DE4133352C2 - LC-Verbundelement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein LC-Verbundelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Ein derartiges LC-Verbund­ element ist beispielsweise aus der JP 59-1 39 619 A bekannt und als Störschutzfilter verwendbar. Die Funktion dieses Verbund­ elementes ist aber lediglich eine Funktion von äquivalenten Spulen und X-Kondensatoren.

Ein LC-Störschutzfilter wird im allgemeinen in einer Vorrich­ tung mit elektromagnetischem Umfeld, die auch als "EMC oder elektromagnetisch kompatible - Vorrichtung" bezeichnet wird, beispielsweise bei einer Strom- oder Spannungsquelle, zum Be­ seitigen von Wechselstromstörungen benutzt.

Herkömmliche Bauformen von derartigen LC-Verbundelementen sind aus der JP-Gbm 54-94 129 (Veröffentlichungsdatum 3.7.79) und der JP-Gbm 57-1 09 621 (Veröffentlichungsdatum 6.7.82) bekannt und werden nachstehend anhand der Fig. 6 und 7 näher erläu­ tert. Ein LC-Störschutzfilter mit einer Vielzahl von Konden­ satoren (X-Kondensator und Y-Kondensator) und einer Vielzahl von Spulen ist allgemein in dem Schaltbild der Fig. 6 dar­ gestellt. Die Bezugszeichen 11 bis 13 in Fig. 6 bezeichnen beispielsweise Anschlüsse für eine Empfangsschaltung, und die Bezugs­ zeichen 21 bis 23 bezeichnen Anschlüsse für eine Rauschen erzeugende Schaltung oder einen Rauschgenerator. Unter diesen Anschlüssen sind beispielsweise die Anschlüsse 12 und 21 Erd­ klemmen bzw. Masseanschlüsse.

CY11 und CY12 sind Kondensatoren für die Beseitigung von Gleichtaktstörungen (common mode noise), die auf seiten der Empfangsschaltung, das heißt des Y-Kondensators, in Reihe ge­ schaltet sind. Der Y-Kondensator CY11 ist zwischen die An­ schlüsse 11 und 12 gelegt, während der Y-Kondensator CY12 zwischen die Anschlüsse 12 und 13 geschaltet ist.

CY21 und CY22 sind Kondensatoren (Y-Kondensatoren) zum Besei­ tigen von Gleichtaktstörungen, die am Rauscherzeuger in Reihe geschaltet sind. Der Y-Kondensator CY21 ist zwischen den An­ schlüssen 21 und 22 angeordnet, während der Y-Kondensator CY22 sich zwischen den Anschlüssen 22 und 23 befindet.

CX1 bezeichnet einen Kondensator zum Beseitigen von Normalbe­ triebsstörungen (normal mode noise), der auf seiten der Emp­ fangsschaltung eingebaut ist, das heißt es handelt sich um einen X-Kondensator, der zwischen die Anschlüsse 11 und 13 geschaltet ist. CX2 ist ein Kondensator zum Beseitigen von Normalbetriebsstörungen, das heißt ein X-Kondensator, der auf seiten des Rauschgenerators eingebaut ist und zwischen den Anschlüssen 21 und 23 liegt. L1 bezeichnet eine Spule zwi­ schen den Anschlüssen 11 und 21, und L2 ist eine Spule zwi­ schen den Anschlüssen 13 und 23.

Der in Fig. 6 gezeigte bekannte LC-Störschutzfilter arbeitet wie folgt.

Wenn eine Wechselstromstörung mit einer Frequenz f vom Rauschgenerator erzeugt wird und das Störsignal an den An­ schlüssen 21 und 23 anliegt, bildet sich eine Vielzahl von Pfaden, die durch die Kondensatoren CY11, CY12 und CX2 ebenso wie die Spulen L1 und L2 im LC-Störschutzfilter verlaufen, und alle Rauschsignale einschließlich der Gleichtaktstörungen und der Normalbetriebsstörungen werden umgeleitet. Diese Störsignale werden folglich nicht an den Anschlüssen 11 und 13 auf seiten der Empfangsschaltung überlagert.

