DE19853510A1 - Netzfilter - Google Patents

Abstract

Das Netzfilter enthält Spulen (C2) mit Wicklungen, die als Leiterbahnen auf Trägerschichten (P2), beispielsweise üblichen dünnen Leiterplatten, angeordnet sind. Eine Spule kann hierbei eine oder mehrere Trägerschichten enthalten, die im Falle mehrerer Trägerschichten miteinander kontaktiert sind. Im Zentrum weisen die Trägerschichten eine Öffnung auf, durch die ein Kern hindurchgeführt wird. Bei einer entsprechenden Anzahl von Windungen reicht eine Trägerschicht (P2) für eine Wicklung aus, so daß für das Netzfilter nur eine Trägerschicht pro Spule benötigt wird. Die beiden Trägerschichten der beiden Spulen können insbesondere identisch aufgebaut sein, wobei Eingang (E2) und Ausgang (A2) einer Spule auf einer Trägerschicht im Bereich von gegenüberliegenden Ecken angeordnet sind. Als Kern kann ein schmaler E/E- oder E/I-Kern verwendet werden, so daß der Platzbedarf für das Filter auf einer Platine sehr gering ist. Durch bekannte Ätzverfahren werden die Leiterbahnen auf den Trägerschichten sehr symmetrisch angeordnet, so daß ein Netzfilter mit Trägerschichten wesentlich bessere elektrische Eigenschaften aufweist als bisher übliche Netzfilter mit einem Spulenkörper.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Netzfilter mit zwei Spulen, die auf einem gemeinsamen Kern angeordnet sind.

Filter dieser Art werden insbesondere eingangsseitig in Schaltnetzteilen zur Verbindung mit dem Leitungsnetz verwendet. Sie verhindern sowohl, daß im Schaltnetzteil entstehende hochfrequente Störungen über den Netzanschluß in das Leitungsnetz gelangen, als auch, daß hochfrequente Störungen über das Leitungsnetz in das Gerät gelangen, während sie die 50 Hz Netzfrequenz im wesentlichen ungedämpft durchlassen.

Die Spulen sind hierbei üblicherweise auf einem zylinderförmigen, in Kammern unterteilten Spulenkörper mit Wicklungen aus einem Kupferdraht aufgebaut, wobei durch den Spulenkörper ein Kern hindurchgeführt wird. Das Funktionsprinzip eines derartigen Filters wird anhand der Fig. 1 erläutert. Jede Ader der Netzleitung wird hierbei jeweils durch eine Spule C1 bzw. C2 durchgeführt, wobei die beiden Wicklungen C1, C2 umgekehrt gepolt sind, bezogen auf die beiden Eingänge E1 und E2. Eine hochfrequente Störung, die sich auf einer Eingangsleitung, beispielsweise über Eingangsleitung E1 ausbreitet, sieht hierdurch die volle Induktivität der Spule C1. Bei der 50 Hz Frequenz des Leitungsnetzes, die an beiden Eingängen E1, E2 gleichzeitig anliegt, löschen sich dagegen durch die unterschiedliche Polung der beiden Wicklungen die magnetischen Felder im Kern jedoch aus. Das Filter muß deswegen möglichst symmetrisch aufgebaut sein, so daß es keine Eingangsimpedanz für die 50 Hz Frequenz bildet. Die beiden Spulen C1, C2 sind über einen gemeinsamen Kern, nicht dargestellt, magnetisch miteinander verkoppelt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Filter der vorangehend genannten Art anzugeben, das einen möglichst symmetrischen Aufbau und kleine Streuinduktivitäten bei gleichzeitig kompakten Abmessungen aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale der Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Filter der Erfindung enthält Spulen mit Wicklungen, die als Leiterbahnen auf Trägerschichten, beispielsweise üblichen dünnen Leiterplatten, angeordnet sind. Eine Spule kann hierbei eine oder mehrere Trägerschichten enthalten, die im Falle mehrerer Trägerschichten miteinander kontaktiert sind. Im Zentrum weisen die Trägerschichten eine Öffnung auf, durch die ein Kern hindurchgeführt wird.

