EP3769410A1 - Emv-filteranordnung - Google Patents

Emv-filteranordnung

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EP3769410A1
EP3769410A1 EP19742192.8A EP19742192A EP3769410A1 EP 3769410 A1 EP3769410 A1 EP 3769410A1 EP 19742192 A EP19742192 A EP 19742192A EP 3769410 A1 EP3769410 A1 EP 3769410A1
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EP
European Patent Office
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current
emc filter
capacitance
filter arrangement
compensation
Prior art date
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Pending
Application number
EP19742192.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Schroth
Andreas Fuchs
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.)
Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Original Assignee
Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG filed Critical Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Publication of EP3769410A1 publication Critical patent/EP3769410A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H03H1/0007—Constructional details of impedance networks whose electrical mode of operation is not specified or applicable to more than one type of network of radio frequency interference 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
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    • H03H2001/0092—Inductor filters, i.e. inductors whose parasitic capacitance is of relevance to consider it as filter

Definitions

  • the present invention relates to an EMC filter arrangement which comprises two current-carrying conductor tracks which connect a first capacitance, a first compensation conductor loop, a second capacitance and a second compensation conductor loop in such a way that the inductive coupling between the capacitances is reduced , with simultaneous minimal asymmetry in the individual phases (L / N).
  • an EMC filter arrangement which comprises two current-carrying conductor tracks which connect a first capacitance, a first compensation conductor loop, a second capacitance and a second compensation conductor loop to one another in a ballast.
  • the components are arranged in such a way that the inductive coupling between the capacitors is reduced.
  • the second Compensating conductor loop By using the second Compensating conductor loop, the inductive coupling is compensated by the second capacitance in differential mode.
  • the two compensation conductor loops each create a magnetic field, which add up to a new resulting magnetic field.
  • This resulting magnetic field is spatially more widely distributed than the magnetic field with only one compensation conductor loop, counteracts or counteracts one component against the magnetic field of the second capacitance, so that the two magnetic fields ideally cancel each other out.
  • the resulting magnetic field of the two compensation conductor loops counteracts or with one component counteracts the magnetic field and creates symmetrical conditions in the filter. Reverse current supply to the stirrups reverses the mode of operation in the same and the push-pull mode.
  • the EMC filter arrangement is preferably designed such that the first current-carrying conductor track is a neutral conductor and the second current-carrying conductor track is a phase conductor.
  • the first compensation conductor loop is provided on one of the two lines and is connected between the first capacitance and the second capacitance.
  • an embodiment is favorable in which the second compensation conductor loop is provided on the line, on which the first compensation conductor loop is not provided, is connected between the first capacitance and the second capacitance and runs in parallel to the first compensation conductor loop.
  • the resulting magnetic fields are optimally overlaid with those of the capacitors due to the parallel arrangement of the two conductor loops. Due to the arrangement of the two Kompensationslei loops between the first and the second capacitance, an optimal effect of the resulting magnetic fields is counteracted or with a compo- against the magnetic fields of the second capacitance in push-pull and the first capacitance in common mode. Furthermore, the EMC filter structure with a second compensation conductor loop improves the filter properties, since a conversion from common mode to push mode interference or from push mode to common mode interference is avoided. In common mode, for example, a smaller current flows through the compensation conductor loop than through the uncompensated path due to the asymmetry of the filter structure.
  • the first compensation conductor loop is arranged in such a way that the current flow direction through the first compensation conductor loop runs parallel to the current flow direction or a component runs parallel to the current flow direction through the two capacitances. In this way, the resulting magnetic fields of the compensation conductor loops act in the best possible way against the magnetic fields of the first and second capacitors.
  • the current flow direction in the compensation conductor loop runs counter to or with one component counter to the current flow direction through the second capacitance.
  • the result of the compensation conductor loops is a resulting magnetic field which counteracts the magnetic field of the second capacitance.
  • the EMC filter arrangement according to the invention is designed such that during a common-mode current operation, the direction of current flow in the compensation conductor loop runs counter to or with one component against the current flow direction through the first capacitor.
  • the result of the compensation conductor loops is a resulting magnetic field that counteracts the magnetic field of the first capacitance.
  • the first capacitance is formed from two Y interference suppression capacitors and the one Y interference suppression capacitor is connected to the second current-carrying conductor tracks and a ground and the other Y interference suppression capacitor is connected to the first current-carrying conductor path and a ground ,
  • the second capacitance is an X interference suppression capacitor which is arranged between the first current-carrying conductor track and the second current-carrying conductor track.
