DE102011084942A1 - Device for electromagnetic noise suppression in motor car, has suppression circuit supplying counter signal to irradiation element, which irradiates electromagnetic counter field, which destructively overlaps interference field - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Funkentstörung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, ein Verfahren zur elektromagnetischen Funkentstörung gemäß Oberbegriff von Anspruch 8 sowie eine Verwendung der Vorrichtung.The invention relates to a device for electromagnetic interference suppression according to the preamble of claim 1, a method for electromagnetic interference suppression according to the preamble of claim 8 and a use of the device.
Unter dem Begriff elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) wird die Fähigkeit einer elektrischen Anlage oder eines elektrischen Systems verstanden, in seiner elektromagnetischen Umwelt einerseits störungsfrei arbeiten zu können und andererseits selbst keine elektromagnetischen Störungen zu verursachen, die für andere in dieser Umwelt vorhandenen elektrischen Anlagen oder elektrischen Systeme unannehmbar wären. Zur elektromagnetischen Umwelt zählen dabei sowohl elektromagnetische als auch elektrische und magnetische Felder, die am Standort der elektrischen Anlage oder des elektrischen Systems erfassbar sind oder von der elektrischen Anlage oder dem elektrischen System selbst erzeugt werden. Um die Anforderungen an eine vorgeschriebene EMV zu erfüllen, muss ggf. auf geeignete Dämpfungsmaßnahmen zurückgegriffen werden. Die Dämpfungsmaßnahmen können dabei sowohl die Emission eigener elektromagnetischer Strahlung eindämmen als auch die elektrische Anlage oder das elektrische System gegen aus der Umwelt einwirkende elektromagnetische Strahlung abschirmen.The term electromagnetic compatibility (EMC) is the ability of an electrical system or an electrical system to be able to work without interference in its electromagnetic environment on the one hand and on the other hand not to cause electromagnetic interference, the other existing in this environment electrical systems or electrical systems unacceptable. The electromagnetic environment includes both electromagnetic and electrical and magnetic fields that can be detected at the location of the electrical system or the electrical system or generated by the electrical system or the electrical system itself. In order to meet the requirements for a prescribed EMC, it may be necessary to resort to suitable damping measures. The damping measures can both curb the emission of their own electromagnetic radiation and shield the electrical system or the electrical system against acting from the environment electromagnetic radiation.
In diesem Zusammenhang offenbart die
In der
Die
Die im Stand der Technik bekannten passiven Abschirmvorrichtungen und aktiven Entstörfilter sind jedoch aus verschiedenen Gründen nachteilbehaftet. Im Falle von passiven Abschirmvorrichtungen wird entweder zusätzliches Raumvolumen beansprucht, was gerade im Hinblick auf eine immer weiter zunehmende Miniaturisierung von Elektronikbauteilen ein nicht zu vernachlässigendes Problem darstellt. Sofern eine ohnehin vorhandene Leiterplatte des Bauteils zur Abschirmung genutzt wird, wird zwar im Wesentlichen kein zusätzliches Raumvolumen beansprucht. Jedoch wird die elektromagnetische Strahlung in diesem Fall nur in eine einzelne Abstrahlrichtung gedämpft. Die bekannten aktiven Funkenstörfilter wiederum können zwar vergleichsweise platzsparend auf einer Leiterplatte angeordnet werden, dienen jedoch nur dem Schutz desjenigen Bauteils vor elektromagnetischer Strahlung, an dem sie angeordnet sind. Ein Abstrahlen von eigenverursachter elektromagnetischer Strahlung kann nicht verhindert werden, wodurch alle in der Umgebung des elektronischen Bauteils angeordneten Bauteile ebenfalls mit einem Entstörfilter versehen werden müssen, was mit hohem zusätzlichem Aufwand verbunden ist. However, the known in the prior art passive shielding and active noise filter are disadvantageous for various reasons. In the case of passive shielding devices, either additional volume is required, which represents a problem that can not be neglected, especially in view of the ever-increasing miniaturization of electronic components. If an already existing printed circuit board of the component is used for shielding, while essentially no additional volume of space is claimed. However, in this case, the electromagnetic radiation is attenuated only in a single emission direction. Although the known active spark arrester filter can be arranged comparatively space-saving on a printed circuit board, but only serve to protect that component from electromagnetic radiation to which they are arranged. A radiation of self-induced electromagnetic radiation can not be prevented, whereby all arranged in the environment of the electronic component components must also be provided with a noise filter, which is associated with high additional effort.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Entstörvorrichtung vorzuschlagen, die platzsparend ist und gleichzeitig das Abstrahlen elektromagnetischer Störstrahlung von einem elektronischen Bauteil in alle Raumrichtungen weitestgehend verhindert. The object of the invention is therefore to propose a suppression device that saves space and at the same time blasting Electromagnetic interference from an electronic component largely prevented in all directions.