DE3112296A1

DE3112296A1 - Current-compensated annular-core inductor

Info

Publication number: DE3112296A1
Application number: DE19813112296
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl.-Ing. 8411 Etterzhausen Ristig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-03-27
Filing date: 1981-03-27
Publication date: 1982-10-07
Also published as: FR2502835B1; FR2502835A1; ES8303808A1; ES510855A0

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA gf ρ 1 Q 4 6 DESIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our mark Berlin and Munich VPA gf ρ 1 Q 4 6 DE

Stromkompensierte RingkerndrosselCurrent-compensated toroidal core choke

Die Erfindung betrifft eine stromkompensierte Ringkerndrossel, insbesondere für Störschutzfilter für Schaltnetzteile, mit Wicklung 1 und Wicklung 2, die jeweils in zwei gleiche und in.Serie geschaltete Teilwicklungen aufgeteilt sind.The invention relates to a current-compensated toroidal core choke, in particular for interference filters for switched-mode power supplies, with winding 1 and winding 2, each in two identical and in.Series-connected partial windings are divided.

Bei der Entstörung von Schaltnetzteilen erhält die Frage der kurzzeitigen Strom-Überlast der Störschutzfilter und damit im wesentlichen der Drosseln in zunehmendem Maße Bedeutung. Das Schaltnetzteil zieht aus dem Stromyersorgungsnetz einen Effektivwert des Stromes, der nur ideeller Art ist. Real besteht nämlich der Strom aus kurzzeitigen Pulsen von 2 ... 5 ms Länge, die jedoch das 3- bis 5-fache des gemessenen Effektivwertes betragen. Werden die Wicklung 1 und Wicklung 2 der stromkompensierten Ringkerndrosseln jeweils auf dem halben Kreisumfang des Ringkerns angeordnet, so sinkt der Induktivitätswert unter Spitzenlast erheblich, so daß sich die Entstörwirkung verschlechtert.When suppressing interference in switched-mode power supplies, the question of short-term current overload is raised by the interference filter and thus essentially the throttles of increasing importance. The switched-mode power supply draws from the power supply network an effective value of the current, which is only ideal. In fact, the electricity consists of short-term pulses of 2 ... 5 ms in length, which, however, are 3 to 5 times the measured effective value. The winding 1 and winding 2 of the current-compensated toroidal core chokes are each on half the circumference of the toroidal core, the inductance value drops considerably under peak load, so that the interference suppression effect worsened.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, stromkompensierte Ringkerndrosseln der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch eine verbesserte Last-Stromabhängigkeit auszeichnen.The present invention is based on the object of providing current-compensated toroidal chokes of the type mentioned at the beginning Art to create, which are characterized by an improved load-current dependency.

Bei einer stromkompensierten Ringkerndrossel, insbesondere für Störschutzfilter für Schaltnetzteile, mit Wicklung 1 und Wicklung 2, die jeweils in zwei gleiche und in Serie geschaltete Teilwicklungen aufgeteilt sind, siehtIn the case of a current-compensated toroidal core choke, especially for noise filters for switched-mode power supplies, with winding 1 and winding 2, which are each divided into two identical and series-connected partial windings

Kra 1 Rau 24.03.1981Kra 1 Rau March 24, 1981

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die Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe vor, daß auf dem Ringkern die Teilwicklungen der Wicklung 1 und die Teilwicklungen der Wicklung 2 jeweils einander gegenüberliegen, wobei die Teilwicklungen zweckmäßigerweise gleichmäßig über den i.a. aus hochpermeablem Werkstoff bestehenden Ringkern verteilt sind.the invention for solving the problem posed that on the toroidal core the partial windings of the winding 1 and the partial windings of the winding 2 are opposite one another, the partial windings expediently evenly over the i.a. are distributed from highly permeable material existing toroidal core.

