EP4042456A1 - Gleichtaktdrossel - Google Patents

Gleichtaktdrossel

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EP4042456A1
EP4042456A1 EP20785721.0A EP20785721A EP4042456A1 EP 4042456 A1 EP4042456 A1 EP 4042456A1 EP 20785721 A EP20785721 A EP 20785721A EP 4042456 A1 EP4042456 A1 EP 4042456A1
Authority
EP
European Patent Office
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mode choke
common mode
coil
circuit carrier
toroidal core
Prior art date
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Granted
Application number
EP20785721.0A
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English (en)
French (fr)
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EP4042456B1 (de
Inventor
Konstantin Spanos
Dennis BURGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4042456A1 publication Critical patent/EP4042456A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4042456B1 publication Critical patent/EP4042456B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type with magnetic core
    • H01F17/06—Fixed inductances of the signal type with magnetic core with core substantially closed in itself, e.g. toroid
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2847—Sheets; Strips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
    • H01F2017/0093—Common mode choke coil
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/06—Mounting, supporting or suspending transformers, reactors or choke coils not being of the signal type
    • H01F2027/065—Mounting on printed circuit boards

Definitions

  • the invention relates to a common mode choke.
  • the common mode choke has an in particular magnetically permeable toroidal core, in particular a ferrite core, and at least one coil and one further coil.
  • the coil and the further coil are each arranged in the area of the toroidal core in such a way that a magnetic flux penetrating the coils detects the toroidal core.
  • EMC electro-magnetic compatibility
  • common-mode chokes have at least two or only two coils, which can interact magnetically via a toroidal core.
  • the coil current in the two coils is preferably conducted in mutually different directions, so that EMC disturbances in the toroidal core magnetically cancel each other out.
  • the toroidal core of the common mode choke of the type mentioned at the beginning encloses an in particular cylindrical or angular, in particular cuboid, opening.
  • the coils each have at least one or only one electrical inner conductor, in particular a busbar, for each coil turn.
  • the inner conductor is arranged in the opening, the inner conductors arranged in the opening - in particular in cross section - jointly forming a shape corresponding to the opening, and thus jointly filling the opening.
  • the coils each have at least two or only two coil turns.
  • the coil turn comprises an inner conductor and an outer conductor, which are electrically connected to one another.
  • the outer conductor is preferably designed, the coil current from the inner conductor lead away and around the toroidal core.
  • the common-mode choke preferably has a connecting element, an electrical connection of the inner conductor of a coil turn to an outer conductor of the further coil turn being formed by the electrical connecting element, which in particular extends flatly.
  • the coil turns formed in this way are preferably formed by a plurality of electrically connected, in particular soldered or welded, current-conducting elements.
  • the coil can thus advantageously be made conductive for large currents, assembled in a modular manner from individual modules or parts.
  • the inner conductor which is decisive for the coil inductance, can furthermore advantageously be embodied as compactly as possible in the center, in particular in the cavity, with the other inner conductors arranged in a sealed manner.
  • the coil can thus advantageously form the greatest possible inductance in the smallest possible installation space. This is because it was recognized that the impedance of a common mode choke can be effectively increased if the cross-sectional area of the opening can be fully energized by the inner conductors.
  • the connecting element and / or the outer conductor is formed by a piece of sheet metal, in particular a stamped grid, also called a lead frame.
  • the connecting element and / or the outer conductor can thus advantageously be provided with little effort.
  • electrical connections of the coils are connected to a circuit carrier, the connecting element being spaced from the circuit carrier.
  • the connecting element can thus advantageously be arranged at a distance from the circuit carrier.
  • the connecting element can thus advantageously form a small capacitance with the circuit carrier, provided that a gap, in particular an air gap, is formed between the connecting element and the circuit carrier.
  • IMS insulated metal substrate
  • AMB active metal brazed
  • DCB direct copper bonded
  • LTCC substrate Low-Temperature- Cofired-Ceramics
  • HTTC substrate High-Temperature-Cofired-Ceramics.
  • the circuit carrier is part of the common mode choke.
  • the inner conductors each have a cross-section in the shape of a segment of a circle.
  • the opening of the toroidal core is preferably designed to be cylindrical.
  • the inner conductors which contribute to a large extent to the formation of inductance in the coil, can be arranged in the opening in such a compact manner, in particular completely filling the opening together.
  • the opening is also preferably cylindrical.
  • the opening is cuboid or cube-shaped.
  • the inner conductors are preferably square, rectangular in cross section, or square. In this way, the common-mode choke can advantageously be provided with inner conductors, which can be provided at low cost by means of roll forming.
  • the inner conductors are preferably each designed as a straight rod, in particular. In this way, the inner conductors can advantageously be provided with little effort by an extruded profile or a rolled profile and by being separated from a rod.
  • the common mode choke has an electrically insulating insulating body which at least partially encloses the inner conductors and insulates them from one another.
  • the inner conductors can advantageously be electrically isolated from one another and from the toroidal core.
  • the insulating body preferably forms an electrically insulating sheath which encloses the toroidal core.
  • the outer conductors can also advantageously be insulated from the toroidal core.
  • the common mode choke comprises a circuit carrier.
  • the circuit carrier has an electrically insulating layer, and at least one electrically conductive layer.
  • the electrically insulating layer is preferably a ceramic layer and the electrically conductive layer is preferably a copper layer.
  • the inner conductor is connected to an electrically conductive layer of the circuit carrier in the area of an end face of the inner conductor.
  • the outer conductor is connected to an electrically conductive layer of the circuit carrier in the area of a soldering foot of the outer conductor.
