EP3724899A1 - Common-mode/differential-mode throttle for an electrically driveable motor vehicle - Google Patents

Common-mode/differential-mode throttle for an electrically driveable motor vehicle

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Publication number
EP3724899A1
EP3724899A1 EP18807994.1A EP18807994A EP3724899A1 EP 3724899 A1 EP3724899 A1 EP 3724899A1 EP 18807994 A EP18807994 A EP 18807994A EP 3724899 A1 EP3724899 A1 EP 3724899A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mode
leg
throttle
common
core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18807994.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Emiliano GUDINO CARRIZALES
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3724899A1 publication Critical patent/EP3724899A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F3/12—Magnetic shunt paths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/30—Fastening or clamping coils, windings, or parts thereof together; Fastening or mounting coils or windings on core, casing, or other support
    • H01F27/306—Fastening or mounting coils or windings on core, casing or other support
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/123—Suppression of common mode voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration

Definitions

  • the invention relates to a common-mode push-pull throttle for an electrically operable motor vehicle, having a core having at least two parallel and spaced leg having a common mode induction coil and a push-pull induction coil, wherein the two induction coils to each one of the two legs are wound.
  • the invention relates to a transformer with a
  • Circuit arrangement which is arranged between a high-voltage side and a low-voltage side of the transformer, wherein on at least one of the sides of the transformer, a common mode push-pull throttle is arranged or connected.
  • patent specification EP 2 814 151 A2 discloses an inverter having an integrated common-mode differential choke having a common-mode induction coil and a push-pull induction coil. The two induction coils are wound on a common throttle core.
  • a single-phase transformer translates the primary voltage (high voltage) to the secondary side (Low voltage) and ensures the necessary electrical isolation between the two voltage networks, among other things to ensure the protection of persons.
  • the secondary-side AC voltage is then using
  • Rectifier diodes or rectified by means of a synchronous rectifier.
  • a smoothing choke and a smoothing capacitor In order to reduce the ripple of the output voltage, it is also known to use a smoothing choke and a smoothing capacitor.
  • the transformer only transmits AC voltage
  • the high-voltage DC voltage must first be converted into an AC voltage or a time-varying voltage. This task usually take high-voltage switch, in particular
  • Half line switch They are controlled in such a way that during the
  • Transformer is applied and induces a secondary voltage. After the control phase, the switches are switched off and the voltage at the
  • the transformer operated with an AC voltage.
  • the transformer can also be operated with a pulsating DC voltage. In this case, make sure that it is demagnetized and saturation of the magnetic material does not occur.
  • the switches are very quickly brought from the locked to the conductive state and vice versa. The fast switching minimizes the switching losses of the switches, the speed of the voltage and the voltage
  • Electromagnetic compatibility can make these disturbances so far be reduced so that the device meets all normative requirements.
  • the conducted disturbances are divided into common mode and differential mode noise.
  • Common mode induction coil reduces common mode noise and a
  • DMC Differential mode inductance
  • push-pull induction coil reduces differential mode noise.
  • EMF straightening filters require both types of inductors, since both types of disturbances occur together.
  • both inductors are often separated as two physical ones,
  • Inductors are precisely adjustable, wherein the induction coils are arranged on the same throttle core and act without affecting the electrical or magnetic properties of the common mode induction coil and the push-pull induction coil.
  • the space is reduced and thus the throttle and in particular the throttle having the transformer formed compact.
  • the production costs are lowered and the
  • Inductors also improve the E MV properties of the choke and thus the circuit having the choke. According to the invention it is provided that the distance between the facing each other
  • Winding sections corresponds to each other at least one of the induction coils on both sides of the respective leg.
  • the throttle according to the invention thus has a certain distance between the two coils to each other at their mutually facing winding sections. This distance corresponds to the distance between the opposite
  • the core has a central leg which is arranged between the two already mentioned legs.
  • the three legs are preferably in a plane next to each other, wherein the third leg in particular aligned parallel to the other two legs / arranged.
  • the third leg thus protrudes at least in sections between the two induction coils.
  • the three legs have the same width
  • Induction coils reached each other. While it has hitherto been customary for the middle limb to be at least twice as wide as the two outer limbs in the case of comparable throttles, in the present case the middle limb is narrower, namely just as wide as the outer limbs, which results in the advantageous setting of the inductances results.
  • the three legs are connected together at one end by a first trunk leg. This results in an E-shaped core part with an advantageous magnetic flux.
  • the outer legs are connected to one another at a different end by a second trunk leg, which in particular forms an I-shaped core part.
  • a free space is provided between the two trunk legs, which serves to receive the mutually facing effective sections of the induction coils.
  • the third limb or the middle limb protrudes into this free space, for example extends to the second trunk leg, so that the free space is divided by the middle leg into two free spaces.
  • the core is a total of the second stem legs in particular El-shaped.
  • the core is preferably U-shaped, EE-shaped or U-shaped
  • the middle leg ends at a distance from the second stem leg, so that an air gap exists between the middle leg and the second stem leg.
  • the size of the air gap determines the size of the inductors.
  • the middle leg extends to the second stem leg, in another extreme case, the leg length of the middle leg is equal to zero, so that the E-shaped core becomes a U-shaped core.
  • the inductances reach their maximum value when the air gap through the middle leg is completely bridged up to the second stem leg, ie the size of the air gap is equal to zero.
