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CN109494974A - 用于抑制干扰信号的电磁兼容性滤波器 - Google Patents

用于抑制干扰信号的电磁兼容性滤波器 Download PDF

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CN109494974A
CN109494974A CN201811019580.3A CN201811019580A CN109494974A CN 109494974 A CN109494974 A CN 109494974A CN 201811019580 A CN201811019580 A CN 201811019580A CN 109494974 A CN109494974 A CN 109494974A
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Abstract

涉及用于抑制干扰信号的EMV滤波器(1)的发明所基于的目的是：提出一种解决方案，借此降低换流器电路板的过度加工耗费，并且还实现限制结构空间以及降低开发和制造成本。所述目的通过如下方式实现：在EMV滤波器模块(10)中，具有线匝(16)的扼流圈(4，5)的至少一个芯(11)设置在第一载体电路板(14)上，电容器(6，7，8，9)中的至少一个电容器设置在第一载体电路板(14)上，第一载体电路板(14)具有至少两个接触机构(17)，并且EMV滤波器模块(10)的第一载体电路板(14)借助其接触机构(17)设置在变流器(2)的主电路板(12)上并且与所述主电路板电连接地设置。

Description

用于抑制干扰信号的电磁兼容性滤波器
技术领域
本发明涉及一种用于抑制干扰信号的EMV滤波器，所述EMV滤波器具有至少一个扼流圈，至少一个芯和多个电容器。
背景技术
在借助电压或电流实施开关过程的电子组件中，由于这些开关过程导致干扰的产生，由出现的电脉冲造成，连带有发送干扰信号。这些干扰不仅可以以有线连接的方式而且可以经由自由空间，即无线地作为电磁波传播。
技术设备的不通过不期望的电或电磁作用干扰其他设备或不被其他设备干扰的能力称作为电磁兼容性(EMV)。
为了避免或最小化这种干扰的传播，从现有技术中已知：这些组件配备有滤波器单元、所谓的EMV滤波器、EMC滤波器或网络滤波器。还已知的是：采取用于屏蔽或隔离电子组件的措施，以便避免因过大幅度的干扰信号影响其他电子组件或设备的正常的工作。
要由循环的设备所遵守的这种干扰信号大小在针对该设备相关的EMV标准中被规定并且借助要遵守的边界值和最小要求来描述。
对此，例如已知所谓的ECE法规，其包括用于机动车以及机动车的部件和装备零件的统一技术规定的国际协议目录。例如，ECE R10涉及无线电干扰领域，该ECE R10要考虑到未来的发展并且该ECE R10将引起进一步减小允许的干扰放射。
即使在操控电动机的并且由此切换在幅度上大的电流的电变流器(换流器)运行时，也产生电磁干扰放射。这种变流器例如使用在操控车辆的空调压缩机中的马达中。
由于对于车辆即例如混合动力车辆或电动车辆的EMV要求提高，存在如下必要性：为这些车辆中的用电器配备EMV滤波器，以便也在组件如电动空调压缩机中确保遵守预设的电磁边界值。
用于抑制电气或电子组件处的干扰放射的已知的解决方案是：使用无源EMV滤波器。这种无源EMV滤波器通常借助于无源构件、如电容器、线圈和电阻实现，所述无源构件以已知的适当的方式彼此接线并且因此产生期望的滤波作用。
在要借助于EMV滤波器滤除的干扰类型方面，在所谓的共模干扰和差模干扰之间予以区分。要由EMV滤波器滤除的干扰谱在实践中由两个叠加的干扰成分的总和构成。