Die Dimänsionierung der bekannten, stromkompensierten Drosseln mit zwei nebeneinander angeordneten Wicklungen ist auf den Spitzenstrom ausgelegt und erfordert daher erheblich mehr Ferrit-Kernmaterial (höhere A-r Werte), als bei der erfindungsgemäß gewählten Reihenschaltung von gegenüberliegenden Wicklungen. Bei dieser "Über-Kreuz-Schaltung" kann die Auslegung der Ringkerndrossel nach dem Effektivwert des Laststromes durchgeführt werden, was zu geringerem Ferrit-Materialbedarf führt. Dabei werden die Windungszahlen der Wicklungen der Ringkerndrosseln nicht erhöht, sondern nur aufgeteilt,wonach die Wicklungen über Kreuz verbunden werden.The dimensioning of the well-known, current-compensated Chokes with two windings arranged next to one another are designed for the peak current and therefore require considerably more ferrite core material (higher A-r values), than in the case of the series connection of opposing windings selected according to the invention. With this "cross-over connection" The design of the toroidal core choke can be carried out according to the effective value of the load current, which leads to a lower ferrite material requirement. Thereby the number of turns of the windings of the toroidal core chokes not increased, but only divided according to what the windings are connected crosswise.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments. It shows:

Fig. 1 eine bekannte Ringkerndrossel in Draufsicht undFig. 1 shows a known toroidal core choke in plan view and

in schematischer Darstellung, Fig. 2 eine Ringkerndrossel nach der Erfindung in derin a schematic representation, Fig. 2 shows a toroidal core choke according to the invention in the

Darstellung nach Fig. 1,
Fig. 3 bis β jeweils die Abhängigkeit der Induktivität vent Laststrom für Ringkerndrosseln nach Fig. 1 und 2 u. zw. für gleiche Ferrit-Werkstoffe, jedoch verschiedene Ferritkerndurchmessar¹ (58 mm bzw. 100 mm) und bei unterschiedlichen Abwerten (mehrere Ferritringkerne übereinander).Representation according to Fig. 1,
Fig. 3 to β each the dependence of the inductance vent load current for toroidal core chokes according to Fig. 1 and 2 and between the same ferrite materials, but different ferrite core ^{diameters 1} (58 mm or 100 mm) and with different devaluations (several ferrite ring cores on top of each other ).

VPAVPA

Die Ringkerndrossel nach Fig. 1 besitzt einen Ringkern 3, nämlich Ferrit-Ringkern, mit Wicklung 1 und Wicklung 2, die jeweils in zwei gleiche, d. h. gleiche Windungszahlen aufweisende und in Serie-geschaltete Teilwicklun- gen I, II bzw. Ill, IV aufgeteilt und nebeneinander angeordnet sind. Jede Teilwicklung, d. h. auch die Teilwicklungen des Ausführungsbeispieles nach der Erfindung (siehe Fig. 2), besitzt 12 Windungen. Mit 1, 1¹ und 2, 2' sind schließlich die Anschlußenden der jeweils in Serie geschalteten Teilwicklungen bezeichnet.The toroidal core choke according to FIG. 1 has a toroidal core 3, namely ferrite toroidal core, with winding 1 and winding 2, each of which is divided into two partial windings I, II and III, IV which are identical, ie have the same number of turns and are connected in series and are arranged side by side. Each partial winding, ie including the partial windings of the exemplary embodiment according to the invention (see FIG. 2), has 12 turns. Finally, 1, 1 ¹ and 2, 2 'denote the connection ends of the partial windings connected in series.

In Fig. 3 ist für eine mit einem Ferritringkern von 58 mm Durchmesser ausgerüstete Ringkerndrossel nach Fig. 1 die Laststromabhängigkeit der Induktivität aufgetragen. Als Ringkernmaterial findet hier ein unter der Bezeichnung N30 bekannter Ferrit; Hersteller Fa. Siemens AG,Verwendung. Die Kurven 4, 5, 6 kennzeichnen jeweils stromko^ensierte Ringkerndrosseln mit einem bzw. zwei bzw. drei stapeiförmig zusammengefaßten und gemeinsam bewickelten Ringkernspule Aufspaltung der Kurven 4, 5, in jeweils zwei Kurven 7, 8, wobei die Kurve 7 strichliniert ist, ist auf die unterschiedlichen Materialien der Becher zurückzuführen, in welche die Ringkerndrosseln eingeführt sind. Die ausgezogenen Kurven geben jeweils die Laststromabhängigkeit der Induktivität bei Verwendung von Aluminiumbechern und die gestrichelten Kurven den entsprechenden Verlauf bei Benutzung von Eisenbechern wieder.In Fig. 3 is for a equipped with a ferrite ring core of 58 mm diameter toroidal choke Fig. 1 plotted the load current dependence of the inductance. A toroidal core material is used here under the Designation N30 known ferrite; Manufacturer company Siemens AG, use. The curves 4, 5, 6 characterize, respectively Stromko ^ ensierte toroidal core chokes with one or two or three toroidal core coils combined in stacks and wound together, splitting of the curves 4, 5, in each case two curves 7, 8, the curve 7 being dashed lines, is based on the different materials Cups, in which the toroidal chokes are introduced. The solid curves indicate the load current dependency of the inductance when used of aluminum cups and the dashed curves show the corresponding course when using iron cups again.

