DE102016217059A1 - Electronic assembly for detecting an electrical quantity in an electrical conductor - Google Patents
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Abstract
Es wird eine elektronische Baugruppe (10) zum Erfassen einer elektrischen Größe in einem elektrischen Leiter (24) vorgeschlagen. Diese umfasst eine Leiterplatte (20) mit einer ersten Seite (21) und einer von der ersten Seite (21) abgewandten zweiten Seite (22), wobei auf der ersten Seite (21) ein elektrisches Bauteil (30) angeordnet ist. Weiterhin umfasst die elektronische Baugruppe (10) einen ferromagnetischen Ring (40), welcher eine erste Aussparung (45) aufweist, wobei das elektrische Bauteil (30) zumindest teilweise in der ersten Aussparung (45) angeordnet ist, wobei wenigstens ein erstes Teilsegment (41) des Rings (40) auf der ersten Seite (21) angeordnet und wenigstens ein zweites Teilsegment (42) auf der zweiten Seite (22) des Rings (40) angeordnet ist, wobei der elektrische Leiter (24) durch die Ringöffnung (490) geführt ist. Dabei ist vorgesehen, dass der Ring (40) wenigstens eine weitere Aussparung (46) aufweist, so dass der Ring (40) zweiteilig ausgebildet und die Leiterplatte (20) wenigstens teilweise in der wenigstens einen weiteren Aussparung (46) angeordnet ist.An electronic assembly (10) for detecting an electrical quantity in an electrical conductor (24) is proposed. This comprises a printed circuit board (20) having a first side (21) and a second side (22) facing away from the first side (21), wherein an electrical component (30) is arranged on the first side (21). Furthermore, the electronic assembly (10) comprises a ferromagnetic ring (40) which has a first recess (45), wherein the electrical component (30) is arranged at least partially in the first recess (45), wherein at least a first sub-segment (41 ) of the ring (40) on the first side (21) and arranged at least a second sub-segment (42) on the second side (22) of the ring (40), wherein the electrical conductor (24) through the ring opening (490) is guided. It is provided that the ring (40) has at least one further recess (46), so that the ring (40) formed in two parts and the circuit board (20) is at least partially disposed in the at least one further recess (46).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe zum Erfassen einer elektrischen Größe in einem elektrischen Leiter mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, sowie ein Herstellungsverfahren für solch eine Baugruppe.The present invention relates to an electronic assembly for detecting an electrical quantity in an electrical conductor having the features of independent claim 1, and to a manufacturing method for such an assembly.
Stand der TechnikState of the art
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird eine elektronische Baugruppe zum Erfassen einer elektrischen Größe in einem elektrischen Leiter vorgeschlagen. Diese umfasst eine Leiterplatte mit einer ersten Seite und einer von der ersten Seite abgewandten zweiten Seite, wobei auf der ersten Seite ein elektrisches Bauteil angeordnet ist. Weiterhin umfasst die elektronische Baugruppe einen ferromagnetischen Ring, welcher eine erste Aussparung aufweist, wobei das elektrische Bauteil zumindest teilweise in der ersten Aussparung angeordnet ist, wobei wenigstens ein erstes Teilsegment des Rings auf der ersten Seite angeordnet und wenigstens ein zweites Teilsegment auf der zweiten Seite des Rings angeordnet ist, wobei der elektrische Leiter durch die Ringöffnung geführt ist. Dabei weist der Ring wenigstens eine weitere Aussparung auf, so dass der Ring zweiteilig ausgebildet und die Leiterplatte wenigstens teilweise in der wenigstens einen weiteren Aussparung angeordnet ist.According to the invention, an electronic assembly for detecting an electrical variable in an electrical conductor is proposed. This comprises a printed circuit board with a first side and a second side facing away from the first side, wherein an electrical component is arranged on the first side. Furthermore, the electronic assembly comprises a ferromagnetic ring having a first recess, wherein the electrical component is at least partially disposed in the first recess, wherein at least a first sub-segment of the ring arranged on the first side and at least a second sub-segment on the second side of Is arranged ring, wherein the electrical conductor is guided through the ring opening. In this case, the ring has at least one further recess, so that the ring is formed in two parts and the circuit board is at least partially disposed in the at least one further recess.