例如用于电动制冷剂压缩机的变流器的类型、结构和特别是电压水平经由如下方式确定：两个干扰成分中的哪个占优和进而哪个干扰成分必须被更强地滤波。
在以300V和800V之间的电压工作的高压换流器中，主要出现共模干扰作为干扰分量。
不存在将本发明的使用领域限制于避免或最小化仅仅共模干扰或仅仅差模干扰。因此，下面针对仅一种类型的这种干扰的示例性的实施方案不应视作为限制性的，因为对于本领域技术人员而言随时可行的是：通过相应的专业改变所述实施方案匹配于其他类型的干扰。这例如能够通过用差模扼流圈更换共模扼流圈进行。
从现有技术中已知：例如差模干扰通过使用所谓的扼流圈结合无源EMV滤波器中的电容器来滤波。对此，例如在变流器的每个馈电线HV+和HV-中接入各一个扼流圈L1和L2，并且在扼流圈L1和L2之前和之后在馈电线HV+和HV-之间设置相应的电容器C1和C2。此外，在无源EMV滤波器中，在扼流圈L2之后，在导线HV-和地电势之间设有朝向变流器的第三电容器C3，和在扼流圈L1之后在导线HV+和地电势之间设有朝向变流器的第四电容器C4。每个电容器C1至C4能够在实际的实现方案中由多个子电容器、即多个电容器器件组成。
扼流圈(英文Choke)作为用于限制电导线中的电流的、用于以其磁场形式暂存能量的、用于阻抗变换的或用于滤波的线圈或电感。这种扼流圈通常接入到电组件的导线中。为了提高其所谓的感应电阻，也称作为无功电阻或电抗，扼流圈通常包含软磁芯。已知的是：将铁磁材料用作为软磁材料，所述铁磁材料能够容易地在磁场中磁化。
设置在变流器的馈电线HV+和HV-中的扼流圈L1和L2由变流器的最大可行的输入电流穿流，并进而相应地必须针对该电流负荷设计。
叠加有干扰的输入电流在扼流圈L1和L2中引起磁场的形成。在使用所谓的共模扼流圈的情况下，由于两个设置在共同的芯上的扼流圈绕组的缠绕方向相反，在共同的芯中的输入电流的磁场相互抵消。
从US 2016/0336846A1中已知一种感应器件，所述感应器件安装在电路板上并且包括基本上扁平的载体和扼流圈，其中扼流圈安装在载体的上侧上并且包括一个芯和至少两个围绕芯缠绕的线圈。至少两个线圈的线具有端部区段，所述端部区段引导经过载体并且终止于载体的与载体上侧相反的下侧上。载体包括用于引导端部区段穿过载体的留空部和用于将线的端部区段固定在留空部中的封闭件。借助该解决方案，提供由载体和扼流圈构成的紧凑的单元，所述单元根据现有技术中常见的方式能够设置在换流器电路板上。
从JP 2010-284027A中已知用于供电的装置，所述装置提供多个子电压。装置包括多个环形的变压器芯，所述变压器芯彼此相邻地设置在共同的电路板上。变压器芯具有共同的初级侧的绕组，所述绕组与操控电路连接。变压器各具有一个自己的次级侧的绕组，所述绕组分别与输出侧的驱动电路连接，以各提供一个输出电压。现有技术中的该解决方案同样适合于设置在换流器电路板上。
这种无源EMV滤波器的缺点在于：所述滤波器为了对大的干扰幅度滤波或为了遵守相应低的边界值而需要大的结构空间，例如在主电路板上有大的结构空间。需要也称作为变流器电路板或换流器电路板的这种主电路板，以便容纳为了控制变流器的运行方式所需的器件。
此外，由不同的客户要求如下换流器电路板，所述换流器电路板一方面必须满足不同的EMV规定，并且所述换流器电路板另一方面必须满足不同的结构规定。因此非常频繁地需要：耗时且成本高昂地将换流器电路板的布图匹配于所提出的规定。
由于所描述的缺点，存在对于合适的解决方案的需求，所述解决方案限制换流器电路板的所需的变形的多样性。
发明内容
本发明的目的在于：提出一种EMV滤波器，所述EMV滤波器有助于降低换流器电路板的过度加工耗费，实现限制结构空间并且有助于降低开发和制造成本。
所述目的通过具有本发明的实施例的特征的主题实现。在后续描述中提出改进形式。
