CH630199A5 - Radio suppression inductor for semiconductor switches which are controlled by phase gating - Google Patents

Description

Der ^vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, 25 bei 150 kHz gefordert. Die Drosseleigenschaften werden ein-beide Teilkerne im üblichen Pressverfahren für Massekerne fach durch Einstellen entsprechender Presshöhen beim Her-ohne zusätzliche Massnahmen herzustellen. stellen der beiden Teilkerne an die verschiedenen Bedingungen

Es hat sich nämlich überraschenderweise herausgestellt, angepasst.

dass beim Pressen von handelsüblichen und billigen weichmag- Die beiden Teilkerne werden zusammengesetzt, gemein-netischen Eisenpulversorten mit Korngrössen zwischen 10 und 30 sam - wie bekannt - mit einer isolierenden Schutzschicht über-600 |im ohne Beigabe isolierender Binder verlusttragende Teil- zogen und bewickelt.

kerne so hergestellt werden können, dass die erforderliche Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfin-

hohe Dämpfung im Frequenzbereich 5 bis 20 kHz in der Kom- dungsgemässen Funkentstördrossel. 1 und 2 sind die beiden bination mit einem permeabilitätstragenden Teilkern gegeben Teilkerne, die gemeinsam mit der Isolierung 3 beschichtet sind, ist. Dabei können die Eigenschaften dieses Teilkerns durch den 35 4 ist die Bewicklung. Es handelt sich bei dieser Drossel um eine Pressdruck, die Korngrösse und die Korngrössenverteilung des Ausführung, die sich für Helligkeitsregler (Dimmer) für die Pulvers sowie durch eine leichte Wärmebehandlung beeinflusst Steuerung von Leistungen zwischen 60 und 600 W eignet. Der und auf gewünschte Werte eingestellt werden. Es hat sich Aussendurchmesser des kombinierten und beschichteten Ker-

gezeigt, dass die elektromagnetischen Eigenschaften derarti- nes beträgt 39 mm, der Innendurchmesser 20 mm und die Höhe ger Kerne, insbesondere die Verluste im Bereich 5 bis 20 kHz, 40 8,5 mm. Das Volumenverhältnis vom permeabilitätstragenden innerhalb der Toleranzen gehalten werden können, die für eine Teilkern zum verlusttragenden Teilkern beträgt in diesem BeiMassenproduktion erforderlich sind. Ebenso hat sich gezeigt, spiel 1,5. Die Wicklung besteht aus 140 Windungen Kupfer-dass die Festigkeit der ohne Binder gepressten Kerne völlig Lack-Draht mit 0,75 mm Durchmesser. Diese Drossel entstört ausreicht und sich nur unbedeutend von der Festigkeit der in Verbindung mit einem Kondensator von 0,22 jiF Kapazität Kerne unterscheidet, die üblicherweise als Massekerne mit Bin- 45 den Halbleiterschalter so, dass der geforderte Störgrad N nach der in Drosseln verwendet werden. der vorerwähnten VDE-Vorschrift 0875 eingehalten wird. Die

Die Funkentstördrossel der eingangs erwähnten Art ist erfindungsgemässe Drossel erfüllt damit die an sie gestellten demnach erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass Anforderungen, obwohl billige Werkstoffe und wesentlich ver-einer der beiden Teilkerne keine isolierenden Bindemittel ent- einfachte Herstellungsverfahren verwendet werden.

hält. Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindunggemässen 50

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

630199 2 PATENTANSPRÜCHE Dieser Nebeneffekt lässt sich durch eine ausreichende

1. Funkentstördrossel für phasenanschnittgesteuerte Halb- Bedämpfung der genannten Eigenschwingungen vermeiden. Es leiterschalter, bestehend aus einem Ringkern und einer Wiek- hat sich gezeigt, dass die erforderliche Dämpfung nur durch lung, wobei der Ringkern aus zwei Teilkernen (1,2) zusammen- ausreichend grosse Verluste des Drosselkernes erreicht wer-gesetzt ist, von denen jeder aus einem weichmagnetischen s den kann, da zusätzliche Schaltungsmassnahmen innerhalb des Metallpulverpressling besteht, dadurch gekennzeichnet, dass Halbleiterschalters, wie z. B. das Einfügen eines Widerstandes, einer der beiden Teilkerne keine isolierenden Bindemittel ent- den Verbraucherkreis in unzulässiger Weise belasten oder die hält. Entstörwirkung zu stark herabsetzen. Für den Kernwerkstoff

2. Funkentstördrossel nach Anspruch 1, dadurch gekenn- werden demnach hohe Verluste im Frequenzbereich 5 bis 20 zeichnet, dass der andere Teilkern aus weichmagnetischem >o kHz gefordert.