  • the inductances are given their minimum value when the air gap between the middle limb and the second trunk limb is maximum.
  • the leakage inductance depends in the latter case mainly on the geometric arrangement of the windings to each other.
  • the inverter according to the invention with the features of claim 8 is characterized by the inventive common mode push-pull throttle. This results in the already mentioned advantages. Further advantages and preferred features and combinations of features emerge in particular from the previously described and from the claims.
  • Figure 1 is a circuit diagram of an integrated common mode push-pull choke and Figures 2A and B an embodiment of the common mode choke.
  • FIG. 1 shows, in a simplified representation, a circuit diagram of a common mode push-pull throttle 1, which is implemented in one component.
  • the inductor 1 comprises inductors LI, L2 and LDM, the inductors LI and LDM being connected in parallel with the inductor L2.
  • High-voltage network associated capacitor CX1 drops a first voltage and through two more capacitors CY, between which one
  • the throttle is connected in particular to a circuit of a transformer not shown here.
  • the coils LI and L2 and LDM form a common mode choke CMC and the coils LI and LDM form a push-pull choke DMC.
  • FIGS. 2A and 2B show an embodiment of the throttle 1 in a simplified representation, FIG. 2A showing dimensions and FIG. 2B magnetic stray fields of the throttle 1.
  • FIG. 1 Shown here is the structure of the reactor 1 in planar technology. This can also be applied to wire-wound inductors.
  • an El-core shape of a core 3 of the reactor 1 is shown.
  • the core 3 thus has an E-shaped core part 4 and an I-shaped core part 5.
  • the E-shaped core part 4 has three legs 6, 7 and 8, which are aligned parallel and spaced from each other and emanate from a trunk leg 9, so that the E-shape results.
  • the I-shaped core part 5 is opposite to the E-shaped core part 4, so that the I-shaped core part 5 is parallel to the stem leg 4 and even forms a second stem leg 10 which rests on the outer legs 6 and 8, so that There is a physical contact between the legs 8, 9 and the trunk leg 10 and the I-shaped core part 5.
  • the lying between the legs 6 and 8 middle leg 7 is formed shortened, so that there is an air gap /.
  • the air gap / is smaller than the length IF of the outer legs 6, 8 according to the present embodiment.
  • the coil LI is wound as a push-pull induction coil and around the leg 8, the coil L2 as a common-mode induction coil.
  • the legs 6, 7 and 8 each have the same width bs, so that the distance of the mutually facing winding sections of the coils LI and L2 at their mutually facing sides in the E-core part 9 is the same size as the
  • each induction winding LI, L2 has its own stray field L1S or L2S, which does not flow through the other induction winding in each case.
  • the main field H is generated by the main inductance Lh and the stray fields from the respective leakage inductances L a .
  • a coupling k between the windings of the induction coils LI and L2 is set.
  • the inductances LDM and LCM also change.
  • the center leg 7 completely disappears and the previous I-core part 4 becomes a U-core part or a U-shaped core.
  • the leakage inductance depends in this case mainly on the geometric arrangement of the windings or the induction coils LI, L2 to each other.
  • the value of Lh changes by about 20% of the minimum value over the entire change in length of the Lh
  • the throttle 1 can also be realized with two E cores or two U cores or a U-core combination.
  • the turns of the induction coils LI and L2 are not wound as usual around the central leg 7 of the core, they are each wound around the outer legs 6, 8. This increases the stray inductance L a of the common mode choke.
  • L a LDM and the

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Filters And Equalizers (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)

Abstract

The invention relates to a common-mode/differential-mode throttle (1) for an electrically driveable motor vehicle, with at least a core (4) having two limbs (6, 8) oriented so as to be parallel and spaced from one another, with a common-mode induction coil (L1) and with a differential-mode induction coil (L2), wherein the two induction coils (L1, L2) are each wound around one of the two limbs (6, 8). It is provided for the distance between mutually facing winding sections of the two induction coils (L1, L2) to correspond to the distance between the winding sections at least one of the induction coils (L1, L2) on either side of the respective limb (6, 8).

Description

Beschreibung  description
Gleichtakt-Gegentakt-Drossel für ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug Common-mode push-pull throttle for an electrically operable motor vehicle
Die Erfindung betrifft eine Gleichtakt-Gegentakt-Drossel für ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug, mit einem zumindest zwei parallel und beabstandet zueinander ausgerichtete Schenkel aufweisenden Kern, mit einer Gleichtakt- Induktionsspule und mit einer Gegentakt-Induktionsspule, wobei die beiden Induktionsspulen um jeweils einen der zwei Schenkel gewickelt sind. The invention relates to a common-mode push-pull throttle for an electrically operable motor vehicle, having a core having at least two parallel and spaced leg having a common mode induction coil and a push-pull induction coil, wherein the two induction coils to each one of the two legs are wound.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Transformator mit einer Furthermore, the invention relates to a transformer with a
Schaltungsanordnung, die zwischen einer Hochspannungsseite und einer Niederspannungsseite des Transformators angeordnet ist, wobei auf mindestens einer der Seiten des Transformators eine Gleichtakt-Gegentakt-Drossel angeordnet beziehungsweise angeschlossen ist. Circuit arrangement, which is arranged between a high-voltage side and a low-voltage side of the transformer, wherein on at least one of the sides of the transformer, a common mode push-pull throttle is arranged or connected.
