電濾波器的制作方法

本發明涉及一種電濾波器、設置有這樣濾波器的電氣裝備和裝配有這樣裝備的車輛。

背景技術：

電磁兼容標準(由首字母縮寫EMC表示)對雜散電流進行了限制，該雜散電流由電氣裝置產生并且傳輸到對每個裝置供電的電壓源。這些雜散電流通常由傳導發射指定。實際上，許多電氣裝置，特別是使用高頻整流操作的那些(例如無刷電機，也叫電子整流電機)產生雜散電流，該雜散電流可以損害連接到相同電壓源的其它裝置。在安裝在車輛中的電氣裝備的情況下，由于在76MHz(兆赫)到108MHz之間的頻帶對應于調頻(FM)接收，這些雜散電流在此頻帶中尤其令人煩惱。

這些要求特別地涉及共模電流，該共模電流由電氣裝置傳輸到用于對其供給能量的電壓源。以已知的方式，共模電流表示由裝置重新傳輸到電壓源的電流，其強度在連接源到該裝置的所有電連接中是相同的，并且其電流流動方向對于所有這些連接是共同的：從裝置沿電壓源的方向。

寶馬集團標準(BMW Group Standard)GS95002-2：“在高達60V額定電壓的部件上的電磁兼容(EMC)-要求和測試”要求，由每個電連接傳導的共模電流部分(在本說明書中稱為共模基本電流)，當其頻率在3.85MHz到26.1MHz之間時，并且當在電氣裝置和電壓源之間插入線阻穩定網絡(LISN)時，在50Ω(歐姆)的接地電阻中產生小于33dBμV的電壓。當共模電流的頻率在76MHz到108Mhz之間時，在相同的測量條件下，接地電阻處的電壓必須小于12dBμV。

為了試圖滿足這些EMC要求，已知的是為可以產生共模電流的電氣裝置提供電濾波器，該電濾波器連接在電壓源與裝置之間。參考圖1，這樣的電濾波器10可以包括：

-第一電連接11，用于將電源20的第一輸出端子21連接到裝置30的第一供電端子31，此第一連接11包括第一線圈L1；

-第二電連接12，用于將電源20的第二輸出端子22連接到裝置30的第二供電端子32；

-第一電容組件13，可以包括至少一個電容器C30-C32，此第一電容組件13首先被連接到在第一線圈L1和裝置30的第一供電端子31之間的第一連接11，并且其次通過第一節點N1連接到第二連接12；以及

-第二電容組件14，可以包括至少另一電容器C33，此第二電容組件14首先被連接到在電源20的第一輸出端子21和第一線圈L1之間的第一連接11，并且其次通過第二節點N2連接到第二連接12，第一節點N1位于在第二節點N2和裝置30的第二電供給端子32之間的第二電連接12中。

這樣的電濾波器通常被稱為π型濾波器(pi filter)。然而，當由電氣裝置產生的隔膜電流具有大于76MHz的顯著頻譜分量時，使用這樣的π型濾波器不足以滿足上述要求。換句話說，對于大于76MHz的頻率，通過在裝置和電壓源之間作為測量主體的連接上插入線阻穩定網絡在50Ω接地電阻中產生的電壓可以大于12dBμV。

技術實現要素：

基于這種情況，本發明的目標是進一步減小對于大于76MHz頻率的共模電流。優選地，這種減小尋求使得，通過在電氣裝備和電壓源之間使用線阻穩定網絡，由此共模電流在50Ω接地電阻中產生的電壓小于12dBμV。

本發明的其它目標是提出適用于減小共模電流的新的電濾波器，該電濾波器緊湊、便宜并且易于使用上述的π型濾波器實現。

為此，本發明的第一方面提出了π型濾波器第二連接的修改，使得此第二連接包括至少位于第一節點和第二節點之間的第二線圈。

由于第二線圈增加到π型濾波器，對于更多數量的電氣裝置，在上述的測量條件下與共模電流相關聯的電壓小于12dBμV的要求可以被滿足。

此外，在π型濾波器中這樣添加第二線圈導致很小的額外空間要求，是便宜并且易于實現的。

在本發明的改進中，第一和第二線圈相對于彼此定位，以便在其間產生磁相互作用。在這種情況下，它們具有各自的繞組方向，使得通過第一和第二輸出端子進入電源的相等并且可變的電流(每個輸出端子分別地各一個電流)，在使用濾波器的期間平均在每個線圈中通過互感產生電壓貢獻，并且通過自感產生電壓貢獻，在此線圈中，這兩個電壓貢獻是具有相同符號的。因此，電濾波器的有效性可以進一步提高，特別是對于大于76MHz的頻率。特別地，可以耦合第一和第二線圈，并且這些線圈中的一個可以以順時針方向盤繞，而另一個可以以逆時針方向盤繞。

