Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filterdrossel zum Ausfiltern von symmetrischen und asymmetrischen Störungen.

Derartige Filterdrosseln werden beispielsweise zur Unterdrückung von Störsignalen eingesetzt, die sich über eine Versorgungsleitung ausbreiten können. Dabei können zwei unterschiedliche Arten von Störungen auftreten. Symmetrische Störquellen erzeugen Spannungsunterschiede zwischen den beiden Adern der Versorgungsleitung, während asymmetrische Störquellen die Ursache von Spannungsunterschieden zwischen jeweils einer Ader der Versorgungsleitung und Erde sind.

Zur Entstörung asymmetrischer Störungen werden sog. stromkompensierte Drosseln in Filteranordnungen eingesetzt. Dabei liegt in jeder Ader der Versorgungsleitung eine Spule der Drossel, wobei die Spulen derart gewickelt sind, daß die mit dem Versorgungsstrom verbundenen Magnetfeldern der Spulen sich nahezu gegenseitig aufheben. Durch diese Maßnahme kann ein hoher Versorgungsstrom fließen und es können für die Drossel hohe Induktivitäten eingesetzt werden, ohne daß der Drosselkern in die magnetische Sättigung gerät, wodurch die Drossel für die Unterdrückung von Störsignalen unbrauchbar werden würde. Die Filterwirkung der Drossel wird umso stärker, je stärker die beiden Spulen der Drossel aneinander gekoppelt sind, d.h. je stärker sich die mit dem Versorgungsstrom verbundenen Magnetfelder gegenseitig aufheben. Voraussetzung für die nahezu vollständige Aufhebung der beiden vom Versorgungsstrom erzeugten Magnetfelder sind gleiche Selbstinduktivitäten sowie gegensinnige Wicklungen der beiden Spulen der Filterdrossel. Vorzugsweise werden für stromkompensierte Drosseln sog. Ringkerndrosseln eingesetzt, wobei auf einen hochpermeablen Ferrit-Ringkern die beiden Spulen der Filterdrossel gewickelt sind und vom Versorgungsstrom gegensinnig durchflössen werden. Durch die Verwendung eines Ringkerns kann die Kopplung der beiden Spulen aneinander deutlich verbessert werden.

Eine vollkommen stromkompensierte Drossel ist jedoch nicht in der Lage, symmetrische Störsignale zu unterdrücken, da symmetrische Störungen durch eine stromkompensierte Drossel nicht beeinflußt werden können. Um symmetrische Störungen zu bedampfen, ist eine weitere Drossel notwendig, die aus zwei aneinander gekoppelten Spulen besteht, wobei zur Unterdrückung von symmetrischen Störungen die beiden Spulen der zweiten Drossel so gewickelt sein müssen, daß sie gleichsinnig vom Versorgungsstrom durchflössen werden.

In Figur 5a ist eine Filteranordnung dargestellt, die sowohl zum Ausfiltern von asymmetrischen als auch von symmetrischen Störungen geeignet ist. Die in Fig. 5a gezeigte Filteranordnung umfaßt eine erste Filterdrossel Ll, die zwei gleichsinnig gewickelte und aneinander gekoppelte Spulen umfaßt, sowie eine zweite Filterdrossel L2, die aus zwei aneinander gekoppelten und gegensinnig gewickelten Spulen besteht. Mit der ersten Filterdrossel Ll können die symmetrischen Störsignale unterdrückt werden, während mit der zweiten Filterdrossel L2 - wie zuvor beschrieben - die asymmetrischen Störungen unterdrückt werden können. Ausnahmsweise ist zwischen den beiden Filterdrosseln ein Kondensator C angeordnet.