在无源EMV滤波器的常见的电路装置中，将扼流圈设置在变流器的馈电线HV+和HV-中。此外，在扼流圈之前和之后在馈电线HV+和HV-之间设置电容器或电容，并且分别在接地电势和馈电线HV+和馈电线HV-之间设置电容器或电容。
视是否应首先借助无源EMV滤波器抑制共模干扰或差模干扰而定，将扼流圈的绕组要么安置在共同的芯(共模扼流圈)上，要么彼此分开地安置在不同的芯(差模扼流圈)上。
在本发明中提出：将共模扼流圈或差模扼流圈安装在一个载体电路板上或两个分开的载体电路板之间。分开在该情况下表示：载体电路板不是主电路板或换流器电路板的组成部分，但是能够与其连接。在具有两个载体电路板的实施方案中提出：共模扼流圈或差模扼流圈设置在两个彼此平行定向的载体电路板之间。
作为这种载体电路板例如使用单层的或多层的电路板。
此外提出：在第一载体电路板或第二载体电路板上设置有另外的器件。这种器件典型地是对于EMV滤波电路所需的电容。
此外提出：第一载体电路板和/或第二载体电路板配备有接触机构，经由所述接触机构能够将载体电路板中的至少一个载体电路板与换流器的主电路板或换流器电路板电连接。这是必需的，以便将EMV滤波器的相应的输入端侧的和输出端侧的端子与换流器电路板上的换流器电路电连接。
此外，接触机构能够用于将载体电路板与主电路板机械固定。因此，能够取消载体电路板的附加所需的机械固定。
在第一载体电路板和/或第二载体电路板上可以设有凸耳或凸肩作为接触机构，所述凸耳或凸肩引入到主电路板中的适合于容纳所述凸耳或凸肩的留空部中。能导电的还有机械稳定的连接在该情况下例如能够在凸耳或凸肩插入留空部中的部位处通过焊接连接实现。为了该目的，载体电路板的凸耳或凸肩例如具有至少一个单侧的铜覆层。此外，在主电路板中的留空部旁边或围绕该留空部能够设有相应的印制导线。
主电路板上的印制导线和构成为凸耳或凸肩的接触机构之间的这种焊接连接例如能够借助于波峰焊或声波焊来产生。
替换地，在载体电路板的接触机构与主电路板之间的导电连接也可以经由焊接凸肩、插接接触件、夹紧接触件或螺旋接触件来建立。
为了实现主电路板的紧凑的、节约空间的结构方式而提出：第一载体电路板或第一载体电路板和第二载体电路板以相对于主电路板成直角地定向的方式与该主电路板连接。
因此，本发明提出：EMV滤波器构成为单独的EMV滤波器模块，所述EMV滤波器模块与主电路板电地和机械地连接。所述EMV滤波器模块例如包括设置在第一载体电路板和第二载体电路板之间的共模扼流圈以及包括对EMV滤波器模块接线还需要的电容。在EMV滤波器模块的替选的实施方式中，在第一载体电路板与第二载体电路板之间设置两个差模扼流圈以及设置对EMV滤波器模块接线还需要的电容。
EMV滤波器模块形式的EMV滤波器的该模块结构方式实现：将已经完成开发的EMV滤波器模块与要新开发的主电路板组合。这样，在新开发主电路板时对于不同客户的不同要求，能够采用现有范围的已经开发的EMV滤波器模块。在此提出：EMV滤波器模块具有对于衰减EMV干扰不同的参数。
EMV滤波器模块的调整也能够在不改变主电路板的情况下实现，以便满足变化的客户要求。
还提出：在第一载体电路板和第二载体电路板之间设有连接机构。所述连接机构的目的一方面在于：将第一载体电路板与第二载体电路板机械固定地连接，并且将这些载体电路板彼此平行地固定就位。另一方面，连接机构的目的在于：例如将共模扼流圈的芯机械地固定在载体电路板之间。在使用共模扼流圈的情况下，连接机构的第三目的在于：两个施加在共同的芯上的线匝彼此分开。借助该分开要将两个线匝彼此电绝缘。因此，避免两个线匝之间的电短路还有两个线匝之间的电弧放电。
提出：将由不导电材料构成的板或接片用作为连接机构，所述材料例如是塑料或没有铜覆层的电路板材料。
在将一个共模扼流圈设置在载体电路板之间的情况下，设有一个连接机构，而在设置两个差模扼流圈的情况下设有两个连接机构，因为每个芯必须借助于一个连接机构固定。