Unter einer elektrischen Größe kann bei der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine Stromstärke oder eine Spannung verstanden werden. Weiterhin können darunter auch aus der Stromstärke und/oder der Spannung ableitbare Größen wie eine Magnetfeldstärke oder eine magnetische Erregung verstanden werden.An electrical variable in the present invention can be understood, for example, to mean a current or a voltage. Furthermore, this can also be understood as meaning variables derived from the current intensity and / or the voltage, such as a magnetic field strength or a magnetic excitation.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die zweiteilige Ausbildung des Rings führt zu einem Produktionsvorteil, da eine derartige Ausbildung eine einfache Anbringung der beiden Teilsegmente an beiden Seiten der Leiterplatte ermöglicht. Dadurch entfällt ein mühsames Einfädeln der Leiterplatte in die Aussparung. Weiterhin ist eine flexible Anordnung des Rings an der Leiterplatte möglich, da dieser aufgrund der weiteren Aussparung nicht zwingend am Rand der Leiterplatte angeordnet werden muss. Aufgrund seiner ferromagnetischen Eigenschaft bündelt der Ring zudem besonders gut Magnetfeldlinien. Diese werden somit konzentriert durch das elektrische Bauteil geführt, wodurch sich die elektronische Baugruppe insgesamt zu einer fremdfeldrobusten Messung des Stromes eignet. Hierbei wird der physikalische Effekt genutzt, dass sich um einem stromdurchflossenen Leiter herum kreisförmige Magnetfeldlinien bilden, welche zum einen gemessenen werden können und einen quantitativen Rückschluss auf die Stromstärke erlauben. The two-part design of the ring leads to a production advantage, since such a design allows easy attachment of the two sub-segments on both sides of the circuit board. This eliminates a tedious threading of the circuit board in the recess. Furthermore, a flexible arrangement of the ring on the circuit board is possible because it does not necessarily have to be arranged on the edge of the circuit board due to the further recess. Due to its ferromagnetic properties, the ring also bundles magnetic field lines particularly well. These are thus performed concentrated by the electrical component, whereby the electronic assembly is altogether suitable for a field-robust measurement of the current. In this case, the physical effect is used that form around a current-carrying conductor around circular magnetic field lines, which can be measured on the one hand and allow a quantitative inference to the current.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.Further advantageous embodiments and modifications of the invention are made possible by the features specified in the subclaims.
Besonders vorteilhaft ist der elektrische Leiter als Leiterbahn der Leiterplatte ausgebildet. Dadurch umgeht man zum einen die Verwendung von einem oder mehreren Kabeln, welche zusätzlichen Platz beanspruchen und Kosten verursachen, und zudem ist es möglich die Messung eines Stromes selbst dann vorzunehmen, wenn die Leiterbahn nicht direkt zugänglich sondern Bestandteil der Leiterplatte ist. Weiterhin kann der Strom der Leiterbahn selbst dann gemessen werden, wenn sich weitere stromdurchflossene Leiter in der Nähe der elektronischen Baugruppe befinden.Particularly advantageously, the electrical conductor is designed as a conductor track of the printed circuit board. This avoids the use of one or more cables, which take up additional space and cause costs, and it is also possible to measure a current even if the conductor is not directly accessible but is part of the printed circuit board. Furthermore, the current of the conductor track can be measured even if further current-carrying conductors are located in the vicinity of the electronic module.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das elektrische Bauteil als Magnetfeldsensor ausgebildet. Hierin zeigt sich der Vorteil, dass ohne zusätzliche Messgeräte innerhalb des Stromkreises eine Messung des Stroms möglich ist, was eine berührungslose Messung des stromdurchflossenen Leiters erlaubt. Dies zeigt sich wie bereits beschrieben in der physikalischen Wirkung, dass ein stromdurchflossener Leiter kreisförmige Magnetfeldlinien bildet und diese gebündelt durch den Magnetfeldsensor geführt werden.In an advantageous embodiment, the electrical component is designed as a magnetic field sensor. This shows the advantage that without additional meters within the circuit, a measurement of the current is possible, which allows a non-contact measurement of the current-carrying conductor. As already described, this shows in the physical effect that a current-carrying conductor forms circular magnetic field lines and these are guided in bundled fashion by the magnetic field sensor.
