DE2821531A1

DE2821531A1 - Storage, filtering or equalising choke for switching parts - is wound from cable stranded from several insulated wires on cylindrical ferrite core

Info

Publication number: DE2821531A1
Application number: DE19782821531
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Kaiserswerth; Josef Dipl Ing Wimmer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-05-17
Filing date: 1978-05-17
Publication date: 1979-11-22

Abstract

The choke coil (1) is intended for components operating in the medium frequency range, i. e. 16 to 100 kHz. The coil is formed by a cable stranded from several insulated individual wires, the number of which depends on the operating frequency i.e. increases with the rising frequency. Preferably the choke coil is wound on a cylindrical ferrite core (2). The coil may be housed in a plastics cup filled with synthetic resin. In such case it has terminal pins (3, 4) at one side in a given inserting raster pattern. The ends of the individual wires are bundles at the connecting point in the cable end sleeve.

Description

Speicher-, Sieb- oder Entstördrossel für SchaltnetzteileStorage, filter or interference suppression chokes for switched-mode power supplies

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Speicher-, Sieb-oder Entstördrossel für Schaltnetzteile, die im Mittelfrequenzbereich, d.h. insbesondere im Frequenzbereich >16 kHz arbeiten.The present invention relates to a storage, filter or interference suppression choke For switched-mode power supplies that operate in the medium frequency range, i.e. especially in the frequency range > 16 kHz work.

Auf der Sekundärseite von Schaltnetzteilen tritt unmittelbar nach der Gleichrichtung ein pulsierender Gleichstrom auf, wie er von Einweg-Gleichrichterschaltungen erzeugt wird. Die Frequenz der pulsierenden Gleichspannung liegt dabei bei ca. 20 kHz bis 100 kHz.On the secondary side of switched-mode power supplies occurs immediately after The rectification is based on a pulsating direct current, such as that generated by half-wave rectifier circuits is produced. The frequency of the pulsating DC voltage is around 20 kHz to 100 kHz.

Zur Siebung bzw. einer Energiespeicherung schaltet man in die Sekundärseite der Schaltnetzteile neben Elektrolytkondensatoren vorzugsweise Drosseln. Die thermische Belastung der Drosseln wird hierbei nicht nur durch die magnetischen Verluste und den Gleichstromwiderstand bestimmt, sondern in weit größerem Maße durch die vom Skin-Effekt hervorgerufene Stromverdrängung, durch die eine frequenzabhängige Realkomponente des komplexen Widerstandes der Drossel entsteht. Besonders ausgeprägt tritt dies aufgrund ihrer großen Scherung der magnetischen Feldlinien bei Drosseln mit Stabkernen aus weichmagnetischem Werkstoff auf.For sieving or energy storage, you switch to the secondary side of the switched-mode power supplies in addition to electrolytic capacitors, preferably chokes. The thermal The load on the chokes is not only caused by the magnetic losses and determines the direct current resistance, but to a far greater extent by that of the Skin effect caused current displacement, through which a frequency-dependent real component of the complex Resistance of the throttle arises. Particularly pronounced this occurs due to the large shear of the magnetic field lines in chokes with rod cores made of soft magnetic material.

Eine Lösungsmöglichkeit bzw. Behebung dieses Problems, das beim Einsatz von Schaltnetzteilen auftritt, besteht z.B. in einer starken ftberdimensionierung der Drossel hinsichtlich ihrer Nennstromstärke.One possible solution or remedy for this problem that occurs when using of switched-mode power supplies occurs, for example, in a strong overdimensioning the choke in terms of its rated current.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drossel der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die durch den Skin-Effekt verursachte Wirkung, d.h. die hierdurch hervorgerufene Stromverdrängung und die dadurch bedingte frequenzabhängige Realkomponente des komplexen Widerstandes der Drossel, weitgehend kompensiert.Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einer Speicher-, Sieb- oder Entstördrossel für Schaltnetzteile der eingangs genannten Art vor, daß die Drossel-Wicklung aus einer Litze mit mehreren elektrisch isolierten Einzeldrähten besteht, wobei die Zahl der isolierten Einzeldrähte zweckmäßigerweise mit zunehmender Arbeitsfrequenz der Schaltnetzteile steigt.The present invention is based on the object of a throttle of the type mentioned above, which caused the skin effect Effect, i.e. the current displacement caused by this and the one caused by it frequency-dependent real component of the complex resistance of the choke, largely To solve this problem, the invention provides a storage, sieve or interference suppression choke for switched-mode power supplies of the type mentioned above that the Choke winding made from a stranded wire with several electrically isolated individual wires consists, the number of insulated individual wires expediently increasing The operating frequency of the switched-mode power supplies increases.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines AusfUhrungsbeispieles, erläutert durch die Figuren und ein Vergleichsdiagramm, näher beschrieben.The invention is explained below using an exemplary embodiment, explained by the figures and a comparison diagram, described in more detail.