  • the inner conductor and the outer conductor are preferably connected by means of a connecting element which is spaced apart from the circuit carrier and which is materially connected, in particular soldered or welded, to the electrically conductive layers of the circuit carrier.
  • the connecting element is thus spaced from the circuit carrier by a gap, in particular an air gap, and thus cannot form any parasitic capacitance with the circuit carrier, in particular an electrically conductive rear side layer of the circuit carrier.
  • the coil turns of the coil which end in the area of the circuit carrier on the inner conductor or on the outer conductor, are thus electrically connected to one another via the connecting element. Due to the spacing from the circuit carrier, this electrical connection can advantageously only form a small parasitic capacitance.
  • an electrically insulating support element is arranged between the connecting element and the circuit carrier.
  • the support element is, for example, a ceramic element or a plastic element.
  • the soldered connections of the common-mode choke can thus advantageously be relieved when the common-mode choke vibrates.
  • the connecting element is materially connected to the inner conductor and the outer conductor, in particular welded or soldered.
  • an end section of the connecting element is preferably connected to an end face of the inner conductor, and an opposite end section of the connecting element to the outer conductor, preferably welded, in particular spot-welded, or soldered or sintered.
  • the connecting element is preferably formed by a piece of sheet metal, in particular a stamped grid or lead frame. The connecting element can thus be provided at low cost.
  • the connecting element has a thickness dimension which is made smaller than a thickness dimension of the, in particular, outer, electrically conductive layers of the circuit carrier. In this way, a gap can advantageously be produced between the connecting element and the circuit carrier, as a result of which parasitic capacitances are reduced.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment for a common mode choke, of which winding parts are shown in a V-shaped sectional illustration through the inner conductors of a coil winding;
  • FIG. 2 shows the common mode choke shown in FIG. 1 in a plan view
  • FIG. 3 shows part of a common mode choke in which part of an electrical connection between coil windings is spaced from a substrate;
  • FIG. 4 shows an example of a common mode choke with a square toroidal core.
  • FIG. 1 shows - schematically - an exemplary embodiment for a common mode choke 1.
  • the common mode choke 1 comprises a toroidal core 5 which encloses a cavity 4 which is designed as a breakthrough in the toroidal core 5.
  • the common-mode choke 1 also comprises a rod-shaped inner conductor 2 and a rod-shaped inner conductor 3.
  • the inner conductors 2 and 3 are each part of mutually different coil turns of the same coil of the common-mode choke 1.
  • the inner conductors 2 and 3 fill the hollow space 4 in this cross-section Embodiment half off.
  • the remaining half of the cavity is filled by two further inner conductors, which are shown in FIG. 2 below.
  • a gap 29 is arranged between the inner conductors 2 and 3.
  • the gap 29 can be filled, for example, with an insulator, in particular made of plastic or ceramic.
  • the cavity 4 is designed as a hollow cylinder.
  • the inner conductor 2 has an end face 6 which is electrically connected, in particular welded, to an end section 10 of an outer conductor 8.
  • the outer conductor 8 is angled and encloses the toroidal core 5.
  • the outer conductor 8 has an end section which is opposite to the end section 10 and which is designed as a soldering foot 12. Together with the inner conductor 2, the outer conductor 8 forms part of a coil winding which surrounds the toroidal core 5.
  • the inner conductor 3 is connected to an end section 11 of an outer conductor 9.
  • the outer conductor 9 has a soldering foot 13 which is formed on an end of the outer conductor 9 opposite to the end section 11.
  • the outer conductors 8 and 9 are designed as a lead frame or lead frame.
  • FIG. 1 also shows a circuit carrier 39, comprising an electrically insulating ceramic layer 19, an electrically conductive back layer 20, in particular a copper layer, and electrically conductive layers which are formed on a side of the ceramic layer 19 opposite the electrically conductive back layer 20.
  • the electrically conductive layers thus form conductor tracks and can be part of a circuit arrangement for rewiring.
  • the circuit carrier 39 comprises an electrically conductive layer 28, in particular a rewiring layer, which is connected to the inner conductor 2, and there the end face of the inner conductor 2, by means of a solder 22.
  • the soldering foot 12 is connected to a connecting element 18 by means of a soldering agent 22 connected, which is formed in this embodiment as a sheet metal piece, in particular a lead frame or lead frame.
  • the connecting element 18 is spaced apart from the ceramic layer 19, and thus from the circuit carrier 39, by means of a gap 21, in particular an air gap.
  • the circuit substrate 39 comprises the electrically insulating ceramic layer 19, the electrically conductive rear side layer 20 and the electrically conductive layer 28.
  • the circuit substrate 39 is part of a contact arrangement, comprising the circuit substrate 39 and the common mode choke 1
  • a support element 23, in particular a plastic element, is arranged between the common mode choke 1 and the circuit carrier 39 in an area of the common mode choke 1 in which the connecting element 18 is arranged.
  • the common mode choke 1 can thus support against the circuit carrier 39.
  • the connecting element 18 thus forms a part of the coil which connects the coil turns of the coil to one another.
  • the soldering foot 13 is soldered to an electrically conductive layer 27 of the circuit carrier 39 by means of solder 22.
  • the soldering foot 13 thus forms an external electrical connection of the coil winding of the common mode choke 1.
  • the coil current through the coil can now run as follows:
  • a coil current can thus be introduced from the electrically conductive layer 27 into the soldering foot 13 of the coil, and there - as indicated by the arrows - flow via the outer conductor, the end section 11 of the outer conductor, the end face 7 of the inner conductor 3, through the inner conductor 3 , and there a magnetic field generate, which can be reinforced by the toroidal core 5.
  • the current then continues to flow via the end face 41 to the connecting element 18 and is passed through the connecting element 18 to the soldering foot 12 of the outer conductor 8.