Es ist jedoch wünschenswert, eine Filterdrossel zu schaffen, mit der sowohl asymmetrische als auch symmetrische Störungen ausgefiltert werden können. So wird beispielsweise in der DE-OS 26 90 765 vorgeschlagen, die magnetische Kopplung der beiden Spulen einer ursprünglich vollständig stromkomensierten Filterdrossel durch eine besondere Gestaltung des Drosselkerns zu vermindern. Durch diese Maßnahme ist die Filterdrossel nicht mehr vollständig stromkompensiert, wodurch die Filterwirkung für asymmetrische Störungen verringert wird. Es entstehen jedoch durch die Umgestaltung des Drosselkerns Streuinduktivitäten, die zum Herausfiltern von symmetrischen Störungen eingesetzt werden. Somit wird der Nachteil der verminderten Filterwirkung für asymmetrische Störungen durch den Vorteil der gleichzeitigen Filterwirkung für symmetrische Störungen aufgehoben. Figur 5b zeigt das Ersatzschaltbild einer entsprechenden Filterdrossel, mit der sowohl asymmetrische als auch symmetrische Störungen herausgefiltert werden können. Die in Figur 5b dargestellte Filterdrossel L3 umfaßt zwei Spulen, die gegensinnig gewickelt sind und vom Versorgungsstrom daher auch gegensinnig durchflössen werden. Die in Figur 5b gezeigte Spule dient somit vornehmlich zum Herausfütern von asymmetrischen Störungen. Durch die Maßnahme, daß jedoch die Kopplung der beiden Spulen der Filterdrossel L3 verringert worden ist, können durch die aufgetretenen Streuinduktivitäten auch symmetrische Störungen herausgefiltert werden, so daß die Filterdrossel L3 zumindest teilweise als die in Figur 5a gezeigte erste Filterdrossel Ll wirkt, die aufgrund gleichsinnig gewickelter und miteinander gekoppelter Spulen symmetrische Störungen herausfiltern kann.

Aus der DE-Ul 38 32 167 ist bekannt, asymmetrische und symmetrische Störungen mittels einer einzigen Ringkerndrossel zu beseitigen, indem die Streuinduktivität der

Ringkerndrossel aufgrund eines in den Ringkern speichenförmig eingefügten magnetischen Bypasses erhöht wird. Die dadurch auftretende Streuinduktivität wirkt wie

die in Fig. 5a gezeigte erste Filterdrossel Ll zum Herausfiltern von symmetrischen Störungen. Allerdings sind derartige Ringkeradrosseln relativ aufwendig und teuer in ihrer Herstellung.

In der DE-Al 37 08 226 wird vorgeschlagen, beiden Spulen einer einzigen Filterdrossel gegensinnig auf einen stabförmigen Spulenkern übereinander zu wickeln. Die Selbstinduktivität der beiden Spulen ist dabei nahezu gleich groß und die beiden Spulen sind voneinander durch eine weichmagnetische Folie getrennt. Mit Hilfe dieser weichmagnetischen Folie kann die Streuinduktivität der Filterdrossel erhöht werden. Die in der DE-Al 37 08 226 beschriebenen Spulenkerne der Typen RM3 bis RM4 sind jedoch aufgrund ihrer aufwendigen Form recht teuer. Ebenso steigen bei Verwendung einer weichmagnetischen Folie die Herstellungskosten der zuvor beschriebenen Filterdrossel. Insbesondere ist jedoch mit der in DE-Al 37 08 226 beschriebenen Filterdrossel die notwendige Gleichartigkeit der Spulen zur Dämpfung der Störungen nur schwer realisierbar, da aufgrund der unterschiedlichen räumlichen Lage der beiden Spulen bezüglich des Spulenkerns die Kopplungsgrade zwischen den beiden Spulen und dem Spulenkern unterschiedlich sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Filterdrossel vorzuschlagen, die sowohl symmetrische als auch asymmetrische Störungen bedämpft und einfach in ihrer Herstellung ist.

Die Aufgabe wird mit Hilfe der im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß weist der Spulenkern einen geraden Kernabschnitt auf, auf den die beiden Spulen der Filterdrossel nebeneinander und gegensinnig gewickelt sind, so daß die Spulen von einem Versorgungsstrom gegensinnig durchflössen werden. Des weiteren sind die beiden Spulen in Längsrichtung des geraden Kernabschnitts soweit voneinander räumlich getrennt, daß die Bildung von Streu induktivitäten gewährleistet ist.

Durch die direkte Kopplung der beiden Spulen mit dem Spulenkern können asymmetrische Störungen herausgefiltert werden. Gleichzeitig können durch den vergrößerten Abstand zwischen den beiden Spulen der Filterdrossel symmetrische

Störungen herausgefiltert werden. Durch die erfindungsgemäße Filterdrossel wird somit

ein idealer Kompromiß zwischen der Filterwirkung gegenüber asymmetrischen und der Filterwirkung gegenüber symmetrischen Störungen realisiert.