  • the two compensation conductor loops are designed as a printed circuit board. This reduces the assembly effort and favors the handling of the EMC filter, since electrical components are assembled on printed circuit boards as standard and the compensation conductor bracket can thus be integrated without considerable additional effort. Furthermore, the stability of the compensation conductor loop is increased and thus the service life of the EMC filter
  • the two compensation conductor loops are designed in the form of at least one or more wire loops.
  • the one or more wire loops form the smallest unit of a current-carrying coil for generating a magnetic field. This is advantageous with an EMC filter, since many electronic devices are in who use an EMC filter are small devices with little installation space. This limits the size of an EMC filter and thus also the installation space for the compensation conductor loops.
  • a common mode choke and a third capacitance are connected in series to the second capacitance. This further improves the properties of the EMC filter.
  • the EMC filter arrangement according to the invention is designed in such a way that the third capacitance is an X interference suppression capacitor, which is arranged between the first current-carrying conductor track and the second current-carrying conductor track and has a current flow direction which is equal to the current flow direction of the second capacitance.
  • the third capacity further optimizes the filter properties of the EMC filter. Due to the direction of current flow, the resulting magnetic field has the same orientation as the magnetic field of the second capacitance and these overlap. The resulting magnetic field of the compensation conductor loops thus optimally counteracts or with one component counteracts the resulting magnetic field of the second and third capacitors.
  • the current-carrying conductor tracks are provided between the two Y interference suppression capacitors.
  • the Y interference suppression capacitors are provided between the two current-carrying conductor tracks.
  • the direction of current flow in the two compensation conductor loops changes and thus also the direction of the resulting magnetic field or the sign of the compensation. It is beneficial that the EMC filter can be whose applications can be adapted and the area of application of the EMC filter is wider.
  • Fig. 1 is a schematic view of an EMC filter with two compensation conductor loops, two Y capacitors and an X capacitor
  • Fig. 2 is a schematic view of an EMC filter with current conducting tracks between the Y capacitors and an EMC filter Y capacitors between the current conducting tracks
  • FIG. 3 shows a system circuit diagram of an EMC filter in push-pull mode
  • FIG. 4 shows a system circuit diagram of an EMC filter in common mode
  • FIG. 5 compares the system circuit diagrams of an EMC filter with one and with two compensation conductor loops in common mode
  • FIG. 6 simulation results of a DMTR determination (differential mode transmission ratio)
  • FIG. 7 simulation results of a CMTR determination (common mode transmission ratio)
  • FIG. 1 shows a schematic view of an EMC filter with two compensation conductor loops 3, 7, two Y capacitors 8 and an X capacitor 9.
  • the two current conducting tracks 5, 6 connect the aforementioned components in a ballast. Furthermore, the current-carrying conductor tracks 5, 6 are provided between the two Y-interference suppression capacitors 8 and the X-interference suppression capacitor 9 is arranged between the two current-carrying conductor tracks 5, 6.
  • the first Kom pensationsleiterschleife 3 is connected to the phase conductor 6 and the second Kom pensationsleiterschleife 7 to the neutral conductor 5.
  • Both compensation conductor loops 3, 7 are connected between the first capacitance and the second capacitance and run parallel to one another. Furthermore, the two compensation conductor loops 3, 7 are arranged such that the direction of current flow through the compensation conductor loops 3, 7 runs parallel to the direction of current flow or a component parallel to the direction of current flow through the two capacitors.
  • FIG. 2 shows a schematic view of an EMC filter with current-carrying conductor tracks between the Y capacitors 8 and an EMC filter with Y capacitors 8 between the current-carrying conductor tracks 5, 6.
  • FIG. be 11 and another third capacity connected in series. Otherwise, the structure of Figure 1 (right part of Figure 2) is the same.
  • FIG 3 a system diagram of an EMC filter of Figure 2 is shown in the counter clock.
  • the two compensation conductor loops 3, 7 are of their flows through the respective currents in the same direction and the resulting magnetic fields add up to form a new resulting magnetic field. Since the currents through the two X capacitors 9 flow in the opposite direction compared to the currents in the compensation conductor loops 3, 7, the resulting magnetic field of the compensation conductor loops 3, 7 counteracts the resulting magnetic field of the X interference suppression capacitors 9 and Ideally, magnetic fields cancel each other out.
  • FIG. 4 shows a system circuit diagram of an EMC filter from FIG. 2 in common mode.