  • the current can then be conducted further through the outer conductor 8 to the end section 10 of the outer conductor 8, and from there via the end face 6 of the inner conductor 2 through the inner conductor 2, in order to then reach the electrically conductive layer 28 via the end face 42.
  • FIG. 2 shows the common mode choke 1 already shown in FIG. 1 in a plan view of the inner conductors and the toroidal core 5.
  • the toroidal core 5 encloses a cylindrical opening 4 in which the inner conductors 2 and 3 are arranged.
  • FIG. 2 also shows a V-shaped section line 46 for the section shown in FIG. 1 through the coil in the area of the inner conductors 2 and 3.
  • Two further inner conductors 14 and 15 are arranged in the opening 4, each of which is part of a further coil.
  • the inner conductors 2, 3, 14 and 15 are each formed in cross section in the shape of a segment of a circle, in particular a segment of a circle. The inner conductors 2, 3, 14 and 15 thus completely fill the opening 4 - with the exception of an insulation distance between the inner conductors.
  • FIG. 2 also shows the outer conductors 8 and 9 already shown in FIG. 1, the outer conductor 8 being welded with an end section 10 to the inner conductor 2, and the outer conductor 9 being welded to the end section 11 with the inner conductor 3.
  • the common mode choke shown in Figure 2 also includes an outer conductor 16, which is electrically connected to the inner conductor 14, in particular welded or soldered, and an outer conductor 17, which is electrically connected to the inner conductor 15, in particular welded or soldered.
  • the outer conductors 8, 9, 16 and 17 each form a type of wing, which extends from the connection point with the respective inner conductor transversely to the longitudinal extension of the inner conductor enclosing the toroidal core 5, and thus forms a type of seagull wing.
  • the gap in the opening 4, which extends between the inner conductors and between the inner conductors and the toroidal core 5, can be filled, for example, by means of a plastic compound, a potting compound or a plastic element which is designed to be electrically insulating.
  • the inner conductors are electrically isolated from one another and from the toroidal core 4.
  • a plastic body 43 shown in dashed lines as an insulator is shown in FIG. 2, which fills the already mentioned gap in the opening 4.
  • the plastic body 43 thus forms an insulating body which is designed to electrically isolate the inner conductors from one another.
  • FIG. 3 shows a variant of the common mode choke 1 already shown in FIG. 1. Elements shown in FIG. 3 with the same reference numerals as in FIG. 1 have the same properties as the elements in FIG.
  • the common mode choke 45 shown in FIG. 3 comprises a circuit carrier 44 which has an electrically insulating ceramic layer 19, an electrically conductive rear side layer 20 and electrically conductive layers 24 and 26.
  • the outer conductor 8 is soldered to the electrically conductive layer 24 with its solder foot 13 by means of a solder 22.
  • the inner conductor 3 is soldered with its end face 41 to the electrically conductive layer 26 by means of the solder 22.
  • the common mode choke 45 also comprises a connecting element 25 which - unlike the connecting element 18 shown in FIG. 1 - with an end section on an edge area of the electrically conductive layer 24 and an end section opposite thereto with an edge area of the electrically conductive layer 26 by means of the solder 22 is soldered.
  • the connecting element 25 thus forms a type of bridge which is supported with its ends on the electrically conductive layers 24 and 26.
  • the cavity 21, and thus an air gap, which extends between the connecting element 25 and the circuit carrier 44, can thus reduce a parasitic capacitance which extends between the connecting element 25 and the rear-side layer 20 can train.
  • the connecting element 25 is arranged in the area of the toroidal core 5, and thus forms an electrical connecting member which connects one coil turn of the coil with a further coil turn of the same coil.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment for a common mode choke with a rectangular, in particular square, toroidal core 31.
  • the toroidal core 31 has an opening 32 with a square section, in which each cuboidal inner conductor is arranged.
  • Two each cuboid inner conductors 35 and 36 are each part of a first one
  • the opposite current directions in the inner conductors of the different coils are marked in Figure 4 by crosses and dots. High-frequency electromagnetic interference can thus cancel each other out in the toroidal core 31 via a magnetic field induced in the toroidal core 31.
  • the inner conductors 34, 33, 35 and 36 each have a square cross-section and together fill the opening 32 of the toroidal core 31 - with the exception of an insulation distance between the inner conductors and the toroidal core - completely.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gleichtaktdrossel (1). Die Gleichtaktdrossel (1) weist einen Ringkern (5) und wenigstens eine Spule und eine weitere Spule auf. Die Spule und die weitere Spule sind jeweils derart im Bereich des Ringkerns (5) angeordnet, dass ein die Spulen durchsetzender magnetischer Fluss den Ringkern (5) erfasst. Erfindungsgemäß umschließt der Ringkern (5) der Gleichtaktdrossel (1) der eingangs genannten Art einen insbesondere zylinderförmigen oder eckigen, insbesondere quaderförmigen Durchbruch (4). Die Spulen weisen jeweils für jede Spulenwindung wenigstens einen oder nur einen elektrischen Innenleiter (2, 3) auf. Der Innenleiter (2, 3) ist in dem Durchbruch (4) angeordnet, wobei die in dem Durchbruch angeordneten Innenleiter (2, 3) - insbesondere im Querschnitt - gemeinsam eine dem Durchbruch (4) entsprechende Form ausbilden, und so den Durchbruch (4) gemeinsam ausfüllen. Die Spulen weisen jeweils wenigstens zwei, oder nur zwei Spulenwindungen auf. Die Spulenwindung umfasst einen Innenleiter (2, 3) und einen Außenleiter (8, 9), welche miteinander elektrisch verbunden sind. Der Außenleiter (8, 9) ist ausgebildet, den Spulenstrom von dem Innenleiter (2, 3) wegzuführen und um den Ringkern (5) herumzuführen.

