EP0239786B1 - Drossel für Hochleistungs-Schaltnetzteil - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Hochleistungs-Schaltnetzteil mit einem Leistungsübertrager, dessen Primärzweig aus einem Netzgleichrichter und einer Schaltstufe besteht, in dessen Sekundärkreis nach einem Gleichrichterteil eine Siebschaltung vorgesehen ist.
• Schaltnetzteile haben gegenüber herkömmlichen Netzteilen den wesentlichen Vorteil, daß sie bei niedrigerem Gewicht und geringerem Volumen bei entsprechend geringerem Kostenaufwand einen höheren Wirkungsgrad haben. Dem stehen als Nachteile eine etwas kompliziertere Schalttechnik, eine stärkere HF-Störstrahlung und größere Schwierigkeiten bei der Glättung der Ausgangsspannung gegenüber.
• Stärkere HF-Störungen treten insbesondere bei Schaltnetzteilen auf, die nur in einem der zu den beiden Ausgangsklemmen führenden Leitungen eine Siebdrossel aufweisen mit der Folge, daß die HF-Störung über die jeweils andere drosselfreie Leitung bis zum Verbraucher gelangt. Der Einbau zusätzlicher HF-Drosseln in die beiden Ausgangsleitungen, ggfs. in Verbindung mit Y-Entstörkondensatoren, ist zwar grundsätzlich möglich, bedingt aber bei Hochleistungsgeräten einen erheblichen Aufwand, weil diese HF-Drosseln wegen ihrer Größe sehr teuer sind.
• Dies gilt auch für den Fall, daß in jeder der beiden Ausgangsleitungen eine Leistungsdrossel zwischengeschaltet wird, weil die zweite Leistungsdrossel zwangsläufig einen zusätzlichen Raumbedarf und entsprechende Mehrkosten erfordert. Bei Hochleistungs-Schaltnetzteilen kommt erschwerend hinzu, daß Leistungsdrosseln wegen des großen Leitungsquerschnitts praktisch nicht "bewickelt" werden können.
• Aus der Druckschrift Elektronik, Bd. 34, Nr. 15, Juli 1985, Seiten 94 - 96, München; H. Panse: "Verringerung der Restwelligkeit bei Schaltnetzteilen" ist das Prinzip eines Leistungs-Schaltnetzteiles bekannt, dessen Schaltstufe einen nachgeschalteten Gleichrichterteil und danach eine Siebschaltung hat. Die Siebschaltung besteht aus einer Drossel und einem nachgeschalteten Kondensator. Bei diesem Schaltnetzteil wird die durch die Schaltstufe verursachte Störungsstrahlung nur im Drosselzweig ausreichend reduziert, nicht aber auch in den auf das Massepotential bezogenen Leitungen.
• Die deutsche Patentschrift DE-C-486 189 zeigt eine Drosselspule mit einer aus streifenförmigen Leitern gebildeten Wicklung, wobei zwei Leiterbahnen in der gleichen Richtung Ströme durch einen gemeinsamen Magnetkern führen. Die Leiter sind mäanderartig unter gegenseitiger Durchdringung zwischen den Schenkeln des gemeinsamen Magnetkerns hindurchgeführt. Die gegenseitige Durchdringung der Leiter mit kammartigem Ende des einen Leiters, dessen Zinken durch Löcher des anderen Leiters hindurchgesteckt und anschließend mit einem weiterführenden Leiterstück verbunden werden, ist technisch sehr aufwendig gelöst. Wegen des relativ hohen Platzbedarfes pro Drossel ergeben sich zusätzliche Probleme, wenn zum Filtern von Störungen mehrere Drosseln benötigt werden.
• Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für die Verbesserung der Glättung und HF-Entstörung bei Hochleistungs-Schaltkreisen eine auch im Hinblick auf den notwendigen Raum- und Materialbedarf möglichst optimale Lösung zu finden.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Anordnung entspricht einer Drossel mit zwei Windungen, ohne daß das Wicklungsmaterial mit seinem wegen der hohen Stromstärken entsprechend großen Querschnitt gewickelt werden muß. Ein weiterer Vorteil sind die aufgrund des symmetrischen Aufbaus guten Entstöreigenschaften der Siebschaltung.
• Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
• Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

FIG 1

das Prinzipschaltbild eines Schaltnetzteils mit einem im Ausgangskreis vorgesehenen LC-Siebglied

FIG 2

eine Siebschaltung gemäß der Erfindung mit zwei Siebdrosseln

FIG 3, 4

den prinzipiellen Aufbau einer Siebdrosselanordnung nach FIG 2

FIG 5

eine vorteilhafte Realisierung einer Siebdrosselanordnung nach den FIG 3 und 4.