Vorzugsweise werden die beiden Wicklungen der Filterdrossel auf einem Spulenkörper, der auf dem Spulenkern gesetzt ist, aufgebracht. Die beiden Wicklungen der beiden Spulen der Filterdrossel befinden sich dabei erfindungsgemäß in zwei, durch eine Trennwand getrennte Kammern. Die Dicke der Trennwand ist dabei dicker gewählt, als zur Erreichung der Spannungsfestigkeit zwischen den beiden Spulen bei einer vorgegebenen Nennspannung normalerweise notwendig wäre. Insbesondere ist die Dicke der Trennwand so groß gewählt, daß die Bildung von Streuinduktivitäten durch die verminderte Kopplung der beiden Spulen der Filterdrossel miteinander gewährleistet ist. Die Wicklungen der beiden Spulen sind gegensinnig auf den Spulenkörper gewickelt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, die beiden Kammern des Spulenkörpers jeweils nochmals in zwei Teilkammern aufzuteilen, wobei die Wicklung einer jeden Spule vorzugsweise jeweils zur Hälfte in jeder Teilkammer der entsprechenden Kammer des Spulenkörpers angeordnet ist. Durch diese Maßnahme können die Wicklungkapazitäten der beiden Spulenwicklungen verringert werden, so daß die Resonanzfrequenz der Filterdrossel nahezu konstant gehalten werden kann und die Filterwirkung im geforderten Frequenzbereich der Filterdrossel weiterhin gegeben ist.

Vorzugsweise ist der Spulenkern durch zwei E-förmige Spulen-Ferrit-Kernhälften oder Sulen-Eisenpulver-Kernhälften gebildet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung weist den Vorteil auf, daß auf einfache Art und Weise durch die Verwendung zwei diskreter Drosselspulen eine Filterdrossel vorgeschlagen wird, die sowohl symmetrische als auch asymmetrische Störungen bedämpft und einfach sowie billig in ihrer Herstellung ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Spulenkörper in Frontansicht, Fig. 2 den in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Spulenkörper in Rückansicht, Fig. 3 den in Fig. 1 und 2 gezeigten erfindungsgemäßen Spulenkörper mit Ferrit-Kern, Fig. 4a und 4b Anordnungen der Anschlußstifte des in den Fig. 1 bis 3 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,

Fig. 5a ein bekanntes Schaltungsbeispiel für eine aus zwei Filterdrosseln bestehenden Filteranordnung, und

Fig. 5b ein bekanntes Schaltungsbeispiel für eine aus lediglich einer Filterdrossel bestehenden Filteranordnung zum Herausfiltern von sowohl asymmetrischen als auch symmetrischen Störungen.

Erfindungsgemäß werden die beiden gegensinnig gewickelten Spulen der Filterdrossel auf einen geraden Kernabschnitt eines Spulenkerns gewickelt, so daß beide Spulen der Filterdrossel gleiche Kopplungsgrade mit dem Kern aufweisen. Beide Spulen weisen eine identische Induktivität auf, so daß die zur Bedämpfüng von Störungen notwendige Gleichartigkeit der Spulen gegeben ist. Die beiden Spulen werden von einem Versorgungsstrom gegensinnig durchflössen, so daß sich die vom Versorgungsstrom hervorgerufenen Magnetfelder gegenseitig aufheben. Vorzugsweise weisen die beiden Spulen eine gleiche Windungszahl auf. Durch diese Anordnung ist eine nahezu stromkompensierte Filterdrossel mit gegensinnig gewickelten Spulen beschrieben, so daß asymmetrische Störungen herausgefiltert werden können.

Durch die erfindungsgemäße Vergrößerung des Abstandes zwischen den beiden Wicklungen der Filterdrossel wird erreicht, daß die Streuinduktivität die für die Entstörung symmetrischer Störungen notwendige Größe erreicht. Die Streuinduktiv iiät der erfindungsgemäßen Filterdrossel wird durch die Vergrößerung des Abstandes zwischen den beiden Wicklungen deutlich erhöht.