此外，第一線圈的電感值和第二線圈的電感值之間的差異可以小于或等于每個線圈電感值的20％，優選地小于或等于每個線圈電感值的10％。此外，這樣的電感值接近有利于減小由電氣裝置通過電壓源產生的差模電流。

特別地，第一線圈可以具有0.1到1μH之間的電感值。獨立地或結合地，第二線圈還可以具有0.1到1μH之間的電感值。一般來說，線圈的電感值意味著其自感值。

此外，第一電容組件可以至少包括電容器，如第二電容組件一樣。

第一電容組件可以具有300到3000μF之間的電容值。與此同時，第二電容組件可以具有100到1000μF之間的電容值。

本發明的第二方面提出了包括電氣裝置的電氣裝備，該電氣裝置具有至少兩個供電端子和依據本發明第一方面的電濾波器。然后濾波器的第一和第二電連接一個接一個地連接到裝置的兩個供電端子，使得第一電容組件與在后者的兩個供電端子之間的裝置并聯電連接。在這樣的電氣裝備中，電氣裝置可以包括無刷電機。

電氣裝置可以包括電風扇單元。

本發明使用的電氣裝備可以形成用于車輛內部的加熱、通風和空調系統。在這種情況下，電氣裝置包括布置為對內部通風的電機。

優選地，可以選擇第一和第二線圈以及第一和第二電容組件，使得當在電壓源任一輸出端子(稱為測試端子)和濾波器第一或第二連接的端子之間插入線阻穩定網絡時，和當50Ω的電阻在線阻穩定網絡與電氣裝置的接地端子之間連接時，由裝備產生并且通過測試端子傳輸到電壓源的共模基本電流在80MHz頻率產生小于12dBμV的電壓，所述電壓是在電阻兩端測量的。

最后，本發明的第三方面提出了包括電池的車輛，該電池具有至少兩個輸出端子和依據本發明第二方面的電氣裝備。然后濾波器的第一和第二電連接一個接一個地連接到電池的兩個輸出端子，使得第二電容組件與電池在后者的兩個輸出端子之間并聯電連接。特別地，本發明使用的車輛的電氣裝備可以包括用于車輛內部的加熱、通風和空調系統。在這種情況下，電氣裝置可以包括布置為對內部通風的無刷電機。

附圖說明

本發明的其它特征和優勢將參考附圖在非限制性實施例的以下描述中顯現，在附圖中：

-圖1(已經被描述)是在本發明之前已知的濾波器電氣圖；

-圖2對應于圖1，關于依據本發明的電濾波器；

-圖3a和3b示出了用于表征由設置有圖2濾波器的電氣裝備產生的共模電流的兩個測試設備；以及

-圖4a和4b是分別用于為圖3a和3b的測試設備表征共模電流的兩個頻譜圖。

在圖1到3中指示的相同標記表示相同的或具有相同功能的元件。

具體實施方式

如圖2所示，本發明的濾波器(再一次標記為10)從圖1通過增加線圈L2獲得。線圈L2位于電連接12中，在節點N1和N2之間。電容器C30-C32(例如有三個)在第一連接11和第二連接12中的節點N1之間彼此并聯連接，形成第一電容組件13。電容器C32在第一連接11和第二連接中的節點N2之間連接，形成第二電容組件14。沿著第一連接11，線圈L1位于第一電容組件13的連接(在電氣裝置30側)和第二電容組件14的連接(在電源20側)之間。

電源20可以是標記為“電池”的電池，例如機動車輛電池。

電氣裝置30可以是標記為“電機”的電機，特別是無刷電機，或電機變頻器。例如，它可以是用于對車輛內部通風的電機，是加熱、通風和空調系統的一部分。M表示電氣裝置30的接地端子。

包括第二線圈L2的本發明的濾波器10和電氣裝置30共同形成依據本發明的電氣裝備。

依據本發明的電濾波器10可以在印刷電路板(PCB)上產生，分立的部件附接到此電路板上。例如，電容器C30-C33的每個可以具有等于330μF(微法)的電容值，電容組件13形成等于990μF的電容總值，并且線圈L1和L2的每個可以具有等于0.43μH(微亨)的電感值。

共模電流是由兩個相等的電流形成的，所述兩個相等的電流被稱為共模基本電流并且在圖1-3中標記為i_C，并且分別通過輸出端子21和22從連接11和12朝向電源20流動。共模電流可以借助電容效應通過接地端子M回流。