• Das in Fig. 1 dargestellte Prinzipschaltbild eines Schaltnetzteils zeigt eingangsseitig einen Netzgleichrichter NGL mit nachfolgender Schaltstufe SST, die aus der Gleichspannung durch Zerhacken eine Rechteckspannung erzeugt und diese mit Hilfe eines Transformators übersetzt. Auf der Sekundärseite des Transformators, der gleichzeitig für eine Netztrennung sorgt, erfolgt zunächst eine Gleichrichtung mit Hilfe der beiden Gleichrichter D1, D2 und anschließend eine Siebung. Die Siebschaltung besteht aus einer längs der einen Ausgangsleitung eingeschalteten Glättungsdrossel L_G und aus einem im Querzweig liegenden Glättungskondensators C_G. Eine derartige Siebschaltung hat den Nachteil, daß die durch die Schaltstufe SST verursachte und durch Blitzpfeile symbolisierte HF-Störstrahlung nur im Drosselzweig ausreichend reduziert wird. In der zweiten, zum Minuspol führenden Ausgangsleitung, die keine Glättungsdrossel enthält, gelangt die HF-Störstrahlung nämlich ungehindert bis zum Ausgang.
• Die Siebschaltung nach Fig. 2 begegnet diesen Schwierigkeiten in vorteilhafter Weise dadurch, daß nun in beiden Ausgangsleitungen je eine Glättungsdrossel L_G1, L_G2 enthalten ist und daß beide Drosseln auf einem gemeinsamen Spulenkern angeordnet sind.
• Wie der in den Fig. 3 und 4 dargestellte Spulenaufbau zeigt, bestehen beide Drosseln L_G1, L_G2 aus je einer Windung und außerdem sind beide Windungen in gleichem Wicklungssinn durch den Spulenkern SPK geführt. Dies bedeutet, daß sich die vom Punkt A zum Pluspol bzw. vom Minuspol zum Punkt B jeweils durch den Spulenkern SPK fließenden Ströme I addieren.
• Ein für Hochleistungs-Schaltnetzteile besonders vorteilhafter Aufbau für die Siebdrosseln nach den Fig. 3 und 4 ist in Fig. 5 dargestellt. Sie zeigt in perspektivischer Darstellung eine der Drossel L_G1 zugeordnete Leiterbahn in Form eines Kupferbandes. Dieses Kupferband ist in drei an einem Ende zusammenhängende Teilbahnen unterteilt, von denen die mittlere Teilbahn als erste Windung W1 durch die Bohrung eines rohrförmigen Spulenkerns SPK geführt ist, während die beiden äußeren Teilbahnen außen am Kern zurückgeführt sind. Diese beiden äußeren Teilbahnen sind über den Kern hinaus verlängert und mit ihren verlängerten rechtwinkelig zur Kernachse abgebogenen Enden mit einer der beiden Ausgangsklemmen - hier mit dem Pluspol -verbunden. Der Anfang der mittleren Teilbahn ist ebenfalls rechtwinkelig zur Kernachse und zwar vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung zu den beiden äußeren Teilbahnen abgebogen.
• Die der anderen Drossel L_G2 zugeordnete Leiterbahn ist ebenfalls ein Kupferband und verläuft zunächst, ausgehend von der zweiten Ausgangsklemme, zwischen den beiden äußeren Teilbahnen der anderen Drossel L_G1 und anschließend als zweite Windung W2 durch den Spulenkern SPK. Die abgebogenen Enden der beiden äußeren Teilbahnen von Drossel L_G1 und die dazwischen liegende Leiterbahn von Drossel L_G2 dienen zweckmäßig als Montageflächen für einen oder mehrere parallel geschaltete Glättungskondensatoren C_G.
Bezugszeichenliste FIG 1 (Stand der Technik)

NGL

Netzgleichrichter

SST

Schaltstufe

D1, D2

Gleichrichter

L_G

Glättungsdrossel

C_G

Glättungskondensator

FIG 2 - 5

L_G1, L_G2

Glättungsdrossel

SPK

Spulenkern

A, B

Anschlüsse für L_G1, L_G2

W1, W2

Windungen der Glättungsdrosseln L_G1, L_G2

I

Strom

Claims (3)

1. Hochleistungs-Schaltnetzteil mit einem Leistungsübertrager, dessen Primärzweig aus einem Netzgleichrichter und einer Schaltstufe besteht, in dessen Sekundärkreis nach einem Gleichrichterteil eine Siebschaltung vorgesehen ist, die sich aus zwei in den zu den beiden Ausgangsklemmen führenden Leitungen jeweils im Längszweig angeordneten Drosseln (L_G1, L_G2) und wenigstens einem Querkondensator (C_G) zusammensetzt, wovon die beiden Drosseln (L_G1, L_G2) aus je einer als streifenförmige Leiterbahn ausgebildeten Windung bestehen, die in gleichem Wicklungssinn durch einen gemeinsamen Magnetkern (SPK) geführt sind, wobei die Windung (W1) der einen Drossel (L_G1) aus einer in drei Teilbahnen unterteilten Leiterbahn besteht, von denen die mittlere Leiterbahn durch den Magnetkern geführt und die beiden äußeren Teilbahnen außen am Kern zurückgeführt und mit einer der beiden Ausgangsklemmen verbunden sind.
2. Hochleistungs-Schaltnetzteil nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, daß die mit der anderen Ausgangsklemme verbundene Leiterbahn der anderen Drossel (L_G2) zwischen den beiden Teilbahnen der einen Drossel (L_G1) und anschließend durch den Magnetkern (SPK) geführt ist.
3. Hochleistungs-Schaltnetzteil nach den Ansprüchen 1 und 2,
   dadurch gekennzeichnet, daß die verlängerten Enden der beiden äußeren Teilbahnen der einen Drossel (L_G1) und der zwischen diesen beiden Teilbahnen verlaufende Abschnitt der Leiterbahn für die andere Drossel (L_G2) als Montagefläche für einen oder mehrere parallel geschaltete Glättungskondensatoren (C_G) dient.

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