EP0794539B1

EP0794539B1 - Ringdrossel zur Funkenstörung von Halbleiterschaltungen nach dem Phasenanschnittverfahren

Info

Publication number: EP0794539B1
Application number: EP97102212A
Authority: EP
Inventors: Gerhard Hinz; Markus Brunner
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1996-03-07
Filing date: 1997-02-12
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: DE19608891A1; ES2148854T3; EP0794539A1; DE59701794D1; DK0794539T3

Description

Zur Begrenzung leitungsgebundener hochfrequenter Störenergien werden Funkentstördrosseln im allgemeinen als Längsglieder dort eingesetzt, wo Kondensatoren allein keinen ausreichenden störungsarmen Funkempfang sicherstellen. Derartige Drosseln sind insbesondere erforderlich zur Entstörung von Halbleiter-Schaltungen, welche in bezug auf Funkstörungen einen kleinen Innenwiderstand aufweisen. Beispielsweise werden sie benötigt in mit Thyristoren arbeitenden Helligkeitsreglern. Solche Drosseln sollen

die notwendige Entstörung bei möglichst geringem Aufwand an Siebmitteln bewirken,
die eigentliche Funktion der Schaltung nicht nachteilig beeinflussen, also z. B. nach Ablauf des Schaltvorgangs für den Laststrom keinen nennenswerten ohmschen und induktiven Widerstand mehr darstellen,
den Halbleiter gegen zu hohe Spannungsspitzen und zu steilen Anstieg des Einschaltstromes schützen
sowie kleine Abmessungen haben und streuarm sein.

Eine Ringkerndrossel, die diese Forderungen erfüllt, ist beispielsweise in DE 18 04 835 C3 beschrieben. Hier wird vorgeschlagen, für den Ringkern der Funkentstördrossel zwei unterschiedliche, weichmagnetische metallische Werkstoffe zu verwenden, wobei der erste dieser Werkstoffe eine relativ niedrige Permeabilität bei gleichzeitig hoher Sättigungsinduktion und der zweite Werkstoff eine mittlere Permeabilität aufweist.

Die Erfindung betrifft eine Ringkerndrossel zur Funkentstörung von Halbleiterschaltungen, die nach dem Phasenanschnittverfahren arbeiten, mit einem aus zwei weichmagnetischen Materialien unterschiedlicher Permeabilität und Sättigungsinduktion zusammengesetzten Magnetkern.

Weiterhin ist es aus DE 23 43 377 B2 bekannt, für den Kern einer Funkentstördrossel neben Blechringen einen Pulverkern zu verwenden, der aus mit Kunststoff verpreßtem Eisenpulver besteht. Hierbei dient der aus mit Kunststoff verpreßtem Eisenpulver bestehende Teil des zusammengesetzten Drosselkerns als Werkstoff mit geringerer Permeabilität, da der Kunststoffbinder zwischen den Eisenteilchen magnetisch wie einzelne Luftspalte wirkt.

Für magnetische Kerne, die aus gepreßtem weichmagnetischem Pulver bestehen, hat man auch schon amorphes Pulver oder auch nanokristallines Pulver verwendet. Dies geht aus EP 302 355 A1 hervor. Trotz der wesentlich höheren Permeabilität des amorphen Materials und insbesondere des nanokristallinen Materials wird aber auch hier ein Pulverkern wegen des verwendeten Binders gegenüber Massivkernen selbst aus kristallinem Material eine niedrigere Permeabilität aufweisen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ringkerndrossel zur Funkentstörung zu verwenden mit einem Kernaufbau, der noch kompaktere Maße bei gleicher Leistung als bekannte Funkentstördrosseln aufweist und darüberhinaus extrem geräuscharm ist.

Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, daß auf mindestens eine Stirnseite eines aus gestapelten Scheiben oder aus einem gewickelten Band eines weichmagnetischen Materials gebildeten Ringkerns eine ebenfalls ringförmige Scheibe aufgesetzt ist, die aus zusammengepreßten Flakes aus amorphen oder nanokristallinen Legierungen unter Zusatz von Kunststoffbinder besteht. Die Verwendung des Ringkerndrossel nach Anspruch 1 in einer Reihenschaltung mit einem Verbraucher und einer Steuereinrichtung die nach dem Phasenanschnittverfahren arbeitet, ist in Anspruch 3 beansprucht.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2, 4 und 5 beschrieben. Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung erreicht man die extreme Geräuscharmut durch die an die Stirnseite des Schnittband- oder Ringbandkerns befestigten Scheiben aus amorphen oder nanokristallinen Flakes. Diese Scheiben haben weitgehend die sehr hohe Permeabilität des amorphen oder nanokristallinen Materials dadurch, daß im Gegensatz zu Pulverkernen die Einzelpartikel in Flußrichtung relativ große Abmessungen haben, so daß das zur Festigkeit erforderliche Bindemittel nur eine geringe Beeinträchtigung der Permeabilität verursacht. Die Ausnutzung dieser Eigenschaft ist die Ursache für die gegenüber dem Bekannten weiter verringerten Abmessungen bei gleicher Leistung.