Besonders vorteilhaft weist die elektronische Baugruppe ein weiteres Bauteil, insbesondere ein als Magnetfeldsensor ausgebildetes elektrisches Bauteil, auf, wobei das weitere Bauteil wenigstens teilweise in der weiteren Aussparung angeordnet ist. Die Verwendung eines weiteren Magnetfeldsensors bewirkt besonders vorteilhaft, dass zum einen zwei voneinander unabhängige Messungen durchgeführt werden können, wodurch Ergebnisse miteinander verglichen werden können und ein redundantes Messsystem bereitgestellt wird. Dadurch lassen sich Fehler leicht erkennen. Zum anderen ist dadurch ein symmetrischer Aufbau der beiden Ringsegmente möglich, was eine besonders leichte Anbringung der beiden Ringsegmente an der Leiterplatte ermöglicht. Aufgrund der Symmetrie können weiterhin einzelne Ringsegmente vorteilhaft leicht ausgetauscht werden.Particularly advantageously, the electronic module has a further component, in particular an electrical sensor designed as a magnetic field sensor Component, on, wherein the further component is at least partially disposed in the further recess. The use of a further magnetic field sensor has the particularly advantageous effect that on the one hand two independent measurements can be carried out, whereby results can be compared with each other and a redundant measuring system is provided. This makes it easy to detect errors. On the other hand, thereby a symmetrical structure of the two ring segments is possible, which allows a particularly easy attachment of the two ring segments on the circuit board. Due to the symmetry individual ring segments can be advantageously easily replaced.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist der Ring eine axiale Richtung auf, welche im Wesentlichen parallel zu dem elektrischen Leiter angeordnet ist. Dies verbessert vorteilhaft die Messgenauigkeit, da die Magnetfeldlinien kreisförmig um den Leiter verlaufen und somit eine bestmögliche Konzentration der Magnetfeldlinien innerhalb des ferromagnetischen Rings möglich ist. Im Wesentlichen parallel bedeutet im Sinne des offenbarten Gegenstands, dass hierbei gewisse Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen sind, welche hier ebenfalls unter parallel zu verstehen sind. Diese können beispielsweise bis zu 5% Abweichung zur mathematischen exakten Parallelität betragen.In an advantageous embodiment, the ring has an axial direction, which is arranged substantially parallel to the electrical conductor. This advantageously improves the measurement accuracy, since the magnetic field lines run in a circle around the conductor and thus the best possible concentration of the magnetic field lines within the ferromagnetic ring is possible. Substantially parallel in the sense of the disclosed subject matter means that in this case certain manufacturing tolerances are to be considered, which are also to be understood here as being parallel. For example, these can amount to up to 5% deviation from mathematical exact parallelism.
Besonders vorteilhaft umfasst der Ring wenigstens teilweise eine ferritische Phase. Ein Material mit ferritscher Phase ermöglicht zum einen ein bestmögliches Bündeln der Magnetfeldlinien innerhalb des Rings und zum anderen ein besonders gutes Abschirmen der zu messenden Magnetfeldlinien gegenüber Fremdeinflüssen. Derartige Fremdeinflüsse können beispielsweise Magnetfelder anderer elektrischer Leiter sein.Particularly advantageously, the ring comprises at least partially a ferritic phase. A material with ferritic phase allows for a best possible bundling of the magnetic field lines within the ring and on the other hand a particularly good shielding of the magnetic field lines to be measured against external influences. Such external influences can be, for example, magnetic fields of other electrical conductors.