Stand der Technik State of the art
Aus dem Stand der Technik sind Gleichtakt-Gegentakt-Drosseln der Eingangs genannten Art bereits bekannt. So offenbart beispielsweise die Patentschrift EP 2 814 151 A2 einen Wechselrichter, welcher eine integrierte Gleichtakt- Gegentakt-Drossel aufweist, die eine Gleichtakt-Induktionsspule und eine Gegentakt-Induktionsspule aufweist. Die beiden Induktionsspulen sind dabei auf einem gemeinsamen Drossel-Kern aufgewickelt. Common-mode push-pull reactors of the type mentioned in the introduction are already known from the prior art. For example, patent specification EP 2 814 151 A2 discloses an inverter having an integrated common-mode differential choke having a common-mode induction coil and a push-pull induction coil. The two induction coils are wound on a common throttle core.
Bei Kraftfahrzeugen, die elektrisch antreibbar sind, also insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeugen, wird Energie von einem Hochvoltnetz beziehungsweise aus einer Hochvoltbatterie in ein Niedervoltnetz, das üblicherweise eine In motor vehicles that are electrically driven, ie in particular electric or hybrid vehicles, energy from a high-voltage network or from a high-voltage battery in a low-voltage network, which is usually a
Maximalspannung von 12 Volt aufweist, übertragen. Häufig wird dies mit einem einphasigen Gleichspannungswandler realisiert. Ein einphasiger Transformator übersetzt dabei die Primärspannung (Hochvoltspannung) auf die Sekundärseite (Niederspannung) und sorgt für die notwendige galvanische Trennung zwischen den beiden Spannungsnetzen, um unter anderem den Personenschutz zu gewährleisten. Die sekundärseitige Wechselspannung wird dann mittels Maximum voltage of 12 volts transmitted. Often this is realized with a single-phase DC-DC converter. A single-phase transformer translates the primary voltage (high voltage) to the secondary side (Low voltage) and ensures the necessary electrical isolation between the two voltage networks, among other things to ensure the protection of persons. The secondary-side AC voltage is then using
Gleichrichterdioden beziehungsweise mittels eines Synchrongleichrichters gleichgerichtet. Um die Welligkeit der Ausgangsspannung zu reduzieren, ist es außerdem bekannt, eine Glättungsdrossel und einen Glättungskondensator einzusetzen. Rectifier diodes or rectified by means of a synchronous rectifier. In order to reduce the ripple of the output voltage, it is also known to use a smoothing choke and a smoothing capacitor.
Weil der Transformator nur Wechselspannung überträgt, muss zuerst die Hochvolt-Gleichspannung in eine Wechselspannung beziehungsweise in eine zeitlich veränderliche Spannung umgewandelt werden. Diese Aufgabe übernehmen üblicherweise Hochspannungsschalter, insbesondere Because the transformer only transmits AC voltage, the high-voltage DC voltage must first be converted into an AC voltage or a time-varying voltage. This task usually take high-voltage switch, in particular
Halbleitungsschalter. Sie werden derart angesteuert, dass während der Half line switch. They are controlled in such a way that during the
Leitphase die gesamte Eingangsspannung an der Primärwicklung des Conducting phase the entire input voltage at the primary winding of the
Transformators anliegt und eine sekundäre Spannung induziert. Nach der Leitphase werden die Schalter ausgeschaltet und die Spannung an der Transformer is applied and induces a secondary voltage. After the control phase, the switches are switched off and the voltage at the
Primärwicklung beträgt 0 Volt. Nach einer Totzeit werden zwei weitere Schalter derart angesteuert, dass nun die gesamte Eingangsspannung an der Primary winding is 0 volts. After a dead time two more switches are controlled such that now the entire input voltage at the
Primärinduktivität aber mit umgekehrter Polarität anliegt. Damit wird der Primary inductance but applied with reverse polarity. This will be the
Transformator mit einer Wechselspannung betrieben. Der Transformator kann auch mit einer pulsierenden Gleichspannung betrieben werden. In diesem Fall muss dafür gesorgt werden, dass er entmagnetisiert wird und die Sättigung des magnetischen Materials nicht eintritt. Um eine hohe Effizienz zu erreichen werden die Schalter sehr schnell vom gesperrten in den leitenden Zustand gebracht und umgekehrt. Durch das schnelle Schalten werden die Schaltverluste der Schalter minimiert, die Geschwindigkeit der Spannungs- und der Transformer operated with an AC voltage. The transformer can also be operated with a pulsating DC voltage. In this case, make sure that it is demagnetized and saturation of the magnetic material does not occur. In order to achieve high efficiency, the switches are very quickly brought from the locked to the conductive state and vice versa. The fast switching minimizes the switching losses of the switches, the speed of the voltage and the voltage
Stromänderung erhöht. Diese schnellere Spannungs- und Stromänderung bringen in Kombination mit parasitären, elektrischen Bauelementen der Current change increased. This faster voltage and current change bring in combination with parasitic, electrical components of
Leiterplatte, der Bauelemente und vom mechanischen Aufbau höhere Printed circuit board, components and mechanical construction higher
leistungsgebundene Störungen und elektromagnetische Störaussendungen mit sich. Der Maximalwert der leistungsgebundenen Störungen, die vom power-related disturbances and electromagnetic emissions. The maximum value of the power disturbances generated by the
Gleichspannungswandler in das Hochspannungsnetz und das DC-DC converter into the high-voltage network and the
Niederspannungsnetz eingespeist werden, sind genormt und dürfen nicht überschritten werden. Durch den Einsatz geeigneter Filter zur Low-voltage network are fed, are standardized and must not be exceeded. Through the use of suitable filters for