Description

Beschreibung
Titel
Gleichtaktdrossel
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Gleichtaktdrossel. Die Gleichtaktdrossel weist einen insbesondere magnetisch permeablen Ringkern, insbesondere Ferrit-Kern, und wenigstens eine Spule und eine weitere Spule auf. Die Spule und die weitere Spule sind jeweils derart im Bereich des Ringkerns angeordnet, dass ein die Spulen durchsetzender magnetischer Fluss den Ringkern erfasst.
Gleichtaktdrosseln werden zur EMV-Entstörung (EMV = Elektro-Magnetische- Verträglichkeit) eingesetzt. Dazu weisen Gleichtaktdrosseln wenigstens zwei oder nur zwei Spulen auf, die über einen Ringkern in magnetischer Wechselwirkung stehen können. Der Spulenstrom in den zwei Spulen wird bevorzugt in zueinander verschiedene Richtungen geführt, so dass sich EMV- Störungen in dem Ringkern magnetisch einander aufheben.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß umschließt der Ringkern der Gleichtaktdrossel der eingangs genannten Art einen insbesondere zylinderförmigen oder eckigen, insbesondere quaderförmigen Durchbruch. Die Spulen weisen jeweils für jede Spulenwindung wenigstens einen oder nur einen elektrischen Innenleiter, insbesondere eine Stromschiene, auf. Der Innenleiter ist in dem Durchbruch angeordnet, wobei die in dem Durchbruch angeordneten Innenleiter - insbesondere im Querschnitt - gemeinsam eine dem Durchbruch entsprechende Form ausbilden, und so den Durchbruch gemeinsam ausfüllen. Die Spulen weisen jeweils wenigstens zwei, oder nur zwei Spulenwindungen auf. Die Spulenwindung umfasst einen Innenleiter und einen Außenleiter, welche miteinander elektrisch verbunden sind. Der Außenleiter ist bevorzugt ausgebildet, den Spulenstrom von dem Innenleiter wegzuführen und um den Ringkern herumzuführen. Bevorzugt weist die Gleichtaktdrossel ein Verbindungselement auf, wobei eine elektrische Verbindung des Innenleiters einer Spulenwindung mit einem Außenleiter der weiteren Spulenwindung durch das insbesondere sich flach erstreckende elektrische Verbindungselement gebildet ist.
Die so gebildeten Spulenwindungen sind bevorzugt durch mehrere, miteinander elektrisch verbundene, insbesondere verlötete oder verschweißte stromleitende Elemente gebildet. Die Spule kann so vorteilhaft für große Ströme leitfähig, modular aus einzelnen Modulen oder Teilen zusammengesetzt, bereitgestellt werden. Weiter vorteilhaft kann so der für die Spuleninduktivität maßgebliche Innenleiter möglichst kompakt im Zentrum, insbesondere in dem Hohlraum, mit den übrigen Innenleitern dicht angeordnet, ausgebildet sein. Die Spule kann so vorteilhaft auf kleinstem Bauraum eine größtmögliche Induktivität ausbilden. Es wurde nämlich erkannt, dass die Impedanz einer Gleichtaktdrossel wirksam erhöht werden kann, wenn die Querschnittsfläche des Durchbruchs von den Innenleitern voll bestromt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungselement und/oder der Außenleiter durch ein Blechstück, insbesondere ein Stanzgitter, auch Lead- Frame genannt, gebildet. Vorteilhaft kann das Verbindungselement und/oder der Außenleiter so aufwandsgünstig bereitgestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind elektrische Anschlüsse der Spulen mit einem Schaltungsträger verbunden, wobei das Verbindungselement von dem Schaltungsträger beabstandet ist. Vorteilhaft kann so das Verbindungselement von dem Schaltungsträger beabstandet angeordnet sein. Vorteilhaft kann das Verbindungselement so mit dem Schaltungsträger eine kleine Kapazität ausbilden, insoweit zwischen dem Verbindungselement und dem Schaltungsträger ein Spalt, insbesondere Luftspalt, gebildet ist.
Der Schaltungsträger ist bevorzugt ein keramisch ausgebildeter Schaltungsträger, beispielsweise ein IMS-Substrat (IMS =lnsulated-Metal- Substrate), ein AMB-Substrat (AMB =Active-Metal-Brazed), ein DCB-Substrat (DCB = Direct-Copper-Bonded), ein LTCC-Substrat (LTCC = Low-Temperature- Cofired-Ceramics) oder ein HTTC-Substrat (HTCC = High-Temperature-Cofired- Ceramics).
In der Variante, in der die Anschlüsse der Spulen mit dem Schaltungsträger verbunden sind, ist der Schaltungsträger Bestandteil der Gleichtaktdrossel.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Innenleiter jeweils einen kreissegmentförmigen Querschnitt auf. Weiter bevorzugt ist der Durchbruch des Ringkerns dazu zylinderförmig ausgebildet. Vorteilhaft können die in hohem Maße zur Induktivitätsbildung der Spule beitragenden Innenleiter so kompakt, gemeinsam den Durchbruch insbesondere vollständig ausfüllend, in dem Durchbruch angeordnet sein. Weiter bevorzugt ist der Durchbruch dazu zylinderförmig ausgebildet.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist der Durchbruch quaderförmig oder würfelförmig ausgebildet. Die Innenleiter sind in dieser Ausführungsform bevorzugt viereckig, im Querschnitt rechteckig, oder quadratisch ausgebildet. Auf diese Weise kann die Gleichtaktdrossel vorteilhaft mit Innenleitern bereitgestellt werden, welche mittels Walzumformen aufwandsgünstig bereitgestellt werden können.