In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist das erste Teilsegment eine erste Stirnfläche auf, wobei die erste Stirnfläche die erste Aussparung begrenzt und dem elektrischen Bauteil zugewandt ist. Das zweite Teilsegment weist eine zweite Stirnfläche auf, wobei die zweite Stirnfläche die erste Aussparung gegenüberliegend zur ersten Stirnfläche begrenzt. Dadurch überlappen sich die erste Stirnfläche und die zweite Stirnfläche wenigstens teilweise. Das erste Teilsegment weist eine dritte Stirnfläche auf, wobei die dritte Stirnfläche die weitere Aussparung begrenzt und der Leiterplatte zugewandt ist. Das zweite Teilsegment weist eine vierte Stirnfläche auf, wobei die vierte Stirnfläche die weitere Aussparung gegenüberliegend zur dritten Stirnfläche begrenzt, wobei sich die dritte Stirnfläche und die vierte Stirnfläche wenigstens teilweise überlappen. Aufgrund der Anordnung der beiden Teilsegmente des Rings, in dem sich die Stirnflächen jeweils gegenüberliegen und überlappen, ist auf vorteilhafte Weise gewährleistet, dass die Magnetfeldlinien vom ersten Teilsegment des Rings in das zweite Teilsegment weitergeleitet werden, was die Ergebnisse beispielsweise der Strommessung, beispielsweise bezüglich Genauigkeit und Empfindlichkeit der Strommessung, stark verbessert.In a particularly advantageous embodiment, the first sub-segment has a first end face, the first end face defining the first recess and facing the electrical component. The second sub-segment has a second end face, wherein the second end face defines the first recess opposite to the first end face. As a result, the first end face and the second end face overlap at least partially. The first sub-segment has a third end face, the third end face defining the further recess and facing the printed circuit board. The second sub-segment has a fourth end face, wherein the fourth end face delimits the further recess opposite the third end face, wherein the third end face and the fourth end face overlap at least partially. Due to the arrangement of the two sub-segments of the ring, in which the faces face each other and overlap, is ensured in an advantageous manner that the magnetic field lines are forwarded from the first sub-segment of the ring in the second sub-segment, which results for example, the current measurement, for example with respect to accuracy and sensitivity of the current measurement, greatly improved.
Besonders vorteilhaft sind eine erste radiale Mittelachse des ersten Teilsegments des Rings und/oder eine zweite radiale Mittelachse des zweiten Teilsegments des Rings auf dem elektrischen Leiter angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Magnetfeldlinien – aufgrund ihrer kreisförmigen Anordnung um den Leiter – bestmöglich von dem Ring aufgenommen werden können und somit konzentriert durch den Magnetfeldsensor gelenkt werden. Dies steigert vorteilhaft die Messgenauigkeit.Particularly advantageously, a first radial center axis of the first subsegment of the ring and / or a second radial center axis of the second subsegment of the ring are arranged on the electrical conductor. This has the advantage that the magnetic field lines - due to their circular arrangement around the conductor - can best be absorbed by the ring and thus be focused by the magnetic field sensor. This advantageously increases the measurement accuracy.