elektromagnetischen Verträglichkeit (EMF-Filter) können diese Störungen so weit reduziert werden, dass das Gerät alle normativen Anforderungen erfüllt. Die leitungsgebundenen Störungen werden in Gleichtakt- und Gegentaktstörungen unterteilt. Eine Gleichtakt- oder Common-Mode-Induktivität (CMC) oder Electromagnetic compatibility (EMF filters) can make these disturbances so far be reduced so that the device meets all normative requirements. The conducted disturbances are divided into common mode and differential mode noise. A common mode or common mode inductance (CMC) or
Gleichtakt-Induktionsspule reduziert die Gleichtaktstörungen und eine Common mode induction coil reduces common mode noise and a
Differenzial-Mode-Induktivität (DMC) oder Gegentakt-Induktionsspule reduziert die Gegentaktstörungen. Normalerweise benötigen die EMF-Richtfilter beide Induktivitätstypen, da beide Störungsarten gemeinsam auftreten. In der Praxis werden beide Induktivitäten häufig als zwei physikalische getrennte, Differential mode inductance (DMC) or push-pull induction coil reduces differential mode noise. Normally, the EMF straightening filters require both types of inductors, since both types of disturbances occur together. In practice, both inductors are often separated as two physical ones,
unterschiedliche Bauelemente eingesetzt. Aus der oben genannten Druckschrift ist es jedoch bereits bekannt, die beiden Induktivitäten in einem Bauelement zu vereinen. used different components. From the above document, however, it is already known to combine the two inductors in a single component.
Offenbarung der Erfindung Die erfindungsgemäße Gleichtakt-Gegentakt-Drossel hat den Vorteil, dass dieDISCLOSURE OF THE INVENTION The common-mode push-pull throttle according to the invention has the advantage that the
Induktivitäten genau einstellbar sind, wobei die Induktionsspulen an dem gleichen Drossel- Kern angeordnet sind und wirken, ohne dass die elektrischen beziehungsweise magnetischen Eigenschaften der Gleichtakt-Induktionsspule und der Gegentakt-Induktionsspule beeinträchtigt werden. Durch die Integration beider Induktionsspulen wird der Bauraum verringert und damit die Drossel und insbesondere der die Drossel aufweisende Transformator kompakt ausgebildet. Darüber hinaus werden die Herstellungskosten gesenkt und die Inductors are precisely adjustable, wherein the induction coils are arranged on the same throttle core and act without affecting the electrical or magnetic properties of the common mode induction coil and the push-pull induction coil. By integrating the two induction coils, the space is reduced and thus the throttle and in particular the throttle having the transformer formed compact. In addition, the production costs are lowered and the
Fertigungsschritte reduziert. Durch das genaue Anpassen der beiden Reduced production steps. By precisely adjusting the two
Induktivitäten verbessern sich ausserdem die E MV- Eigenschaften der Drossel und damit die der die Drossel aufweisenden Schaltung. Erfindungsmäßig ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen den einander zugewandten Inductors also improve the E MV properties of the choke and thus the circuit having the choke. According to the invention it is provided that the distance between the facing each other
Wicklungsabschnitten der beiden Induktionsspulen dem Abstand der Winding sections of the two induction coils the distance of
Wicklungsabschnitte zumindest einer der Induktionsspulen beidseits des jeweiligen Schenkels zueinander entspricht. Die erfindungsgemäße Drossel weist somit einen bestimmten Abstand der beiden Spulen zueinander an ihren einander zugewandten Wicklungsabschnitten auf. Dabei entspricht dieser Abstand dem Abstand, der zwischen den voneinander abgewandten Winding sections corresponds to each other at least one of the induction coils on both sides of the respective leg. The throttle according to the invention thus has a certain distance between the two coils to each other at their mutually facing winding sections. This distance corresponds to the distance between the opposite
Wicklungsabschnitten derselben Induktionsspule beidseits des zugeordneten Schenkels und damit dem Innendurchmesser der jeweiligen Induktionsspule. Durch die vorteilhafte Wahl des Abstands ist es möglich, die Induktivitäten beider Induktionsspulen besonders genau einzustellen und damit einen optimierten Betrieb der Gleichtakt-Gegentakt-Drossel beziehungsweise der die Drossel aufweisenden Schaltung zu gewährleisten. Winding sections of the same induction coil on both sides of the associated leg and thus the inner diameter of the respective induction coil. Due to the advantageous choice of the distance, it is possible, the inductors of both To set induction coils particularly accurate and thus to ensure optimized operation of the common-mode differential-mode choke or the throttle having circuit.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kern einen mittleren Schenkel aufweist, der zwischen den beiden bereits genannten Schenkeln angeordnet ist. Die drei Schenkel liegen bevorzugt in einer Ebene nebeneinander, wobei auch der dritte Schenkel insbesondere parallel beabstandet zu den beiden anderen Schenkeln ausgerichtet/angeordnet ist. Der dritte Schenkel ragt somit zwischen den beiden Induktionsspulen zumindest abschnittsweise hindurch. Durch den dritten Schenkel wird die According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the core has a central leg which is arranged between the two already mentioned legs. The three legs are preferably in a plane next to each other, wherein the third leg in particular aligned parallel to the other two legs / arranged. The third leg thus protrudes at least in sections between the two induction coils. By the third leg is the
Magnetfeldführung und damit die Wirkung der Drossel verbessert. Magnetic field guidance and thus the effect of the throttle improved.
