DE102021124211A1

DE102021124211A1 - Anschlussverbinder

Info

Publication number: DE102021124211A1
Application number: DE102021124211.8A
Authority: DE
Inventors: Radoslav Solc
Original assignee: TDK Lambda UK Ltd
Current assignee: TDK Lambda UK Ltd
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2021-09-20
Publication date: 2022-03-24
Also published as: CN114256649A; GB2599362A; US11764524B2; GB202015120D0; US20220094119A1

Abstract

Ein Anschlussverbinder (13) zur Anbringung an einer Leiterplatte (1). Der Anschlussverbinder weist einen ersten und einen zweiten Anschluss (2, 8) auf, die jeweils ein Verbindungsende (20) zur Verbindung mit jeweiligen Kontakten in der Leiterplatte und eine Drahtanbringungsausbildung (15) zum Verbinden eines Drahtes mit dem jeweiligen Anschluss aufweisen. Der Anschlussverbinder (13) weist darüber hinaus einen Ferritkern (18) auf, der ein Teilstück sowohl des ersten als auch zweiten Anschlusses (2, 8) zwischen deren Anschlusskontakten (20) und Drahtanbringungsausbildungen (15) umgibt. Der Ferritkern (18) ist direkt mit den Anschlüssen verbunden und über die Anschlüsse (2, 8) an der Leiterplatte befestigt, wenn deren Verbindungsenden (20) mit den jeweiligen Kontakten in der Leiterplatte (1) verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Anschlussverbinder, insbesondere einen Anschlussverbinder zur Verwendung an einem Schaltnetzteil, sowie auf ein Schaltnetzteil mit dem Anschlussverbinder.
Schaltnetzteile sind dafür bekannt, dass sie unerwünschte elektromagnetische Emissionen erzeugen. Gleichtaktstörungen stellen bei solchen Schaltungen ein besonderes Problem dar, da sie zu hochfrequenten Strömen führen, die durch den Masseanschluss fließen und in die Stromversorgungsleitung zurückkehren.
Um obiges Problem zu lösen, ist es üblich, die Eingangs- oder Ausgangskabel mit einer Ferritklemme oder Ferritdrossel zu versehen, um die Strahlungsemissionen zu reduzieren. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine solche herkömmliche Verbinder- und Ferritklemmenanordnung, bei der die Ferritklemme 5 in Verbindung mit einer Schaltnetzteilschaltung 1 verwendet wird. Wie gezeigt, ist die Netzteilschaltung in Form einer gedruckten Leiterplatte, PCB, 1 mit einer Vielzahl von elektronischen Bauteilen 9 ausgeführt. Die PCB 1 ist mit einem positiven Anschluss 2 und einem negativen Anschluss 8 versehen, die mit Schaltungskontakten in der PCB 1 verbunden sind, und an die jeweils die Drahtverbinder 3, 7 der Drähte 4, 6 angeschlossen sind. Die Ferritklemme 5 ist dann als zweiteiliger Ferritkern vorgesehen, der um die Drähte 4, 6 herum mit einem Kunststoffkäfig befestigt ist.
Es gibt jedoch eine Reihe von Nachteilen, die mit Ferritklemmen einhergehen. Insbesondere ist es in der Elektronikindustrie aufgrund der Komplexität der Netzteiltechnologien üblich, dass Netzteilschaltungen von einem spezialisierten Netzteilhersteller hergestellt werden. Die Netzteile werden dann an Hersteller von Konsumartikeln verkauft, die für den kommerziellen Verkauf diese Schaltungen in eine elektronische Baugruppe einbauen. Dies hat jedoch zur Folge, dass die Verantwortung für die Bereitstellung eines geeigneten Ferritkerns bei den Herstellern der Endprodukte und nicht beim Netzteilhersteller liegt. Dies bedeutet schlichtweg nicht nur, dass ein relativ sperriges Bauteil in die externe Verdrahtung des Netzteils integriert werden muss, sondern auch, dass es den Herstellern der Endprodukte überlassen bleibt, mit den damit verbundenen Kosten und Platzanforderungen klarzukommen.