  • the two compensation conductor loops 3, 7 are traversed by their respective currents in the same direction, and the magnetic fields that arise add up to a new resulting magnetic field. Since the currents through the two Y capacitors 8 flow in the opposite direction compared to the currents in the compensation conductor loops 3, 7, the resulting magnetic field of the compensation conductor loops 3, 7 counteracts the resulting magnetic fields of the Y interference suppression capacitors 8 and the magnetic fields rise ideally on.
  • FIG. 5 is a comparison of the system circuit diagrams of an EMC filter with one and with two compensation conductor loops in common mode (in the right and left view in each case).
  • the arrangement with two compensation conductor loops 3, 7 flow through the two current-carrying conductor tracks 5, 6 Currents of the same phase.
  • a smaller current flows through the non-compensated path of the EMC filter due to the asymmetry.
  • FIG. 6 shows the fleas of the differential mode transmission ratio (DMTR) in dB.
  • the DMTR is the ratio of the push-pull voltage specified on the filter to the push-pull voltage measured on the network simulation and reduced by the EMC filter.
  • the two compensation conductor loops 3, 7 achieve a significant reduction in the push-pull voltage in the higher frequency range, which is the primary goal of the compensation conductor loops 3, 7. It can also be seen that there are only minimal differences between the simple and the two compensation conductor loops 3, 7.
  • FIG. 7 shows the level of the common mode transmission ratio (CMTR) in dB.
  • CMTR common mode transmission ratio
  • the CMTR is the ratio of the common mode voltage specified on the filter to the common mode voltage measured on the network simulation and reduced by the EMC filter. In this case, the three EMC filter variants show no significant differences.
  • FIG. 8 shows the level of the common mode rejection ratio in dB.
  • the CMRR is the ratio of the common mode voltage specified on the filter to the differential mode voltage measured on the network simulation and reduced by the filter. Due to the asymmetry when using a compensation conductor loop 3, 7, an increased conversion from common mode voltage to push-pull voltage occurs in the EMC filter. If no compensation conductor loops 3, 7 are used or two compensation conductor loops 3, 7 in a symmetrical design, significantly lower values for the CMRR are achieved. Thus, the deterioration caused by the simple compensation conductor loop 3, 7 is largely compensated for.
  • FIG. 9 shows the level of the differential mode rejection ratio in dB.
  • the DMRR is the ratio of the push-pull voltage specified on the EMC filter to the common-mode voltage measured on the network simulation and reduced by the EMC filter. Due to the coupling of the symmetrical compensation conductor loops 3, 7 to the X and Y interference suppression capacitors 8, 9, the strong resonances that occur when using only one compensation conductor loop 3, 7 can be largely minimized.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine EMV-Filteranordnung, die zwei stromführende Leiterbahnen (5, 6) umfasst, die wenigstens eine erste Kapazität (8), wenigstens eine erste Kompensationsleiterschleife (3), wenigstens eine zweite Kapazität (9) und wenigstens eine zweite Kompensationsleiterschleife (7) in einer Vorschaltung miteinander verbinden, derart, dass die induktive Kopplung zwischen den Kapazitäten verringert wird.

Description

EMV-Filteranordnung
Beschreibung:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine EMV-Filteranordnung, die zwei strom- führende Leiterbahnen umfasst, die eine erste Kapazität, eine erste Kom pensationsleiterschleife, eine zweite Kapazität und eine zweite Kompensati- onsleiterschleife miteinander verbinden, derart, dass die induktive Kopplung zwischen den Kapazitäten verringert wird, bei gleichzeitiger minimaler Asymmetrie in den einzelnen Phasen (L/N).
Während der Benutzung getakteter elektrischer Geräte entstehen elektrische Störaussendungen, welche durch die Schalthandlung erzeugt werden. Dabei ist es bekannt, Filter in Netzleitungen oder elektrischen Geräten für die Abschwächung der elektromagnetischen Störungen einzusetzen. Typischerwei- se erlauben die EMV-Filter die Reduzierung von eingehenden und ausge henden EM-Störungen über ein breites Frequenzband sowohl im Gegentakt (differential mode) als auch im Gleichtakt (common mode). Die darin typi scherweise verbauten Kapazitäten weisen eine unerwünschte induktive Kopplung untereinander auf. Im Stand der Technik wird die unerwünschte induktive Kopplung mittels eines Kondensators sowie einer daran angebun denen zusätzlichen Leiterschleife reduziert. Nachteilig an diesem Systemaufbau ist, dass durch die zusätzliche Leiterschleife die induktive Kopplung zwar reduziert wird, aber nicht komplett aus gleicht. Ferner werden aufgrund des asymmetrischen Systemaufbaus durch die eine zusätzliche Leiterschleife Gleichtakt- in Gegentaktstörungen bzw. Gegentakt- in Gleichtaktstörungen gewandelt. Dies wirkt sich negativ auf die Filtereigenschaften aus.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine EMV-Filteranordnung bereit zu stellen, die die Filtereigenschaften im Gegentakt als auch im Gleichtakt weiter verbessert und die Wandlung von Gleichtakt- in Gegentaktstörungen bzw. Gegentakt- in Gleich- taktstörungen vermindert bzw. vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 ge- löst.