Metallpulver und isolierendem Bindemittel besteht, wobei der Die beiden genannten Forderungen, nämlich hohe Permea-

Bindemittelanteil zwischen 0,15 und 0,45 Gewichtsprozent bilität bei 150 kHz und hohe Verluste bei den vergleichsweise liegt. wesentlich niedrigeren Frequenzen 5 bis 20 kHz, widerspre-

3. Funkentstördrossel nach einem der vorangehenden chen bekanntlich einander, wenn sie auf einen homogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden Teilkernen is weichmagnetischen Werkstoff angewandt werden. Entweder weichmagnetisches Metallpulver mit Korngrössen zwischen 10 ist der Werkstoff breitbandig und behält seine Permeabilität bis und 600 p.m enthalten ist. zu hohen Frequenzen bei; in diesem Fall hat er bei niedrigen

4. Funkentstördrossel nach einem der vorangehenden Frequenzen stets kleine Verluste, oder er hat bei niedrigen Fre-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der quenzen hohe Verluste, was jedoch stets mit einem starken Per-Höhe des bindemittellosen Teiles zu der Höhe des Kernteiles 20 meabilitätsabfall bei höheren Frequenzen verbunden ist.

mit Bindemittel im Bereich zwischen 0,5 und 1,5 liegt. Obwohl bei einigen Anwendungen mit homogenen Drossel kernen ein gut brauchbarer Kompromiss zwischen beiden Anforderungen möglich ist, kann für viele Anwendungsfälle kein geeigneter magnetischer Kernwerkstoff gefunden wer-25 den, der die gegensätzlichen Forderungen erfüllt. Dies ist insbe-Die Erfindung betrifft eine Funkentstördrossel für phasen- sondere dann der Fall, wenn geringe Abmessungen bei höheren anschnittgesteuerte Halbleiterschalter nach dem Oberbegriff Leistungen im Verbraucherkreis gefordert werden, des Patentanspruches 1. In diesen Fällen werden kombinierte Drosselkerne verwen-

Phasenanschnittgesteuerte Halbleiterschaltungen werden det, die aus zwei Teilkernen aus verschiedenen weichmagneti-in verschiedenen Bereichen der Elektrotechnik zur Steuerung 30 sehen Werkstoffen zusammengesetzt sind: von Verbraucherströmen bzw. -leistungen in Wechselstrom- l. aus einem «permeabilitätstragenden» Teilkern, der breit kreisen in zunehmendem Masse verwendet, z. B. zur Steuerung bandig ist und ausreichende Permeabilität bei 150 kHz gewähr-von Motoren oder zur Regelung der Helligkeit von Lichtquel- leistet;

len. 2. aus einem «verlusttragenden» Teilkern, der hohe Verlu-

Die schnellen Einschaltvorgänge derartiger Schalter verur- 35 ste bei 5 bis 20 kHz aufweist und damit die erforderliche Dämp-sachen erhebliche Störspannungen, die z. B. nach der Vor- fung der unerwünschten Eigenschwingungen sicherstellt. Er Iie-

schrift 0875 des Verbandes der Deutschen Elektro-Techniker fert jedoch keinen wirksamen Beitrag zur Permeabilität bei 150 (VDE) im Frequenzbereich 0,15 bis 30 MHz durch geeignete kHz.

Entstörmittel auf einen bestimmten zulässigen Pegel gedämpft Weiter wird von der Funkentstördrossel gefordert, dass ihre werden müssen. 40 Kosten den Gesamtkosten eines Halbleiterschalters entspre-

Als geeignetes Mittel zur Funkentstörung derartiger Halb- chen. Da die in Halbleiterschaltungen hauptsächlich verwende-leiterschalter unter Berücksichtigung der Einbauabmessungen ten Schaltelemente, wie Kondensatoren, Widerstände, Thyri-und des Kostenaufwandes hat sich die Reihenschaltung der - stören, in den letzten Jahren erheblich billiger geworden sind, Ringkerndrossel mit einem Kondensator ergeben. Dieses Ent- wird auch von der Funkentstördrossel ein geringer Kostenaufstörglied liegt als Spannungsteiler parallel zum Halbleiterschal- 45 wand gefordert, das heisst aber, dass teure Werkstoffe und auf-ter und dämpft damit die Störsignale, die in dem Schalter ent- wendige Fertigungsverfahren in zunehmendem Masse vermie-stehen und auf den Zuleitungen in den Verbraucherkreis hinein- den werden müssen.

laufen. Durch die deutsche Offenlegungsschrift 2119 950 ist eine

Die Drossel wird vom Verbraucherstrom durchflössen und zweiteilige Drossel bekannt, deren permeabilitätstragender stellt wegen der niedrigen Frequenz des Verbraucherstrom- 50 Teilkern aus einem Ferritring mit Luftspalt besteht. Den ver-kreises, meist 50 Hz, keinen nennenswerten induktiven Wider- lusttragenden Teilkern bilden gestanzte und geschichtete Elek-stand dar. Bei den hohen Frequenzen der Störspannungen tro- oder Tiefziehbleche. Diese Lösung erfordert wegen des jedoch muss der induktive Widerstand gross sein, insbesondere Einschleifens der Luftspalte und wegen des Schichtens der bei 150 kHz, da bei dieser Frequenz die Störspannung am gross- Bleche einen hohen Aufwand bei der Herstellung. Die Fordeten ist. Von der Drossel wird daher eine möglichst hohe Induk- 55 rung nach kostenangemessenen Funkentstörmitteln kann tivität bei 150 kHz verlangt, entsprechend von dem Drossel- damit nicht erfüllt werden. Ausserdem erzeugen die Bleche kern eine möglichst hohe Permeabilität bei dieser Frequenz. magnetostriktive Schwingungen, die hörbar sind und in vielen