Besonders vorteilhaft sind das erste Teilsegment und/oder das zweite Teilsegment wenigstens teilweise kreisringförmig ausgebildet, was auf vorteilhafte Weise der kreisringförmigen Ausbildung der Magnetfeldlinien um den elektrischen Leiter entspricht. Dadurch können die Magnetfeldlinien bestmöglich durch den ferromagnetischen Ring konzentriert und gebündelt werden.Particularly advantageously, the first sub-segment and / or the second sub-segment are at least partially annular, which advantageously corresponds to the annular formation of the magnetic field lines around the electrical conductor. As a result, the magnetic field lines can be concentrated and bundled as best as possible by the ferromagnetic ring.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind das erste Teilsegment und/oder das zweite Teilsegment mittels wenigstens einem Verbindungsmittel, insbesondere einem doppelten Klebeband oder einem Klebstoff oder einem Lot, an der Leiterplatte befestigt. Hierdurch zeigt sich die gesamte elektronische Baugruppe als besonders stabil gegenüber äußeren Einflüssen und Störeffekten. Weiterhin kann mittels dem Verbindungsmittel beispielsweise eine Ausgleichsschicht zwischen den Komponenten der Baugruppe gebildet werden, welche unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der Komponenten ausgleicht.In an advantageous embodiment, the first sub-segment and / or the second sub-segment by means of at least one connecting means, in particular a double adhesive tape or an adhesive or a solder attached to the circuit board. As a result, the entire electronic assembly is particularly stable to external influences and disruptive effects. Furthermore, by means of the connecting means, for example, a compensating layer can be formed between the components of the assembly, which compensates for different thermal expansion coefficients of the components.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe, insbesondere zum Erfassen einer elektrischen Größe in einem elektrischen Leiter, wobei das Verfahren einen Schritt des ersten Bereitstellens einer Leiterplatte mit einer ersten Seite und einer von der ersten Seite abgewandten zweiten Seite, einen Schritt des zweiten Bereitstellens eines elektrischen Bauteils und einen Schritt des dritten Bereitstellens eines ferromagnetischen Rings, welcher eine erste Aussparung und wenigstens eine weitere Aussparung aufweist, wobei der Ring wenigstens ein erstes Teilsegment und wenigstens ein zweites Teilsegment aufweist, umfasst. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt des ersten Anordnens des elektrischen Bauteils auf der ersten Seite der Leiterplatte und einen Schritt des zweiten Anordnens des wenigstens eines ersten Teilsegments des Rings auf der ersten Seite der Leiterplatte, derart dass das elektrische Bauteil zumindest teilweise in der ersten Aussparung angeordnet ist, und des wenigstens eines zweiten Teilsegments auf der zweiten Seite, derart dass der elektrische Leiter durch die Ringöffnung geführt ist.Also advantageous is a method for producing an electronic assembly, in particular for detecting an electrical variable in an electrical conductor, the method comprising a step of first providing a printed circuit board with a first side and a second side facing away from the first side, a step of the second Providing an electrical component and a step of thirdly providing a ferromagnetic ring having a first recess and at least one further recess, the ring having at least a first sub-segment and at least a second sub-segment. Furthermore, the method comprises a step of first arranging the electrical component on the first side of the printed circuit board and a step of secondly arranging the at least one first partial segment of the ring on the first side of the printed circuit board Circuit board, such that the electrical component is at least partially disposed in the first recess, and the at least one second sub-segment on the second side, such that the electrical conductor is guided through the annular opening.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenEmbodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it
Zur Verdeutlichung der geometrischen Anordnungen ist in den
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die erste innere Mantelwand
Das erste Teilsegment
Das zweite Teilsegment
Der Durchmesser d1 des Rings
In
In
Das erste Teilsegment
In
Der Abstand zwischen dem ersten Teilsegment
Der Ring
In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Leiterplatte
In dem in
In diesem Ausführungsbeispiel weist die Leiterplatte
An der ersten Seite
Das erste Teilsegment
Hierin zeigt sich gegenüber den anderen Verbindungsmöglichkeiten der Vorteil, dass kein weiterer Arbeitsschritt notwendig ist, da die Teilsegmente
Das erste Teilsegment
Dabei unterscheidet sich die Baugruppe
In Schritt
In Schritt
In Schritt
In Schritt
In Schritt
In Schritt
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 2333567 B1 [0002] EP 2333567 B1 [0002]
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DE102016217059.7A DE102016217059A1 (en) | 2016-09-08 | 2016-09-08 | Electronic assembly for detecting an electrical quantity in an electrical conductor |
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DE102016217059.7A DE102016217059A1 (en) | 2016-09-08 | 2016-09-08 | Electronic assembly for detecting an electrical quantity in an electrical conductor |
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DE (1) | DE102016217059A1 (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2021121782A1 (en) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | Robert Bosch Gmbh | Inductive assembly and method for producing the inductive assembly |
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EP2333567B1 (en) | 2009-11-30 | 2014-03-19 | Melexis Technologies NV | Device for measuring current |
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- 2016-09-08 DE DE102016217059.7A patent/DE102016217059A1/en active Pending
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