Besonders bevorzugt weisen die drei Schenkel die gleiche Breite Particularly preferably, the three legs have the same width
beziehungsweise den gleichen Querschnitt auf. Hierdurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Gleichtakt-Gegentakt-Drossel. Dadurch, dass auch der mittlere Schenkel so breit ist wie die außen liegenden Schenkel, wird automatisch der zuvor genannte vorteilhafte Abstand zwischen den or the same cross section. This results in a particularly advantageous embodiment of the common mode push-pull throttle. The fact that the middle leg is as wide as the outer leg, automatically the aforementioned advantageous distance between the
Induktionsspulen zueinander erreicht. Während es bisher üblich ist, dass der mittlere Schenkel bei vergleichbaren Drosseln mindestens doppelt so breit ist, wie die beiden außen liegenden Schenkel, ist vorliegend der mittlere Schenkel schmaler, nämlich genauso breit ausgebildet wie die außen liegenden Schenkel, wodurch sich die vorteilhafte Einstellung der Induktivitäten ergibt. Induction coils reached each other. While it has hitherto been customary for the middle limb to be at least twice as wide as the two outer limbs in the case of comparable throttles, in the present case the middle limb is narrower, namely just as wide as the outer limbs, which results in the advantageous setting of the inductances results.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die drei Schenkel an einem Ende durch einen ersten Stammschenkel miteinander verbunden sind. Hierdurch ergibt sich ein E-förmig ausgebildeter Kernteil mit einem vorteilhaften Magnetfluss. Furthermore, it is preferably provided that the three legs are connected together at one end by a first trunk leg. This results in an E-shaped core part with an advantageous magnetic flux.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest die außen liegenden Schenkel an einem anderen Ende durch einen zweiten Stammschenkel, der insbesondere einen I-förmigen Kernteil bildet, miteinander verbunden sind. Dadurch wird zwischen den beiden Stammschenkeln ein Freiraum zur Verfügung gestellt, welcher zur Aufnahme der einander zugewandten Wirkungsabschnitte der Induktionsspulen dient. In diesen Freiraum ragt außerdem auch der dritte Schenkel beziehungsweise der mittlere Schenkel hinein, der sich beispielsweise bis zu dem zweiten Stammschenkel erstreckt, so dass der Freiraum durch den mittleren Schenkel in zwei Freiräume unterteilt wird. Der Kern ist insgesamt durch den zweiten Stammschenkel dabei insbesondere El-förmig ausgebildet. Furthermore, it is preferably provided that at least the outer legs are connected to one another at a different end by a second trunk leg, which in particular forms an I-shaped core part. As a result, a free space is provided between the two trunk legs, which serves to receive the mutually facing effective sections of the induction coils. In addition, the third limb or the middle limb protrudes into this free space, for example extends to the second trunk leg, so that the free space is divided by the middle leg into two free spaces. The core is a total of the second stem legs in particular El-shaped.
Alternativ ist der Kern bevorzugt U I-förmig, EE-förmig oder U U-förmig Alternatively, the core is preferably U-shaped, EE-shaped or U-shaped
ausgebildet, je nachdem, ob der Kern drei oder nur zwei Schenkel aufweist. Es ergeben sich hierdurch weitere Anwendungsgebiete für die vorteilhafte Drossel. formed, depending on whether the core has three or only two legs. This results in further fields of application for the advantageous throttle.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform endet der mittlere Schenkel beabstandet zu dem zweiten Stammschenkel, so dass zwischen dem mittleren Schenkel und dem zweiten Stammschenkel ein Luftspalt besteht. Die Größe des Luftspalts bestimmt die Größe der Induktivitäten. Durch ein Verkürzen des mittleren Schenkels ist somit eine Anpassung der Induktivitäten auf einfache Art und Weise an unterschiedliche Anwendungsfälle möglich. In einem Extremfall erstreckt sich der mittlere Schenkel bis zu dem zweiten Stammschenkel, in einem anderen Extremfall ist die Schenkellänge des mittleren Schenkels gleich Null, so dass der E-förmige Kern zu einem U-förmigen Kern wird. Ihren maximalen Wert erhalten die Induktivitäten, wenn der Luftspalt durch den mittleren Schenkel vollkommen bis zu dem zweiten Stammschenkel überbrückt ist, die Größe des Luftspalts also gleich Null ist. Ihren Minimalwert erhalten die Induktivitäten dann, wenn der Luftspalt zwischen dem mittleren Schenkel und dem zweiten Stammschenkel maximal ist. Die Streuinduktivität hängt in letzterem Fall hauptsächlich von der geometrischen Anordnung der Wicklungen zueinander ab. According to a preferred embodiment, the middle leg ends at a distance from the second stem leg, so that an air gap exists between the middle leg and the second stem leg. The size of the air gap determines the size of the inductors. By shortening the middle leg thus an adaptation of the inductors in a simple manner to different applications is possible. In an extreme case, the middle leg extends to the second stem leg, in another extreme case, the leg length of the middle leg is equal to zero, so that the E-shaped core becomes a U-shaped core. The inductances reach their maximum value when the air gap through the middle leg is completely bridged up to the second stem leg, ie the size of the air gap is equal to zero. The inductances are given their minimum value when the air gap between the middle limb and the second trunk limb is maximum. The leakage inductance depends in the latter case mainly on the geometric arrangement of the windings to each other.