Vorteilhafterweise verwendet man für die nanokristallinen Flakes eine Legierung von 2 bis 4 at.-% Neodym, 10 bis 18 at.-% Silizium, 5 bis 10 at.-% Bor, 0,1 bis 3 at.-% Kupfer, Rest Eisen. Die Glühbehandlung zur Einstellung der nanokristallinen Struktur beträgt etwa 12 h bei 480 °C bis 5 min bei 700 °C. Die Flakes haben bei einer Dicke von unter 0,04 mm eine Länge und Breite im Bereich von 0,8 bis etwa 2,5 mm. Als Kunststoffbinder eignet sich Epoxid- oder Phenolharz, das in einer Menge zugesetzt wird, daß sich ein Volumenfüllfaktor größer 48 %, bezogen auf die Flakes einstellt. Mit diesen Werten läßt sich ein Permeabilitätsniveau für die Flakes-Scheibe von 500 bis 1500 relative Permeabilität erreichen. Als Material für den Scheiben- oder Bandkern läßt sich jedes kristalline weichmagnetische Material verwenden. Üblicherweise genügt Reineisen, das Zusätze von bis zu 1,5 Gew.-% Silizium oder Aluminium enthalten kann.

Fig. 1 zeigt den Ringkern 1 mit angedeuteter Wicklung 2, während in Fig. 2 ein Schnitt senkrecht dazu ohne die Wicklung dargestellt ist. Fig. 2 läßt erkennen, daß der Ringkern 1 aus einem mittleren Bereich besteht, der ein üblicher Bandkern 3 ist, an dessen Stirnseiten sich außen Flakes-Scheiben 4 und 5 befinden, die aus amorphem oder nanokristallinem Material bestehen und mit Hilfe eines Binders zu einem festen Körper zusammengepreßt sind.

Als Vergleich der erfindungsgemäßen Drossel mit bekannten Anordnungen wurden Muster mit den Maßen: Außen⊘ 40 mm, Innen⊘ 23 mm und Höhe 6,5 mm gemessen. Hieraus ergaben sich folgende Werte:

Kern Nr.	Aufbau	Entstörung	Geräusche	Stabilität Mindestlast
A	Fe-Bandkern	52 dB	25 Phon	25 W
B	Fe-Scheiben	52 dB	20 Phon	25 W
C	Einseitige Flake-Scheibe	52 dB	28 Phon	25 W
D	nur Flake-Scheiben	30 dB	9 Phon	≥60 W
E	Drossel nach DE 1804835	54 dB	38 Phon	25 W

Claims

Ringkerndrossel zur Funkentstörung von Halbleiterschaltungen, die nach dem Phasenanschnittverfahren arbeiten, mit einem aus zwei weichmagnetischen Materialien unterschiedlicher Permeabilität und Sättigungsinduktion zusammengesetzten Magnetkern, dadurch gekennzeichnet , daß auf mindestens eine Stirnseite eines aus gestapelten Scheiben oder aus einem gewickelten Band eines weichmagnetischen Materials gebildeten Ringkerns (1) eine ebenfalls ringförmige Scheibe (4,5) aufgesetzt ist, die aus zusammengepreßten Flakes aus amorphen oder nanokristallinen Legierungen unter Zusatz von Kunststoffbinder besteht.
Ringkerndrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß auf jeder Stirnseite des Ringkerns (3) aus weichmagnetischem Material eine ringförmige Scheibe (4,5) aus zusammengepreßten Flakes aufgebracht ist.
Verwendung der Ringkerndrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie in Reihe zu einem Verbraucher und einer Steuereinrichtung, die nach dem Phasenanschnittverfahren arbeitet, geschaltet ist.
Ringkerndrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Legierung der zusammengepreßten Flakes die Zusammensetzung 2 bis 4 at.-% Neodym, 10 bis 18 at.-% Silizium, 5 bis 10 at.-% Bor, 0,1 bis 3 at.-% Kupfer, Rest Eisen, enthält und aus durch Kristallisation des amorphen Materials hervorgerufener nanokristalliner Struktur besteht.
Ringkerndrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Flakes innerhalb der Scheiben so ausgerichtet sind, daß die Längsabmessungen der Flakes in Richtung des Flusses verlaufen.