DE3533489C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein mit einer Netzleitung
für elektrische Geräte verbindbares Rauschfilter, bestehend
aus einer mit der Netzleitung in Reihe geschalteten Spulen
einrichtung und aus einer mit dem Ende der Spuleneinrich
tung verbundenen Kondensatoreinrichtung (siehe z. B. DE-
Buch Siemens Datenbuch 1977/78 Funkentstörbauelemente, Sei
ten 262 und 263).
Derartige Filter eignen sich unter anderem dazu, bei In
duktionsheizeinrichtungen zu verhindern, daß Rauschsignale
aus der Induktionsheizeinrichtung über die Netzleitung
nach außen gelangen.
Im allgemeinen treten bei elektrischen Geräten Rauschsi
gnale über die mit dem elektrischen Gerät verbundene Netz
leitung aus. Um dies zu verhindern, ist bereits vorge
schlagen worden, einen Rauschfilter bzw. eine Rauschsperre
in die Netzleitung zu schalten. Besteht jedoch der Rausch
filter aus einer Resonanzschaltung, so kann durch ihn ein
Austreten von Rauschsignalen durch die Netzleitung nicht
verhindert werden, wenn er mit seiner Resonanzfrequenz
angeregt wird.
Es ist bekannt, aus diesem Grund den Spulen und Kondensato
ren, aus denen ein Rauschfilter aufgebaut ist, eine relativ
geringe Güte zu geben (Zeitschrift Electronics, Oktober
1966, Seiten 58 bis 67). Diesen Maßnahmen ist allerdings da
eine Grenze gesetzt, wo wegen einer zu geringen Güte die
Elemente des Rauschfilters sich im Betrieb derart stark er
wärmen, daß es zu Zerstörungen kommen kann. Auf der anderen
Seite ist es nicht ohne weiteres möglich, gezielt Spulen
und Kondensatoren mit einer derart verringerten Güte herzu
stellen, wie sie im Hinblick auf die Vermeidung von Reso
nanzeinbrüchen gefordert werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rauschfilter
der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß einer
seits zumindest in einem vorgegebenen Frequenzbereich Reso
nanzeinbrüche vermieden werden, andererseits jedoch die
obengenannten Probleme vermieden sind.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 angegeben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unter
ansprüchen zu entnehmen.
Ein mit einer Netzleitung für elektrische Geräte verbindba
res Rauschfilter der eingangs genannten Art zeichnet sich
erfindungsgemäß dadurch aus, daß es eine Widerstandsein
richtung zur Einstellung des Resonanzverhaltens aufweist,
deren eines Ende mit dem freien Ende der Kondensatorein
richtung und deren anderes Ende mit der Erdklemme verbunden
ist.
Aufgrund dieser Konzeption ist es sehr einfach, das Reso
nanzverhalten des Filters den praktischen Bedürfnissen an
zupassen, Beschränkungen, wie sie dann bestehen, wenn Reso
nanzeinbrüche durch Verringerung der Güte der zum Aufbau
des Filters verwendeten Spulen und Kondensatoren verhindert
werden, bestehen hier nicht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet
sich dadurch aus, daß die Spuleneinrichtung zwei Spulen
besitzt, von denen je eine mit jeweils einem Pol einer
Netzleitung verbindbar ist, die Kondensatoreinrichtung
zwei Kondensatoren aufweist, die über jeweils einen Kon
densatoranschluß mit einem Ende je einer Spule verbun
den sind, während die beiden anderen Kondensatoranschlüs
se direkt miteinander verbunden sind, und daß die Wider
standseinrichtung mit den untereinander verbundenen Kon
densatoranschlüssen verbunden ist.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung
zeichnet sich dadurch aus, daß die Spulenrichtung zwei
Spulen besitzt, von denen je eine mit jeweils einem Pol
einer Netzleitung verbindbar ist, die Kondensatoreinrich
tung zwei Kondensatoren aufweist, die über jeweils einen
Kondensatoranschluß mit einem Ende je einer Spule ver
bunden sind, und daß die Widerstandseinrichtung zwei
Widerstände besitzt, von denen jeweils ein Ende mit je
einem freien Kondensatoranschluß verbunden ist, während
die anderen Widerstandsenden mit der Erdklemme verbunden sind.
Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung
dar. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltdiagramm eines Rauschfilters gemäß eines
ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 ein Schaltdiagramm eines Rauschfilters gemäß eines
zweiten Ausführungsbeispiels, und
Fig. 3(1) bis 3(3) den Zusammenhang zwischen Rausch
spannung und Rauschfrequenz bei drei verschiedenen Wider
standswerten von 0 Ohm, 47 Ohm und 100 Ohm.