Erfindungsgemäß wird eine EMV-Filteranordnung vorgeschlagen, die zwei stromführende Leiterbahnen umfasst, die eine erste Kapazität, eine erste Kompensationsleiterschleife, eine zweite Kapazität und eine zweite Kompen sationsleiterschleife in einer Vorschaltung miteinander verbinden. Die Kom ponenten sind dabei derart angeordnet, dass die induktive Kopplung zwi schen den Kapazitäten verringert wird. Durch die Verwendung der zweiten Kompensationsleiterschleife wird im Gegentakt (differential mode) die induk tive Kopplung durch die zweite Kapazität kompensiert. Durch die beiden Kompensationsleiterschleifen entsteht jeweils ein Magnetfeld, die sich zu einem neuen resultierenden Magnetfeld addieren. Dieses resultierende Mag- netfeld ist räumlich weiter verteilt als das Magnetfeld mit nur einer Kompen sationsleiterschleife, wirkt entgegen oder mit einer Komponente entgegen dem Magnetfeld der zweiten Kapazität, so dass sich die beiden Magnetfelder im Idealfall aufheben. Im Gleichtakt (common mode) wirkt das resultierende Magnetfeld der beiden Kompensationsleiterschleifen entgegen oder mit einer Komponente entgegen dem Magnetfeld und stellt dabei symmetrische Bedingungen im Filter her. Durch eine umgekehrte Bestromung der Bügel ver- tauscht sich die Wirkungsweise in Gleich- und Gegentakt.
Vorzugsweise ist die EMV-Filteranordnung so ausgebildet, dass die erste stromführende Leiterbahn ein Neutralleiter ist und die zweite stromführende Leiterbahn ein Phasenleiter ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die erste Kompensationsleiterschleife an einer der beiden Leitungen vorgesehen ist und zwischen die erste Kapazität und die zweite Kapazität geschalten ist.
Ferner ist eine Ausführung günstig, bei der die zweite Kompensationsleiter- schleife an der Leitung vorgesehen ist, an der nicht die erste Kompensations- leiterschleife vorgesehen ist, zwischen die erste Kapazität und die zweite Kapazität geschalten ist und parallel zu der ersten Kompensationsleiter schleife verläuft.
Dabei ist es günstig, dass durch die parallele Anordnung der beiden Leiter- schleifen sich deren resultierende Magnetfelder mit denen der Kapazitäten optimal überlagern. Aufgrund der Anordnung der beiden Kompensationslei terschleifen zwischen der ersten und der zweiten Kapazität wird eine optima le Wirkung der resultierenden Magnetfelder entgegen oder mit einer Kompo- nente entgegen der Magnetfelder der zweiten Kapazität im Gegentakt und der ersten Kapazität im Gleichtakt erzielt. Ferner verbessert der EMV- Filteraufbau mit einer zweiten Kompensationsleiterschleife die Filtereigenschaften, da eine Wandlung von Gleichtakt- in Gegentaktstörungen bzw. von Gegentakt- in Gleichtaktstörungen vermieden wird. Im Gleichtakt fließt beispielsweise im Stand der Technik aufgrund der Asymmetrie des Filterauf- baus ein kleinerer Strom durch die Kompensationsleiterschleife als durch den nicht kompensierten Pfad. Daraus resultiert eine Gegentaktstörung und au ßerdem verringert sich die Wirksamkeit der Kompensationsleiterschleife. Mit- tels der zweiten Kompensationsleiterschleife fließen durch beide stromfüh renden Leiterbahnen Ströme der gleichen Phasenlage und somit wird die Entstehung einer Gegentaktstörung vermieden und gleichzeitig die Wirkung des resultierenden Magnetfeldes der Kompensationsleiterschleifen entgegen oder mit einer Komponente entgegen dem Magnetfeld der ersten Kapazität erhöht.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Kompensationsleiterschleife derart angeordnet ist, dass die Stromflussrich tung durch die erste Kompensationsleiterschleife parallel zur der Stromfluss- richtung oder einer Komponente parallel zur der Stromflussrichtung durch die beiden Kapazitäten verläuft. Auf diese Weise wirken die resultierenden Magnetfelder der Kompensationsleiterschleifen bestmöglich entgegen den Magnetfeldern der ersten und zweiten Kapazität.