Wie zuvor beschrieben, werden zur Vergrößerung des Abstandes zwischen den beiden Spulen die Spulen jeweils in getrennten Kammern auf einen Spulenkörper gewickelt. Bei Spulen mit großen Induktivitäten steigt jedoch mit steigender Windungszahl die Wicklungskapazität der Spule, so daß die Resonanzfrequenz der Filterdrossel, die durch die Drosselinduktivität und die Wicklungskapazitäten der Spulen bestimmt ist, sinkt. Der Grund für die erhöhte Wicklungskapazität bei steigender Windungsanzahl ist darin zu sehen, daß bei eine größeren Anzahl von Windungen mehr bzw. breitere Lagen des Spulendrahtes übereinander gewickelt werden. Aufgrund des Sinkens der

O 96/14644 PCΪ7EP95/04186

Resonanzfrequenz der Filterdrossel ist eine Entstörung im gewünschten Frequenzbereich der Filterdrossel nicht mehr gegeben.

Um die Wicklungskapazitäten zu verringern wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, jede der beiden Wicklungen der Filterdrossel nochmals innerhalb ihrer Kammern des Spulenkörpers auf Teilkammern aufzuteilen, so daß jede Wicklung der Filterdrossel auf zwei, drei oder ggf. mehr benachbarten Kammern aufgeteilt ist. Die Anzahl bzw. die Breite der übereinander gewickelten Lagen der Spulendrähte kann dadurch deutlich verringert werden, so daß die Wicklungskapazitäten der Spulen sinken und damit die erwünschte Bedämpfüng im gefordeπen Frequenzbereich erreicht werden kann.

Wie zuvor beschrieben, könnte das Problem der Wicklungskapazitäten jedoch insbesondere bei Spulen mit größerer Induktivität auftreten. Bei Spulen für geringe Leistungen mit geringerer Induktivität kann jedoch die erwünschte Bedämpfüng für symmetrische und asymmetrische Störungen bereits mit Hilfe des eingangs beschriebenen Zwei-Kammern-Spulenkörpers erreicht werden.

Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Spulenkörper in einem Ausführungsbeispiel mit zwei Teilkammern. Der Spulenkörper 10 ist zwischen einer oberen Seitenwand 15 und einer unteren Seitenwand 7 in insgesamt vier Teilkammern 2a, 2b, 5a, 5b unterteilt.

Die Teilkammem 2a und 2b bzw. 5a und 5b bilden wiederum Kammern 2 und 5, die durch eine dicke Trennwand 12 getrennt sind. Die beiden Kammern 2 und 5 sind durch dünnere Trennwände 13 auf die Teilkammern aufgeteilt. Der Spulenkörper ist innen hohl, so daß er auf einen geradeförmigen Kernabschnitt aufgesetzt werden kann. Am oberen Ende der Seitenwände des Spulenkörpers 10 sind Verstärkungen 11 der

Seitenwände sowie Führungslaschen 9 ausgebildet.

Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 dargestellten Spulenkörper in Rückansicht. Der in Fig. 1 und 2 gezeigte Spulenkörper 10 ist quaderförmig ausgebildet. Es ist jedoch selbstverständlich, daß die äußere Gestaltungsform des Spulenkörpers 10 nicht auf die in der Zeichnung gezeigte Ausgestaltung beschränkt ist. An der unteren Seitenwand 7 befinden sich Abstandshalter 8, so daß beim Aufsetzen des Spulenkörpers 10 auf eine Platine ein definierter Abstand zwischen dem Spulenkörper 10 und der Platine gewährleistet ist. Mit Wl und W2 sind in Fig. 1 und 2 die beiden Wicklungen der Filterdrossel bezeichnet. Die Wicklung Wl der ersten Spule der Filterdrossel wird ausgehend vom Anschlußstift 1 zuerst in die untere Teilkammer 2a der oberen Kammer

2 geführt. Die Teilkammer 2a wird mit der halben Anzahl Windungen der ersten Wicklung bewickelt. Anschließend wird die zweite Teilkammer 2b ebenso mit der halben Anzahl an Windungen der ersten Wicklung Wl der Filterdrossel bewickelt. Das Wicklungsende wird an den Anschlußstift 6 des Spulenkörpers 10 geführt. Entsprechend wird mit der unteren Wicklung verfahren, wobei ausgehend vom Anschlußstift 3 zuerst die untere Teilkammer 5a mit der halben Anzahl der Windungen der zweiten Wicklung W2 bewickelt wird. Anschließend wird die zweite Kammer 5b mit der halben Anzahl an Windungen bewickelt und das Wicklungsende an den Anschlußstift 4 geführt. Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, sind die beiden Wicklungen Wl und W2 derart gewickelt, daß die durch die Wicklungen Wl und W2 gebildeten Spulen der Filterdrossel gegensinnig von einem Versorgungsstrom durchflössen werden.