Bevorzugt sind die Innenleiter jeweils als insbesondere gerader Stab ausgebildet. Vorteilhaft können die Innenleiter so aufwandsgünstig durch ein Strangpressprofil oder ein Walzprofil und durch Abtrennen von einer Stange bereitgestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Gleichtaktdrossel einen elektrisch isolierend ausgebildeten Isolierkörper auf, welcher die Innenleiter wenigstens teilweise umschließt und gegeneinander isoliert. Vorteilhaft können die Innenleiter gegeneinander und von dem Ringkern elektrisch isoliert sein. Bevorzugt bildet der Isolierkörper eine elektrisch isolierende Umhüllung, welche den Ringkern umschließt. Vorteilhaft können so auch die Außenleiter gegen den Ringkern isoliert sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Gleichtaktdrossel einen Schaltungsträger. Der Schaltungsträger weist eine elektrisch isolierende Schicht, und wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht auf. Die elektrisch isolierende Schicht ist bevorzugt eine Keramikschicht, und die elektrisch leitfähige Schicht bevorzugt eine Kupferschicht. Der Innenleiter ist im Bereich einer Stirnseite des Innenleiters mit einer elektrisch leitfähigen Schicht des Schaltungsträgers verbunden. Der Außenleiter ist im Bereich eines Lötfußes des Außenleiters mit einer elektrisch leitfähigen Schicht des Schaltungsträgers verbunden. Der Innenleiter und der Außenleiter sind bevorzugt mittels eines von dem Schaltungsträger beabstandeten Verbindungselements verbunden, das mit den elektrisch leitfähigen Schichten des Schaltungsträgers stoffschlüssig verbunden, insbesondere lötverbunden oder schweißverbunden ist. Das Verbindungselement ist so durch einen Spalt, insbesondere Luftspalt, von dem Schaltungsträger beabstandet, und kann so mit dem Schaltungsträger, insbesondere einer elektrisch leitfähigen Rückseitenschicht des Schaltungsträgers, keine parasitäre Kapazität ausbilden.
Die Spulenwindungen der Spule, welche im Bereich des Schaltungsträgers an dem Innenleiter beziehungsweise an dem Außenleiter enden, sind so über das Verbindungselement miteinander elektrisch verbunden. Vorteilhaft kann diese elektrische Verbindung durch die Beabstandung von dem Schaltungsträger nur eine geringe parasitäre Kapazität ausbilden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Verbindungselement und dem Schaltungsträger ein elektrisch isolierendes Stützelement angeordnet.
Das Stützelement ist beispielsweise ein Keramikelement oder ein Kunststoffelement. Vorteilhaft können die Lötanschlüsse der Gleichtaktdrossel so bei Schwingungen der Gleichtaktdrossel entlastet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungselement mit dem Innenleiter und dem Außenleiter stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet. Bevorzugt ist dazu ein Endabschnitt des Verbindungselements mit einer Stirnseite des Innenleiters, und ein dazu gegenüberliegender Endabschnitt des Verbindungselements mit dem Außenleiter stoffschlüssig verbunden, bevorzugt verschweißt, insbesondere punktverschweißt, oder verlötet oder versintert. Das Verbindungselement ist bevorzugt durch ein Blechstück, insbesondere Stanzgitter oder Lead-Frame, gebildet. Das Verbindungselement kann so aufwandsgünstig bereitgestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verbindungselement eine Dickenerstreckung auf, welche kleiner ausgebildet ist, als eine Dickenerstreckung der insbesondere äußeren elektrisch leitfähigen Schichten des Schaltungsträgers. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein Spalt zwischen dem Verbindungselement und dem Schaltungsträger erzeugt werden, wodurch parasitäre Kapazitäten verringert werden.
Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den in den abhängigen Ansprüchen und in den Figuren beschriebenen Merkmalen.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Gleichtaktdrossel, von der Windungsteile in einer V-förmigen Schnittdarstellung durch die Innenleiter einer Spulenwindung gezeigt sind;
Figur 2 zeigt die in Figur 1 dargestellte Gleichtaktdrossel in einer Aufsicht;
Figur 3 zeigt einen Teil einer Gleichtaktdrossel, bei der ein Teil einer elektrischen Verbindung zwischen Spulenwindungen von einem Substrat beabstandet ist;
Figur 4 zeigt ein Beispiel für eine Gleichtaktdrossel mit quadratischem Ringkern.
Figur 1 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für eine Gleichtaktdrossel 1. Die Gleichtaktdrossel 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Ringkern 5, welcher einen Hohlraum 4 umschließt, welcher als Durchbruch in dem Ringkern 5 ausgebildet ist. Die Gleichtaktdrossel 1 umfasst auch einen stabförmig ausgebildeten Innenleiter 2 und einen stabförmig ausgebildeten Innenleiter 3. Die Innenleiter 2 und 3 sind jeweils Bestandteil von zueinander verschiedenen Spulenwindungen derselben Spule der Gleichtaktdrossel 1. Die Innenleiter 2 und 3 füllen den Hohlraum 4 im Querschnitt in diesem Ausführungsbeispiel zur Hälfte aus. Die übrige Hälfte des Hohlraums wird von zwei weiteren Innenleitern, welche im Folgenden in Figur 2 dargestellt sind, ausgefüllt.
Zwischen den Innenleitern 2 und 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Spalt 29 angeordnet. Der Spalt 29 kann beispielsweise mit einem Isolator, insbesondere aus Kunststoff oder Keramik gefüllt sein.
