DE9419797U1 - Choke for interference suppression of electrical and electronic devices - Google Patents
Choke for interference suppression of electrical and electronic devicesInfo
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Description
G 032 11.10.94G032 11.10.94
Die Erfindung betrifft die spezielle konstruktive Ausführung einer Drossel zur Entstörung elektrischer und elektronischer Geräte mit Ringkern. Insbesondere sollen mit dieser Drossel Schaltungen mit Silizium-Leistungshalbleiter-Bauelementen bzw. mit herkömmlichen elektromechanischen Ein- und Ausschaltern entstört werden. Sie soll, wie vom Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Geräten (EMVG) vom 09.11.1992 gefordert, insbesondere von Schaltvorgängen in Elektrogeräten ausgehende Störungen in einem weiten Frequenzbereich, der beispielsweise von 10 Hz bis 1 Ghz reicht, vom Stromversorgungsnetz fernhalten.The invention relates to the special design of a choke for suppressing interference in electrical and electronic devices with a toroidal core. In particular, this choke is intended to suppress interference in circuits with silicon power semiconductor components or with conventional electromechanical on and off switches. As required by the Electromagnetic Compatibility of Devices Act (EMVG) of November 9, 1992, it is intended to keep interference from switching processes in electrical devices in a wide frequency range, for example from 10 Hz to 1 GHz, away from the power supply network.
Dabei muß in einem relativ einfachen, weil massenhaft einzusetzendem Bauteil, gleichzeitig sehr verschiedenen Tendenzen Rechnung getragen werden:In this case, very different tendencies must be taken into account in a relatively simple component that can be used in large quantities:
Störungen gehen nicht nur von Schaltern oder Kommutatoren bzw. Kollektoren von Elektromotoren im klassischen Sinne sondern zunehmend und auf den ersten Blick nicht so offensichtlich auch von Schaltvorgängen in Leistungshalbleitern aus.Disturbances do not only come from switches or commutators or collectors of electric motors in the classic sense, but increasingly and at first glance not so obviously also from switching processes in power semiconductors.
Die Empfindlichkeit auf sowie die Wahrscheinlichkeit und Gefährlichkeit von elektromagnetischen Störungen hat zugenommen, wenn man beispielsweise die Funktion von Mobilfunk, elektronischem Motor-, Fahrwerks- und Bremsmanagement moderner Automobile einschließlich Auslösung des sogenannten "air bag" bedenkt.The sensitivity to, and the probability and danger of, electromagnetic interference has increased, for example when considering the function of mobile communications, electronic engine, chassis and brake management in modern automobiles, including the activation of the so-called "air bag".
Die Anforderungen an die Beständigkeit gegenüber jeder Art äußerer Einflüsse sind sehr verschärft worden, um die Entstörung an jeglichen Geräten unter jeglichen Einsatzbedingungen (beispielsweise Schwingungsbelastung und Feuchteeinfluß bei bodengebundenen Fahrzeugen, in der Verkehrs- und Automatisierungstechnik sowie bei Haushaltsgeräten) durchführen zu können und dabei zugleich den Aufwand zum Schutz des Entstörelements gering zu halten.The requirements for resistance to all types of external influences have been made much stricter in order to be able to carry out interference suppression on all devices under all operating conditions (for example vibration loads and moisture influences in ground-based vehicles, in traffic and automation technology and in household appliances) and at the same time to keep the effort required to protect the interference suppression element to a minimum.
Entsprechend dem Stand der Technik sind in Abhängigkeit von der Störsignalentstehung folgende Entstörmaßnahmen denkbar:According to the state of the art, the following interference suppression measures are conceivable depending on the origin of the interference signal:
Erdung, Verkabelung und Überspannungsableitung durch nichtlineare Widerstände für den Fall leitungsgebundener Störungen, hervorgerufen durch Schaltvorgänge, atmosphärisch entstandene Überspannungen und Aufladungen.Earthing, cabling and surge protection through non-linear resistors in the event of line-borne interference caused by switching operations, atmospheric overvoltages and charging.