Um dem entgegenzuwirken, ist eine vom Anmelder entwickelte alternative Anordnung in 2 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Bei dieser Anordnung sind die PCB-Anschlüsse 2, 8 als vertikal ausgerichtete Stromschienen vorgesehen. Es sollte klar sein, dass sich „vertikal“ auf eine Ebene bezieht, die im Wesentlichen senkrecht zur Ebene der PCB 1 ist, so dass bei horizontaler Lage der PCB 1 Teile auf der Oberseite der PCB-Oberfläche vertikal nach oben ragen. Ein Kunststoffspulenkörper 10 wird verwendet, um zwei E-förmige Mangan-Zink-Ferritkernteile 11 um die Stromschienen 2, 8 herum abzustützen. Mit Klebstoff 12 sind die Teile zusammengefügt. Diese Anordnung ermöglicht es, die Grundfläche des Ferritkerns 11 auf der PCB 1 vorzusehen. Eine solche Anordnung hat jedoch noch eine Reihe von Nachteilen. Zum Beispiel ist der Kunststoffspulenkörper 10 relativ sperrig, wird aber benötigt, um sowohl die beiden Ferrit-E-Kerne 11 zu befestigen als auch die leitenden Stromschienen 2, 8 gegenüber dem Material des Mn-Zn-Ferritkerns 11 zu isolieren.
Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, die oben genannten Probleme des Standes der Technik zu lösen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Anschlussverbinder zur Anbringung an eine Leiterplatte bereitgestellt, aufweisend: einen ersten und einen zweiten Anschluss, die jeweils ein Verbindungsende zur Verbindung mit jeweiligen Kontakten in der Leiterplatte und eine Drahtanbringungsausbildung zum Verbinden eines Drahtes mit dem jeweiligen Anschluss aufweisen; und einen Ferritkern, der ein Teilstück sowohl des ersten als auch zweiten Anschlusses zwischen deren Anschlusskontakten und Drahtanbringungsausbildungen umgibt, wobei der Ferritkern direkt mit den Anschlüssen verbunden und über die Anschlüsse an der Leiterplatte befestigt ist, wenn deren Verbindungsenden mit den jeweiligen Kontakten in der Leiterplatte verbunden sind.
Auf diese Weise stellen Ausführungsformen der Erfindung einen Anschlussverbinder mit einem integrierten Ferritkern bereit. Im Gebrauch können die Anschlüsse den Ferritkern dabei auf oder über der Leiterplattenoberfläche und zwischen dem Leiterplattenkontakt und der externen Verdrahtung an Ort und Stelle halten. Dies schafft eine kompakte Anordnung, da ein Abschnitt der vertikalen Grundfläche des Ferritkerns von den Anschlüssen und deren Drahtanbringungsausbildungen eingenommen werden kann. Außerdem kann der Ferritkern so in das PCB-Design integriert werden. Das heißt, dass die Netzteilschaltung selbst die Mittel zur Verringerung von Gleichtakt-Störemissionen enthalten kann, anstatt diese Aufgabe beispielsweise dem Hersteller des Endprodukts aufzubürden. Gleichzeitig wird durch die direkte Verbindung zwischen den Anschlüssen und dem Ferritkern die Notwendigkeit einer Isolierung um die Anschlüsse herum vermieden, da der Kern nichtleitend ist. Diese Abwesenheit einer Isolierung in Kombination mit der durch die Baugruppe bereitgestellten engen Anordnung der Stifte ermöglicht einen kurzen magnetischen Pfad, so dass der Ferritkern bei gegebenem Volumen eine höhere Impedanz erreichen kann. Also kann ein kleinerer Ferritkern bereitgestellt werden, während eine mit größeren herkömmlichen Anordnungen vergleichbare Impedanz erreicht wird.
In Ausführungsformen ist der Ferritkern ein einstückiger Körper und weist eine Öffnung auf, durch welche die Teilstücke des ersten und zweiten Anschlusses aufgenommen sind. Auf diese Weise kann der Ferritkern aus einem Stück bereitgestellt werden, wodurch die Notwendigkeit von Fugen oder Luftspalten vermieden wird, die andernfalls die Impedanz des Kerns verringern könnten.