In einer weiteren vorteilhaften Variante ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass während einem Gegentaktstrombetrieb, die Stromflussrichtung in der Kompensationsleiterschleife entgegen oder mit einer Komponente entgegen der Stromflussrichtung durch die zweite Kapazität verläuft. Dabei entsteht durch die Kompensationsleiterschleifen ein resultierendes Magnetfeld, das entgegen das Magnetfeld der zweiten Kapazität wirkt. Die erfindungsgemäße EMV-Filteranordnung ist in einer vorteilhaften Ausfüh- rungsvariante ausgebiidet, dass während einem Gleichtaktstrombetrieb, die Stromflussrichtung in der Kompensationsleiterschleife entgegen oder mit ei- ner Komponente entgegen der Stromflussrichtung durch die erste Kapazität verläuft. Dabei entsteht durch die Kompensationsleiterschleifen ein resultie rendes Magnetfeld, das entgegen das Magnetfeld der ersten Kapazität wirkt.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn die erste Kapazität aus zwei Y-Entstör- kondensatoren ausgebildet ist und der eine Y-Entstörkondensator mit der zweiten stromführenden Leiterbahnen und einer Erdung verbunden ist und der andere Y-Entstörkondensator mit der ersten stromführenden Leiterbahn und einer Erdung verbunden ist.
In einer Variante der vorliegenden EMV-Filteranordnung ist ferner vorgese hen, dass die zweite Kapazität ein X-Entstörkondensator ist, der zwischen der ersten stromführende Leiterbahn und der zweiten stromführende Leiter- bahn angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Kom pensationsleiterschleifen als eine Leiterplatte ausgebildet. Dadurch wird der Montageaufwand reduziert und die Handhabung des EMV-Filters begünstigt, da elektrotechnische Baugruppen standardmäßig auf Leiterplatten zusam- mengesetzt werden und somit die Kompensationsleiterbügel ohne erhebli chen Mehraufwand integriert werden können. Ferner wird die Stabilität des Kompensationsleiterschleifen erhöht und somit auch die Lebensdauer des EMV-Filters
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die beiden Kompensationsleiter- schleifen in Form wenigstens einer oder mehrerer Drahtschleifen ausgebil det. Die eine oder mehreren Drahtschleifen bilden die kleinste Einheit einer stromdurchflossenen Spule zur Erzeugung eines Magnetfelds. Dies ist bei einem EMV-Filter vorteilhaft, da es sich bei vielen elektronischen Geräten in denen ein EMV-Filter eingesetzt wird um kleine Geräte mit wenig Bauraum handelt. Dadurch ist die Größe eines EMV-Filters beschränkt und somit auch der Bauraum für die Kompensationsleiterschleifen.
In einer Weiterbildung der vorliegenden EMV-Fiiteranordnung sind in Reihe an die zweite Kapazität eine Gleichtaktdrossel und eine dritte Kapazität an geschlossen. Dadurch werden die Eigenschaften des EMV-Filters weiter ver bessert.
Die erfindungsgemäße EMV-Fiiteranordnung ist in einer Ausführungsform so ausgebildet, dass die dritte Kapazität ein X-Entstörkondensator ist, der zwi- sehen der ersten stromführende Leiterbahn und der zweiten stromführenden Leiterbahn angeordnet ist und eine Stromflussrichtung aufweist, die der Stromflussrichtung der zweiten Kapazität gleicht. Die dritte Kapazität optimiert weiter die Filtereigenschaften des EMV-Filters. Aufgrund der Strom flussrichtung weist das resultierende Magnetfeld die gleiche Ausrichtung auf wie das Magnetfeld der zweiten Kapazität und diese überlagern sich. Das resultierende Magnetfeld der Kompensationsleiterschleifen wirkt auf diese Weise optimal entgegen oder mit einer Komponente entgegen das resultie renden Magnetfeld der zweiten und dritten Kapazität.
In einer Ausführungsvariante der EMV-Fiiteranordnung sind die stromführen- den Leiterbahnen zwischen den beiden Y-Entstörkondensatoren vorgesehen.
In einer weiteren Ausführungsform der EMV-Fiiteranordnung sind die Y- Entstörkondensatoren zwischen den beiden stromführenden Leiterbahnen vorgesehen.