Eine Trägerschicht enthält insbesondere mehreren Windungen, die spiralförmig nach innen und über eine Durchkontaktierung auf die andere Seite der Trägerschicht geführt sind. Auf der Rückseite wird die Wicklung spiralförmig wieder nach außen geführt, so daß die beiden Anschlüsse der Wicklung am Rande der Platine vorgenommen werden können. Insbesondere kann hierdurch auch der Eingang und der Ausgang einer Spule auf gegenüberliegenden Seiten der Platine angeordnet werden. Bei einer entsprechenden Anzahl von Windungen reicht eine Trägerschicht für eine Wicklung aus, so daß für das Filter nur eine Trägerschicht pro Spule benötigt wird. Die beiden Trägerschichten der beiden Spulen können insbesondere identisch aufgebaut sein, wobei Eingang und Ausgang einer Spule auf einer Trägerschicht im Bereich von gegenüberliegenden Ecken angeordnet sind. Aufgrund von symmetrischen Überlegungen ist ein E/E- oder ein E/I-Kern vorteilhaft.

Bei Durchkontaktierungen ist eine Isolierung zwischen den beiden Spulen notwendig. Hierfür kann eine dielektrische Trennschicht, beispielsweise eine Kunststoffolie, verwendet werden. Eine entsprechende Beschichtung der gegenüberliegenden Seiten der Trägerschichten mit einem dielektrischen Material ist aber ebenfalls möglich. Bei einem Netzfilter sind die Isolationsanforderungen erheblich niedriger als bei einem Transformator. Hierdurch können die Trägerschichten in dem Bereich, der in den Öffnungen des Kerns liegt, in ihrer Breite praktisch voll genutzt werden.

Sowohl der Kern als auch die Trägerschichten mit den darauf angeordneten Leiterbahnen können mit sehr hoher Präzision gefertigt werden. Die Trägerschichten können hierbei derart bemessen werden, daß sie durch den Kern allein, insbesondere dessen Öffnungen, ohne Spiel gehalten werden. Ein Spulenkörper wird deshalb nicht benötigt. Durch bekannte Ätzverfahren werden die Leiterbahnen auf den Trägerschichten extrem symmetrisch angeordnet, so daß ein Netzfilter mit Trägerschichten wesentlich bessere elektrische Eigenschaften aufweist als mit einem Spulenkörper mit einer viele Unsymmetrien aufweisenden Wicklung eines Kupferdrahtes.

Als Kern kann insbesondere ein schmaler E/E- oder E/I-Kern verwendet werden, so daß das Filter sehr kompakt wird und bei Verwendung von entsprechenden Haltemitteln senkrecht auf einer Platine in einem Netzteil angeordnet werden kann, wodurch der Platzbedarf auf der Platine sehr gering ist. Bei vielen Geräten ist das Schaltnetzteil als externe Einheit mit einer Platine in einem abgeschirmten Metallkäfig angeordnet. Da in einem Schaltnetzteil häufig zwei Netzfilter verwendet werden, ergibt sich hierdurch eine deutliche Verkleinerung des Netzteiles.

Anwendungen des Filters ergeben sich insbesondere für stromkompensierte Netzfilter von Schaltnetzteilen, beispielsweise von Geräten der Unterhaltungselektronik. Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand von schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 der elektrische Aufbau eines symmetrischen Filters (Stand der Technik),

Fig. 2 ein Filter mit einem E/I Kern im Schnitt,

Fig. 3a eine Kernhälfte mit der ersten Spule und

Fig. 3b eine Kernhälfte mit der zweiten Spule.

In der Fig. 1 ist ein stromkompensiertes Netzfilter mit zwei Spulen C1 und C2 sowie den entsprechenden Eingängen E1, E2 und Ausgängen A1, A2, wie bereits vorangehend erläutert, dargestellt. Die beiden Spulen sind hierbei symmetrisch angeordnet und über einen gemeinsamen Kern magnetisch miteinander verbunden. Der Wickelsinn der Wicklungen beiden Spulen C1 und C2 ist hierbei derart, daß beide Wicklungen gegengekoppelt sind.

In der Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Filter in einem Schnitt durch den Kern sowie den beiden Spulen C1 und C2 dargestellt. Der Kern besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem E/I-Kern mit zwei Kernhälften K1 und K2. Anstatt eines E/I-Kernes kann auch ein E/E-Kern verwendet werden, mit dem das Filter vergleichbare elektrische Eigenschaften aufweist. Die zwei Spulen C1 und C2 sind hier als Wicklungen nur angedeutet. Zwischen beiden befindet sich eine dielektrische, also nichtleitende Trennschicht I.