In der Fig. 1 ist ein Schaltdiagramm eines Rauschfilters
nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dar
gestellt. Der Rauschfilter 1 besitzt zwei Drosselspulen
2 und 2′, zwei Parallelkondensatoren 3 und 3′, einen zwi
schen den beiden Drosselspulen 2 und 2′ liegenden Konden
sator 4 und einen Widerstand 9.
Eine Wechselspannungsquelle 20 (AC-Spannungsquelle) ist
mit Eingangsklemmen 6, 6′ verbunden. Mit Ausgangsklemmen
7, 7′ ist ein Hauptteil 25 eines elektrischen Gerätes über
Netzleitungen 5, 5′ verbunden, über die es von der Wechsel
spannungsquelle 20 versorgt werden kann. Das Rauschfil
ter 1 liegt zwischen der Wechselspannungsquelle 20 und
dem Hauptteil 25 des elektrischen Gerätes, um zu verhin
dern, daß Rauschsignale aus dem elektrischen Gerät über
die Netzleitungen zwischen den Klemmen 6-7 und 6′-7′ zur
Wechselspannungsquelle gelangen.
Ist das elektrische Gerät eine Induktionsheizeinrichtung,
so stellt der Hauptteil 25 des Gerätes einen Inverter dar.
Zwischen den Klemmen 6 und 7 liegt die Drosselspule 2,
während zwischen den Klemmen 6′ und 7′ die Drosselspule 2′
liegt. Die genannten beiden Drosselspulen 2 und 2′ lie
gen somit in Reihe zu den beiden Netzleitungen 5, 5′.
Zwischen den beiden Drosselspulen 2, 2′ liegt ein Kondensa
tor 4, der die beiden Netzleitungen 5 und 5′ miteinander
verbindet. Ein Ende des Kondensators 4 liegt dabei zwi
schen dem einen Ende der Drosselspule 2 und der Ausgangs
klemme 7, während das andere Ende des Kondensators 4 zwi
schen der Drosselspule 2′ und der Ausgangsklemme 7′ liegt.
Die beiden Parallelkondensatoren 3, 3′ liegen parallel
zum Kondensator 4. Ein Anschluß des Parallelkondensators
3 ist dabei mit dem Leitungsabschnitt zwischen der Dros
selspule 2 und der Ausgangsklemme 7 verbunden, während
ein Anschluß des anderen Parallelkondensators 3′ mit dem
Leitungsabschnitt zwischen der Drosselspule 2 und der
Ausgangsklemme 7′ verbunden ist. Die beiden anderen An
schlüsse der Parallelkondensatoren 3, 3′ sind direkt mit
einander verbunden und bilden einen Knotenpunkt 8. Mit
dem Knotenpunkt 8 ist ein Anschluß eines Widerstandes 9
verbunden, dessen anderer Anschluß über eine Leitung 10
mit einer Erdklemme 10 a verbunden ist, die auf Erdpo
tential liegt.
Die Elemente 2, 2′, 3, 3′, 4 und 9 befinden sich beispiels
weise auf einer gedruckten Schaltungsplatte bzw. auf einem
Substrat und bilden ein Rauschfilter
gemäß der vorliegenden Erfindung.
Im nachfolgenden wird die Wirkungsweise des Rauschfilters 1
näher beschrieben. Die von dem zwischen den Ausgangsklem
men 7, 7′ liegenden Hauptteil 25 des elektrischen Gerätes
erzeugten normalen Rauschsignale treten über die Ausgangs
klemmen 7, 7′ in das Rauschfilter 1 ein. Da aus Sicherheits
gründen ein Metallgehäuse oder Metallteil des elektrischen
Gerätes geerdet ist, bildet sich eine veränderliche Kapa
zität zwischen dem Hauptteil 25 des elektrischen Gerätes
und dem Metallgehäuse bzw. Metallteil aus, so daß zusätz
lich eine Gleichtaktstörung an beiden Enden der
Parallelkondensatoren 3 und 3′ hervorgerufen wird.
Durch die Drosselspulen 2, 2′ und den Kondensator 4 werden
die symmetrischen Rauschsignale daran
gehindert, über die Klemmen 6, 7 bzw. 6′, 7′ zur Wechsel
spannungsquelle 20 zu gelangen. Andererseits wird durch
die Parallelkondensatoren 3, 3′ verhindert, daß die durch
die Gleichtaktstörung erzeugten Signale über die
Klemmen 6-7 bzw. 6′-7′ an den Klemmen 6 bzw. 7 auftreten
können. Besitzen die beiden Drosselspulen 2, 2′ jeweils
eine Induktivität von etwa 30 µH und die beiden Parallel
kondensatoren 3, 3′ jeweils eine Kapazität von etwa
1000 pF, so tritt eine Resonanz bei einer Frequenz von
etwa 900 KHz auf. Durch den Widerstand 9 wird diese Reso
nanz unterdrückt, ohne daß dabei Rauschsignale entstehen
bzw. bei dieser Frequenz Rauschsignale an den Klemmen
6 bzw. 6′ erscheinen können.
