DE10320716A1

DE10320716A1 - Anordnung von Leiterelementen

Info

Publication number: DE10320716A1
Application number: DE2003120716
Authority: DE
Inventors: Rene Wilke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2004-12-02
Also published as: WO2004100193A1

Abstract

Zur Kompensation der Störeinflüsse einer elektrischen Schaltung auf deren Umgebung durch eine Anordnung von Leiterelementen dient eine erste Teilanordnung von Leiterelementen, die nach Lage und Form so angeordnet und beschaffen und mit einer zweiten Teilanordnung von Leiterelementen oder einer elektrischen Teilschaltung so verschaltet ist, dass störende Einflüsse des durch die Anordnung hervorgerufenen elektromagnetischen Feldes auf räumlich benachbarte dritte elektrische Schaltungen oder Bauelemente möglichst gering sind.

Description

Technische Spulen besitzen die Eigenschaft ein häufig unerwünschtes (elektro-) magnetisches Streufeld zu erzeugen. Solche Streufelder können in andere Schaltungsteile elektrischer Geräte Störspannungen induzieren, die dann nur schwer oder gar nicht mehr beseitigt werden können. Eine derartige unerwünschte Kopplung von Schaltungsteilen über sogenannte Streuinduktivitäten kann oft nur durch eine räumliche Trennung, ggf. unterstützt durch häufig teure magnetische Schirmmaterialien vermieden werden. Die Folgen einer derartigen Kopplung können nur näherungsweise und mit erheblichem schaltungstechnischen Aufwand mit Hilfe geeigneter Filter beseitigt werden.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung von Leiterelementen nach einem der Patentansprüche gelöst.