附图说明
本发明的设计方案的其他细节、特征和优点从在下文中参考附图对实施例进行的描述中得出。附图示出：
图1以具有共模扼流圈的EMV滤波器电路为例示出根据现有技术的无源EMV滤波器的示例性的电路装置，
图2示出用于操控由一个主电路板和一个根据本发明的EMV滤波器模块构成的换流器的结构单元的原理图，和
图3示出根据本发明的具有两个载体电路板和一个共模扼流圈的EMV滤波器模块的一个示例性的实施方案的立体图。
具体实施方式
图1示出根据现有技术的无源EMV滤波器1的示例性的电路装置，所述无源EMV滤波器与变流器2连接。构成为无源滤波器的EMV滤波器电路1具有输入端3，在所述输入端处例如能够施加400V的电压，并且包括设置在馈电线HV+和HV-中的扼流圈L1 4和L2 5，所述扼流圈在共模扼流圈的情况下通过设置在一个共同的芯上的绕组圈L1 4和L2 5构成。
具有附图标记C1的第一电容6在导线HV+和HV-之间直接设置在无源EMV滤波器电路1的输入端处和设置在扼流圈L1 4和L2 5之前，而具有附图标记C2的第二电容7在扼流圈L1 4和L2 5之后设置在EMV滤波器电路1的输出端处，并进而设置在变流器2的输入端处。
具有附图标记C3的第三电容8设置在导线HV-和接地电势之间。具有附图标记C4的第四电容9设置在导线HV+和接地电势之间。
如在现有技术中常见的那样提出：变流器2产生对于运行未示出的电动机所需的电控制信号，所述电动机例如驱动制冷剂压缩机。
已知的电路装置也由根据图2的根据本发明以模块结构形式构成的EMV滤波器模块10所包括。在一个替选方案中，替代一个共模扼流圈的一个共同的芯11或扼流圈芯能够设置有两个共模扼流圈的两个芯11。
在图2中示出用于通过变流器2操控未示出的电动驱动马达的结构单元的原理图，所述结构单元由用于变流器2的主电路板12和根据本发明的EMV滤波器模块10构成。在主电路板12上施加变流器2的例如对于控制空调压缩机中的马达的运行方式所需的器件，所述器件在图2中未明确地示出。
主电路板12以通常的方式能够构成为单层的或多层的电路板。在该实例中，主电路板12具有多个铜层13，借助所述铜层提供用于变流器2的器件的、为印制导线形式的所需的电连接。
与通常的现有技术不同，对于EMV滤波器1所需的器件不设置在主电路板12上，而是设置在根据本发明的EMV滤波器模块10上。
EMV滤波器模块10包括至少一个第一载体电路板14，所述第一载体电路板例如能够构成为单层的或多层的电路板。在所述第一载体电路板14上例如为共模扼流圈设置芯11。在所述芯11上，设置有第一扼流圈L1 4的线匝16a和第二扼流圈L2 5的线匝16b。在图2中，由一个芯11和一个线匝16构成的该装置仅示例性地借助唯一的线匝16示出，代替示出两个线匝16a和16b。所述视图未将本发明限制于该实施方案。
此外提出：在第一载体电路板14上设置有对于EMV滤波器电路1所需的电容器C16至C49。替选地，也可以只需要所述电容器C16至C49的一部分，和/或设置在第一载体电路板14上。
提出：第一载体电路板14具有接触机构17，借助所述接触机构建立到主电路板12的印制导线13的电连接。在一个设计方案中，所述接触机构17能够以凸肩或凸耳的形式构成，所述凸肩或凸耳从载体电路板14中伸出。
为了在主电路板12中容纳EMV滤波器模块10和为了EMV滤波器模块10与主电路板12电接触，所述主电路板设有相应的留空部，凸肩形的或凸耳形的接触机构17能够插入到留空部中。为了建立第一载体电路板14的印制导线13和主电路板12的印制导线13之间的电连接，能够设有焊接连接部18。因此，在EMV滤波器模块10的第一载体电路板14和主电路板12之间提供能导电的而且机械稳定的连接。
