EP2871648A1

EP2871648A1 - Energieversorgungseinrichtung für explosionsgeschützte elektronische Funktionseinheiten

Info

Publication number: EP2871648A1
Application number: EP14003536.1A
Authority: EP
Inventors: Bernhard Wunsch; Rainer Kretschmann; Ralf Schäffer; Thomas Keul; Uwe Drofenik
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2013-11-04
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2015-05-13
Also published as: CN104682450B; US20150123472A1; DE202013009990U1; IN2014DE02986A; CN104682450A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine 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. Um mit geringem Aufwand eine Vielzahl von Funktionseinheiten zu speisen, wird vorgeschlagen, die Mehrebenenleiterplatte (3) jeder Drossel (1) parallel zur Ebene ihrer Leiterbahnen (2) zumindest teilweise mit einer flachen Platte (5) eines magnetischen Materials zu bedecken.

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 zumindest teilweise 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 zumindest teilweise 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: Drossel
2: Leiterbahn
3: Mehrebenenleiterplatte
4: Verteilungsleiterplatte
5: feldformende Platte

Claims

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, wobei die Drosseln (1) als miteinander verbundene, im Wesentlichen deckungsgleiche Leiterbahnen (2) einer Mehrebenenleiterplatte (3) ausgebildet und auf einer Verteilungsleiterplatte (4) stehend angeordnet sind
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mehrebenenleiterplatte (3) jeder Drossel (1) parallel zur Ebene ihrer Leiterbahnen (2) zumindest teilweise mit einer flachen Platte (5) eines magnetischen Materials bedeckt ist.
Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass jede Drossel (1) aus zwei Wicklungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn besteht.