Aufgrund der beiden verschiedenen Aufführungsvarianten ändert sich die Stromflussrichtung in den beiden Kompensationsleiterschleifen und somit auch die Richtung des resultierenden Magnetfelds bzw. das Vorzeichen der Kompensation. Dabei ist günstig, dass dadurch der EMV-Filter an verschie- dene Anwendungsfälle angepasst werden kann und somit der Einsatzbe reich des EMV-Filters breiter ist.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü- chen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Be- Schreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines EMV-Filters mit zwei Kom pensationsleiterschleifen, zwei Y-Kondensatoren und einem X- Kondensator, Fig. 2 eine schematische Ansicht eines EMV-Filters mit stromführen den Leiterbahnen zwischen den Y-Kondensatoren und eines EMV-Filters mit Y-Kondensatoren zwischen den stromführen den Leiterbahnen,
Fig. 3 ein Systemschaltbild eines EMV-Filters im Gegentakt, Fig. 4 ein Systemschaltbild eines EMV-Filters im Gleichtakt, Fig. 5 Vergleich der Systemschaltbilder eines EMV-Filters mit einer und mit zwei Kompensationsleiterschleifen im Gleichtakt,
Fig. 6 Simulationsergebnisse einer DMTR-Ermittlung (differential mo- de transmission ratio), Fig. 7 Simulationsergebnisse einer CMTR-Ermittlung (common mode transmission ratio),
Fig. 8 Simulationsergebnisse einer CMRR-Ermittlung (common mode rejection ratio),
Fig. 9 Simulationsergebnisse einer DMRR-Ermittlung (differential mo- de rejection ratio).
Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Figuren 1 bis 9 anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinwei- sen.
In Figur 1 ist eine schematische Ansicht eines EMV-Filters mit zwei Kompen- sationsleiterschleifen 3, 7, zwei Y-Kondensatoren 8 und einem X- Kondensator 9 dargestellt. Die beiden stromführenden Leiterbahnen 5, 6 verbinden die vorgenannten Komponenten in einer Vorschaltung. Ferner sind die stromführenden Leiterbahnen 5, 6 zwischen den beiden Y-Entstör- kondensatoren 8 vorgesehen und der X-Entstörkondensator 9 ist zwischen den beiden stromführenden Leiterbahnen 5, 6 angeordnet. Die erste Kom pensationsleiterschleife 3 ist an dem Phasenleiter 6 und die zweiten Kom pensationsleiterschleife 7 an dem Neutralleiter 5 angeschlossen. Beide Kompensationsleiterschleifen 3, 7 sind dabei zwischen die erste Kapazität und die zweite Kapazität geschalten und verlaufen parallel zueinander. Fer- ner sind die beiden Kompensationsleiterschleifen 3, 7 derart angeordnet, dass die Stromflussrichtung durch die Kompensationsleiterschleifen 3, 7 pa rallel zur der Stromflussrichtung oder einer Komponente parallel zur der Stromflussrichtung durch die beiden Kapazitäten verläuft.
Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht eines EMV-Filters mit stromführen- den Leiterbahnen zwischen den Y-Kondensatoren 8 und eines EMV-Filters mit Y-Kondensatoren 8 zwischen den stromführenden Leiterbahnen 5, 6. Außerdem sind in Figur 2 als zusätzliche Komponenten eine Gleichtaktdros- sei 11 und ein weitere dritte Kapazität in Reihe angeschlossen. Ansonsten gleicht der Aufbau der Figur 1 (rechter Teil der Figur 2).
In Figur 3 ist ein Systemschaltbild eines EMV-Filters von Figur 2 im Gegen takt gezeigt. Die beiden Kompensationsleiterschleifen 3, 7 werden von ihren jeweiligen Strömen in gleicher Richtung durchflossen und die dabei entste- henden Magnetfelder addieren sich zu einem neuen resultierenden Magnet- feld. Da die Ströme durch die beiden X-Kondensatoren 9 im Vergleich zu den Strömen in den Kompensationsleiterschleifen 3, 7 in entgegengesetzter Rich- tung fließen, wirkt das resultierende Magnetfeld der Kompensationsleiter- schleifen 3, 7 entgegen das resultierenden Magnetfeld der X- Entstörkondensatoren 9 und die Magnetfelder heben sich im Idealfall auf.