Der Aufbau der Spule C1 geht aus der Fig. 3a hervor, in der eine Trägerschicht P1 in einer Aufsicht sowie die Kernhälfte K1 im Schnitt dargestellt ist. Die Spule C1 ist hierbei als Leiterbahn auf beiden Seiten der Trägerschicht P1 beispielsweise mit einem üblichen Ätzverfahren aufgebracht, wobei die Leiterbahn ausgehend von einem Eingang E1 spiralförmig auf der Oberseite um den mittleren Kernschenkel der Kernhälfte K1 herum nach innen geführt wird. Die Trägerschicht P1 weist in ihrer Mitte eine Öffnung auf, die möglichst paßgenau in Bezug auf den mittleren Kernschenkel des Kernteils K1 ist. Am Ende der Spirale wird die Leiterbahn beispielsweise mittels einer Durchkontaktierung auf die andere Seite der Trägerschicht P1, sowie wieder spiralförmig um die Öffnung zu einem Ausgang A1 geführt. Die Windungen auf beiden Seiten der Trägerschicht P1 können hierbei mit hoher Präzision symmetrisch angeordnet werden, wobei vorteilhafterweise die obere und die untere Leiterbahn deckungsgleich sind. Für die Spule C1 bieten sich insbesondere auch Trägerschichten in Multilayer-Technologie an, durch die eine hohe Windungszahl erreicht werden kann.

Die Spule C2, die identisch zu der Spule C1 aufgebaut ist, aber symmetrisch zu ihr im Kern montiert ist, ist in der Fig. 3b dargestellt. Sie ist ebenfalls auf einer oder mehreren Trägerschichten P2 angeordnet, deren Eingang E2 und Ausgang A2 aber in gegenüberliegenden Ecken, bezogen auf Eingang und Ausgang der Spule C1, angeordnet sind. Die Symmetrie der Trägerschichten besagt, daß die Trägerschicht P1 der Spule C1 durch Umklappen in die Trägerschicht P2 der Spule C2 übergeführt werden kann.

Die Trägerschichten P1, P2 können praktisch paßgenau in Bezug auf die Kernschenkel der beiden Kernteile K1 und K2 gefertigt werden, so daß die beiden Spulen C1, C2 eine sehr hohe Symmetrie in Bezug auf den Kern erreichen, wodurch sich verbesserte elektrische Eigenschaften gegenüber den bisher bekannten Filtern ergeben. Gleichzeitig wird der Spulenkörper überflüssig. Aufgrund der flachen Trägerschichten P1, P2 kann ein sehr flacher E/E- oder E/I- Ferritkern verwendet werden, wie in der Fig. 2 dargestellt. Dieser kann mit entsprechenden Haltemitteln senkrecht auf der Platine eines Gerätes angeordnet werden, so daß der Platzbedarf auf der Platine sehr gering ist.

Claims (9)

1. Netzfilter, mit einer ersten (C1) und mit einer zweite Spule (C2), die einen gemeinsamen Kern (K1, K2) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (C1, C2) als Leiterbahnen auf Trägerschichten (P1, P2) angeordnet sind.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen beiden Spulen (C1, C2) eine dielektrische Trennschicht angeordnet ist.

3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (K1, K2) ein flacher Ferritkern ist.

4. Filter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschichten (P1, P2) zueinander symmetrisch auf dem Kern angeordnet sind.

5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschichten (P1, P2) der beiden Spulen (C1, C2) identisch sind.

6. Filter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge (E1, E2) und die Ausgänge (A1, A2) der Wicklungen der Spulen (C1, C2) an gegenüberliegenden Seiten des Filters angeordnet sind.

7. Filter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spule (C1, C2) jeweils auf einer einzigen Trägerschicht (P1, P2) angeordnet ist, die beidseitig Leiterbahnen mit einer Durchkontaktierung aufweist.

8. Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen rechteckigen Umriß hat mit einer schmalen Seite und mit einer breiten Seite, und daß es Haltemittel zum Befestigen mit seiner schmalen Seite auf einer Platine aufweist.

9. Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzfilter ein stromkompensiertes Netzfilter ist.