In Ausführungsformen ist der Ferritkern aus einem Nickel-Zink-Ferritmaterial gebildet. Nickel-Zink-Ferrit hat den Vorteil, dass es einen hohen elektrischen Widerstand hat und somit die Leitung von Strömen zwischen den Anschlüssen verhindert.
In Ausführungsformen weist der Ferritkern einen oval geformten Querschnitt auf. Auf diese Weise kann der Ferritkern mit einer abgeflachten Röhrenform versehen werden, wobei die leitenden Anschlüsse durch den zentralen Kanal führend aufgenommen sind. In anderen Ausführungsformen umfasst der Ferritkern einen rechteckig geformten Querschnitt.
In Ausführungsformen weisen der erste und zweite Anschluss jeweils ein Kernverbindungsteilstück auf, um sich vertikal von der Leiterplatte nach oben zu erstrecken, wenn die Verbindungsenden mit den jeweiligen Kontakten verbunden sind, und wobei der Ferritkern direkt mit den Kernverbindungsteilstücken verbunden ist. Auf diese Weise können die Kernverbindungsteilstücke so geformt sein, dass sie im Ferritkern aufgenommen und so konfiguriert sind, dass sie den Kern relativ zur Leiterplatte ausrichten.
In Ausführungsformen ist die Längsachse des Ferritkerns vertikal zur Leiterplatte ausgerichtet, wenn die Verbindungsenden mit den jeweiligen Kontakten verbunden sind. Auf diese Weise wird die vertikale Grundfläche, die der Ferritkern auf der Leiterplatte einnimmt, minimiert. Dadurch kann die Größe der Leiterplatte minimiert werden.
In Ausführungsformen sind der erste und zweite Anschluss dafür ausgelegt, den Ferritkern über der Leiterplatte abzustützen. Auf diese Weise werden keine zusätzlichen Abstützungsstrukturen benötigt, wodurch die Kosten minimiert werden.
In Ausführungsformen sind der erste und zweite Anschluss dafür ausgelegt, den Ferritkern innerhalb des Umfangs der Leiterplatte abzustützen. Auf diese Weise kann der Ferritkern innerhalb des Innenbereichs der Leiterplatte untergebracht werden.
In Ausführungsformen weisen der erste und zweite Anschluss darüber hinaus jeweils ein Abstützungsende distal zum Verbindungsende auf, das zum Eingriff in die Leiterplatte bestimmt ist, wenn die Verbindungsenden mit den jeweiligen Kontakten zum Abstützen des Anschlusses verbunden sind. Auf diese Weise können die Anschlüsse als bogenförmige Struktur vorgesehen werden, wobei zwei Schenkel mit der Leiterplatte verbunden sind, um den Ferritkern darüber abzustützen.
In Ausführungsformen weisen der erste und zweite Anschluss eine Metallplatte auf. Auf diese Weise können die Anschlüsse aus Blech gefertigt und dann in Form gebogen werden.
In Ausführungsformen sind der erste und zweite Anschluss so ausgelegt, dass deren Drahtanbringungsausbildungen vertikal ausgerichtet sind, wenn die Verbindungsenden mit den jeweiligen Kontakten verbunden sind. Auf diese Weise kann die von den Anschlüssen auf der Schaltung beanspruchte Grundfläche minimiert werden.
In Ausführungsformen sind der erste und zweite Anschluss so ausgelegt, dass die Drahtanbringungsausbildungen mit dem Umfang der Leiterplatte im Wesentlichen auf einer Linie liegen. Auf diese Weise können die Drahtanbringungsstellen angrenzend an den Rand der Leiterplatte angeordnet werden. Außerdem können bei vertikal ausgerichteten Drahtanbringungsausbildungen auf diese Weise Leiterplattenverbindungen zwischen den Drahtverbindungsausbildungen benachbarter Platinen hergestellt werden.