替选地，接触机构17能够由本领域技术人员构成为，使得经由焊接凸肩、插接接触件、夹紧接触件或螺旋接触件建立主电路板12和第一载体电路板14之间的能导电的连接。在该情况下，也能够实现机械稳定的连接。替选地，在全部情况下，能够设有用于将EMV滤波器模块10可靠地固定在主电路板12上的附加机构。
在EMV滤波器模块10的一个实施方案中能够提出：将两个芯12设置在第一载体电路板14上。这例如能够在EMV滤波器模块10构成有两个差模扼流圈L1 4和L2 5时是这种情况。
在另一实施方案中提出：例如平行于第一载体电路板14设有第二载体电路板15。在该情况下，例如在载体电路板14和15之间设有共模扼流圈的芯11。
第二载体电路板15也具有接触机构17，所述第二载体电路板借助所述接触机构能够与主电路板12电地和机械地接触或连接，如这已经从上面针对第一载体电路板14的描述中已知的那样。此外，在第二载体电路板15上也能够设置有EMV滤波器模块10的电容器C16至C49。
为了将第一载体电路板14和第二载体电路板15彼此机械地连接，设有连接机构19。如在图2中借助于虚线示出的该连接机构19例如构成为由不导电的材料如塑料构成的接片或板。连接结构19能够与第一载体电路板14和第二载体电路板15例如粘贴、旋接、压紧、夹紧或焊接(塑料焊接)并且这样机械地稳定EMV滤波器模块10。
除了第一载体电路板14和第二载体电路板15的机械稳定和固定的目的之外，连接机构19设置用于容纳芯11和机械地将芯11固定在载体电路板14和15之间。为了该目的，连接机构19构成为，使得其例如形状配合地引入到环形的芯11的内径中并且随后能够固定地与第一载体电路板14和第二载体电路板15连接。
连接机构19的第三目的在使用共模扼流圈的情况下在于：两个施加在共同的芯11上的线匝16a和16b彼此分开。借助该分开，避免两个线匝16a和16b之间的电短路而且防止两个线匝16a和16b之间的电弧放电。
对于EMV滤波器模块10配备有用于两个差模扼流圈的两个芯11的情况，对于每个芯11以上面描述的方式使用各一个连接机构19。在附图中未示出这种实施方式。
在图3中示出根据本发明的EMV滤波器模块10的示例性的实施方案的立体图。EMV滤波器模块10构成有第一载波电路板14和第二载体电路板15，在第一和第二载体电路板之间设置有具有第一线匝16a和第二线匝16b的共模扼流圈的芯11。
在两个载体电路板14和15之间设有连接机构19，所述连接机构与载体电路板14和15粘贴并且固定环形的芯11。在图3中也示出：将铜层13施加在第一载体电路板14的表面上。通过适当地结构化所述铜层13能够产生对电接触EMV滤波器模块10的器件所需的电连接或印制导线。因此，例如电容器6、7、8或9能够设置在第一载体电路板14的这样的表面上。在图3中示例地示出第一载体电路板14上的第一电容器6(C1)，所述第一电容器在图1的电路中在输入侧设置在输入端子HV+和HV-之间。其他电容器7、8或9能够设置在第二载体电路板15的铜层13上。
第一载体电路板14具有两个凸肩或凸耳形的接触机构17a和17b，借助所述接触机构能够建立与未示出的主电路板12的电连接。主电路板12提供有相应的矩形的开口，接触机构17a和17b能能够装入所述开口中。电连接通过第一载体电路板14的铜层13与主电路板12的相应的铜层或导体片13焊接来建立。
同样适用于接触机构17c和17d，所述接触结构设置在第二载体电路板15上。接触机构17a和17b在图1中对应于EMV滤波器模块10的输入侧的端子标记HV+Input和HV-Input。接触机构17c和17d在图1中对应于EMV滤波器模块10的输出侧的端子标记HV+Output和HV-Output。
附图标记列表
1 EMV滤波器(EMV滤波器电路)
2 变流器(换流器)
3 输入端(HV+/HV-)
4 第一扼流圈L1，线匝L1
5 第二扼流圈L2，线匝L2
6 第一电容器C1，第一电容
7 第二电容器C2，第二电容