Optimierung der Schaltungsentwürfe mikrolektronischer Schaltungen und der Leistungselektronik sowohl hinsichtlich der Störungsempfindlichkeit als auch insbesondere im letzteren Fall, hinsichtlich der verminderten Störungsentstehung.Optimization of the circuit designs of microelectronic circuits and power electronics both in terms of interference sensitivity and, especially in the latter case, in terms of reduced interference generation.
Ausstattung mit Drosseln, frequenzselektive Filterung oder galvanische Trennung elektrischer Kreise durch streufeldaxme, beispielsweise optoelektronische Schnittstellen.Equipped with chokes, frequency-selective filtering or galvanic isolation of electrical circuits through stray field axes, for example optoelectronic interfaces.
Im Rahmen dieser angedeuteten technischen Möglichkeiten, betrifft die vorliegende Erfindung den Aufbau besonders breitbandig wirksamer Ringkerndrosseln zur Verhinderung von Rückwirkungen von Elektrogeräten, insbesondere von elektrischen Antrieben und Schaltern auf das Stromversorgungsnetz. Dies betrifft die wirksame Bedämpfung der Störungen aus Ein- und Ausschaltvorgängen elektrischer Antriebsmotoren, aber auch leitungsgebundener Störungen im Zusammenhang mit dem Betrieb von Leistungsdioden, Leistungshalbleitern usw. insbesondere bei der Elektrotraktion von Schienenfahrzeugen und der Steuerung bzw. Regelung elektrischer Antriebe in der Industrie. Eine neue Qualität mit gleichfalls neuen Anforderungen an die Entstörung stellen in diesem Zusammenhang die Verbrennungsmotor-Zündanlagen dar, deren Schaltfunktion ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate (IGBT) übernimmt. Über einen weiten Temperaturbereich werden primärseitig Impulsströme bis 60 A geschaltet, was bei der Zündimpulsfrequenz von Automobil-Verbrennungsmotoren ein breites Spektrum zu unterdrückender Oberwellen erwarten läßt. Auch wenn das mit der Entstördrossel auszustattende Elektrogerät keine Siliziumhalbleiter enthält, muß diese dennoch die Anforderungen der Si-Technik erfüllen.Within the scope of these technical possibilities, the present invention relates to the construction of particularly broadband toroidal core chokes to prevent feedback from electrical devices, in particular from electric drives and switches, on the power supply network. This concerns the effective damping of interference from switching on and off processes of electric drive motors, but also line-based interference in connection with the operation of power diodes, power semiconductors, etc., in particular in the electric traction of rail vehicles and the control or regulation of electric drives in industry. In this context, combustion engine ignition systems represent a new quality with equally new requirements for interference suppression, the switching function of which is carried out by a bipolar transistor with an insulated gate (IGBT). Pulse currents of up to 60 A are switched on the primary side over a wide temperature range, which means that a wide spectrum of harmonics to be suppressed can be expected at the ignition pulse frequency of automobile combustion engines. Even if the electrical device to be equipped with the interference suppression choke does not contain silicon semiconductors, it must still meet the requirements of Si technology.
Neben den eigentlichen, weiter unten behandelten elektrischen Kennwerten, welche die Drossel-Funktion gegenüber dem Stromnetz bestimmen und einer durch den Einsatz bei Netzspannung verständlicherweise erforderlichen elektrischen Durchschlagfestigkeit > 4 kV wird vom erfindungsgemäßen Erzeugnis noch die Absolvierung einer ganzen Anzahl von Prüfbelastungen erwartet, die den "worst case" späterer realer Einsatzbedingungen nachbilden. In addition to the actual electrical characteristics discussed below, which determine the choke function in relation to the power grid and an electrical breakdown strength understandably required by use at mains voltage > 4 kV, the product according to the invention is also expected to complete a whole series of test loads that simulate the "worst case" of later real operating conditions.
So wird nach der Vorschrift UL94V-0 das Feuer-Selbstlöschungs-Verhalten des Erzeugnisses mittels Methangas-Bunsenbrenners geprüft. Bei einer Flammen-Exposition von 2 mal 10 s muß ein eventuell entflammtes Material im Mittel nach 10 Sekunden von selbst verlöschen.According to the UL94V-0 standard, the product's self-extinguishing behavior is tested using a methane gas Bunsen burner. When exposed to flames for 2 x 10 s, any ignited material must extinguish itself after an average of 10 seconds.