Figur 4 zeigt ein Systemschaltbild eines EMV-Filters von Figur 2 im Gleich- takt. Die beiden Kompensationsleiterschleifen 3, 7 werden von ihren jeweili- gen Strömen in gleicher Richtung durchflossen und die dabei entstehenden Magnetfelder addieren sich zu einem neuen resultierenden Magnetfeld. Da die Ströme durch die beiden Y-Kondensatoren 8 im Vergleich zu den Strö men in den Kompensationsleiterschleifen 3, 7 in entgegengesetzter Richtung fließen, wirkt das resultierende Magnetfeld der Kompensationsleiterschleifen 3, 7 entgegen die resultierenden Magnetfelder der Y-Entstörkondensatoren 8 und die Magnetfelder heben sich im Idealfall auf.
Figur 5 ist ein Vergleich der Systemschaltbilder eines EMV-Filters mit einer und mit zwei Kompensationsleiterschleifen im Gleichtakt (in der jeweils rech- ten und linken Ansicht) Bei der Anordnung mit zwei Kompensationsleiter- schleifen 3, 7 fließen durch die beiden stromführenden Leiterbahnen 5, 6 Ströme der selben Phasenlage. Hingegen fließt bei der Systemanordnung mit nur einer Kompensationsleiterschleife 3, 7 aufgrund der Asymmetrie ein kleinerer Strom durch den nicht kompensierten Pfad des EMV-Filters.
Im Folgenden werden die Simulationsergebnisse jeweils identischer EMV- Filter ohne Kompensationsleiterschleife 3, 7, mit einer Kompensationsleiter schleife 3, 7 und mit zwei Kompensationsleiterschleifen 3, 7 miteinander ver glichen. Als Abschlussimpendanz wird eine Netznachbildung nach
CISPR 16-1-2, simuliert. Die Anregung der EMV-Filter erfolgt im Gleichtakt als auch im Gegentakt und die Ergebnisse werden in den Figuren 6 bis 9 dargestellt.
In Figur 6 ist die Flöhe des Gegentaktübertragungsverhältnisses (differential mode transmission ratio, DMTR) in dB dargestellt. Das DMTR ist das Ver- hältnis der am Filter vorgegebenen Gegentaktspannung zu der an der Netz nachbildung gemessenen und durch den EMV-Filter reduzierten Gegentakt spannung. Dabei wird durch die beiden Kompensationsleiterschleifen 3, 7 eine deutliche Reduktion der Gegentaktspannung im höheren Frequenzbe- reich erreicht, was primäres Ziel der Kompensationsleiterschleifen 3, 7 ist. Außerdem ist zu erkennen, dass zwischen dem einfachen und den zwei Kompensationsleiterschleifen 3, 7 nur minimale Unterschiede entstehen.
Figur 7 stellt die Höhe des Gleichtaktübertragungsverhältnisses (common mode transmission ratio, CMTR) in dB dar. Das CMTR ist das Verhältnis der am Filter vorgegebenen Gleichtaktspannung zu der an der Netznachbildung gemessenen und durch den EMV-Filter reduzierten Gleichtaktspannung. Die drei EMV-Filtervarianten weisen in diesem Fall keine signifikanten Unterschiede auf.
In Figur 8 ist die Höhe des Gleichtaktunterdrückungsverhältnisses (common mode rejection ratio) in dB dargestellt. Das CMRR ist das Verhältnis der am Filter vorgegebenen Gleichtaktspannung zu der an der Netznachbildung gemessenene und durch den Filter reduzierten Gegentaktspannung. Aufgrund der Asymmetrie beim Einsatz einer Kompensationsleiterschleife 3, 7 entsteht im EMV-Filter eine erhöhte Wandlung von Gleichtaktspannung in Gegentaktspannung. Wird keine Kompensationsleiterschleife 3, 7 eingesetzt oder zwei Kompensationsleiterschleifen 3, 7 in symmetrischer Ausführung, so werden deutlich niedrigere Werte für das CMRR erreicht. Somit wird die durch die einfache Kompensationsleiterschleife 3, 7 entstehende Verschlechterung weitestgehend kompensiert. In Figur 9 ist die Höhe des Gegentaktunterdrückungsverhältnisses (differen tial mode rejection ratio) in dB dargestellt. Das DMRR ist das Verhältnis der am EMV-Filter vorgegebenen Gegentaktspannung zu der an der Netznach- bildung gemessenen und durch den EMV-Filter reduzierten Gleichtaktspan- nung. Aufgrund der Kopplung der symmetrischen Kompensationsleiterschleifen 3, 7 auf die X- und Y-Entstörkondensatoren 8, 9 können die starken Re sonanzen, die bei der Verwendung nur einer Kompensationsleiterschleifen 3, 7 auftreten weitestgehend minimiert werden.
