WO2003073110A1 - Ohmsch-kapazitiver spannungsteiler - Google Patents

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WO2003073110A1
WO2003073110A1 PCT/DE2003/000710 DE0300710W WO03073110A1 WO 2003073110 A1 WO2003073110 A1 WO 2003073110A1 DE 0300710 W DE0300710 W DE 0300710W WO 03073110 A1 WO03073110 A1 WO 03073110A1
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voltage divider
capacitor
resistor
parallel
ohmic
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Inventor
Jochen Ermisch
Ralf-Reiner Volkmar
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C13/00—Resistors not provided for elsewhere
    • H01C13/02—Structural combinations of resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/16—Resistor networks not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/16—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using capacitive devices

Definitions

  • the invention relates to an ohmic-capacitive voltage divider with series-connected resistor-capacitor-parallel circuits.
  • a voltage divider of this type is known, for example, from German published patent application DE 195 37 155 AI.
  • a plurality of parallel circuits connected in series are provided, each of which has an ohmic resistor and a capacitor.
  • These resistor-capacitor parallel circuits are connected in series between high voltage and earth potential and have a tap for a voltage at the end near the earth potential.
  • the object of the invention is to develop an ohmic-capacitive voltage converter of this type in such a way that, in addition to a good frequency response, it also has an extensive range
  • each resistor-capacitor parallel circuit contains a plurality of ohmic resistors which are electrically connected in series and, together with an electrically connected capacitor, spatially in series around a longitudinal axis of the voltage divider are arranged around; the resistor-capacitor parallel circuits are arranged one behind the other along the longitudinal axis of the voltage divider in such a way that the capacitors in each case successive resistor contacts parallel capacitor circuits have an angular offset to each other.
  • a major advantage of the voltage divider according to the invention is that the angularly offset arrangement of the resistor-capacitor parallel circuits ensures that not only is a statically uniform voltage distribution achieved, but also a good and uniform voltage distribution for higher-frequency or pulse voltages becomes. This is due to the fact that the capacitors in the ohmic-capacitive divider are angularly offset when viewed over the length of the voltage divider.
  • each resistor-capacitor parallel circuit can have any number of ohmic resistors. Accordingly, there is an angular offset between successive resistor-capacitor parallel circuits along the longitudinal axis of the voltage divider, which is determined, for example, 360 ° divided by the number of ohmic resistors per parallel circuit plus the capacitor.
  • each resistor-capacitor parallel circuit has three ohmic resistors and one capacitor and the angular offset is approximately 90 °.
  • the voltage divider In the voltage divider according to the invention, normal components can be used as resistors; The same applies to the capacitors. With regard to the simplest possible structural design of the chip removal according to the invention voltage converter has proven to be advantageous if the voltage divider has strip-shaped thick-film circuit carriers which run parallel to its longitudinal axis and on which resistors and capacitors manufactured using thick-film technology are arranged one above the other.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of the voltage divider according to the invention
  • FIG. 2 shows a resistor-capacitor parallel circuit of the exemplary embodiment according to FIG
  • Figure 4 shows another embodiment of an ohmic capacitive voltage divider according to the thick-film technique.
  • the voltage divider consists of several resistor-capacitor parallel circuits 2, 2 'etc., each of which has a resistor R1, a resistor R2 and a third resistor R3 in series; A capacitor 4 is connected in parallel with the series connection of the resistors R1 to R3.
  • FIG. 2 shows the details of a parallel circuit 2 corresponding to FIG. 1. It can be seen that the resistors R1, R2 and R3 are arranged one behind the other around a support tube 5 to form a series connection.
  • Terminal ends 6 and 7 of the resistors Rl and R3 are connected to a capacitor C to produce the resistor-capacitor parallel circuit 2.
  • a common connection 8 of the resistor R1 and the capacitor C1 is led to the resistor-capacitor parallel circuit 2 'which follows next in FIG. 1, while a common connection 9 of the capacitor C1 and the resistor R3 forms an end 10 of the ohmic-capacitive voltage divider 1 on the high voltage side ,
  • FIG. 3 serves, from which it can clearly be seen that successive parallel resistor-capacitor circuits 2 to 2 '' 'are arranged in the voltage divider 1 such that the capacitor C2 of the resistor-capacitor parallel circuit 2 'has an angular offset of 90 ° to the capacitor C1 of the parallel circuit 2 which is higher in the figure.
  • the capacitor C3 of the resistor-capacitor parallel circuit 2 with respect to the capacitor C2 of the parallel circuit 2 ', etc.
  • Terminal end 10 of the voltage divider 1 are evenly distributed; The same applies to pulse voltages.
  • each thick-film circuit carrier 22 of the exemplary embodiment according to FIG. 4 thick-film resistors RIO, R20 and R30 are arranged one above the other, their connections 23 to thick-film resistors adjacent to each other at the same level of the voltage divider or to a capacitor on the other thick-film not recognizable in FIG - Lead circuit carriers.
  • connection 23 of the thick-film resistor RIO to a capacitor can be routed to a thick-film circuit carrier on the side 24, while another connection 25 of the thick-film resistor RIO to a further thick-film resistor on one in the Figure not recognizable circuit carrier is performed on the right side 26 of the voltage divider shown.
  • the capacitor lies on a thick film circuit carrier, which is located exactly behind the thick film resistor 20 on the opposite side of the support tube 21, while the capacitor for the parallel connection with the resistor R30 is on a thick film -Circuit carrier is located, which is adjacent to page 22 on the right in FIG.
  • the capacitor C40 is connected in a manner not shown in parallel with thick-film resistors which are at the same level with respect to the voltage divider 20, but are distributed over the three further thick-film circuit carriers which cannot be seen in FIG. With the thick-film resistor R50, the structure described with respect to the resistors RIO to R30 and the capacitor C40 is repeated.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen ohmsch-kapazitiven Spannungsteiler mit elektrisch in Reihe geschalteten Widerstand-Kondensator-Parallelschaltungen. Um einen solchen Spannungsteiler mit einem guten Frequenzgang zu erreichen, enthält jede Widerstand-Kondensator-Parallelschaltung (2, 2', 2'', 2''') mehrere ohmsche Widerstände (R1, R2, R3), die elektrisch in Reihe geschaltet sind und zusammen mit einem elektrischen parallel geschalteten Kondensator (C1) räumlich hintereinander um eine Längsachse des Spannungsteilers (1) herum angeordnet sind. Die Parallelschaltungen (2, 2', 2'', 2''') sind hintereinander entlang der Längsachse des Spannungsteilers (1) derart angeordnet, dass die Kondensatoren (C1) jeweils aufeinanderfolgender Parallelschaltungen (2, 2', 2'', 2''') einen Winkelversatz aufweisen.

