EP2871647B1 - Energieversorgungseinrichtung für explosionsgeschützte elektronische Funktionseinheiten - Google Patents

Energieversorgungseinrichtung für explosionsgeschützte elektronische Funktionseinheiten Download PDF

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EP2871647B1
EP2871647B1 EP14003535.3A EP14003535A EP2871647B1 EP 2871647 B1 EP2871647 B1 EP 2871647B1 EP 14003535 A EP14003535 A EP 14003535A EP 2871647 B1 EP2871647 B1 EP 2871647B1
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functional units
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energy supply
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explosion
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Rainer Kretschmann
Ralf Schäffer
Thomas Keul
Uwe Drofenik
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ABB Schweiz AG
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    • H01F27/2804—Printed windings
    • H01F2027/2814—Printed windings with only part of the coil or of the winding in the printed circuit board, e.g. the remaining coil or winding sections can be made of wires or sheets

Definitions

  • the invention relates to a power supply device for explosion-proof electronic functional units.
  • Such energy supply device are used in automation systems for supplying process-related components and associated communication devices.
  • the invention is therefore based on the object to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an AC voltage supplying power supply device for explosion-proof electronic functional units that can feed a variety of functional units with little effort.
  • the invention relates to a power supply device for explosion-proof electronic functional units, in which the functional units are fed from a high-frequency alternating voltage, which is individually coupled for each of the functional units via a throttle, which is formed as a multi-level printed circuit board and standing on a distribution board.
  • the multi-level printed circuit board of each choke is covered over its entire area with a flat plate of a magnetic material parallel to the plane of its interconnects.
  • the plate of magnetic material causes an increase in the inductance of the throttle with the same mechanical parameters.
  • the shaping of the magnetic field of the throttle without mechanically elaborate recesses in the multi-level printed circuit board.
  • each throttle consists of two windings with opposite winding sense. This enhances the formation of the magnetic field of the reactor.
  • the chokes can be arranged in high packing density on the distribution board with negligible interference, so that a larger number of chokes are accommodated on the same area of the distribution board. Accordingly, more functional units can be connected to the distribution board with the same dimensions.
  • a power supply device for explosion-proof electronic functional units is shown, in which the functional units are fed from a high-frequency alternating voltage, which is individually coupled for each of the functional units via a throttle 1 .
  • a distribution board 4 having a plurality of chokes 1 is provided, with the chokes 1 standing on the distribution board 4 .
  • the chokes 1 are formed as interconnected, substantially congruent strip conductors 2 of a multi-level printed circuit board 3 . Each one points Metalltechnischsebene the multilevel PCB 3 at least one turn of the throttle 1 .
  • the chokes 1 are mechanically fixed and electrically contacted on the distribution board 4 .
  • the distribution board 4 on several levels of conductors 2 .
  • each choke 1 is covered over its entire surface parallel to the plane of its interconnects 2 with a flat, field-forming plate 5 of a magnetic material.
  • the field-shaping plate 5 is made of a ferrite material.
  • a field-forming plate 5 is disposed between two adjacent chokes 1 respectively.
  • each throttle 1 is formed in the immediate vicinity of the throttle 1 in such a way that an influence on adjacent throttles 1 is largely avoided.
  • the field-shaping plate 5 magnetic material causes an increase in the inductance of the throttle 1 with the same mechanical parameters.
  • each throttle 1 can be provided to equip each throttle 1 with two windings with opposite winding sense. Thereby, the formation of the magnetic field of the throttle 1 is amplified.
  • the field-forming plates 5 are bonded magnetic material with the chokes 1 .
  • the chokes 1 are housed with the field-forming plate 5 magnetic material.