In Fig. 4a ist die Anschlußstiftbelegung des zuvor beschriebenen Spulenkörpers dargestellt. Vorzugsweise sind die einzelnen Anschlußstifte 1 , 3,4 und 6 des Spulenkörpers 10 quadratisch mit äquidistanten Abschnitten a angeordnet.

Fig. 4b zeigt das Ersatzschaltbild der zuvor beschriebenen Filterdrossel. Durch die Wicklung Wl wird zwischen den beiden Anschlußstiften 1 und 6 die erste Spule und durch die Wicklung W2 zwischen den beiden Anschlußstiften 3 und 4 die zweite Spule der Filterdrossel definiert. Die beiden Wicklungen werden von einem Versorgungsstrom gegensinnig durchflössen, so daß die dadurch festgelegte Filterdrossel aufgrund der guten Kopplung der beiden Spulen miteinander nahezu als stromkompensierte Filterdrossel wirkt und asymmetrische Störungen ausgefiltert werden können.

Durch die Vergrößerung des Abstandes zwischen den beiden Spulen Wl und W2 mittels der Trennwand 12 wird die auftretende Streuinduktivität deutlich erhöht, so daß ebenfalls symmetrische Störungen herausgefiltert werden können. Die erfindungsgemäße Filterdrossel kann somit auch durch das in Fig. 5b gezeigte Ersatzschaltbild beschrieben werden, das eine stromkompensierte Filterdrossel zeigt, die gleichzeitig als gleichsinnig gewickelte Filterdrossel zum Dämpfen von symmetrischen Störungen wirkt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird vorzugsweise der Spulenkern durch zwei E-förmige Ferrit¬ oder Eisenpulver-Kernhälften 14a, 14b gebildet. Die obere Spulenkernhälfte 14a wird von oben und die untere Spulenkernhälfte 14b von unten auf den Spulenkörper 10

aufgeschoben, so daß ein geschlossener dreischenkeliger Spulenkern 14 entsteht. Der Spulenkörper 10 umgibt dabei den Mittelschenkel des Spulenkerns 14. Durch diese Ausgestaltung des Spulenkerns kann die Kopplung der beiden Spulen Wl und W2 an den Spulenkern 14 weiter verbessert werden, so daß die Filterwirkung gegenüber asymmetrischen Störungen nahezu optimal ist.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Filterdrossel kann die in Fig. 5a gezeigte erste Filterdrossel Ll zum Herausfiltern von symmetrischen Störungen entfallen; mit der erfindungsgemäßen Filterdrossel können symmetrische als auch asymmetrische Störungen beseitigt werden.

Abschließend werden typische Drosseldaten für die erfindungsgemäße Filterdrossel angegeben, wenn die Filterdrossel an ein 230V- Versorgungsnetz mit 50 bis 60 Hz Wechselspannung und maximal 55W Belastung angeschlossen ist. Die beiden Wicklungen Wl und W2 weisen dabei identische Selbstinduktivitäten im Bereich 40 mH mit einem Toleranzbereich von 25% bei jeweils 175 Windungen auf. Der Ohmsche Widerstand der beiden Wicklungen Wl und W2 beträgt maximal 1,5 Ohm, der Drahtdurchmesser der Windungen beträgt mindestens 0,3 mm. Als Material für den Ferrit-Kern kann N30, K4000 oder ähnliches Material gewählt werden. Die Permeabilität μ des Ferrit-Kerns liegt bei 4000 mit einem Toleranzbereich von 25%. Zum Hervorrufen einer ausreichenden Streuinduktivität kann beispielsweise die Dicke der Trennwand 12 2 mm betragen. Die weiteren Trennwände 13 sind z.B. 1 mm dick.