Die dargestellten Verläufe der DMTR, CMRR und DMRR in den Figuren 7 bis 9 zeigen deutlich die Verbesserung durch den Einsatz von zwei Kompensati onsleiterschleifen 3, 7 gegenüber einem konventionellen Aufbau.
Je nach Anschluss der Kompensationsbügel im Filter, bzw. mittels komplexer Form der Kompensationsbügel, kann wahlweise eine Unterdrückung des Gleich- bzw. Gegentakts am Filter Ein- bzw. Ausgang erfolgen. Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims

Patentansprüche
1. EMV-Filteranordnung umfassend: zwei stromführende Leiterbahnen (5, 6), die wenigstens eine erste Kapazität (8), wenigstens eine erste Kompensationsleiterschleife (3), wenigstens eine zweite Kapazität (9) und wenigstens eine zweite
Kompensationsleiterschleife (7) in einer Vorschaltung miteinander verbinden, derart, dass die induktive Kopplung zwischen den Kapazi täten verringert wird.
2. EMV-Filteranordnung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste stromführende Leiterbahn (5) ein Neutralleiter ist und die zweite stromführende Leiterbahn (6) ein Phasenleiter ist.
3. EMV-Filteranordnung gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die wenigstens eine erste Kompensationsleiter- schleife (3) an einer der beiden Leiterbahnen (5, 6) vorgesehen ist und zwischen der wenigstens einen ersten Kapazität (8) und der wenigstens einen zweiten Kapazität (9) geschalten ist.
4. EMV-Filteranordnung gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Kompensationsleiter schleife (7) an der Leiterbahn (6, 5) vorgesehen ist, an der nicht die wenigstens eine erste Kompensationsleiterschleife (3) vorgesehen ist, zwischen die wenigstens eine erste Kapazität und die wenigstens eine zweite Kapazität (9) geschalten ist und parallel zu der wenigstens ers- ten Kompensationsleiterschleife (3) verläuft.
5. EMV-Filteranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine erste Kompensationsleiterschleife (3) derart angeordnet ist, dass die Stromflussrichtung durch die wenigstens eine erste Kompensationsleiterschleife (3) paral- lei zur Stromflussrichtung oder entgegengesetzt einer der Komponen- ten verläuft.
6. EMV-Filteranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass während einem Gegentaktstrombetrieb, die Stromflussrichtung in der wenigstens einen Kompensationsleiter schleife (3) entgegen oder mit einer Komponente entgegen der Strom flussrichtung durch die wenigstens eine zweite Kapazität (9) verläuft.
7. EMV-Filteranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass während einem Gleichtaktstrombetrieb, die Stromflussrichtung in der wenigstens einen Kompensationsleiter- schleife (3) entgegen oder mit einer Komponente entgegen der Stromflussrichtung durch die wenigstens eine erste Kapazität (8) verläuft.
8. EMV-Filteranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine erste Kapazität aus zwei Y-Entstörkondensatoren (8) ausgebildet ist und der eine Y- Entstörkondensator (8) mit der zweiten stromführende Leiterbahn (6) und einer Erdung verbunden ist und der andere Y-Entstörkondensator (8) mit der ersten stromführende Leiterbahn (5) und einer Erdung ver bunden ist.
9. EMV-Filteranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Kapazität ein X-Entstörkondensator (9) ist, der zwischen der ersten stromführende Leiterbahn (5) und der zweiten stromführende Leiterbahn (6) ange ordnet ist.
10. EMV-Filteranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die beiden Kompensationsleiterschleifen (3, 7) als eine Leiterplatte (10) ausgebildet sind.
11. EMV-Filteranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kompensationsleiterschleifen (3, 7) in Form wenigstens einer oder mehrerer Drahtschleifen ausge bildet sind.
12. EMV-Filteranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die wenigstens eine zweite Kapazität eine Gleichtaktdrossel (11) oder wenigstens eine dritte Kapazität angeschlossen sind.
13. EMV-Filteranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine dritte Kapazität ein
X-Entstörkondensator (12) ist, der zwischen der ersten stromführende Leiterbahn (5) und der zweiten stromführenden Leiterbahn (6) angeordnet ist und eine Stromflussrichtung aufweist, die der Stromfluss- richtung der wenigstens einen zweiten Kapazität gleicht.
14. EMV-Filteranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Y-Entstörkondensatoren (8) außerhalb der stromführenden Leiterbahnen (5, 6) vorgesehen sind.
15. EMV-Filteranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Y-Entstörkondensatoren (8) zwischen den beiden stromführenden Leiterbahnen (5, 6) vorgesehen sind.
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