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung zur elektromagnetischen Funkentstörung gemäß Anspruch 1 und das Verfahren zur elektromagnetischen Funkentstörung gemäß Anspruch 8 gelöst.This object is achieved by the device for electromagnetic interference suppression according to claim 1 and the method for electromagnetic interference suppression according to claim 8.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Funkentstörung, welche eine Störsignalzuleitung, eine Entstörschaltung und ein Abstrahlelement umfasst. Die Störsignalzuleitung führt der Entstörschaltung ein Störsignal zu, wobei das Störsignal beim Durchlaufen einer Störabstrahlquelle ein Abstrahlen eines elektromagnetischen Störfelds verursacht. Die Entstörschaltung erzeugt ein Gegensignal, welches im Wesentlichen frequenzgleich mit dem Störsignal ist und einen zum Störsignal im Wesentlichen invertierten Amplitudenhub aufweist. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Entstörschaltung das Gegensignal dem Abstrahlelement zuführt und dass das Abstrahlelement ein durch das Gegensignal verursachtes elektromagnetisches Gegenfeld abstrahlt, welches das Störfeld destruktiv überlagert. Indem die Entstörschaltung ein Gegensignal erzeugt, welches dieselbe Frequenz besitzt wie das Störsignal, jedoch einen invertierten Amplitudenhub aufweist, sind das Störsignal und das Gegensignal um 180° phasenversetzt, also gegenphasig. Durch das Abstrahlen des Gegensignals als Gegenfeld über ein geeignetes, als Antenne dienendes Abstrahlelement, überlagern sich das Gegenfeld und das Störfeld in der Umgebung der Vorrichtung destruktiv und schwächen sich gegenseitig ab. Die Erfindung bietet somit den Vorteil, mittels einer vergleichsweise einfach aufgebauten und kompakten Vorrichtung die Emission eines elektromagnetischen Störfelds effektiv zu verringern und das Einhalten vorgegebener EMV-Standards zu ermöglichen.The invention relates to a device for electromagnetic interference suppression, which comprises a Störsignalzuleitung, a suppression circuit and a radiating element. The Störsignalzuleitung leads to the noise filter to an interference signal, wherein the interference signal when passing through a noise emission source causes a radiation of an electromagnetic interference field. The interference suppression circuit generates a counter signal which is substantially equal in frequency to the interference signal and has an amplitude deviation that is substantially inverted to the interference signal. The device is characterized in that the interference suppression circuit feeds the counter signal to the emission element and that the emission element radiates an electromagnetic counter field caused by the counter signal, which destructively superimposes the interference field. Since the interference suppression circuit generates a counter signal which has the same frequency as the interference signal but has an inverted amplitude deviation, the interference signal and the counter signal are phase-shifted by 180 °, ie in antiphase. By emitting the counter signal as an opposing field via a suitable, serving as an antenna radiating element, the opposing field and the interference field in the environment of the device destructively overlap and weaken each other. The invention thus offers the advantage of effectively reducing the emission of an electromagnetic interference field by means of a comparatively simple and compact device and of making it possible to comply with prescribed EMC standards.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Abstrahlelement und die Störabstrahlquelle Leiterbahnen einer Platine sind und insbesondere Leiterbahnen derselben Platine sind. In den meisten Anwendungsfällen wird das Störfeld zwar unbeabsichtigt, jedoch auch unvermeidbar, beim Durchlaufen einer Leiterbahn oder eines oder mehrerer Leiterbahnabschnitte erzeugt. Die Leiterbahn oder der oder die Leiterbahnabschnitte sind somit in der Regel die Störabstrahlquellen, welche als Antennen zum Abstrahlen des Störfelds wirken. Durch Verwenden einer weiteren Leiterbahn auf einer Platine desselben Bauelements oder sogar einer Leiterbahn auf derselben Platine als Abstrahlelement, ergibt sich der Vorteil, dass mit vergleichsweise minimalem Aufwand das Gegenfeld abgestrahlt werden kann. Als Abstrahlelement kann dabei eine vollständige Leiterbahn oder ein oder mehrere Leiterbahnabschnitte vorgesehen sein.It is preferably provided that the emission element and the emission source are printed conductors of a printed circuit board and in particular are printed conductors of the same printed circuit board. In most applications, the interference field is generated unintentionally, but also inevitably, when passing through a conductor track or one or more conductor track sections. The conductor track or the conductor track sections or sections are thus generally the interference radiation sources which act as antennas for emitting the interference field. By using a further conductor on a board of the same component or even a conductor on the same board as a radiating element, there is the advantage that with relatively little effort, the opposing field can be radiated. In this case, a complete printed conductor or one or more printed conductor sections can be provided as the emitting element.