Durch die Erfindung kann der Einsatz magnetischer Schirmmaterialien reduziert oder ganz vermieden werden. Das bringt entscheidende Kostenvorteile und im Einsatz in Verbindung mit typische Kleingeräten wie z.B. Mobiltelefonen, tragbaren Computern oder anderen Erzeugnissen der Informations- und Kommunikationstechnik, wie z.B. sogenannten Persönlichen Digitalen Assistenten auch noch Vorteile im Hinblick auf Größe und Gewicht solcher Kleingeräte. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in ihrer Einfachheit und Kombinierbarkeit mit herkömmlichen Methoden und Maßnahmen zur Vermeidung von unerwünschten Kopplungen oder zur nachträglichen Beseitigung ihrer Folgen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben.
Dabei zeigt
1 ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung
Der der Erfindung zugrundeliegende allgemeine Grundgedanke ist die Kompensation der Störeinflüsse einer elektrischen Schaltung (zweite Teilanordnung) auf deren Umgebung durch eine Anordnung von Leiterelementen, bei der eine erste Teilanordnung von Leiterelementen nach Lage und Form so angeordnet und beschaffen und mit einer zweiten Teilanordnung von Leiterelementen oder einer elektrischen Teilschaltung so verschaltet ist, dass störende Einflüsse des durch die Anordnung hervorgerufenen elektromagnetischen Feldes auf räumlich benachbarte dritte elektrische Schaltungen oder Bauelemente möglichst gering sind.
1 zeigt schematisch eine solche Anordnung, bei der die Störeinflüsse (das Streufeld) einer ersten Induktivität L1 (in diesem Fall die zweite Teilanordnung) durch eine zweite Induktivität Lk (in diesem Fall die erste Teilanordnung) kompensiert werden soll, die mit dieser ersten Induktivität im entgegengesetzten Wicklungssinn in Serie geschaltet ist. Durch diese Art der Verschaltung soll erreicht werden, dass das Streufeld der zweiten Induktivität Lk dem der ersten Induktivität L1 entgegengerichtet ist.
Wählt man die geometrische Form und die gegenseitige Anordnung beider Teilanordnungen in geeigneter Weise, dann lässt sich die gewünschte Kompensationswirkung auch in guter Näherung erreichen.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Kompensationsspule Lk als in etwa spiralförmige Luftspule ausgestaltet ist, in deren Zentrum die zweite Teilanordnung placiert ist, die eine Induktivität L1 aufweist. Diese Induktivität L1 kann dabei auch die effektive Induktivität der zweiten Teilanordnung im Sinne eines Ersatzschaltbildes sein. Es kann sich aber auch um eine diskrete Spule handeln, die Bestandteil der – noch aus weiteren Bauelementen bestehenden – zweiten Teilanordnung ist.
Werden diese beiden Induktivitäten in geeigneter Weise zusammengeschaltet, dann kann hierdurch das Streufeld der Gesamtanordnung minimiert werden.
Derartige Anordnungen sind besonders vorteilhaft auf Platinen von gedruckten Schaltungen oder in mehreren Lagen der Platine (sogenanntes multi layer printed circuit board) einer mehrschichtigen gedruckten Schaltung oder in mehreren Schichten einer integrierten Schaltung zu realisieren. Durch die Verfügbarkeit mehrerer horizontal verlaufender, vertikal übereinander angeordneter Schichten oder Lagen in derartigen Anordnungen, können die Leiterelemente der Teilanordnungen auch vertikal übereinander verlaufen. Die nötigen elektrischen Verbindungen der Leiterelemente untereinander können dabei über geeignet placierte Durchkontaktierungen oder Weglöcher (sog. via holes) realisiert werden. Ihre gegenseitige Isolation wird dabei durch das Substrat der Platine oder ge eignete isolierende Schichten in der integrierten Schaltung bewirkt.
Bei derartigen mehrschichtigen Anordnungen können beispielsweise die Windungen der in 2 gezeigten Kompensationsspule Lk direkt übereinander verlaufen, so dass alle Windungen den gleichen Radius haben können oder die geometrischen Eigenschaften der Kompensationsspule in anderer Weise optimiert werden können, ohne dass es zu Isolations- oder Kontaktierungsproblemen kommen müsste.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die erste Teilanordnung Lk aus einer Luftspule mit wenigen Windungen, die mit der Hauptinduktivität L1 im entgegengesetzten Wicklungssinn in Serie geschaltet ist. Mit einer zweckmäßigen räumlichen Anordnung der beiden Spulen lässt sich das äußere Magnetfeld des Systems Lges deutlich reduzieren. Gegenüber bekannten Maßnahmen zur Reduktion unerwünschter Streufelder weist die Erfindung eine deutliche Aufwands-/Kostenreduzierung, einfache Realisierbarkeit durch platzsparende Anordnungen mit einem breiten Anwendungsbereich als Vorteile auf.
Besonders vorteilhaft ist die Realisierung durch Unterbringung der Luftspule auf einem PCB (gedruckte Schaltung; printed circuit board). Die Kompensationsspule besteht hier aus einigen spulenartig angeordneten Leiterschleifen Lk, die auch über mehrere Lagen des PCB führen können. Genau zentriert darüber ist die eigentliche Spule L1 mit entgegengesetzter Wicklungsrichtung angeordnet. Ein Anwendungsbeispiel ist die Streufeldkompensation einer DC/DC-Konverterspule mit Hilfe einer Spulenanordnung auf einem PCB.

Claims

Anordnung von Leiterelementen, bei der eine erste Teilanordnung von Leiterelementen nach Lage und Form so angeordnet und beschaffen und mit einer zweiten Teilanordnung von Leiterelementen oder einer elektrischen Teilschaltung so verschaltet ist, dass das störende Einflüsse des durch die Anordnung hervorgerufenen elektromagnetischen Feldes auf räumlich benachbarte dritte elektrische Schaltungen oder Bauelemente möglichst gering sind.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die erste Teilanordnung von Leiterelementen aus einer in etwa spiralförmigen Leiteranordnung besteht, in deren Zentrum die zweite Teilanordnung oder die zweite elektrische Teilschaltung angeordnet und so mit der ersten Teilanordnung verschaltet ist, dass die Magnetfelder der ersten und zweiten Teilanordnung sich näherungsweise kompensieren.
Anordnung nach Anspruch 2, bei der die zweite Teilanordnung eine Induktivität ist oder enthält, die mit der ersten Teilanordnung im entgegengesetzten Wicklungssinn in Serie geschaltet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Leiterelemente der ersten Teilanordnung über mehrere Lagen der Platine einer mehrschichtigen gedruckten Schaltung oder in mehreren Schichten einer integrierten Schaltung angeordnet sind.