform;
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2 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines EMV-gerechten Geräts in einer zweiten Ausführungsform; und
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3 eine geschnittene Seitenansicht eines Teils eines EMV-gerechten Geräts in einer dritten Ausführungsform.
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In der 1 ist ein Teil eines EMV-gerechten Geräts 10 in einer ersten Ausführungsform schematisch dargestellt, das zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz (nicht dargestellt) eines Elektrofahrzeugs (nicht dargestellt) vorgesehen und hier beispielhaft ein Gleichspannungswandler ist. Dieses Gerät 10 weist einen ersten und einen zweiten Kontakt (nicht dargestellt) zum Anschluss an das Netz, einen ersten Leiter mit einem ersten Leiterabschnitt 11, einen zweiten Leiter mit einem zweiten Leiterabschnitt 12 und einen Entstörkondensator 13X mit einer vorbestimmten Kapazität C auf. Der erste Leiter ist ein Außenleiter und an den ersten Kontakt gekoppelt, der bei dieser ersten Ausführungsform der Plusphase des Hochspannungsnetzes entspricht. Der zweite Leiter ist an den zweiten Kontakt gekoppelt, der bei dieser ersten Ausführungsform der Minusphase des Hochspannungsnetzes entspricht, und ist bei dieser ersten Ausführungsform ebenfalls ein Außenleiter.
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Bei dieser ersten Ausführungsform haben die beiden Leiterabschnitte 11, 12 jeweils einen rechteckigen Querschnitt und die gleichen Abmessungen, also die gleiche Länge L, die in der 1 von links nach rechts gemessen wird, die gleiche Breite B, die in der 1 von vorne nach hinten gemessen wird, und die gleiche Höhe H, die in der 1 von unten nach oben gemessen wird. Somit weist der erste Leiterabschnitt 11 eine abgeflachte Seitenfläche auf, die in der 1 nach unten weist, und weist der zweite Leiterabschnitt 12 eine abgeflachte Seitenfläche auf, die in der 11 nach oben weist.
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Bei dieser ersten Ausführungsform verlaufen die beiden Leiterabschnitte 11, 12 und ihre abgeflachten Seitenflächen parallel zueinander. Dabei sind die abgeflachten Seitenflächen fluchtend übereinander angeordnet, sodass die Leiterabschnitte 11, 12 mit ihren abgeflachten Seitenflächen zueinander weisen.
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Zwischen den abgeflachten Seitenflächen ist ein Dielektrikum 14 angeordnet, das bei dieser ersten Ausführungsform eine Folie aus Polycarbonat, beispielsweise Makrolon, ist, die eine Länge, die größer als die Länge L der Leiterabschnitte 11, 12 ist, eine Breite, die größer als die Breite B der Leiterabschnitte 11, 12 ist, und eine Dicke d hat. Das Dielektrikum 14 ist derart zwischen die Leiterabschnitte 11, 12 gelegt, dass es rundum von diesen vorsteht und die abgeflachte Seitenfläche des ersten Leiterabschnitts 11 vollflächig an der Oberseite des Dielektrikums 14 anliegt und die abgeflachte Seitenfläche des zweiten Leiterabschnitts 12 vollflächig an der Unterseite des Dielektrikums 14 anliegt.
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Bei dieser ersten Ausführungsform bilden somit die beiden Leiterabschnitte 11, 12 und das Dielektrikum 14 den Entstörkondensator 13X, dessen vorbestimmte Kapazität C näherungsweise mit der folgenden Formel für einen idealen Plattenkondensator berechnet werden kann: C = ε0·εr·A/d worin:
- ε0
- die elektrische Feldkonstante mit dem Wert 8,854·10–12 As/Vm ist,
- εr
- die relative Permittivität des Dielektrikums 14 ist,
- A
- der Flächeninhalt der Seitenflächen ist, für den A = B·L gilt, und
- d
- die Dicke des Dielektrikums 14 und somit der Abstand der Seitenflächen ist.
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Mit den folgenden beispielhaften Werten:
εr = 3,1 für Makrolon bei 1 MHz,
B = 3 cm, L = 10 cm, und
d = 0,2 mm
ergibt sich hieraus beispielsweise eine Kapazität von C = 412 pF.
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Bei dieser ersten Ausführungsform stellt somit der Entstörkondensator 13X für das Gerät 10 einen X-Kondensator dar, der an die beiden Außenleiter angeschlossen ist.