Die Erzeugnisse müssen für eine Lagerungstemperatur von - 40 bis + 125 0C sowie eine Betriebstemperatur von - 25 0C bis 85 0C geeignet sein.The products must be suitable for a storage temperature of - 40 to + 125 0 C and an operating temperature of - 25 0 C to 85 0 C.
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Die Schwingungsfestigkeit ist nach DIN IEC 68-2-6 nachzuweisen, wo für hier betroffene Erzeugnisse Prüfungen mit je 10 Schwingungszyklen zwischen 55 und 2000 Hz mit Amplituden von 0,75 und 1,5 mm entsprechend Beschleunigungen von 10 und 20 g empfohlen werden. Hinzu kommt eine gesonderte Beschleunigungsprüfung mit 30 g durch einen einzigen Stoß.Vibration resistance must be demonstrated in accordance with DIN IEC 68-2-6, where tests with 10 vibration cycles between 55 and 2000 Hz with amplitudes of 0.75 and 1.5 mm corresponding to accelerations of 10 and 20 g are recommended for the products concerned. In addition, there is a separate acceleration test with 30 g from a single impact.
Durch Eintauchen in entsprechend temperierte Bäder wird nach DIN IEC 62-2-14 eine Prüfung auf feuchte zyklische Wärme durchgeführt.A test for damp cyclic heat is carried out in accordance with DIN IEC 62-2-14 by immersion in appropriately tempered baths.
Hinzu kommen individuell festgelegte Prüfungen auf Chemikalien- und Atmosphärilienbeständigkeit (beispielsweise auf Salzlösungen, Auftaumittel, Industrieabwässer und dergleichen) sowie auf Spritzwasserfestigkeit mit 6 bar Wasserdruck am Spritzenmundstück, insbesondere für Anwendungen der Drossel zur Entstörung von Antrieben des bodengebundenen Verkehrs, Geräten der Verkehrstechnik und von Haushaltsgeräten.In addition, there are individually defined tests for chemical and atmospheric resistance (for example, to saline solutions, de-icing agents, industrial waste water and the like) as well as for splash water resistance with 6 bar water pressure at the spray nozzle, in particular for applications of the throttle to suppress interference in ground-based transport drives, traffic engineering equipment and household appliances.
Die eingesetzten Materialien müssen sich zumindest unter dem Gesichtspunkt ihrer stofflichen Zusammensetzung recyceln lassen und frei von Gefahrstoffen, wie Phosphor, polybromiertem Diphenylether oder Halogenwasserstoffverbindungen sein.The materials used must be recyclable, at least in terms of their material composition, and free from hazardous substances such as phosphorus, polybrominated diphenyl ether or hydrogen halide compounds.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Drossel für die Entstörung von elektrischen und elektronischen Geräten zu schaffen, welche die gesetzlich geforderte Störschutzfunktion insbesondere für die Verkehrstechnik, Industrieautomatisierung sowie in elektrischen Haushaltsgeräten mit insgesamt geringem technischen Aufwand erfüllt und den durch die verschiedenen genormten Tests nachgebildetetn Einsatzbedingungen ohne besondere weitere Schutzmaßnahmen, wie hermetische Gehäuse oder dergleichen, standhält.The invention is therefore based on the object of creating a choke for the interference suppression of electrical and electronic devices, which fulfills the legally required interference protection function, in particular for traffic engineering, industrial automation and in electrical household appliances, with little technical effort overall and withstands the operating conditions simulated by the various standardized tests without special additional protective measures, such as hermetic housings or the like.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschriebene Erfindung erfüllt.This object is achieved by the invention described in the patent claims.
Die geforderten elektrischen Eigenschaften werden insbesondere durch einen Eisenpulverkern mit der relativen Anfangspermeabilität von 75 und der genannten niedrigen, dabei aber wenig frequenzabhängigen Spulengüte erreicht.The required electrical properties are achieved in particular by an iron powder core with a relative initial permeability of 75 and the aforementioned low, but little frequency-dependent coil quality.