Description

Beschreibung
Ohmsch-kapazitiver Spannungsteiler
Die Erfindung bezieht sich auf einen ohmsch-kapazitiven Spannungsteiler mit elektrisch in Reihe geschalteten Widerstand- Kondensator-ParallelSchaltungen.
Ein Spannungsteiler dieser Art ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 37 155 AI bekannt. Bei diesem bekannten Spannungsteiler sind mehrere in Reihe geschaltete Parallelschaltungen vorgesehen, die jeweils einen ohmschen Widerstand und einen Kondensator aufweisen. Diese Widerstand-Kondensator-Parallelschaltungen sind in Reihe zwi- sehen Hochspannung und Erdpotential geschaltet und weisen am erdpotentialnahen Ende einen Abgriff für eine Spannung auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ohmschen-ka- pazitiven Spannungswandler dieser Art so fortzuentwickeln, dass er neben einem guten Frequenzgang auch eine weitgehende
Unbeeinflussbarkeit bei jeder Einbaulage durch benachbarte Spannung führende Teile aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe enthält bei einem ohmschen-kapazi- tiven Spannungsteiler der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß jede Widerstand-Kondensator-Parallelschaltung mehrere ohmsche Widerstände, die elektrisch in Reihe geschaltet und zusammen mit einem elektrisch parallel geschalteten Kondensator räumlich hintereinander um eine Längsachse des Span- nungsteilers herum angeordnet sind; die Widerstand-Kondensator-Parallelschaltungen sind hintereinander entlang der Längsachse des Spannungsteilers derart angeordnet, dass die Kondensatoren jeweils aufeinander folgender Widerstand-Kon- densator-Parallelschaltungen einen Winkelversatz gegeneinander aufweisen.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Spannungstei- lers besteht darin, dass durch die winkelversetzte Anordnung der Widerstand-Kondensator-Parallelschaltungen gewährleistet ist, dass nicht nur eine statisch gleichmäßige Spannungsverteilung erreicht wird, sondern auch eine gute und gleichmäßige Spannungsverteilung für höherfrequente bzw. Impulsspan- nungen bewirkt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich bei dem ohmschen-kapazitiven Teiler die Kondensatoren über die Länge des Spannungsteilers betrachtet jeweils im Winkelversatz befinden.
Bei dem erfindungemäßen ohmschen-kapazitiven Spannungsteiler kann jede Widerstand-Kondensator-Parallelschaltung eine beliebige Anzahl von ohmschen Widerständen aufweisen. Dementsprechend ergibt sich zwischen aufeinanderfolgenden Widerstand-Kondensator-Parallelschaltungen entlang der Längsachse des Spannungsteilers ein Winkelversatz, der beispielsweise 360° geteilt durch die Anzahl der ohmschen Widerstände pro Parallelschaltung zuzüglich des Kondensators bestimmt ist.
Im Hinblick auf einen möglichst geringen Aufwand unter Si- cherstellung des angestrebten Erfolges hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn jede Widerstand-Kondensator-Parallelschaltung drei ohmsche Widerstände und einen Kondensator aufweist und der Winkelversatz ca. 90° beträgt.
Bei dem erfindungsgemäßen Spannungsteiler können als Widerstände normale Bauelemente verwendet werden; Entsprechendes gilt für die Kondensatoren. Im Hinblick auf einen möglichst einfachen konstruktiven Aufbau des erfindungsgemäßen Span- nungswandlers hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Spannungsteiler parallel zu seiner Längsachse verlaufende, streifenförmige Dickschicht-Schaltungsträger aufweist, auf denen in Dickschicht-Technik hergestellte Wider- stände und Kondensatoren übereinander angeordnet sind.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Spannungsteilers, in Figur 2 eine erfindungsgemäß ausgestaltete Widerstand-Kondensator-Parallelschaltung des Ausführungsbeispiels nach Figur 2 in
Figur 3 nach Art einer Sprengzeichnung, die winkelversetzte Anordnung der Widerstand-Kondensator-Parallelschaltungen und in
Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen ohmschen-kapazitiven Spannungsteilers in Dickschicht- Technik wiedergegeben.