圖3a示出了通過表征由連接11傳輸到電源20輸出端子21的共模基本電流i_C表征傳導發射的共模電流的方法。為此，線阻穩定網絡40(標記為RSIL)被插入到連接11上濾波器10和輸出端子21之間。網絡40是可商購的型號，并且其使用假定為本領域技術人員是已知的。此外，網絡40通過50Ω(歐姆)的電阻41連接到裝置30的接地端子M。標記為U₊的電壓作為共模電流頻率的函數進行分析，該電壓在裝置30由電源20供給電能時其存在于電阻41中。

圖4a的圖示出了這樣的分析的結果。水平軸線以對數尺度上表示以MHz給出的頻率值，而豎直軸線表示當U₊以微伏(μV)給出時以分貝表示的20·log10(U₊)的值。在這個圖中，虛線表示寶馬集團標準GS95002-2：“在高達60V額定電壓的部件上的電磁兼容(EMC)-要求和測試”對于呈現共模電流的電壓U₊所允許的最大限制。當裝置30如圖2所示設置有依據本發明的濾波器10并且具有上述數量的電容和電感時，圖4a中細實線的曲線是電壓U₊的頻譜特性。當頻率大于22MHz時，電壓U₊的特性位于由寶馬集團標準GS95002-2規定的限制下方。此外，電壓U₊只在20MHz頻率處超過了寶馬集團標準GS95002-2的限制2dBμV，并且這可以使用額外的濾波器容易地停止。

通過對比，圖4a的圖還示出了(粗實線的曲線)當依據圖1的濾波器取代圖2的濾波器用于相同的電氣裝置30時表示共模電流的電壓U₊的頻譜特性。用于非依據本發明的這個濾波器10的電容值與上述相同。電感L1的值則是0.86μH，濾波器的電感總值與依據本發明的濾波器的電感總值相等，該濾波器以前已經被測試。使用圖1的濾波器(沒有線圈L2)，電壓U₊的特性在76MHz頻率處增加到34dBμV,即對由寶馬集團標準GS95002-2規定的限制超過22dBμV。因此，從連接11到連接12的電感總值一半(0.43mH)的轉移允許共模電流的共振峰值偏移，從大約73MHz的頻率值(圖4中粗實線的曲線，關于不依據本發明的圖1的濾波器)到大約20MHz的頻率值(圖4a中細實線的曲線，關于依據本發明的圖2的濾波器)。共模電流的這個共振頻率偏移的特別益處在于標準中規定的最大值(20MHz處的33dBμV取代80MHz處的12dBμV)，并且來自看到此標準對用于FM接收的76-108MHz頻率帶的重要性。

當共模電流在連接12上測試時，圖3b和4b分別對應于圖3a和4a。此時，在連接12上，線阻穩定網絡40被插入到濾波器10和電池20的輸出端子22之間。電阻41仍然等于50Ω，并且當裝置30由電源20供電時，在電阻41中測量的電壓標記為U_-。電氣裝置30對于圖3a和4a是相同的，并且圖4b的圖重現20·log10(U_-)的頻譜分析。此圖引出與圖4a相同的結論，以證明本發明的益處。

此外，剛描述的濾波器同時對于減小由電氣裝置30通過電壓源20產生的差模電流是有效的。

通過將兩個線圈L1和L2的安裝位置在印刷電路板上彼此靠近，使得這兩個線圈之間存在磁相互作用，本發明的濾波器(圖2)的有效性可以得到提高。可能地，兩個線圈L1和L2可以布置在共享磁芯的周圍，以進一步提高這個相互作用。以已知的方式，非零互感值因而是濾波器有效性的一部分。此互感值的符號(正的或負的)取決于兩個線圈L1和L2各自的繞組方向。依據本發明的濾波器的有效性作為這個符號的函數而增加或減小。為了提高這個有效性，相對于考慮的頻率在足夠長的期間平均，在連接11中流動的共模基本電流i_C對通過互感效應在線圈L2端子之間存在的電壓的貢獻的符號與由在連接12中流動的共模基本電流i_C的自感做出的貢獻相同。同樣，相對于考慮的頻率在足夠長的期間平均，在連接12中流動的共模基本電流i_C對通過互感效應在線圈L1端子之間存在的電壓的貢獻的符號也與由在連接11中流動的共模基本電流i_C的自感做出的貢獻相同。當閱讀此說明書時，本領域技術人員可以選擇有利于提高濾波器有效性的兩個線圈L1和L2的繞組方向。

可以理解到本發明可以通過修改一些上述詳細說明的次要方面重現，同時至少保持一些引用的優點。特別地，已引用的數值只是以非限制示例的方式給出。特別地，這些值可以根據濾波器關聯的電氣裝置的電氣和頻譜特性調節。