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  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungseinrichtung für explosionsgeschützte elektronische Funktionseinheiten.
  • Derartige Energieversorgungseinrichtung werden in automatisierungstechnischen Anlagen zur Speisung von prozessnahen Komponenten und diesen zugeordneten Kommunikationseinrichtungen eingesetzt.
  • Aus der EP 1014531 A2 ist eine derartige Energieversorgungseinrichtung bekannt, bei der die Funktionseinheiten aus einer hochfrequenten Wechselspannung gespeist werden, die für jede der Funktionseinheiten individuell über eine Drossel ausgekoppelt wird. Es wird vorgeschlagen, die Wicklungen der Drosseln als miteinander verbundene, im Wesentlichen deckungsgleiche Leiterbahnen einer Mehrebenenleiterplatte auszubilden, wie sie prinzipiell aus der JP 62154609 A1 bekannt sind. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, die erforderliche Induktivität der Drosseln durch Ferritkerne herbeizuführen, die durch Öffnungen in der Mehrebenenleiterplatte hindurchragen.
  • Dieser Anordnung ist mit mehreren Nachteilen behaftet. Durch die Vielzahl der Ausnehmungen und ihre Bestückung mit jeweils zwei Ferritkernhälften ist der Hestellungsaufwand für die Mehrebenenleiterplatte sehr hoch. Weiterhin ist zum Erreichen der erforderlichen Induktivität der Drosseln eine Mehrebenenleiterplatte mit mindestens sechs Metallisierungsebenen erforderlich, während für die restliche Verdrahtung vier Metallisierungsebenen genügen. Schließlich begrenzt die Fläche der Drosseln innerhalb der Mehrebenenleiterplatte die Anzahl der anschaltbaren Funktionseinheiten.
  • Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 20 2013 008 747 U1 ist bekannt, die Drosseln als miteinander verbundene, im Wesentlichen deckungsgleiche Leiterbahnen einer Mehrebenenleiterplatte auszubilden und auf einer Verteilungsleiterplatte stehend anzuordnen, wobei die Anzahl der Metallisierungsebenen der Mehrebenenleiterplatte größer ist als die Anzahl der Metallisierungsebenen der Verteilungsleiterplatte. Bei hoher Packungsdichte beeinflussen sich jedoch die als Luftspulen ausgebildeten Drosseln gegenseitig.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine wechselspannungsspeisende Energieversorgungseinrichtung für explosionsgeschützte elektronische Funktionseinheiten anzugeben, die mit geringem Aufwand eine Vielzahl von Funktionseinheiten speisen kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung geht aus von einer Energieversorgungseinrichtung für explosionsgeschützte elektronische Funktionseinheiten, bei der die Funktionseinheiten aus einer hochfrequenten Wechselspannung gespeist werden, die für jede der Funktionseinheiten individuell über eine Drossel ausgekoppelt wird, welche als Mehrebenenleiterplatte ausgebildet und stehend auf einer Verteilungsleiterplatte angeordnet ist.
  • Erfindungsgemäß ist die Mehrebenenleiterplatte jeder Drossel parallel zur Ebene ihrer Leiterbahnen vollflächig mit einer flachen Platte eines magnetischen Materials bedeckt.
  • Dadurch wird das von jeder Drossel ausgehende magnetische Feld in unmittelbarer Nähe der Drossel derart geformt, dass eine Beeinflussung benachbarter Drosseln weitgehend vermieden wird.
  • Darüber hinaus bewirkt die Platte magnetischen Materials eine Erhöhung der Induktivität der Drossel bei gleichen mechanischen Parametern.
  • Vorteilhafterweise kommt die Formung des magnetischen Feldes der Drossel ohne mechanisch aufwändige Ausnehmungen in der Mehrebenenleiterplatte aus.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht jede Drossel aus zwei Wicklungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn. Dadurch wird die Formung des magnetischen Feldes der Drossel verstärkt.
  • Unmittelbar benachbarte Drosseln weisen beidseitig feldformende Platten aus magnetischem Material auf. Dadurch wird die räumliche Ausdehnung des magnetischen Feldes auf den Nahbereich um die jeweilige Drossel begrenzt.