Bei dem eine Drosselspule 2 und einen Parallelkondensator
3 aufweisenden Parallelschwingkreis kann
eine Resonanz bei einer Resonanzfrequenz von etwa 900 KHz
auftreten, wie bereits erwähnt. Die Hauptschaltung des
Hauptteils 25 und der Parallelschwingkreis sind über
die variable Kapazität miteinander gekoppelt, so daß
dadurch normalerweise eine Verstärkung der Resonanzer
scheinung bei der Resonanzfrequenz hervorgerufen wird.
Aufgrund des genannten Widerstandes 9 innerhalb des
Rauschfilters 1 wird jedoch diese Verstärkung erheblich
reduziert.
In den Fig. 3(1), 3(2) und 3(3) ist für verschiedene Wider
standswerte des Widerstandes 9 jeweils die Abhängigkeit
der Rauschspannung von der Rauschfrequenz aufgetragen.
Bei hoher Rauschfrequenz liegt der Widerstand 9 in Reihe
mit der Impedanz des Parallelkondensators 3, so daß des
sen Ableiteigenschaft herabgesetzt ist. Dementsprechend
wird der Widerstandswert R des Widerstandes 9 vorzugswei
se so gewählt, daß er das 0,5 bis 2fache der Impedanz R L
zwischen den Netzleitungen der Elemente 6-7 bzw. 6′-7′
und der geerdeten Leitung 10 beträgt. Der Widerstands
wert R des Widerstandes 9 liegt also im Bereich ½ R L ≦
R ≦ 2 R L .
Die Fig. 3(1) zeigt die Abhängigkeit der Rauschspannung
zwischen der Netzleitung und der geerdeten Leitung in Ab
hängigkeit der Rauschfrequenz, wenn der Widerstandswert R
des Widerstandes 9 null Ohm beträgt. In den Fig. 3(2) und
3(3) sind entsprechende Abhängigkeiten für die Widerstands
werte von etwa 47 Ohm und 100 Ohm dargestellt.
Ein Schaltdiagramm eines Rauschfilters nach einem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt.
Anstelle des einen Widerstandes 9 besitzt der Rauschfilter
nach Fig. 2 2 Widerstände 11 und 12. Ein Ende des Wider
standes 11 ist dabei mit dem freien Ende des Parallelkon
densators 3 verbunden, während ein Ende des anderen Wider
standes 12 mit dem freien Ende des Parallelkondensators 3′
verbunden ist. Die beiden anderen Enden der Widerstände 11
und 12 sind direkt miteinander verbunden und bilden den
Knotenpunkt 8. Dieser ist über eine Erdleitung 10 unmit
telbar mit der Erdklemme 10 a verbunden. Die Widerstände 11 und
12 liegen also jeweils in Reihe mit den entsprechenden Pa
rallelkondensatoren 3 bzw. 3′.
Durch die genannten Rauschfilter wird erreicht, daß insbe
sondere Rauschsignale im Radiofrequenzbereich nicht über
die Netzleitungen nach außen treten können. Dies wird
durch Steuerung der Resonanzerscheinung verhindert. Auch
aufgrund von Schaltvorgängen innerhalb des Hauptteils 25
des elektrischen Gerätes erzeugte Rauschsignale werden
wirkungsvoll unterdrückt und daran gehindert, an den Ein
gangsklemmen 6, 6′ zu erscheinen.
Wäre der Widerstand 9 in dem in Fig. 1 dargestellten
Rauschfilter 1 nicht vorhanden, so würden die Drosselspu
len 2, 2′, die Kondensatoren 3, 3′, die Erdleitung 10 und
jeweils eine der Netzleitungen zwischen den Elementen 6-7
und 6′-7′ einen Resonanzschaltkreis bilden. Die Schaltung
nach Fig. 1 ohne den Widerstand 9 wäre daher nicht in der
Lage, bei der Resonanzfrequenz als Rauschfilter
zu arbeiten, mit der Folge, daß Rauschsigna
le über die Netzleitungen nach außen treten würden.