Der erfindungsgemäße Wechselrichter mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Gleichtakt-Gegentakt-Drossel aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. The inverter according to the invention with the features of claim 8 is characterized by the inventive common mode push-pull throttle. This results in the already mentioned advantages. Further advantages and preferred features and combinations of features emerge in particular from the previously described and from the claims.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen:  In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. To show:
Figur 1 ein Schaltbild einer integrierten Gleichtakt-Gegentakt- Drossel und Figuren 2A und B ein Ausführungsbeispiel der Gleichtakt-Drossel. Figure 1 is a circuit diagram of an integrated common mode push-pull choke and Figures 2A and B an embodiment of the common mode choke.
Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Schaltbild einer Gleichtakt- Gegentakt- Drossel 1, die in einem Bauteil realisiert ist. Die Drossel 1 weist Induktionsspulen LI, L2 und LDM auf, wobei die Induktionsspulen LI und LDM parallel zu der Induktionsspule L2 geschaltet sind. Durch einen dem FIG. 1 shows, in a simplified representation, a circuit diagram of a common mode push-pull throttle 1, which is implemented in one component. The inductor 1 comprises inductors LI, L2 and LDM, the inductors LI and LDM being connected in parallel with the inductor L2. By a the
Hochspannungsnetz zugeordneten Kondensator CX1 fällt eine erste Spannung ab und durch zwei weitere Kondensatoren CY, zwischen denen ein High-voltage network associated capacitor CX1 drops a first voltage and through two more capacitors CY, between which one
Masseanschluss liegt, fällt eine Spannung an der Niedervoltseite ab. Die Drossel ist dabei insbesondere an eine Schaltung eines hier nicht näher dargestellten Transformators angeschlossen. Die Spulen LI und L2 und LDM bilden eine Gleichtakt- Drossel CMC und die Spulen LI und LDM eine Gegentakt- Drossel DMC. Ground connection is located, a voltage drops on the low-voltage side. The throttle is connected in particular to a circuit of a transformer not shown here. The coils LI and L2 and LDM form a common mode choke CMC and the coils LI and LDM form a push-pull choke DMC.
Figuren 2A und 2B zeigen ein Ausführungsbeispiel der Drossel 1 in einer vereinfachten Darstellung, wobei Figur 2A Bemaßungen zeigt und Figur 2B magnetische Streufelder der Drossel 1. FIGS. 2A and 2B show an embodiment of the throttle 1 in a simplified representation, FIG. 2A showing dimensions and FIG. 2B magnetic stray fields of the throttle 1.
Gezeigt ist dabei der Aufbau der Drossel 1 in Planartechnik. Dieser kann auch an mit Drähten gewickelte Induktivitäten angewendet werden. In der Abbildung ist eine El- Kernform eines Kerns 3 der Drossel 1 gezeigt. Der Kern 3 weist somit ein E-förmiges Kernteil 4 sowie ein I-förmiges Kernteil 5 auf. Das E-förmige Kernteil 4 weist drei Schenkel 6, 7 und 8 auf, die parallel und beabstandet zueinander ausgerichtet sind und von einem Stammschenkel 9 ausgehen, so dass sich die E-Form ergibt. Der I-förmige Kernteil 5 liegt dem E-förmigen Kernteil 4 gegenüber, so dass der I-förmige Kernteil 5 parallel zu dem Stammschenkel 4 liegt und selbst einen zweiten Stammschenkel 10 bildet, der stirnseitig auf den außenliegenden Schenkeln 6 und 8 aufliegt, so dass ein Berührungskontakt zwischen den Schenkeln 8, 9 und dem Stammschenkel 10 beziehungsweise dem I-förmigen Kernteil 5 besteht. Shown here is the structure of the reactor 1 in planar technology. This can also be applied to wire-wound inductors. In the figure, an El-core shape of a core 3 of the reactor 1 is shown. The core 3 thus has an E-shaped core part 4 and an I-shaped core part 5. The E-shaped core part 4 has three legs 6, 7 and 8, which are aligned parallel and spaced from each other and emanate from a trunk leg 9, so that the E-shape results. The I-shaped core part 5 is opposite to the E-shaped core part 4, so that the I-shaped core part 5 is parallel to the stem leg 4 and even forms a second stem leg 10 which rests on the outer legs 6 and 8, so that There is a physical contact between the legs 8, 9 and the trunk leg 10 and the I-shaped core part 5.