In Fig. 1 ist der Verlauf des Verlustwiderstandes R/R , von zwei Drosseln über der Frequenz aufgetragen.In Fig. 1 is the course of the loss resistance R / R, of two chokes plotted against frequency.

gl Die Kurve 1 gibt dabei den Verlauf für eine bekannte, sogenannte 4A-Drossel wieder, deren Induktivität ca. The curve 1 gives the course for a known, so-called 4A choke again, whose inductance is approx.

45/uH beträgt und die aus einer Drossel-Wicklung mit 43 Windungen CuL-Draht, 0,8 mm, aufgebaut ist und einen Ferrit-Zylinderkern PI 8 x 20 aufweist. Von 0,1 bis 20 kHz steigt der Verlustwiderstand dieser bekannten Drossel um das 7-fache an und bis 100 kflz sogar um das 70-fache. Die Erwärmung ist proportional zur Verlustleistung und damit zum Verlustwiderstand. Setzt man an, daß die Drossel bei 50 Hz eine Ubertemperatur von 20 K erreicht, so beträgt diese gemäß dem Verhältnis von R/Rgl = 7 bei 20 kHz überschlägig bereits 140 K. Bedenkt man zudem, daß bei Einsatz dieser Drosseln in elektrischen Geräten mit einer Umgebungstemperatur von mindestens 400C gerechnet werden muß, so beläuft sich die Endtemperatur für das Bauelement auf ca. 1800C. Zugelassen werden für derartige Bauelemente im allgemeinen maximal 0 Jedoch nur 125 c. Aus dem Vorstehenden ist somit die Bedeutung ersichtlich, die einer Minderung des Verlustwiderstandes zukommt.45 / uH and that from a choke winding with 43 Turns CuL wire, 0.8 mm, and a ferrite cylinder core PI 8 x 20 has. The loss resistance of this known choke increases from 0.1 to 20 kHz 7 times and up to 100 kflz even 70 times. The warming is proportional to the power loss and thus to the loss resistance. Assumes that the throttle reaches an excess temperature of 20 K at 50 Hz, this is according to the ratio of R / Rgl = 7 at 20 kHz already roughly 140 K. If you also consider that at Use of these chokes in electrical devices with an ambient temperature of at least 400C must be expected, the final temperature for the Component to approx. 1800C. Such components are generally approved maximum 0 but only 125 c. From the foregoing, the meaning can be seen which is due to a reduction in the loss resistance.