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In der 2 ist ein Teil eines EMV-gerechten Geräts 10 in einer zweiten Ausführungsform schematisch dargestellt, die der ersten Ausführungsform ähnelt, sodass im Folgenden lediglich die Unterschiede näher beschrieben werden. Bei dieser Ausführungsform weist das Gerät 10 einen dritten Leiter mit einem dritten Leiterabschnitt 15 auf. Dieser dritte Leiter und dieser dritte Leiterabschnitt 15 entsprechen dem zweiten Leiter und zweiten Leiterabschnitt 12 der ersten Ausführungsform, sodass der dritte Leiter ein an den zweiten Kontakt gekoppelter Außenleiter ist und der dritte Leiterabschnitt 15 die gleichen Abmessungen L, B, H wie jener zweite Leiterabschnitt 12 hat.
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Bei dieser zweiten Ausführungsform ist das Dielektrikum 14 breiter als bei der ersten Ausführungsform. Außerdem verlaufen der erste Leiterabschnitt 11 und der dritte Leiterabschnitt 15 sowie ihre abgeflachten Seitenflächen parallel zueinander, jedoch im Unterschied zur ersten Ausführungsform nicht übereinander, sondern nebeneinander, sodass ihre abgeflachten Seitenflächen vollflächig an der Oberseite des Dielektrikums 14 anliegen und das Dielektrikum 14 rundum von diesen Leiterabschnitten 11, 15 vorsteht.
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Bei dieser zweiten Ausführungsform ist der zweite Leiter ein auf Masse gelegtes Gehäuse des Geräts 10 und somit ein Neutralleiter. Der zweite Leiterabschnitt 12 weist wie der zweite Leiterabschnitt 12 der ersten Ausführungsform eine abgeflachte Seitenfläche auf, die in der 2 nach oben weist und vollflächig an der Unterseite des Dielektrikums 14 anliegt und parallel zur abgeflachten Seitenfläche des ersten Leiterabschnitts 11 sowie zur abgeflachten Seitenfläche des dritten Leiterabschnitts 15 verläuft. Die Länge und Breite dieses zweiten Leiterabschnitts 12 sind größer als die der beiden anderen Leiterabschnitte 11, 15 und des Dielektrikums 14.
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Bei dieser zweiten Ausführungsform weist das Gerät 10 somit einen ersten Entstörkondensator 13Y mit der vorbestimmten Kapazität C, den der erste Leiterabschnitt 11, der zweite Leiterabschnitt 12 und das Dielektrikum 14 bilden, und einen zweiten. Entstörkondensator 16Y auf, den der dritte Leiterabschnitt 15, der zweite Leiterabschnitt 12 und das Dielektrikum 14 bilden. Der erste Entstörkondensator 13Y ist also an den ersten Leiter, der ein Außenleiter ist, und den zweiten Leiter, der ein Neutralleiter ist, angeschlossen und stellt somit für das Gerät 10 einen Y-Kondensator dar. Der zweite Entstörkondensator 16Y ist also an den dritten Leiter, der ein Außenleiter ist, und den zweiten Leiter, der ein Neutralleiter ist, angeschlossen und stellt somit für das Gerät 10 ebenfalls einen Y-Kondensator dar. Die beiden Entstörkondensatoren 13Y, 16Y haben jeweils eine vorbestimmte Kapazität C, die der vorbestimmten Kapazität C der ersten Ausführungsform entspricht, da die Dicke d des Dielektrikums 14 bei beiden Ausführungsformen gleich ist und da der Flächeninhalt der abgeflachten Seitenflächen des ersten und des dritten Leiterabschnitts 11, 15 dem Flächeninhalt der abgeflachten Seitenfläche des ersten Leiterabschnitts 11 der ersten Ausführungsform gleicht.
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In der 3 ist ein Teil eines EMV-gerechten Geräts 10 in einer dritten Ausführungsform schematisch dargestellt, die der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ähnelt, da sie diese Ausführungsformen kombiniert, sodass im Folgenden lediglich die Unterschiede ausführlicher beschrieben werden. Bei dieser Ausführungsform weist das Gerät 10 eine erste Leiterplatte 14, die ein erstes Dielektrikum 14 bildet, und eine zweite Leiterplatte 14' auf, die ein zweites Dielektrikum 14' bildet. Die Leiterplatten 14, 14' bestehen aus einem Leiterplattenbasismaterial mit der Materialkennung FR4 und sind parallel übereinander angeordnet. Das Gerät 10 weist außerdem einen ersten Entstörkondensator 13Y, einen zweiten Entstörkondensator 16Y, einen dritten Entstörkondensator 13X, einen vierten Entstörkondensator 16X sowie drei Leiter auf, von denen wie bei der zweiten Ausführungsform ein erster Leiter ein Außenleiter und an den ersten Kontakten gekoppelt ist, ein zweiter Leiter ein Neutralleiter ist und ein dritter Leiter ein Außenleiter und an den zweiten Kontakt gekoppelt ist.