Der zwischen den Schenkeln 6 und 8 liegende mittlere Schenkel 7 ist verkürzt ausgebildet, so dass sich ein Luftspalt / ergibt. Der Luftspalt / ist dabei gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kleiner als die Länge IF der außenliegenden Schenkel 6, 8. Um den Schenkel 6 ist die Spule LI als Gegentakt-Induktionsspule gewickelt und um den Schenkel 8 die Spule L2 als Gleichtakt-Induktionsspule. Die Schenkel 6, 7 und 8 weisen jeweils die gleiche Breite bs, so dass der Abstand der einander zugewandten Wicklungsabschnitte der Spulen LI und L2 an ihren zueinander zugewandten Seiten in dem E- Kernteil 9 genauso groß ist, wie der The lying between the legs 6 and 8 middle leg 7 is formed shortened, so that there is an air gap /. The air gap / is smaller than the length IF of the outer legs 6, 8 according to the present embodiment. To the leg 6, the coil LI is wound as a push-pull induction coil and around the leg 8, the coil L2 as a common-mode induction coil. The legs 6, 7 and 8 each have the same width bs, so that the distance of the mutually facing winding sections of the coils LI and L2 at their mutually facing sides in the E-core part 9 is the same size as the
Innendurchmesser der Spulen an dem jeweiligen Schenkel 6, 8. Inner diameter of the coils on the respective legs 6, 8.
Im Betrieb ergeben sich dabei die in Figur 2B gezeigten Felder beziehungsweise magnetischen Flüsse. Der Hauptfluss fließt durch die Wicklungen, so dass sich ein Hauptfeld H ergibt. Zusätzlich dazu hat jede Induktionswicklung LI, L2 ein eigenes Streufeld L1S beziehungsweise L2S, das die andere Induktionswicklung jeweils nicht durchfließt. Das Hauptfeld H wird von der Hauptinduktivität Lh und die Streufelder von den jeweiligen Streuinduktivitäten La erzeugt. During operation, the fields or magnetic fluxes shown in FIG. 2B result during operation. The main river flows through the windings, so that a main field H results. In addition to this, each induction winding LI, L2 has its own stray field L1S or L2S, which does not flow through the other induction winding in each case. The main field H is generated by the main inductance Lh and the stray fields from the respective leakage inductances L a .
Durch die gezielte Einstellung des Luftspalts / wird eine Kopplung k zwischen den Wicklungen der Induktionsspulen LI und L2 eingestellt. Durch die Änderung von k ändern sich auch die Induktivitäten LDM und LCM. LDM und Lh erreichen ihren maximalen Wert bei einem Luftspalt von lag=0 mm. Umgekehrt haben die Induktivitäten LDM und Lh ihren minimalen Wert bei einem Luftspalt von lag=IF. In diesem Fall verschwindet der Mittelschenkel 7 vollständig und der bisherige I- Kernteil 4 wird zu einem U-Kernteil beziehungsweise zu einem U-förmigen Kern. Die Streuinduktivität hängt in diesem Fall hauptsächlich von der geometrischen Anordnung der Wicklungen beziehungsweise der Induktionsspulen LI, L2 zueinander ab. Je nach Kerngeometrie und Material ändert sich der Wert von Lh um circa 20% vom Minimalwert über die gesamte Längenänderung des By the targeted adjustment of the air gap / a coupling k between the windings of the induction coils LI and L2 is set. By changing k, the inductances LDM and LCM also change. LDM and Lh reach their maximum value at an air gap of lag = 0 mm. Conversely, the inductances LDM and Lh have their minimum value at an air gap of lag = IF. In this case, the center leg 7 completely disappears and the previous I-core part 4 becomes a U-core part or a U-shaped core. The leakage inductance depends in this case mainly on the geometric arrangement of the windings or the induction coils LI, L2 to each other. Depending on the core geometry and material, the value of Lh changes by about 20% of the minimum value over the entire change in length of the Lh
Luftspalts lag. Im Gegensatz dazu ändert sich der Wert der Induktivität LDM um circa 8000% bezogen auf ihren minimalen Wert. Unter Betrachtung dieser sehr unterschiedlichen Werteänderungen der Induktivitäten kann man von einem relativ konstanten Wert der Gleichtakt- Drossel bei einem höchsteinstellbaren Wert der Gegentakt- Drossel ausgehen. Mit dieser Anordnung werden Werte von LDM von wenigen mH bis zu > 100 mH erreicht. Für die Dimensionierung derAir gap was. In contrast, the value of the inductance LDM changes by approximately 8000% relative to its minimum value. Considering these very different value changes of the inductances, one can assume a relatively constant value of the common mode choke at a maximum settable value of the differential mode choke. With this arrangement, values of LDM of a few mH up to> 100 mH are achieved. For sizing the
Induktivität muss die Sättigung des magnetischen Materials noch berücksichtigt werden. Die Drossel 1 kann auch mit zwei E- Kernen oder zwei U- Kernen oder einer Ul- Kernkombination realisiert werden. Die Windungen der Induktionsspulen LI und L2 sind nicht wie gewohnt um den Mittelschenkel 7 des Kerns gewickelt, sie sind jeweils um die äußeren Schenkel 6, 8 gewickelt. Das erhöht die Streuinduktivität La der Gleichtakt-Drossel. In diesem Aufbau gilt La =LDM und die Inductance, the saturation of the magnetic material still needs to be considered. The throttle 1 can also be realized with two E cores or two U cores or a U-core combination. The turns of the induction coils LI and L2 are not wound as usual around the central leg 7 of the core, they are each wound around the outer legs 6, 8. This increases the stray inductance L a of the common mode choke. In this structure, L a = LDM and the
Hauptinduktivität Lh entspricht der Gleichtakt-Induktivität LCM, es gilt also Lh=LCM.  Main inductance Lh corresponds to the common-mode inductance LCM, ie Lh = LCM.