Die erfindungswesentlichen Besonderheiten der Gehäusekonstruktion werden durch Verwendung eines glasfaserverstärkten Gehäusewerkstoffes zur Sicherung der anwendungsbedingten hohen mechanischen Festigkeit und Langzeitstabilität der Baugruppe, durch eine mögliche integrierte Kabelbaumfixierung sowie die abgestimmten thermischen Ausdehungkoeffizienten und Wärmeleitfähigkeiten von Gehäusewerkstoff, Vergußmasse und Drossel erreicht.The special features of the housing construction that are essential to the invention are achieved by using a glass fiber reinforced housing material to ensure the application-related high mechanical strength and long-term stability of the assembly, by a possible integrated cable harness fixation as well as the coordinated thermal expansion coefficients and thermal conductivities of the housing material, casting compound and choke.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an embodiment.
Eine erfindungsgemäße Entstördrossel wird unter Verwendung eines Eisenpulver-Ringkerns mit einem Außendurchmesser von 12 ... 80 mm, einem Innendurchmesser von 8 ... 50 mm und einer dem Anwendungsfall angepassten Höhe (h) hergestellt. Abhängig von der Vorgabe des Induktivitätswertes und der Strombelastung wird eine Wicklung aus Kupferlackdraht mit einem Durchmesser von 0,5 ... 0,8 mm mit N Windungen verteilt auf drei Lagen, aufgebracht. Bei einer relativen Anfangspermeabilität von 75 die Spulengüte 2,5 bei 1 kHz und 4,5 bei 10 kHz. Eingesetzt in einem Vergußgehäuse aus glasfaserverstärktem Polyamid des Typs AG 2x5 und vergossen mit einer Vergußmasse vom Typ Hysol EE 8200 lassen sich Induktivitäten bis zu 10 raH bei einer Nennstrombelastbarkeit von 3 A erreichen. Derartig aufgebaute Drosseln sind spritzwasserbeständig, nicht entflammbar im Sinne der o.e. Vorschrift sowie chemikalien- und atmophärilienbeständig. Sie sichern den netzrückwirkungsfreien Betrieb beispielsweise von elektrischen Antrieben in der Verkehrstechnik, Waschmaschinen, Werkzeug- und Kältemaschinen und entsprechen den mechanischen und thermischen Anforderungen für den mobilen Einsatz.An interference suppression choke according to the invention is manufactured using an iron powder toroidal core with an outer diameter of 12 ... 80 mm, an inner diameter of 8 ... 50 mm and a height (h) adapted to the application. Depending on the specification of the inductance value and the current load, a winding made of enamelled copper wire with a diameter of 0.5 ... 0.8 mm with N turns distributed over three layers is applied. With a relative initial permeability of 75, the coil quality is 2.5 at 1 kHz and 4.5 at 10 kHz. Used in a potting housing made of glass fibre reinforced polyamide of the type AG 2x5 and potted with a potting compound of the type Hysol EE 8200, inductances of up to 10 raH can be achieved with a nominal current load of 3 A. Chokes constructed in this way are splash-proof, non-flammable in accordance with the above-mentioned regulation, and resistant to chemicals and atmospheric agents. They ensure the network-free operation of, for example, electric drives in traffic engineering, washing machines, tools and refrigeration machines and meet the mechanical and thermal requirements for mobile use.
Das Gehäuse aus glasfaserverstärktem Kunststoff hat genügende mechanische Festigkeit, so daß es am Gestell des Elektrogeräts direkt unter herausgebogenen Blechnasen eingeklemmt oder mittels eines einrastenden federnden Blechbügels befestigt werden kann.The housing made of glass fiber reinforced plastic has sufficient mechanical strength so that it can be clamped to the frame of the electrical device directly under bent-out metal tabs or attached using a snap-in spring-loaded metal bracket.
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Cited By (2)
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| DE102004001255B4 (en) * | 2004-01-07 | 2006-04-27 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Suppression element and method for its production |
| DE102004056991A1 (en) * | 2004-11-25 | 2006-06-01 | Vogt Electronic Aktiengesellschaft | Interference radiation suppression component e.g. for ignition units of combustion engines, has wounding mounted on magnetically soft core for damping HF interference wave components |
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1994
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| DE102004056991B4 (en) * | 2004-11-25 | 2008-06-19 | Vogt Electronic Aktiengesellschaft | Component for interference suppression in ignition systems and method for its production |
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