Der Hohlraum 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Hohlzylinder ausgebildet.
Der Innenleiter 2 weist eine Stirnseite 6 auf, welche mit einem Endabschnitt 10 eines Außenleiters 8 elektrisch verbunden, insbesondere schweißverbunden, ist.
Der Außenleiter 8 ist abgewinkelt ausgebildet und umschließt den Ringkern 5.
Der Außenleiter 8 weist einen zu dem Endabschnitt 10 entgegengesetzten Endabschnitt auf, welcher als Lötfuß 12 ausgebildet ist. Zusammen mit dem Innenleiter 2 bildet der Außenleiter 8 einen Teil einer Spulenwicklung, welche den Ringkern 5 umschließt.
Der Innenleiter 3 ist mit einem Endabschnitt 11 eines Außenleiters 9 verbunden.
Der Außenleiter 9 weist einen Lötfuß 13 auf, welcher an einem zu dem Endabschnitt 11 entgegengesetzten Ende des Außenleiters 9 ausgebildet ist. Die Außenleiter 8 und 9 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Stanzgitter oder Lead-Frame ausgebildet.
Der Innenleiter 2 weist an einem zu der Stirnseite 6 entgegengesetzten Ende eine Stirnseite auf, welche mit einem Schaltungsträger lötverbunden ist. Figur 1 zeigt auch einen Schaltungsträger 39, umfassend eine elektrisch isolierende Keramikschicht 19, eine elektrisch leitfähige Rückseitenschicht 20, insbesondere Kupferschicht, und elektrisch leitfähige Schichten, welche auf einer zur elektrisch leitfähigen Rückseitenschicht 20 gegenüberliegenden Seite der Keramikschicht 19 ausgebildet sind. Die elektrisch leitfähigen Schichten bilden so Leiterbahnen, und können Bestandteil einer Schaltungsanordnung zur Umverdrahtung sein.
Der Schaltungsträger 39 umfasst eine elektrisch leitfähige Schicht 28, insbesondere Umverdrahtungsschicht, welche mittels eines Lotmittels 22 mit dem Innenleiter 2, und dort der Stirnseite des Innenleiters 2, verbunden ist. Der Lötfuß 12 ist mittels eines Lotmittels 22 mit einem Verbindungselement 18 verbunden, welches in diesem Ausführungsbeispiel als Blechstück, insbesondere Stanzgitter oder Lead-Frame, ausgebildet ist. Das Verbindungselement 18 ist in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Spaltes 21, insbesondere Luftspalt, von der Keramikschicht 19, und so von dem Schaltungsträger 39, beabstandet. Der Schaltungsträger 39 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel die elektrisch isolierende Keramikschicht 19, die elektrisch leitfähige Rückseitenschicht 20 und die elektrisch leitfähige Schicht 28. Der Schaltungsträger 39 ist in diesem Ausführungsbeispiel Bestandteil einer Kontaktanordnung, umfassend den Schaltungsträger 39 und die Gleichtaktdrossel 1. Zwischen dem Schaltungsträger 39 und einem Bereich der Gleichtaktdrossel 1, in dem das Verbindungselement 18 angeordnet ist, ist zwischen der Gleichtaktdrossel 1 und dem Schaltungsträger 39 ein Stützelement 23, insbesondere Kunststoffelement, angeordnet. Die Gleichtaktdrossel 1 kann so gegen den Schaltungsträger 39 abstützen.
Der Innenleiter 3 bildet zusammen mit dem Außenleiter 9 eine weitere Spulenwindung derselben Spule, die die bereits erwähnte Spulenwindung, umfassend den Innenleiter 2 und den Außenleiter 8, umfasst. Eine Stirnseite 41 des Innenleiters 3, welche an einem zur Stirnseite 7 entgegengesetzten Ende des Innenleiters 3 ausgebildet ist, ist mittels Lotmittel 22 mit dem Verbindungselement 18 lötverbunden. Das Verbindungselement 18 bildet so einen Teil der Spule, der die Spulenwindungen der Spule miteinander verbindet.
Der Lötfuß 13 ist mittels Lotmittel 22 mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 27 des Schaltungsträgers 39 lötverbunden. Der Lötfuß 13 bildet so einen äußeren elektrischen Anschluss der Spulenwindung der Gleichtaktdrossel 1. Die Stirnseite 42 des Innenleiters 2, welche an einem zur Verbindungsstelle mit dem Außenleiter 8 entgegengesetzten Ende des Innenleiter 2 ausgebildet ist, bildet einen weiteren Anschluss der Spulen.
Der Spulenstrom durch die Spule kann nun wie folgt verlaufen:
Ein Spulenstrom kann so von der elektrisch leitfähigen Schicht 27 in den Lötfuß 13 der Spule eingeleitet werden, und dort - wie durch die Pfeile gekennzeichnet - über den Außenleiter, den Endabschnitt 11 des Außenleiters, die Stirnseite 7 des Innenleiters 3, durch den Innenleiter 3 hindurchfließen, und dort ein Magnetfeld erzeugen, welches durch den Ringkern 5 verstärkt werden kann. Der Strom fließt dann weiter über die Stirnseite 41 zu dem Verbindungselement 18 und wird durch das Verbindungselement 18 fließend zum Lötfuß 12 des Außenleiters 8 geleitet. Der Strom kann dann weiter durch den Außenleiter 8 bis zum Endabschnitt 10 des Außenleiters 8, und von dort über die Stirnseite 6 des Innenleiters 2 durch den Innenleiter 2 geleitet werden, um dann über die Stirnseite 42 zur elektrisch leitfähigen Schicht 28 zu gelangen.