Mit anderen Worten heißt das, daß die Normalbetriebsstörungen über den Weg entfernt werden, der durch den Anschluß 21, den X-Kondensator CX2 und den Anschluß 23 verläuft. Die Gleichtaktstörungen werden auf dem Weg beseitigt, der durch den Anschluß 21, die Spule L1, den Y-Kondensator CY11 und den Anschluß 12 verläuft, und außerdem über den Weg, der durch den Anschluß 23, die Spule L2, den Y-Kondensator CY12 und den Anschluß 12 verläuft.

Da in diesem Fall der X-Kondensator CX1 und die Y-Kondensato­ ren CY21 und CY22 im Schaltkreis vorgesehen sind, können Störsignale von den Anschlüssen 11 und 13 entfernt werden, wodurch der Richtungscharakter derselben eliminiert und das Störbeseitigungsverhältnis vergrößert wird.

Normalerweise haben jedoch die Leitungsanschlüsse, versehen mit den Kondensatoren und Spulen, eine entsprechende äquiva­ lente Induktivität und Kapazität. Aus diesem Grund ist es schwer, eine vollständige Impedanzanpassung zwischen dem Störschutzfilter und einer Vorrichtung zur Filterung zu er­ zielen.

Aus diesem Grund findet in dem Störschutzfilter eine Refle­ xion des Störsignals durch die Fehlanpassung statt. Wie Fig. 7 zeigt, hat beispielsweise die Impedanzcharakteristik in be­ zug auf die Frequenz f teilweise Resonanzpunkte und Semireso­ nanzpunkte P1 bis P3, und der Dämpfungswert des Störsignals hat Schwankungsspitzen.

Aus diesem Grund wird in der nicht geprüften japanischen Pa­ tentveröffentlichung JP 59-1 39 619 A ein Aufbau vorgeschla­ gen, bei dem ein folien- oder filmartiges LC-Verbundelement vorgesehen ist, um auf diese Weise die Erzeugung der Reso­ nanzpunkte zu unterbinden. Das LC-Verbundelement der genann­ ten Veröffentlichung hat jedoch einen doppellagigen Aufbau. Aus diesem Grund kann kein Y-Kondensator gebildet werden, und das Unterdrücken von Gleichtaktstörungen ist nicht möglich.

Da der bekannte LC-Störschutzfilter mit einer Vielzahl von Spulen und Kondensatoren arbeitet, wie vorstehend erwähnt, erweist sich die Impedanzanpassung aufgrund der Struktur der Leitungsanschlüsse als schwierig. In bezug auf die Frequenz f hat dabei nämlich ein Teil der Impedanzkurve einen Resonanz­ punkt und einen Semiresonanzpunkt und ist nicht allgemein verwendbar. Ferner ist ein LC-Verbundelement vorgeschlagen worden, bei dem die Zuleitungsklemmenstruktur weggelassen ist. Im Fall dieses Elementes wird aber nicht berücksichtigt, wie Gleichtaktstörungen zu beseitigen sind. Mit dem Element kann folglich das Störbeseitigungsverhältnis nicht verbessert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein LC-Verbundelement zu schaf­ fen, mit dem Gleichtaktstörungen beseitigt und das Störbesei­ tigungsverhältnis insgesamt verbessert werden kann.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird ein LC-Verbundelement angegeben, welches Metallfolien und Isolierfilme oder Isolierschichten aufweist, die abwechselnd aufeinandergeschichtet und aufgewickelt sind, um dadurch äquivalente Spulen und Kondensatoren zu bilden. Das Element ist dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens ein Paar Haupt­ metallfolien und eine Vielzahl von geerdeten Metallfolien zwischen den Hauptmetallfolien aufweist, die in eine größere Zahl unterteilt sind. Dadurch entsteht ein X-Kondensator zwi­ schen den jeweiligen Hauptmetallfolien zur Beseitigung von Normalbetriebsstörungen und ein Y-Kondensator zwischen den entsprechenden geerdeten Metallfolien und den entsprechenden Hauptmetallfolien zur Beseitigung von Gleichtaktstörungen.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Explosions-Ansicht eines Aus­ führungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 gezeig­ ten Ausführungsbeispiels in fertigem Zustand;

Fig. 3 einen Schnitt durch den Schichtaufbau aus Metallfo­ lien und Isolierschichten gemäß Fig. 1;

Fig. 4 ein Ersatzschaltbild der Anordnung gemäß Fig. 1;

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwi­ schen dem Dämpfungswert und der Frequenz bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6 ein Schaltbild eines herkömmlichen LC-Störschutz­ filters; und

Fig. 7 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwi­ schen dem Dämpfungswert und der Frequenz bei dem LC-Störschutzfilter gemäß Fig. 6.