Ein weiterer Vorteil tritt bei Hochvoltanwendungen zutage, da beide Wicklungen beziehungsweise Induktionsspulen LI, L2 nicht übereinander gestapelt sind, sondern weit nebeneinander platziert sind. Damit können die Another advantage is found in high-voltage applications, since both windings or induction coils LI, L2 are not stacked on top of each other, but are placed far apart. So that can
Isolationsanforderungen ohne Schwierigkeiten erfüllt werden. Da die Wicklungen nicht übereinander gebaut werden, können außerdem alle Kupferlagen für jede Wicklung genutzt werden. Dies reduziert den ohmschen Widerstand der Wicklungen, was die Kupferverluste der Gleichtakt- Drossel minimiert. Insulation requirements are met without difficulty. Since the windings are not built on top of each other, all copper layers can be used for each winding. This reduces the ohmic resistance of the windings, which minimizes the copper losses of the common mode choke.
Desweiteren wird mit dem Aufbau ein erhöhter Freiheitsgrad bezogen auf die Gestaltung der einzelnen Wicklungen erzielt, da diese nicht übereinander gestapelt werden müssen. Weil die drei Schenkel 6, 7 und 8 die gleiche Breite bs aufweisen, ist eine hochgenaue Einstellung der Induktivitäten möglich.  Furthermore, an increased degree of freedom based on the design of the individual windings is achieved with the structure, since these do not have to be stacked on top of each other. Because the three legs 6, 7 and 8 have the same width bs, a highly accurate adjustment of the inductances is possible.

Claims

Ansprüche claims
1. Gleichtakt-Gegentakt-Drossel (1) für ein elektrisch betreibbares 1. Common mode push-pull throttle (1) for an electrically operable
Kraftfahrzeug, mit einem zumindest zwei parallel und beabstandet  Motor vehicle, with at least two parallel and spaced
zueinander ausgerichteten Schenkeln (6, 8) aufweisenden Kern (4), mit einer Gleichtakt-Induktionsspule (LI) und mit einer Gegentakt-Induktionsspule (L2), wobei die beiden Induktionsspulen (LI, L2) jeweils um einen der zwei Schenkel (6, 8) gewickelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen einander zugewandten Wicklungsabschnitten der beiden  core (4) aligned with each other with a common-mode induction coil (LI) and with a push-pull induction coil (L2), the two induction coils (LI, L2) each being wound around one of the two limbs (6, 8). 8) are wound, characterized in that the distance between mutually facing winding sections of the two
Induktionsspulen (LI, L2) dem Abstand der Wicklungsabschnitte zumindest einer der Induktionsspulen (LI, L2) beidseits des jeweiligen Schenkels (6, 8) zueinander entspricht.  Induction coil (LI, L2) corresponds to the distance between the winding sections of at least one of the induction coils (LI, L2) on both sides of the respective leg (6, 8) to each other.
2. Drossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (4) 2. Throttle according to claim 1, characterized in that the core (4)
einen mittleren Schenkel (7) aufweist, wobei der mittlere Schenkel (7) zwischen den zwei Schenkeln (6, 8) angeordnet und beabstandet und parallel zu diesen ausgerichtet ist.  a middle leg (7), wherein the middle leg (7) between the two legs (6, 8) is arranged and spaced and aligned parallel thereto.
3. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 3. Throttle according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die drei Schenkel (6, 7, 8) die gleiche Breite (bs) aufweisen.  characterized in that the three legs (6, 7, 8) have the same width (bs).
4. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 4. Throttle according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die drei Schenkel (6, 7, 8) an einem Ende durch einen ersten Stammschenkel (10) miteinander verbunden sind.  characterized in that the three legs (6, 7, 8) are interconnected at one end by a first stem leg (10).
5. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 5. Throttle according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass der Kern (4) El-förmig ausgebildet ist.  characterized in that the core (4) is formed in an El shape.
6. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 6. Throttle according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass der Kern (4) U I-förmig, EE-förmig oder U U-förmig ausgebildet ist. in that the core (4) is U-shaped, EE-shaped or U-shaped.
7. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 7. Throttle according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass der mittlere Schenkel (7) beabstandet zu dem zweiten Stammschenkel (10) endet, so dass zwischen dem mittleren Schenkel (7) und dem zweiten Stammschenkel (10) ein Luftspalt (/ ) besteht.  characterized in that the middle leg (7) ends at a distance from the second stem leg (10), so that an air gap (/) exists between the middle leg (7) and the second stem leg (10).
8. Transformator mit einer Schaltungsanordnung, die zwischen einer 8. Transformer with a circuit arrangement between a
Hochspannungsseite und einer Niederspannungsseite angeordnet ist, wobei auf mindestens einer der Seiten des Transformators eine Gleichtakt- Gegentakt- Drossel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 angeordnet oder angeschlossen ist.  High-voltage side and a low-voltage side is arranged, wherein on at least one of the sides of the transformer, a common-mode differential choke (1) is arranged or connected according to one of claims 1 to 7.
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