In Ausführungsformen weisen der erste und zweite Anschluss darüber hinaus jeweils eine zweite Drahtanbringungsausbildung auf. Auf diese Weise kann ein standardisierter Anschlussverbinder bereitgestellt werden, der verschiedene Verbindungskonfigurationen zulässt.
In Ausführungsformen sind der erste und zweite Anschluss von einer Innenfläche des Ferritkerns mechanisch in Eingriff genommen, die eine Öffnung durch ihn hindurch definiert. Der erste und der zweite Anschluss können in einem gewissen Abstand voneinander gehalten sein, um einen Luftspalt dazwischen zu definieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schaltnetzteil mit einem Anschlussverbinder nach einer der obigen Darlegungen bereitgestellt.
Es werden nun veranschaulichende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:

1 eine Draufsicht einer herkömmlichen Verbinder- und Ferritklemmenanordnung;
2 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Verbinderanordnung;
3 einen Verbinder gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung, in (a) einer Seitenansicht, (b) einer Vorderansicht und (c) einer perspektivischen Unteransicht; und
4 eine Draufsicht des in 3 gezeigten Verbinders, wenn er in eine Leiterplatte integriert ist.

3 zeigt einen Verbinder 13 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung, wobei 3(a) eine Seitenansicht, 3(b) eine Vorderansicht und 3(c) eine perspektivische Unteransicht zeigt.
Der Verbinder 13 weist eine erste und eine zweite Anschlussausbildung 2, 8 und einen Ferritkern 18 auf. Die erste und zweite Anschlussausbildung 2, 8 haben jeweils die Gestaltung einer umgekehrten U-Form mit zwei Schenkeln 16, 17, die durch ein oberes Verbindungsteil 14 beabstandet sind, das einen abgeflachten Bogen an der Spitze bildet. In dieser Ausführungsform sind die Verbindungsteile 14 und die äußeren Schenkel 16 der ersten und zweiten Anschlussausbildung 2, 8 jeweils mit einer Schraubenöffnung 15 versehen, um die Verbindung eines Drahtverbinders mit ihnen zu ermöglichen. Die Unterseite eines jeden Schenkels ist ebenfalls mit Stiften 20 zur Verbindung mit einer PCB versehen.
Der Ferritkern 18 ist als ein sich vertikal erstreckender Körper mit einem oval geformten horizontalen Querschnitt vorgesehen. Eine oval geformte Öffnung 19 ist durch die Mitte des Ferritkerns 18 hindurch vorgesehen, wobei sich die inneren Schenkel 17 der ersten und zweiten Anschlussausbildung 2, 8 durch die Öffnung 19 erstrecken. Von daher umgibt der Ferritkern 18 die inneren Schenkel 17 der Anschlussausbildungen 2, 8, wobei die beiden Anschlussausbildungen 2, 8 durch einen Luftspalt 21 voneinander beabstandet sind.
Der Ferritkern 18 ist in einem Stück aus Nickel-Zink-Ferritmaterial ausgebildet. Das Nickel-Zink-Ferritmaterial hat einen hohen elektrischen Widerstand, so dass die beiden Anschlussausbildungen 2, 8 mit dem Ferritkernmaterial verbunden werden können, ohne dass sie von einer zusätzlichen Isolierung umgeben sein müssen.
4 zeigt eine Draufsicht des in 3 gezeigten Verbinders 13, wenn er in eine Leiterplatte 1 integriert ist. Die Stifte 20 jedes Schenkels 16, 17 sind in entsprechende, in der gedruckten Leiterplatte 1 vorgesehene Öffnungen eingesteckt, so dass der Verbinder 13 auf der Oberseite der Leiterplatte sitzt, wobei die äußeren Schenkel 16 nach außen zeigen und mit dem Rand der Leiterplatte 1 im Wesentlichen auf einer Linie liegen. Die Stifte 20 sind verlötet, um den Verbinder 13 an der Leiterplatte 1 zu befestigen.