Die Kurve 2 in Fig. 1 gibt den frequenzabhängigen Verlauf des Verlustwiderstandes einer Drossel nach der Erfindung wieder, wie sie schematisch in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Die Aufgabe war es dabei, die vorerwAhnte bekannte Drossel so zu dimensionieren, daß sie bei etwa gleichem Einbauvolumen in Schaltnetzteilen als Speicher-und auch als Entstördrossel verwendbar ist. Die diesen Anforderungen entsprechende Drossel erhielt bei im Prinzip gleichem mechanischem Aufbau, d.h gleichem Ferritzylinderkern 2 gleicher Windungszahl 1 und damit gleicher Induktivität eine Wicklung aus 3 x CuL-Draht 0,45 mm. Die Drossel-Wicklung 1 ist dabei in einem mit Kunstharz gefüllten Kunststoffbecher 5 untergebracht und weist einseitige Anschlußenden 3, 4 im Rastermaß auf. Die Zusammenfassung der Einzeldrähte an ihren Anschlußenden erfolgt dabei mit Kabelendhülsen.The curve 2 in Fig. 1 gives the frequency-dependent course of the loss resistance a throttle according to the invention, as shown schematically in FIGS is. The task was to dimension the aforementioned well-known throttle in such a way that that they have about the same installation volume in switched-mode power supplies as storage and also can be used as interference suppression choke. The choke that meets these requirements obtained with basically the same mechanical structure, i.e. the same ferrite cylinder core 2 with the same number of turns 1 and thus with the same inductance one winding of 3 x CuL wire 0.45 mm. The choke winding 1 is filled with synthetic resin Plastic cup 5 housed and has one-sided connection ends 3, 4 in the grid on. The combination of the individual wires at their connection ends takes place with Cable end sleeves.

Ein Vergleich der Kurven 1 und 2 in Fig. 1 zeigt, daß für den Frequenzbereich, in welchem Schaltnetzteile arbeiten, die gewählte Aufteilung in wenige Einzeldrähte, im vorliegenden Fall in drei Einzeldrähte genügt, um die Wirkung des Skin-Effektes hinreichend zu kompensieren und damit den Verlustwiderstand zu senken. Bei der derzeit häufig benutzten Arbeitsfrequenz von ca. 20 kHz steigt bei Aufteilung der Litze in drei Einzeldrähte das Verhältnis R/R nur noch um einen Faktor 2,7. Ausgehend gl von einer Ubertemperatur der Drossel von 20 K bei 50 Hz ergibt sich so bei 20 kHz eine Ubertemperatur von ca.A comparison of curves 1 and 2 in Fig. 1 shows that for the frequency range in which switching power supplies work, the selected division into a few individual wires, In the present case, three individual wires are sufficient to achieve the effect of the skin effect to compensate sufficiently and thus reduce the loss resistance. At the moment Frequently used working frequency of approx. 20 kHz increases when the strand is split in three individual wires the ratio R / R only by a factor of 2.7. Outgoing gl from an excess temperature of the choke of 20 K at 50 Hz thus results at 20 kHz an overtemperature of approx.

54 K und damit bei einer Umgebungstemperatur von 400 c eine auf das Bauelement einwirkende Gesamt- bzw. Endtemperatur von 940C. Diese Temperatur liegt erheblich unter der bereits erwähnten maximal zulässigen Temperatur von 1250C.54 K and thus at an ambient temperature of 400 c a Total or final temperature of 940C acting on the component. This temperature is considerably below the already mentioned maximum permissible temperature of 1250C.

An dieser Stelle sei noch erwähnt, daß für Schaltnetzteile, die bei höheren Frequenzen arbeiten, selbstverständlich eine Litze mit einer größeren Anzahl elektrisch isolierter Einzeldrähte erforderlich ist.At this point it should be mentioned that for switched-mode power supplies, the higher frequencies work, of course a strand with a larger number electrically isolated single wires is required.

5 Patentansprüche 3 Figuren5 claims 3 figures

Claims

Claims for storage, filter or interference suppression chokes for switched-mode power supplies, who work in the medium frequency range, in particular in the frequency range 516 kHz, d a d u r c h g e -k e n n n z e i c h n e t that the choke winding consists of a Stranded wire consists of several electrically isolated individual wires.

2. Throttle according to claim 1, characterized in that the number of isolated single wires with increasing operating frequency of the switched-mode power supply increases.

3. Throttle according to claim 1 and 2, characterized in that the Choke winding (1) is wound onto a ferrite cylinder core (2).

4. throttle according to claim 1 L = d one of the preceding, characterized in that that the choke winding (1) is in a plastic cup (5) filled with synthetic resin is housed and has one-sided connection ends (3, 4) in the grid.

5. Choke according to claim 4, characterized in that the individual wires are combined at their connection ends with cable end sleeves.