Wie die Figur 1 zeigt, besteht der Spannungsteiler aus mehreren Widerstand-Kondensator-Parallelschaltungen 2, 2' usw. die jeweils in Reihe einen Widerstand Rl, einen Widerstand R2 und einen dritten Widerstand R3 aufweisen; parallel zu der Reihenschaltung der Widerstände Rl bis R3 liegt ein Kondensator 4.
Die Figur 2 lässt eine Parallelschaltung 2 entsprechend der Figur 1 in ihren Einzelheiten erkennen. Es ist zu sehen, dass um ein Tragrohr 5 herum hintereinander die Widerstände Rl, R2 und R3 unter Bildung einer Reihenschaltung angeordnet sind.
Anschlussenden 6 und 7 der Widerstände Rl und R3 sind mit einem Kondensator C unter Herstellung der Widerstand-Kondensator-Parallelschaltung 2 verbunden. Ein gemeinsamer Anschluss 8 des Widerstandes Rl und des Kondensators Cl ist zu der in der Figur 1 nächstfolgenden Widerstand-Kondensator-Parallelschaltung 2' geführt, während ein gemeinsamer Anschluss 9 des Kondensators Cl und des Widerstandes R3 ein hochspan- nungsseitiges Ende 10 des ohmschen-kapazitiven Spannungsteilers 1 bildet.
Um die geometrische Anordnung der Widerstand-Kondensator-Parallelschaltungen 2 noch weiter zu verdeutlichen, dient die Figur 3, aus der deutlich hervorgeht, dass im Spannungsteiler 1 jeweils aufeinanderfolgende Widerstand-Kondensator-Parallelschaltungen 2 bis 2''' so angeordnet sind, dass der Kondensator C2 der Widerstand-Kondensator-Parallelschaltung 2 ' einen Winkelversatz von 90° zu dem Kondensator Cl der in der Figur höheren Parallelschaltung 2 aufweist. Entsprechendes gilt hinsichtlich des Kondensators C3 der Widerstand-Kondensator-Parallelschaltung 2 in Bezug auf den Kondensator C2 der Parallelschaltung 2' usw.
Dadurch ist erreicht, dass auch höherfrequente Spannungen am
Anschlussende 10 des Spannungsteilers 1 gleichmäßig verteilt werden; Entsprechendes gilt für ImpulsSpannungen.
Bei dem in Figur 4 ausschnittsweise dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel des erfindungemäßen ohmsch-kapazitiven Spannungsteilers 20 sind an einem Tragrohr 21 außen vier strei- fenförmige Dickschicht-Schaltungsträger 22 angebracht, von denen in der Figur nur ein Schaltungsträger 22 erkennbar ist. Die übrigen Schaltungsträger verlaufen entweder senkrecht zur Zeichenebene oder parallel darunter, so dass von oben betrachtet eine Anordnung mit quadratischem Querschnitt mit innenliegendem Tragrohr 21 gebildet ist. Auf jedem Dickschicht-Schaltungsträger 22 des Ausführungsbeispiels nach Figur 4 sind jeweils übereinander Dickschichtwiderstände RIO, R20 und R30 angeordnet, deren Anschlüsse 23 zu jeweils auf der gleichen Höhe des Spannungsteilers benachbart liegenden Dickschichtwiderständen oder zu einem Kondensator auf den anderen in der Figur 4 nicht erkennbaren Dickschicht- Schaltungsträgern führen. So kann der Anschluss 23 des Dickschicht-Widerstandes RIO an einen in der Figur nicht gezeigten Kondensator auf einen Dickschicht-Schaltungsträger an der Seite 24 geführt sein, während ein anderer Anschluss 25 des Dickschicht-Widerstandes RIO zu einem weiteren Dickschicht-Widerstand auf einem in der Figur nicht erkennbaren Schaltungsträger an der rechten Seite 26 des dargestellten Spannungsteilers geführt ist.
In der Ebene des Dickschicht-Widerstandes R20 liegt der Kondensator auf einem Dickschicht-Schaltungsträger, der sich genau hinter dem Dickschicht-Widerstand 20 auf der gegenüberliegenden Seite des Tragrohres 21 befindet, während der Kon- densator zu der Parallelschaltung mit dem Widerstand R30 auf einem Dickschicht-Schaltungsträger liegt, der in der Figur 4 rechts an der Seite 22 angrenzt.
Der Kondensator C40 ist in nicht dargestellter Weise parallel geschaltet mit Dickschicht-Widerständen, die auf seiner Höhe in Bezug auf den Spannungsteiler 20 liegen, aber auf die in der Figur 4 nicht erkennbaren drei weiteren Dickschicht- Schaltungsträger verteilt sind. Mit dem Dickschicht-Widerstand R50 wiederholt sich der bezüglich der Widerstände RIO bis R30 und des Kondensators C40 beschriebene Aufbau.