8 第三电容器C3，第三电容
9 第四电容器C4，第四电容
10 EMV滤波器模块
11 芯，扼流圈芯
12 变流器的主电路板
13 铜层，印制导线，导体片
14 第一载体电路板
15 第二载体电路板
16，16a，16b 线匝
17，17a，17b，17c，17d 接触机构
18 焊接连接部
19 连接机构

Claims (10)

1.一种用于抑制干扰信号的电磁兼容性滤波器(1)，所述电磁兼容性滤波器具有：至少一个扼流圈(4，5)、至少一个芯(11)和多个电容器(6，7，8，9)，其特征在于，在电磁兼容性滤波器模块(10)中，具有线匝(16)的扼流圈(4，5)的至少一个芯(11)设置在第一载体电路板(14)上，所述电容器(6，7，8，9)中的至少一个电容器设置在所述第一载体电路板(14)上，所述第一载体电路板(14)具有至少两个接触机构(17)，并且所述电磁兼容性滤波器模块(10)的所述第一载体电路板(14)借助其接触机构(17)设置在变流器(2)的主电路板(12)上并且与所述主电路板电连接地设置。
2.根据权利要求1所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，在所述电磁兼容性滤波器模块(10)中设置有第二载体电路板(15)，并且所述芯(11)设置在所述第一载体电路板(14)和所述第二载体电路板(15)之间。
3.根据权利要求2所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，所述第二载体电路板(15)平行于所述第一载体电路板(14)设置。
4.根据权利要求2或3所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，在所述第一载体电路板(14)和所述第二载体电路板(15)之间设置有连接机构(19)，并且所述扼流圈(4，5)的所述芯(11)设置在所述第一载体电路板和所述第二载体电路板(14，15)之间和设置在所述连接机构(19)上。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，在所述第一载体电路板(14)的表面上和/或在所述第二载体电路板(15)的表面上至少部分地设置有构成导体片的铜层(13)。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，在所述第一载体电路板(14)和/或所述第二载体电路板(15)的构成导体片的所述铜层(13)上设置电容器(6，7，8，9)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，作为接触机构(17)，凸耳或者凸肩设置在所述第一载体电路板和/或所述第二载体电路板(14，15)上或设置焊接凸肩或插接接触件或端子接触件或螺旋接触件。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，在所述第一载体电路板和所述第二载体电路板(14，15)之间设置有一个共模扼流圈的一个芯(11)或者设置有两个差模扼流圈的两个芯(11)。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，至少在所述第一载体电路板(14)的构成导体片的铜层(13)和所述主电路板(12)的构成导体片的铜层(13)之间设置有建立电连接的焊接连接部(18)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电磁兼容性滤波器(1)，其特征在于，所述第一载体电路板(14)垂直于所述主电路板(12)定向地设置。
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