  • Vorteilhafterweise können die Drosseln in hoher Packungsdichte auf der Verteilungsleiterplatte bei vernachlässigbarer gegenseitiger Beeinflussung angeordnet werden, so dass eine größere Anzahl Drosseln auf derselben Fläche der Verteilungsleiterplatte untergebracht werden. Dementsprechend mehr Funktionseinheiten sind bei gleichen Dimensionen an die Verteilungsleiterplatte anschaltbar.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Anordung ist die Unempfindlichkeit des Induktivitätswertes gegenüber Bruch oder Teilverlust der Platte. Somit ist mit einfachen Mitteln die für den Explosionschutz erfoderlicher Mindesinduktivität der Drossel gewährleistet.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der einzigen Figur ist eine Energieversorgungseinrichtung für explosionsgeschützte elektronische Funktionseinheiten dargestellt, bei der die Funktionseinheiten aus einer hochfrequenten Wechselspannung gespeist werden, die für jede der Funktionseinheiten individuell über eine Drossel 1 ausgekoppelt wird. Im Einzelnen ist eine Verteilungsleiterplatte 4 mit einer Mehrzahl von Drosseln 1 vorgesehen, wobei die Drosseln 1 stehend auf der Verteilungsleiterplatte 4 angeordnet sind.
  • Die Drosseln 1 sind als miteinander verbundene, im Wesentlichen deckungsgleiche Leiterbahnen 2 einer Mehrebenenleiterplatte 3 ausgebildet. Dabei weist jede Metallisierungsebene der Mehrebenenleiterplatte 3 zumindest eine Windung der Drossel 1 auf.
  • Die Drosseln 1 sind auf der Verteilungsleiterplatte 4 mechanisch befestigt und elektrisch kontaktiert. Dazu weist die Verteilungsleiterplatte 4 mehrere Ebenen von Leiterbahnen 2 auf.
  • Die Mehrebenenleiterplatte 3 jeder Drossel 1 ist parallel zur Ebene ihrer Leiterbahnen 2 vollflächig mit einer flachen, feldformenden Platte 5 eines magnetischen Materials bedeckt. Vorzugsweise besteht die feldformende Platte 5 aus einem Ferritmaterial. Somit ist zwischen zwei benachbarten Drosseln 1 jeweils eine feldformende Platte 5 angeordnet.
  • Dadurch wird das von jeder Drossel 1 ausgehende magnetische Feld in unmittelbarer Nähe der Drossel 1 derart geformt, dass eine Beeinflussung benachbarter Drosseln 1 weitgehend vermieden wird.
  • Die feldformende Platte 5 magnetischen Materials bewirkt eine Erhöhung der Induktivität der Drossel 1 bei gleichen mechanischen Parametern.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, jede Drossel 1 mit zwei Wicklungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn auszustatten. Dadurch wird die Formung des magnetischen Feldes der Drossel 1 verstärkt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die feldformenden Platten 5 magnetischen Materials mit den Drosseln 1 verklebt.
  • In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die Drosseln 1 mit den feldformenden Platte 5 magnetischen Materials eingehaust.
    • Bezugszeichenliste
    1. 1 Drossel
    2. 2 Leiterbahn
    3. 3 Mehrebenenleiterplatte
    4. 4 Verteilungsleiterplatte
    5. 5 feldformende Platte

Claims (2)

  1. Energieversorgungseinrichtung für explosionsgeschützte elektronische Funktionseinheiten, bei der die Funktionseinheiten aus einer hochfrequenten Wechselspannung gespeist werden, die für jede der Funktionseinheiten individuell über eine Drossel der Energieversorgungseinrichtung ausgekoppelt wird, wobei die Drosseln (1) als miteinander verbundene, im Wesentlichen deckungsgleiche Leiterbahnen (2) einer Mehrebenenleiterplatte (3) ausgebildet und auf einer Verteilungsleiterplatte (4) der Energieversorgungseinrichtung stehend angeordnet sind
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mehrebenenleiterplatte (3) jeder Drossel (1) parallel zur Ebene ihrer Leiterbahnen (2) vollflächig mit einer flachen, feldformenden Platte (5) eines magnetischen Materials bedeckt ist, wobei zwischen zwei benachbarten Drosseln (1) jeweils eine entsprechende feldformende Platte (5) angeordnet ist.
  2. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet,
    dass jede Drossel (1) aus zwei Wicklungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn besteht.
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