Zweckmäßigerweise ist es vorgesehen, dass das Abstrahlelement und die Störabstrahlquelle im Wesentlichen identische geometrische Ausformungen aufweisen, wobei das Abstrahlelement insbesondere parallel zur Störabstrahlquelle ausgerichtet ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Störabstrahlquelle und das Abstrahlelement im Wesentlichen identische Abstrahleigenschaften aufweisen, was eine weitestgehend exakte Überlagerung sowie ein dadurch verursachtes, weitgehendes gegenseitiges Auslöschen des Störfelds und des Gegenfelds ermöglicht. Sofern das Abstrahlelement und die Störabstrahlquelle parallel zueinander ausgerichtet sind, wird die Überlagerung des Störfelds und des Gegenfelds weiter verbessert. Somit wird auch die gegenseitige Auslöschung und das EMV-Verhalten weiter verbessert. It is expediently provided that the emission element and the emission source have substantially identical geometric formations, the emission element being aligned in particular parallel to the emission source. This results in the advantage that the disturbance radiation source and the emission element have substantially identical emission properties, which permits a largely exact superimposition as well as a resulting extensive mutual extinguishment of the interference field and of the opposing field. If the emission element and the emission source are aligned parallel to one another, the superimposition of the interference field and the opposing field is further improved. Thus, the mutual extinction and the EMC behavior is further improved.
Außerdem ist es vorteilhaft, dass die Entstörschaltung Leistungssteuermittel umfasst, welche Amplituden des Gegensignals derart einstellen oder einregeln, dass sie im Wesentlichen hubgleich mit Amplituden des Störsignals sind. Das Einregeln der Amplituden des Gegensignals auf einen mit den Amplituden des Störsignals identischen Hub führt dazu, dass das Gegenfeld mit derselben Leistung abgestrahlt wird wie das Störfeld. Bei identischer Leistung des Störfelds und des Gegenfelds sowie einem Phasenversatz von 180° können sich das Störfeld und das Gegenfeld theoretisch gegenseitig vollständig auslöschen. Weiterhin sind allerdings auch die geometrischen Ausformungen für die abgestrahlte Leistung des Störfelds und des Gegenfelds von Bedeutung. Daher ist es erfindungsgemäß ebenfalls möglich, unterschiedliche Abstrahleigenschaften der Störabstrahlquelle und des Abstrahlelements durch eine diesen unterschiedlichen Abstrahleigenschaften Rechnung tragende Einstellung bzw. Eiregelung des Amplitudenhubs des Gegensignals auszugleichen. In addition, it is advantageous that the interference suppression circuit comprises power control means which set or adjust amplitudes of the counter signal in such a way that they are substantially equal in lift to amplitudes of the interference signal. Adjusting the amplitudes of the counter signal to a stroke identical to the amplitudes of the interference signal causes the opposing field to be radiated with the same power as the interference field. With identical power of the interference field and the opposing field and a phase offset of 180 °, the interference field and the opposing field can theoretically cancel each other out completely. Furthermore, however, the geometric shapes for the radiated power of the interference field and the opposing field of importance. Therefore, it is also possible according to the invention to compensate for different emission characteristics of the emission source and of the emission element by means of a setting or control of the amplitude deviation of the counter signal which takes account of these different emission properties.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass eine Beabstandung des Abstrahlelements von der Störabstrahlquelle im Wesentlichen gering ist im Vergleich zur Wellenlänge des Störsignals. Je weniger weit das Abstrahlelement vom Störstrahlelement beabstandet ist, desto exakter kann die gegenphasige Überlagerung des Störfelds und des Gegenfelds in alle Raumrichtungen eingestellt werden, was wiederum ein vollständigeres gegenseitige Auslöschen ermöglicht. Eine zu große Beabstandung im Vergleich zur Wellenlänge würde dazu führen, dass sich das Störfeld und das Gegenfeld nicht in alle Abstrahlrichtungen gegenphasig überlagern können. Furthermore, it is advantageous that a spacing of the emission element from the emission source is substantially small in comparison to the wavelength of the interference signal. The less far the radiation element is spaced from the interfering radiation element, the more precisely the opposite-phase superimposition of the interference field and the opposing field can be adjusted in all spatial directions, which in turn enables a more complete mutual cancellation. Too large a spacing compared to the wavelength would mean that the interference field and the opposing field can not be superimposed in opposite directions in all emission directions.