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Bei dieser dritten Ausführungsform weist der erste Leiter den ersten Leiterabschnitt 11 und einen vierten Leiterabschnitt 11', der zweite Leiter den zweiten Leiterabschnitt 12 und der dritte Leiter den dritten Leiterabschnitt 15 und einen fünften Leiterabschnitt 15' auf. Der zweite Leiterabschnitt 12 ist hier eine Massefläche, die großflächig an der Unterseite der unteren, ersten Leiterplatte 14 aufgebracht ist.
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Der erste und der dritte Leiterabschnitt 11, 15 sind wie bei der zweiten Ausführungsform parallel nebeneinander und jeweils parallel über dem zweiten Leiterabschnitt 12 als Leiterbahn an der Oberseite der ersten Leiterplatte 14 sowie an der Unterseite der oberen, zweiten Leiterplatte 14' aufgebracht. Der vierte Leiterabschnitt 11' ist parallel und fluchtend über dem dritten Leiterabschnitt 15 an der Oberseite der zweiten Leiterplatte 14 aufgebracht, sodass der vierte Leiterabschnitt 11', die zweite Leiterplatte 14' und der dritte Leiterabschnitt 15 dem ersten Leiterabschnitt 11, dem Dielektrikum 14 und dem zweiten Leiterabschnitt 12 der ersten Ausführungsform entsprechen und entsprechend jener Ausführungsform angeordnet sind. Der fünfte Leiterabschnitt 15' ist parallel und fluchtend über dem ersten Leiterabschnitt 11 an der Oberseite der zweiten Leiterplatte 14' aufgebracht, sodass der erste Leiterabschnitt 11, die zweite Leiterplatte 14' und der fünfte Leiterabschnitt 15' dem ersten Leiterabschnitt 11, dem Dielektrikum 14 und dem zweiten Leiterabschnitt 12 der ersten Ausführungsform entsprechen und entsprechend jener Ausführungsform, allerdings in umgekehrter Reihenfolge, angeordnet sind. Der erste Leiterabschnitt 11, der zweite Leiterabschnitt 12, die erste Leiterplatte 14 und der dritte Leiterabschnitt 15 entsprechen dem ersten Leiterabschnitt 11, dem zweiten Leiterabschnitt 12, dem Dielektrikum 14 und dem dritten Leiterabschnitt 15 der zweiten Ausführungsform und sind entsprechend jener Ausführungsform angeordnet.
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Folglich bilden der erste und der zweite Leiterabschnitt 11, 12 und die erste Leiterplatte 14 den ersten Entstörkondensator 13Y, der für das Gerät 10 einen Y-Kondensator darstellt, bilden der zweite und der dritte Leiterabschnitt 12, 15 und die erste Leiterplatte 14 den zweiten Entstörkondensator 16Y, der für das Gerät 10 ebenfalls einen Y-Kondensator darstellt, bilden der dritte und der vierte Leiterabschnitt 14, 11' und die zweite Leiterplatte 14' den dritten Entstörkondensator 13X, der für das Gerät 10 einen X-Kondensator darstellt, und bilden der erste und der fünfte Leiterabschnitt 11, 15' und die zweite Leiterplatte 14' den vierten Entstörkondensator 16X, der für das Gerät 10 ebenfalls einen X-Kondensator darstellt. Dabei ist der erste Entstörkondensator 13Y an den ersten und den zweiten Leiter angeschlossen, der zweite Entstörkondensator 16Y an den zweiten und den dritten Leiter, und der dritte und der vierte Entstörkondensator 13X, 16X jeweils an den ersten und den dritten Leiter.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gerät
- 11, 11'
- Leiterabschnitt
- 12
- Leiterabschnitt
- 13X, 13Y
- Entstörkondensator
- 14, 14'
- Dielektrikum
- 15, 15'
- Leiterabschnitt
- 16X, 16Y
- Entstörkondensator
- B
- Breite von 11
- C
- Kapazität
- H
- Höhe von 11
- L
- Länge von 11