Die inneren Schenkel 17 der beiden Anschlussausbildungen 2, 8 sind zum Innenbereich der Leiterplatte hin ausgerichtet. Die Stifte 20 der inneren Schenkel 17 sind elektrisch mit den Schaltungsbauteilen 9 auf der gedruckten Leiterplatte 1 verbunden, so dass ihre jeweiligen Anschlussausbildungen 2, 8 die Drahtverbinder bilden, mit denen die Netzteildrähte verbunden werden können.
Wie in 4 gezeigt, bilden die Anschlussausbildungen 2, 8, sobald der Verbinder 13 mit der Leiterplatte 1 verbunden ist, zwei vertikale Schraubenöffnungen 15, die an den äußeren Schenkeln 16 vorgesehen sind, welche sich an der äußeren Begrenzung der Leiterplatte 1 befinden. Die Anschlussausbildungen 2, 8 weisen auch zwei horizontale Schraubenöffnungen 15 auf, die an den Verbindungsteilen 14 vorgesehen sind, die sich angrenzend an die äußere Begrenzung der Leiterplatte 1 befinden. Folglich können die Netzteildrähte mit den Anschlüssen 2, 8 entweder mittels der horizontalen oder der vertikalen Schraubenöffnungen 15 an jedem Anschluss verbunden werden. Das Vorsehen von vertikalen Schraubenöffnungen 15, die mit der Außenkante der Leiterplatte 1 ausgerichtet sind, ermöglicht auch die Herstellung von Leiterplattenverbindungen mit einer anderen Leiterplatte, die neben der Leiterplatte 1 angeordnet ist.
Dabei ist der Ferritkern 18 vertikal ausgerichtet und umgibt die Anschlussausbildungen 2, 8 zwischen ihrer elektrischen Verbindung zur Leiterplatte 1 und den Schraubenöffnungen 15. Somit läuft Strom, der zwischen der Schaltung und den Netzteildrähten fließt, entlang der Anschlussausbildungen 2, 8 durch den Ferritkern 18, der dadurch die Strahlungsemissionen reduziert.
Da der Ferritkern 18 aus einem einzigen Stück besteht, bietet der Kern 18 im Vergleich zu den geteilten Kernen, die man in Kabelklemmen findet, und den zwei E-Kernen, die man in der Sammelschienenanordnung findet, die höchstmögliche Impedanz für ein gegebenes Volumen an Ferrit. Das heißt, da der Ferritkern 18 keine Verbindungsstellen oder Luftspalte enthält, wird eine hohe Impedanz gegenüber Gleichtaktstörungen erreicht.
Da die beiden Anschlussausbildungen 2, 8 keine Isolierung benötigen, wird außerdem eine kürzere magnetische Länge erreicht. Infolgedessen ist ein relativ kleiner Ferritkern 18 in der Lage, eine Impedanz zu erreichen, die mit derjenigen einer viel größeren Ferritkabelklemme vergleichbar ist, da deren Verhältnisse von magnetischer Länge zu magnetischer Fläche ähnlich sind. In der Tat kann eine quadratische Reduktion des Ferritvolumens vorliegen, während die Impedanz aufgrund der kürzeren magnetischen Länge gleich bleibt. Das Fehlen einer Isolierung ermöglicht auch eine einfachere Montage der Komponenten.
Die Konfiguration des Ferritkerns 18 und der Anschlussausbildungen 2, 8 ist auch platzsparend in Bezug auf die Grundfläche auf der Leiterplatte 1. Insbesondere ist, wie in 4 gezeigt, etwa die Hälfte der Grundfläche des Raums des Ferritkerns 18 innerhalb des Raums der Anschlüsse 2, 8 untergebracht.
Die Kombination der oben genannten platzsparenden Faktoren ermöglicht auch eine Reihe von Kosteneinsparungen. So ist durch die Integration des Ferritkerns 18 in die Leiterplatte 1 zum Beispiel nicht nur die Montage kostengünstiger, sondern es sind auch keine Isoliermaterialien erforderlich und es werden geringere Mengen an Verbinder-, Anschluss- und PCB-Material benötigt. Gleichzeitig ist die Rauschunterdrückung vergleichbar mit größeren bestehenden Lösungen. Ein wichtiger Punkt ist, dass die Endprodukthersteller von den Kosten und dem Platzbedarf für die Bereitstellung eines geeigneten Ferritkerns entlastet werden, da der Ferritkern 18 in eine Netzteil-Leiterplatte 1 integriert werden kann.