Claims

Patentansprüche
1. Ohmsch-kapazitiver Spannungsteiler (1) mit elektrisch in Reihe geschalteten Widerstand-Kondensator-Parallelschaltungen (2, 2 ' , 2 ' ' , 2' ' ' ) d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jede Widerstand-Kondensator-Parallelschaltung (2, 2', 2'', 2''') mehrere ohmsche Widerstände (Rl, R2 , R3) enthält, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und zusammen mit einem elektrisch parallel geschalteten Kondensator (Cl) räumlich hintereinander um eine Längsachse des Spannungsteilers (1) herum angeordnet sind, und die Widerstand-Kondensator-Parallelschaltungen (2, 2', 2 ' ' , 2 ' ' ' ) hintereinander entlang der Längsachse des Spannungsteilers (1) derart angeordnet sind, dass die Kondensatoren (Cl, C2 , C3 , C4) jeweils aufeinander folgender Widerstand-Kondensator-Parallelschaltungen (2, 2', 2'', 2''') einen Winkelversatz gegeneinander aufweisen.
2. Spannungsteiler nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jede Widerstand-Kondensator-Parallelschaltung (2, 2', 2'', 2''') drei ohmsche Widerstände (Rl, R2 , R3) und einen Kondensator (Cl) aufweist und - der Winkelversatz ca. 90° beträgt.
3. Spannungsteiler nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Spannungsteiler (20) parallel zu seiner Längsachse verlaufende, streifenförmige Dickschicht-Schaltungsträger (22) aufweist, auf denen in Dickschicht-Technik hergestellte Widerstände (RIO, R20, R30) und Kondensatoren (40) übereinander angeordnet sind.
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