In den Fig. 1 und 2, die ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung in verschiedenen Formen darstellen, bezeichnen die Bezugszeichen 11 bis 13 sowie 21 bis 23 die gleichen Teile bzw. Komponenten wie in der vorstehenden Beschreibung der Fig. 6. Fig. 3 zeigt einen Schichtaufbau aus Metallfolien und Isolierschichten gemäß Fig. 1 im Schnitt.

Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, weist das LC-Verbundele­ ment folgendes auf: eine Hauptmetallfolie 1; unterteilte und voneinander getrennte, geerdete Metallfolien 2a und 2b; einen zwischen der Hauptmetallfolie 1 und den geerdeten Metallfo­ lien 2a und 2b eingeschobenen Isolierfilm 3; unterteilte und voneinander getrennte Isolierfilme 4a und 4b, die der Rück­ seite der Metallfolien 2a und 2b zugewandt sind; eine weitere Hauptmetallfolie 5, die unter Zwischenschaltung des Isolier­ films 3, der geerdeten Metallfolien 2a und 2b und der Iso­ lierfilme 4a und 4b der Hauptmetallfolie 1 gegenüberliegend angeordnet ist; und einen Isolierfilm 6, der der Rückseite der Hauptmetallfolie 5 zugewandt angeordnet ist.

Der Schichtaufbau von der Hauptmetallfolie 1 bis zum Isolier­ film 6 ist um eine zylindrische Spule 7 gewickelt, und durch den hohlen mittleren Teil dieser Spule 7 ist ein stabförmiger Magnetkern 8 eingesetzt. Wenn nötig, wird mit dem Magnetkern 8 ein U-förmiger Magnetkern 9 verbunden.

Fig. 4 ist ein Ersatzschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die dort gezeigten Spulen L1 und L2 sind durch Umwickeln der Spule 7 gebildet. Zwischen den Hauptmetallfo­ lien 1 und 5 sind durch den Isolierfilm 3 hindurch X-Konden­ satoren CX1 und CX2 gebildet. Zwischen der Hauptmetallfolie 1 und der geerdeten Metallfolie 2a ist über den Isolierfilm 3 ein Y-Kondensator CY11 gebildet. Zwischen der geerdeten Me­ tallfolie 2a und der Hauptmetallfolie 5 ist durch den Iso­ lierfilm 4a hindurch der Y-Kondensator CY12 gebildet. Der Y-Kondensator CY21 ist zwischen der Hauptmetallfolie 1 und der geerdeten Metallfolie 2b durch den Isolierfilm 3 hindurch gebildet. Der Y-Kondensator CY22 ist zwischen der geerdeten Metallfolie 2b und der Hauptmetallfolie 5 durch den Isolier­ film 4b hindurch gebildet.

Die Arbeitsweise des in Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungs­ beispiels der Erfindung soll unter Hinweis auf Fig. 5 erläu­ tert werden, in der in einer Kurve die Frequenzcharakteristik des Wertes oder des Ausmaßes der Störunterdrückung darge­ stellt ist.

Durch die äquivalent gebildeten Y-Kondensatoren CY11 und CY12 sowie den X-Kondensator CX2 werden in diesem Fall Gleichtakt­ störungen ebenso wie Normalbetriebsstörungen eliminiert.