Beträgt der Wert jedes Parallelkondensators 3, 3′ etwa
1000 pF und die Induktivität jeder Drosselspule 2, 2′
etwa 30 µH, so wird eine Resonanz im mittleren Frequenz
bandbereich angeregt, also im Mittelwellenbereich, wobei
die Resonanzfrequenz bei etwa 900 KHz liegt. Demzufolge
könnten durch die Resonanzerscheinung Störungen von Emp
fängern im Mittelwellenbereich verursacht werden. Auf
grund des Widerstandes 9 in dem Rauschfilter
nach der Erfindung wird dieses Problem besei
tigt.
Ein elektrisches Gerät muß bezüglich der von ihm erzeugten
Rausch- bzw. Störsignalspannungen den Standarderfordernis
sen entsprechen, beispielsweise den FCC-, VDE- und CISPR-Nor
men. Deswegen werden Rauschfilter ein
gesetzt, die Impedanzelemente wie z. B. Spulen und Kapazi
täten besitzen und in der Netzleitung liegen, um zu ver
hindern, daß Rauschsignale aus dem elektrischen Gerät
durch die Netzleitung nach außen treten. Die Anforderungen
beziehen sich auf einen Breitband-Frequenzbereich, der
sich von etwa von 10 KHz bis 30 MHz erstreckt. In diesem
Breitband-Frequenzbereich wird bei herkömmlichen Rauschfil
tern mit Spulen und Kondensatoren das
Austreten von Rauschsignalen im Bereich der Resonanzfre
quenz von Resonanzschaltungen nicht unterdrückt. Vielmehr
wird dieser Effekt im Resonanzbereich verstärkt. Im Gegen
satz dazu ist bei dem Rauschfilter nach der Erfindung eine
zusätzliche Widerstandseinrichtung 9 bzw. 11, 12 vorgesehen.
Durch diese Widerstandseinrichtung wird das Auftreten von
Eigenresonanzen im Resonanzschaltkreis verhindert. Der
Rauschpegel kann dadurch im Resonanzpunkt um etwa 10 dB
herabgesetzt werden. Zwar erhöht sich einerseits durch den
Einsatz der Widerstandseinrichtung die Impedanz des
Rauschfilters, während andererseits die Rauschunterdrüc
kung bei hohen Frequenzen herabgesetzt wird; diese Pro
bleme beeinflussen jedoch nicht den Betrieb des elektri
schen Gerätes und können daher unberücksichtigt bleiben.
Claims (6)
1. Mit einer Netzleitung für elektrische Geräte (25)
verbindbares Rauschfilter (1) bestehend aus
- - einer mit der Netzleitung (5, 5′) in Reihe geschalteten Spuleneinrichtung (2, 2′) und aus
- - einer mit dem Ende der Spuleneinrichtung (2, 2′) verbun denen Kondensatoreinrichtung (3, 3′),
gekennzeichnet durch eine ohmsche Widerstandseinrichtung (9; 11,
12) zur Einstellung des Resonanzverhaltens, deren eines
Ende mit dem freien Ende der Kondensatoreinrichtung (3, 3′)
und deren anderes Ende mit der Erdklemme (10 a) verbunden
ist.
2. Rauschfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Spuleneinrichtung zwei Spulen (2, 2′) besitzt,
von denen je eine mit jeweils einem Pol einer Netzleitung
(5, 5′) verbindbar ist, die Kondensatoreinrichtung zwei
Kondensatoren (3, 3′) aufweist, die über jeweils einen Kon
densatoranschluß mit einem Ende je einer Spule (2, 2′) ver
bunden sind, während die beiden anderen Kondensatoran
schlüsse direkt miteinander verbunden sind, und daß die ohmsche Wi
derstandseinrichtung (9) mit den untereinander verbundenen
Kondensatoranschlüssen verbunden ist.
3. Rauschfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Spuleneinrichtung zwei Spulen (2, 2′) besitzt,
von denen je eine mit jeweils einem Pol einer Netzleitung
(5, 5′) verbindbar ist, die Kondensatoreinrichtung zwei
Kondensatoren (3, 3′) aufweist, die über jeweils einen Kon
densatoranschluß mit einem Ende je einer Spule (2, 2′) ver
bunden sind, und daß die ohmsche Widerstandseinrichtung zwei Wider
stände (11, 12) besitzt, von denen jeweils ein Ende mit je
einem freien Kondensatoranschluß verbunden ist, während die
anderen Widerstandsenden mit der Erdklemme (10 a) verbunden
sind.
4. Rauschfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß es mit der Netzleitung für ein
elektrisches Gerät verbindbar ist, das durch eine Schalt
einrichtung gesteuert wird.
5. Rauschfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß es mit einer Netzleitung verbun
den ist, die der Stromversorgung einer Invertereinrichtung
für eine Induktionsheizeinrichtung dient.
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