Figur 2 zeigt die in Figur 1 bereits dargestellte Gleichtaktdrossel 1 in einer Aufsicht auf die Innenleiter und den Ringkern 5. Der Ringkern 5 umschließt in diesem Ausführungsbeispiel einen zylinderförmig ausgebildeten Durchbruch 4, in dem die Innenleiter 2 und 3 angeordnet sind. Figur 2 zeigt auch eine V-förmige Schnittlinie 46 zu dem in Figur 1 dargestellten Schnitt durch die Spule im Bereich der Innenleiter 2 und 3.
In dem Durchbruch 4 sind noch zwei weitere Innenleiter 14 und 15 angeordnet, welche jeweils Bestandteil einerweiteren Spule sind. Die Innenleiter 2, 3, 14 und 15 sind im Querschnitt jeweils kreissegmentförmig, insbesondere kreisviertelsegmentförmig, ausgebildet. Die Innenleiter 2, 3, 14 und 15 füllen so den Durchbruch 4 - einen Isolationsabstand zwischen den Innenleitern ausgenommen - vollständig aus.
Figur 2 zeigt auch die in Figur 1 bereits dargestellten Außenleiter 8 und 9, wobei der Außenleiter 8 mit einem Endabschnitt 10 mit dem Innenleiter 2 verschweißt ist, und der Außenleiter 9 mit dem Endabschnitt 11 mit dem Innenleiter 3 verschweißt ist. Die in Figur 2 dargestellte Gleichtaktdrossel umfasst auch einen Außenleiter 16, welcher mit dem Innenleiter 14 elektrisch verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet, ist und einen Außenleiter 17, welcher mit dem Innenleiter 15 elektrisch verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet ist. Die Außenleiter 8, 9, 16 und 17 bilden jeweils eine Art Flügel, welcher sich von dem Verbindungsort mit dem jeweiligen Innenleiter quer zur Längserstreckung des Innenleiters den Ringkern 5 umschließend erstreckt, und so eine Art Möwenflügel ausbildet. Der Spalt in dem Durchbruch 4, welcher sich zwischen den Innenleitern untereinander und zwischen den Innenleitern und dem Ringkern 5 erstreckt, kann beispielsweise mittels einer Kunststoffmasse, einer Vergussmasse oder einem Kunststoffelement ausgefüllt sein, welches elektrisch isolierend ausgebildet ist. So sind die Innenleiter gegeneinander, und gegen den Ringkern 4 elektrisch isoliert. Ein gestrichelt dargestellter Kunststoffkörper 43 als Isolator ist in Figur 2 dargestellt, welcher den bereits erwähnten Spalt in dem Durchbruch 4 ausfüllt. Der Kunststoffkörper 43 bildet so einen Isolierkörper, welcher ausgebildet ist, die Innenleiter voneinander elektrisch zu isolieren.
Figur 3 zeigt eine Variante zu der in Figur 1 bereits dargestellten Gleichtaktdrossel 1. In Figur 3 dargestellten Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 haben dieselben Eigenschaften wie die Elemente in Figur 1.
Die in Figur 3 dargestellte Gleichtaktdrossel 45 umfasst einen Schaltungsträger 44, welcher eine elektrisch isolierende Keramikschicht 19, eine elektrisch leitfähige Rückseitenschicht 20 und elektrisch leitfähige Schichten 24 und 26 aufweist. Der Außenleiter 8 ist mit seinem Lötfuß 13 mittels eines Lotmittels 22 mit der elektrisch leitfähigen Schicht 24 lötverbunden. Der Innenleiter 3 ist mit seiner Stirnseite 41 mittels dem Lotmittel 22 mit der elektrisch leitfähigen Schicht 26 lötverbunden. Zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten 26 und 24 erstreckt sich ein Hohlraum 21, weicher zwischen dem Ringkern 5 und dem Schaltungsträger 44 einen Spalt, insbesondere Luftspalt, ausbildet.
Die Gleichtaktdrossel 45 umfasst auch ein Verbindungselement 25, welches - anders als das in Figur 1 dargestellte Verbindungselement 18 -, mit einem Endabschnitt auf einem Randbereich der elektrisch leitfähigen Schicht 24 und einem dazu entgegengesetzten Endabschnitt mit einem Randbereich der elektrisch leitfähigen Schicht 26 mittels des Lotmittels 22 lötverbunden ist. Das Verbindungselement 25 bildet so eine Art Brücke, welche mit ihren Enden auf den elektrisch leitfähigen Schichten 24 und 26 abstützt. Der Hohlraum 21, und so ein Luftspalt, welcher sich zwischen dem Verbindungselement 25 und dem Schaltungsträger 44 erstreckt, kann so eine parasitäre Kapazität verringern, welche sich zwischen dem Verbindungselement 25 und der Rückseitenschicht 20 ausbilden kann. Das Verbindungselement 25 ist im Bereich des Ringkerns 5 angeordnet, und bildet so ein elektrisches Verbindungsglied, das eine Spulenwindung der Spule mit einerweiteren Spulenwindung derselben Spule verbindet.
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Gleichtaktdrossel mit einem viereckig, insbesondere quadratisch, ausgebildeten Ringkern 31. Der Ringkern 31 weist einen im Schnitt quadratisch ausgebildeten Durchbruch 32 auf, in dem jeweils quaderförmig ausgebildete Innenleiter angeordnet sind. Zwei jeweils quaderförmige Innenleiter 35 und 36 sind jeweils Bestandteil einer ersten
Spulenwindung einer Spule der in Figur 4 dargestellten Gleichtaktdrossel 30, und zwei weitere Innenleiter 34 und 33 sind jeweils Bestandteil einerweiteren zweiten Spule der Gleichtaktdrossel 30. Die zueinander entgegengesetzten Stromrichtungen in den Innenleitern der zueinander verschiedenen Spulen sind in Figur 4 mittels Kreuzen und Punkten gekennzeichnet. Hochfrequente elektromagnetische Störungen können so über ein im Ringkern 31 induziertes Magnetfeld einander im Ringkern 31 aufheben.