Außerdem ist es bevorzugt, dass die Entstörschaltung ein Signalfilter, insbesondere ein Hochpassfilter, umfasst. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass Signale, welche nicht oder nur unwesentlich zum Erzeugen und Abstrahlen des Störfelds beitragen, vor der Erzeugung des Gegensignals gefiltert werden und nicht zur Erzeugung des Gegensignals verwendet werden. Das erzeugte Gegensignal umfasst somit nur für die Erzeugung des Gegenfelds und für die Auslöschung des Störfelds wesentliche Signalkomponenten. Da vergleichsweise hohe Frequenzen stärker zur Erzeugung des Störfelds beitragen, ist ein Hochpassfilter in diesem Zusammenhang besonders vorteilhaft.Moreover, it is preferred that the interference suppression circuit comprises a signal filter, in particular a high-pass filter. This results in the advantage that signals which do not contribute or only insignificantly contribute to the generation and emission of the interference field, filtered before generating the counter signal and not be used to generate the counter signal. The generated counter signal thus comprises only for the generation of the opposing field and for the cancellation of the interference field essential signal components. Since comparatively high frequencies contribute more to the generation of the interference field, a high-pass filter is particularly advantageous in this context.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Entstörschaltung zum Erzeugen von Gegensignalen im Frequenzbereich von 10 kHz bis 10 MHz, insbesondere im Frequenzbereich von 100 kHz bis 1 MHz, ausgelegt ist. Dieser Frequenzbereich wird häufig zur pulsweitenmodulierten Ansteuerung von Elektromotoren oder elektrischen Stellgeräten verwendet. Die erfindungsgemäße Entstörschaltung eignet sich damit besonders zur Funkentstörung derartiger Aktuatoren.It is preferably provided that the interference suppression circuit for generating counter-signals in the frequency range of 10 kHz to 10 MHz, in particular in the frequency range of 100 kHz to 1 MHz, is designed. This frequency range is often used for the pulse width modulated control of electric motors or electric actuators. The suppression circuit according to the invention is thus particularly suitable for the radio interference suppression of such actuators.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur elektromagnetischen Funkentstörung, bei welchem durch ein Störsignal beim Durchlaufen einer Störabstrahlquelle ein Abstrahlen eines elektromagnetischen Störfelds verursacht wird. Das Störsignal wird mittels einer Störsignalzuleitung einer Entstörschaltung zugeführt und von der Entstörschaltung wird ein Gegensignal erzeugt. Das Gegensignal ist im Wesentlichen frequenzgleich mit dem Störsignal und weist einen zum Störsignal im Wesentlichen invertierten Amplitudenhub auf. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Gegensignal einem Abstrahlelement zugeführt wird und dass vom Abstrahlelement ein durch das Gegensignal verursachtes elektromagnetisches Gegenfeld abgestrahlt wird, welches das Störfeld destruktiv überlagert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit zur Auschführung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektromagnetischen Funkentstörung ausgelegt und führt zu den im Zusammenhang mit dieser Vorrichtung bereits beschriebenen Vorteilen.The invention further relates to a method for electromagnetic interference suppression, in which an emission of an electromagnetic interference field is caused by an interference signal when passing through a noise emission source. The interference signal is fed by means of a Störsignalzuleitung a suppression circuit and of the suppression circuit, a counter signal is generated. The counter signal is substantially equal in frequency to the interference signal and has an amplitude to the interference signal substantially inverted amplitude. The method is characterized in that the counter-signal is supplied to a radiating element and that the radiating element emits an electromagnetic counter-field caused by the counter-signal, which destructively superimposes the interference field. The inventive method is thus designed for Auschführung in a device according to the invention for electromagnetic interference suppression and leads to the advantages already described in connection with this device.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Störsignal ein pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal für einen elektrischen Aktuator ist. Elektrische Aktuatoren werden häufig pulsweitenmoduliert im Frequenzbereich von 10 kHz bis 10 MHz angesteuert, womit die Ansteuersignale beim Durchlaufen von Leiterbahnen oder Leiterbahnabschnitten Störfelder abstrahlen können. Die Leiterbahnen oder Leiterbahnabschnitte sind in diesem Fall die Störabstrahlquellen. Indem das abgestrahlte Gegenfeld zur Auslöschung eines durch ein pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal verursachten Störfelds ausgelegt ist, kann das EMV-Verhalten entsprechender Ansteuerschaltungen deutlich verbessert werden.It is preferably provided that the interference signal is a pulse-width-modulated drive signal for an electric actuator. Electric actuators are often controlled pulse-width modulated in the frequency range of 10 kHz to 10 MHz, so that the drive signals can emit interference when passing through tracks or trace sections. The printed conductors or printed conductor sections are in this case the noise radiation sources. By designing the radiated opposing field to cancel out an interference field caused by a pulse width modulated drive signal, the EMC behavior of corresponding drive circuits can be significantly improved.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektromagnetischen Funkentstörung in einem Kraftfahrzeug.The invention further relates to a use of the device according to the invention for electromagnetic interference suppression in a motor vehicle.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.Further preferred embodiments will become apparent from the subclaims and the following description of an embodiment with reference to figures.
Es zeigtIt shows
Das auf Ansteuerleitung
Sowohl Abstrahlelement
In
In
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