Es versteht sich, dass die oben dargestellte Ausführungsform Anwendungen der Erfindung nur zum Zwecke der Veranschaulichung zeigt. In der Praxis kann die Erfindung auf viele verschiedene Konfigurationen angewendet werden, wobei die detaillierten Ausführungsformen für den Fachmann einfach zu implementieren sind.

Claims

Anschlussverbinder zur Anbringung an einer Leiterplatte, aufweisend: einen ersten und einen zweiten Anschluss, die jeweils ein Verbindungsende zur Verbindung mit jeweiligen Kontakten in der Leiterplatte und eine Drahtanbringungsausbildung zum Verbinden eines Drahtes mit dem jeweiligen Anschluss aufweisen; und einen Ferritkern, der ein Teilstück sowohl des ersten als auch zweiten Anschlusses zwischen deren Anschlusskontakten und Drahtanbringungsausbildungen umgibt, wobei der Ferritkern direkt mit den Anschlüssen verbunden und über die Anschlüsse an der Leiterplatte befestigt ist, wenn deren Verbindungsenden mit den jeweiligen Kontakten in der Leiterplatte verbunden sind.
Anschlussverbinder nach Anspruch 1, wobei der Ferritkern ein einstückiger Körper ist und eine Öffnung aufweist, durch welche die Teilstücke des ersten und zweiten Anschlusses aufgenommen sind.
Anschlussverbinder nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ferritkern aus einem Nickel-Zink-Ferritmaterial gebildet ist.
Anschlussverbinder nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei der Ferritkern einen oval geformten Querschnitt aufweist.
Anschlussverbinder nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste und zweite Anschluss jeweils ein Kernverbindungsteilstück aufweisen, um sich vertikal von der Leiterplatte nach oben zu erstrecken, wenn die Verbindungsenden mit den jeweiligen Kontakten verbunden sind, und wobei der Ferritkern direkt mit den Kernverbindungsteilstücken verbunden ist.
Anschlussverbinder nach Anspruch 5, wobei die Längsachse des Ferritkerns vertikal zur Leiterplatte ausgerichtet ist, wenn die Verbindungsenden mit den jeweiligen Kontakten verbunden sind.
Anschlussverbinder nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste und zweite Anschluss dafür ausgelegt sind, den Ferritkern über der Leiterplatte abzustützen.
Anschlussverbinder nach Anspruch 7, wobei der erste und zweite Anschluss dafür ausgelegt sind, den Ferritkern innerhalb des Umfangs der Leiterplatte abzustützen.
Anschlussverbinder nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste und zweite Anschluss darüber hinaus jeweils ein Abstützungsende distal zum Verbindungsende aufweisen, das zum Eingriff in die Leiterplatte bestimmt ist, wenn die Verbindungsenden mit den jeweiligen Kontakten zum Abstützen des Anschlusses verbunden sind.
Anschlussverbinder nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste und zweite Anschluss eine Metallplatte aufweisen.
Anschlussverbinder nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste und zweite Anschluss so ausgelegt sind, dass deren Drahtanbringungsausbildungen vertikal ausgerichtet sind, wenn die Verbindungsenden mit den jeweiligen Kontakten verbunden sind.
Anschlussverbinder nach Anspruch 11, wobei der erste und zweite Anschluss so ausgelegt sind, dass die Drahtanbringungsausbildungen mit dem Umfang der Leiterplatte im Wesentlichen auf einer Linie liegen.
Anschlussverbinder nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste und zweite Anschluss darüber hinaus jeweils eine zweite Drahtanbringungsausbildung aufweisen.
Anschlussverbinder nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste und zweite Anschluss von einer Innenfläche des Ferritkerns mechanisch in Eingriff genommen sind, die eine Öffnung durch ihn hindurch definiert.
Schaltnetzteil mit einem Anschlussverbinder nach jedem vorhergehenden Anspruch.