Die Innenleiter 34, 33, 35 und 36 sind jeweils im Querschnitt quadratisch ausgebildet und füllen gemeinsam den Durchbruch 32 des Ringkerns 31 - einen Isolationsabstand zwischen den Innenleitern und dem Ringkern ausgenommen - vollständig aus.

Claims

Ansprüche
1. Gleichtaktdrossel (1, 30, 45) mit einem insbesondere magnetisch permeablen Ringkern (5) und wenigstens einer Spule (2, 3, 8, 9, 18, 34, 35) und einer weiteren Spule (14, 15, 35, 36), wobei die Spule (2, 3, 8, 9, 18, 35, 35) und die weitere Spule (14, 15, 35, 36) jeweils derart im Bereich des Ringkerns (5) angeordnet sind, dass ein die Spulen (2, 3, 8, 9, 18, 14, 15, 35, 36) durchsetzender magnetischer Fluss den Ringkern (5) erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkern (5) einen insbesondere zylinderförmigen oder eckigen Durchbruch (4) umschließt und die Spulen (2, 3, 8, 9, 18, 14, 15, 35, 36) für jede Spulenwindung jeweils wenigstens einen elektrischen Innenleiter (2, 3, 8, 9, 18, 14, 15, 35, 36), insbesondere eine Stromschiene umfassen, welcher in dem Durchbruch (4) angeordnet ist, wobei die in dem Durchbruch (4) angeordneten Innenleiter insbesondere im Querschnitt gemeinsam eine dem Durchbruch (4) entsprechende Form ausbilden und so den Durchbruch (4) gemeinsam ausfüllen, wobei die Spulen (2, 3, 8, 9, 18, 14, 15, 35, 36) jeweils wenigstens zwei oder nur zwei Spulenwindungen aufweisen, wobei eine elektrische Verbindung (18, 25) des Innenleiters (2, 3, 33, 34, 35, 36) einer Spulenwindung mit einem Außenleiter (8, 9) der weiteren Spulenwindung durch ein sich flach erstreckendes elektrisches Verbindungelement (18, 25) gebildet ist.
2. Gleichtaktdrossel (1, 30, 45) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (18, 25) durch ein Blechstück, insbesondere Stanzgitter gebildet ist.
3. Gleichtaktdrossel (1, 30, 45) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Anschlüsse der Spulen (2, 3, 8, 9, 18, 14, 15, 35, 36) mit einem Schaltungsträger (39, 44) verbunden sind, wobei das Verbindungselement (18, 25) von dem Schaltungsträger (39, 44) beabstandet ist.
4. Gleichtaktdrossel (1, 30, 45) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenleiter (6, 31, 32, 37, 7, 31, 32, 38) jeweils einen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen.
5. Gleichtaktdrossel (1, 30, 45) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (21, 22) jeweils zwei Spulenwindungen aufweisen, wobei die Innenleiter (2, 3, 14, 15) dazu jeweils im Querschnitt Kreisviertelsegmentförmig ausgebildet sind.
6. Gleichtaktdrossel (1, 30, 45) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenleiter (33, 34, 35, 36) jeweils einen viereckigen Querschnitt aufweisen.
7. Gleichtaktdrossel (1, 30, 45) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenleiter (2, 3, 14, 15, 34, 35, 36) jeweils stabförmig ausgebildet sind.
8. Gleichtaktdrossel (1, 30, 45) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichtaktdrossel (1, 30, 45) einen elektrisch isolierend ausgebildeten Isolierkörper (3) aufweist, welcher die Innenleiter (2, 3, 14, 15, 34, 35, 36) wenigstens teilweise umschließt und gegeneinander isoliert.
9. Gleichtaktdrossel (1, 30, 45) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis
8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (39, 44) eine elektrisch isolierende Schicht (19) und wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht (20, 24, 26, 27, 28) aufweist, wobei der Innenleiter (2, 3, 14, 15, 34, 35, 36) im Bereich einer Stirnseite (41, 42) des Innenleiters (2, 3, 14, 15, 34, 35, 36) mit einer elektrisch leitfähigen Schicht (26, 28) des Schaltungsträgers (44) verbunden ist und der Außenleiter (8, 9) im Bereich eines Lötfußes (12, 13) des Außenleiters (8, 9) mit einer elektrisch leitfähigen Schicht (24) des Schaltungsträgers (44) verbunden ist und der Innenleiter (2, 3, 14, 15, 34, 35, 36) und der Außenleiter (8, 9) mittels eines von dem Schaltungsträger (44) beabstandeten Verbindungselement (25) verbunden sind, das mit den elektrisch leitfähigen Schichten (24, 26) stoffschlüssig verbunden ist.
10. Gleichtaktdrossel (1, 30, 45) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verbindungselement (18, 25) und dem Schaltungsträger (39, 44) ein elektrisch isolierendes Stützelement (23) angeordnet ist.
11. Gleichtaktdrossel (1, 30,45) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (18, 25) mit dem Innenleiter (2, 3, 14, 15, 34, 35, 36) und dem Außenleiter (8, 9) stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet ist.
12. Gleichtaktdrossel (1, 30,45) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dickenerstreckung des Verbindungselements (18, 25) kleiner ausgebildet ist als eine Dickenerstreckung der elektrisch leitfähigen Schicht (24, 26, 27, 28)des Schaltungsträgers (39, 44).
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