Diese Entstörschaltung hat einen unerwünschten Nebenef- Anwendungsfällen, z. B. bei Lichtreglern im Haushalt (Dim-fekt. Drossel und Kondensator bilden einen Schwingkreis, der mern), als akustische Störung empfunden werden.

sich über den eingeschalteten Halbleiterschalter schliesst und eo In der deutschen Offenlegungschrift 1813 643 wird eben-durch den Einschaltvorgang zu Eigenschwingungen angeregt falls eine Drossel mit einem zweiteiligen Kern vorgeschlagen, wird. Die Frequenz der Eigenschwingungen liegt zwischen 5 Der permeabilitätstragende Teilkern besteht aus einer zu dün-und 20 kHz. Die Überlagerung von Verbraucher- und nen Bändern ausgewalzten Nickel-Kupfer-Eisen-Legierung mit

Schwingstrom im Halbleiterschalter ergibt Stromschwankun- Zusätzen von Mangan, Molybdän und Chrom. Der verlusttragen, die unbeabsichtigte, störende Schaltvorgänge hervorrufen es gende Teil besteht aus Bändern oder Blechen aus Eisen mit Sili-können. Bei Lichtreglern beispielsweise verursachen sie flak- zium- oder Aluminiumzusatz. Die Zusammensetzung der Legie-kerartige Helligkeitsschwankungen der angeschlossenen Licht- rungen für den permeabilitätstragenden Teilkern wird so quellen.

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gewählt, dass die Magnetostriktion sehr gering ist. Damit ent- Funkentstördrossel sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 fällt zwar der Nachteil störender Geräuschentwicklung; die bis 4 angegeben.

verwendeten Legierungen, die 74 bis 84 % Nickel enthalten, zu Durch die Erfindung ist es also möglich geworden, die ver

Bändern ausgewalzt, sind jedoch als Kernwerkstoff zu teuer lusttragenden Teilkerne für Funkentstördrosseln mit Hilfe des und lassen den Bau einer kostengünstigen Funkentstördrossel 5 gleichen einfachen Pressverfahrens herzustellen wie die per-nicht zu. meabilitätstragenden Teilkerne, nämlich im gleichen Arbeits-

Weiter enthält die deutsche Offenlegungsschrift 2 505 080 gang und in der gleichen Pressform ohne irgendwelche zusätz-den Vorschlag eines zweiteiligen Drosselkerns, bei dem teure liehe Massnahmen, was eine erhebliche Vereinfachung im Her-Werkstoffe vermieden werden können. Der permeabilitätstra- stellungsprozess bedeutet.

gende Teil besteht in diesem Fall aus Eisenpulver, das mit isolie- io Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Funkent-rendem Binder verpresst wird. Den verlusttragenden Teil des stördrossel ist, dass Permeabilität und Verluste des kombinier-Kernes bildet eine ringförmige Wicklung aus Eisendraht, die ten zweiteiligen Kerns ausser durch die obengenannten press-vor dem Pressen in die Form so eingelegt wird, dass sie nach technischen Faktoren und die Wärmebehandlung des verlust-dem Pressen im Ringkern eingebettet und allseitig vom Eisen- tragenden Teilkerns durch das Volumenverhältnis der beiden pulver umschlossen ist. Diese Lösung bringt zweifellos von Sei- is Teilkerne beeinflusst werden können. Herstellungstechnisch ist ten der verwendeten Werkstoffe eine Kostensenkung, doch das sehr einfach durch Wahl der entsprechenden Höhen der bedingt die Herstellung und das stückweise Einlegen des Teilkerne beim Pressen möglich. Eine Änderung des Volumen-

Drahtwickels Massnahmen, die neben dem einfachen Pulver- Verhältnisses ist beispielsweise dann erwünscht, wenn in einem pressen zusätzlich ablaufen müssen und zusätzliche Einrichtun- Halbleiterschalter zur Entstörung zwei Kondensatortypen mit gen erfordern. Insbesondere ist das Einfüllen des Eisenpulvers 20 zwei verschiedenen Kapazitätswerten verwendet werden.

in die Pressform vor und nach dem Einlegen des Drahtwickels Beim grösseren Kapazitätswert wird eine höhere Dämpfung notwendig, das heisst ein Einfüllen in zwei Phasen. Darüber bei 5 bis 20 kHz verlangt, die Induktivität bei 150 kHz kann hinaus ist eine Vorrichtung zum Herstellen und zum zentri- geringer sein. Beim kleineren Kapazitätswert dagegen kann die sehen passgenauen Einlegen der Drahtwickel notwendig. Dämpfung geringer sein, dafür wird eine höhere Induktivität