Hier werden die äquivalent geformten Spulen und Kondensatoren als Sammelkörper von im wesentlichen kleinen Spulen und Kon­ densatoren betrachtet, die Induktivitäten und Kapazitäten durch die verteilte konstante Schaltung haben. Deshalb hat, wie Fig. 5 zeigt, der Schaltkreis weder Resonanzpunkte noch Semiresonanzpunkte in der Frequenzcharakteristik des Dämp­ fungswertes. Aus diesem Grund kann das Störbeseitigungsver­ hältnis im Vergleich zur herkömmlichen Frequenzcharakteristik (gestrichelte Linie) erheblich verbessert werden.

Wie schon erwähnt, wird durch die äquivalente Ausbildung ei­ ner Vielzahl von Y-Kondensatoren CY11 und CY12 sowie CY21 und CY22 durch die unterteilte Vielzahl geerdeter Metallfolien 2a und 2b die Impedanzanpassung der Schaltung mit anderen In­ strumenten verbessert und das Störbeseitigungsverhältnis hin­ sichtlich der Gleichtaktstörungen verbessert. Der Rich­ tungscharakter wird beseitigt, da der Aufbau der Ersatzschal­ tung symmetrisch ist, und es können Störsignale in beiden Richtungen entfernt werden.

Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel bilden die je­ weiligen Metallfolien 1, 2a, 2b und 5 einen einschichtigen Aufbau. Es ist aber auch möglich, die Kapazität dadurch zu vergrößern, daß ein mehrschichtiger Aufbau geschaffen wird, in welchem die jeweiligen Metallfolien multipliziert sind.

Außerdem ergeben die jeweiligen Metallfolien 1, 2a, 2b und 5 einen planen Aufbau. Die Kapazität kann aber auch dadurch vergrößert werden, daß das Ausmaß bzw. der Flächenwert der Oberfläche wesentlich vergrößert wird, indem die Oberfläche aufgerauht wird.

Ferner ist bei diesem Ausführungsbeispiel von den geerdeten Metallfolien 2a und 2b, die äquivalente Y-Kondensatoren bil­ den, eine für den Rauschgenerator und eine für die Empfangs­ schaltung vorgesehen. Es ist aber auch möglich, diese durch weitere Unterteilungen an zwei oder mehr Stellen vorzusehen. Wenn dann die Rauschfrequenz als das zu eliminierende Ziel in eine Vielzahl von Zonen unterteilt wird, können den jeweili­ gen Frequenzzonen entsprechende Y-Kondensatoren gebildet wer­ den. Hierdurch läßt sich das Störbeseitigungsverhältnis noch weiter verbessern.

Gemäß der Erfindung sind mindestens ein Paar Hauptmetallfo­ lien und dazwischen angeordnete geerdete Metallfolien vorge­ sehen, die vielfach unterteilt sind, wodurch der X-Kondensa­ tor zum Entfernen von Normalbetriebsstörungen zwischen den jeweiligen Hauptmetallfolien gebildet ist, während der Y-Kon­ densator zum Entfernen von Gleichtaktstörungen zwischen den entsprechenden geerdeten Metallfolien und der Hauptmetallfo­ lie gebildet ist. Durch die Vielzahl geerdeter Metallfolien wird der Richtungscharakter beim Filter eliminiert und ein LC-Verbundelement erhalten, dessen Störbeseitigungsverhältnis für Gleichtaktstörungen verbessert ist, da eine Vielzahl von Y-Kondensatorstrukturen äquivalent zwischen den entsprechen­ den geerdeten Metallfolien und den Hauptmetallfolien ausge­ bildet ist.

Claims (1)

1. LC-Verbundelement mit Metallfolien und Isolierfilmen, die ab­ wechselnd aufeinandergeschichtet und zu äquivalenten Spulen und Kondensatoren aufgewickelt sind, gekennzeichnet durch

   • - mindestens ein Paar Hauptmetallfolien (1, 5) und
   • - eine Vielzahl geerdeter Metallfolien (2a, 2b), die zwi­ schen den Hauptmetallfolien angeordnet und wiederum in eine Viel­ zahl von Folien unterteilt sind, wobei sie zwischen den jeweiligen Hauptmetallfolien einen X-Kondensator zum Beseitigen von Normalbetriebsstörungen und zwischen den je­ weiligen geerdeten Metallfolien und den Hauptmetallfolien einen Y-Kondensator zum Beseitigen von Gleichtaktstörungen bilden.