Die Kurve 5 nach Fig. 3 zeigt, daß die bekannte, in einen Aluminiumbecher eingeführte Ringkerndrossel nach Fig. 1 eine unbefriedigende Laststromabhängigkeit der Induktivität besitzt. So verringert sich die Induktivität bei einer Vollast von 60 A auf etwa 40 % ihres Ausgangswertes. The curve 5 according to FIG. 3 shows that the known toroidal core choke according to FIG. 1 introduced into an aluminum cup has an unsatisfactory load current dependency of the inductance. With a full load of 60 A, the inductance is reduced to around 40 % of its initial value.

Demgegenüber zeigt die Fig. 4, welche die Lastromabhängigkeit einer Ringkerndrossel nach Fig. 2 wiedergibt, eine wesentlich verbesserte Laststromabhängigkeit der Induktivität. Durch die Jeweils einander gegenüberliegenden Teilwicklungen I, II bzw. Ill, IV der Wicklung 1 und Wicklung 2 wird bei ansonsten gleichem Ringkerndurchmesser und gleichem Ringkern- und Bechermaterial eine Stabilität erreicht, die z. B. bei Vollast von 60 A nur eine Induktivitätsminderung von 5 % zuläßt (siehe Fig. 4, Kurve 10).In contrast, FIG. 4, which shows the load current dependency of a toroidal core choke according to FIG. 2, shows a significantly improved load current dependency of the inductance. Due to the opposing partial windings I, II or III, IV of the winding 1 and winding 2, a stability is achieved with otherwise the same toroidal core diameter and the same toroidal core and cup material, which z. B. at full load of 60 A only allows an inductance reduction of 5 % (see Fig. 4, curve 10).

Die Figuren 5 und 6 geben bei i. ü. gleichen Bedingungen, jedoch für einen Ringkerndurchmesser von jeweils 100 mm, die Laststromabhängigkeit der Induktivität für Ringkerndrosseln nach Fig. 1 und 2 wieder, deren Ringkerne gleichfalls aus einem unter der Bezeichnung N30 bekannten Ferrit-Werkstoff der Fa. Siemens AG bestehen. Während gemäß Fig. 5, Kurve 12 bei Verwendung von zwei Ringkernen und bei Vollast von 150 A die Induktivitätsminderung noch etwa 94 % beträgt, verringert sich dieser Wert bei Benutzung der Ringkerndrossel nach Fig. 2 auf etwa 50 %. Figures 5 and 6 show at i. ü. The same conditions, but for a toroidal core diameter of 100 mm each, the load current dependency of the inductance for toroidal chokes according to FIGS. 1 and 2, whose toroidal cores also consist of a ferrite material known as N30 from Siemens AG. While according to FIG. 5, curve 12 when using two toroidal cores and at full load of 150 A, the inductance reduction is still about 94% , this value is reduced to about 50% when using the toroidal core choke according to FIG. 2.

Claims

(ν) Current-compensated toroidal core choke, in particular for interference filters for switched-mode power supplies, with winding 1 and winding 2, which are each divided into two identical and series-connected partial windings, characterized in that the partial windings (I, II) of the Winding 1 and the partial windings (III, IV) of winding 2 are opposite one another.

2. toroidal core choke according to claim 1, characterized in that the partial windings (I, II, II, IV) are evenly distributed over the toroidal core (3).

3. toroidal core choke according to claim 1,2, characterized in that the toroidal core (3) consists of highly permeable material.

4. toroidal core choke according to claim 1 to 3, characterized in that several toroidal cores are stacked are summarized and wound together.