Titel

EMV-Filter mit einer Abschirmung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein EMV-Filter, insbesondere für ein Elektrofahrzeug. Das EMV-Filter weist eine Leiterplatte auf.

Bei Fahrzeugen mit einem Elektroantrieb werden von einem Inverter des Elektrofahrzeugs hochfrequente Störsignale ausgesendet, welche in das ein Bordnetz des Fahrzeugs ausstrahlen, wobei diese hochfrequenten Störsignale über elektrische Verbindungsleitungen, insbesondere Stromschienen, abgestrahlt werden können.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß weist das EMV-Filter (EMV = Elektro-Magnetische- Verträglichkeit) der eingangs genannten Art wenigstens einen Filterkondensator auf, welcher jeweils mit einem Anschluss mit wenigstens einer elektrisch leitfähigen Masseschicht verbunden ist. Ein weiterer Anschluss des Kondensators ist mit einer weiteren elektrisch leitfähigen Schicht verbunden. Die weitere elektrisch leitfähige Schicht ist als in der Leiterplatte angeordnete, innenliegende Schicht ausgebildet, wobei die weitere elektrisch leitfähige Schicht durch die weiter außen liegende Masseschicht - insbesondere wenigstens teilweise oder vollständig - abgeschirmt ist. Vorteilhaft kann so ein strahlungsarmes Filter gebildet sein. Weiter vorteilhaft kann so eine verbesserte Dämpfung des Filters gebildet sein. Die elektrisch leitfähige Masseschicht und/oder die wenigstens eine weitere elektrisch leitfähige Schicht sind jeweils bevorzugt als Kupferschicht ausgebildet. Vorteilhaft kann das Filter so mittels einer Multilayer-Leiterplatte aufwandsgünstig gebildet sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das EMV-Filter wenigstens zwei Filterkondensatoren, insbesondere Y-Kondensatoren auf, welche jeweils mit einem Anschluss mit wenigstens einer elektrisch leitfähigen Masseschicht verbunden sind. Bei dem EMV-Filter ist ein Kondensator der Kondensatoren, insbesondere ein positiver Kondensator, mit einem weiteren Anschluss mit einer weiteren elektrisch leitfähigen positiven Schicht verbunden, und der weitere der zwei Kondensatoren, insbesondere ein negativer Kondensator, mit einem weiteren Anschluss mit einerweiteren insbesondere negativen elektrisch leitfähigen Schicht verbunden. Bevorzugt sind die weiteren elektrisch leitfähigen Schichten, insbesondere die positive Schicht und die negative Schicht, als in der Leiterplatte angeordnete, innenliegende Schichten ausgebildet, die durch die weiter außen liegende Masseschicht abgeschirmt sind. Bevorzugt ist die positive Schicht ausgebildet, ein positives Potential zu führen, und die negative Schicht ausgebildet, ein negatives Potential zu führen. Bevorzugt ist das positive Potential und das negative Potential ein Potential eines elektrischen Versorgungsnetzes des Elektrofahrzeugs, insbesondere eines Batteriepotentials. Eine Potentialdifferenz zwischen dem positiven und dem negativen Potential beträgt beispielsweise zwischen 400 Volt und 1000 Volt.

Bevorzugt sind die weiteren elektrisch leitfähigen Schichten, insbesondere die positive Schicht und die negative Schicht ausgebildet, ein Batteriepotential zu führen. Weiter bevorzugt sind die Batteriepotential führenden Schichten des Schaltungsträgers nur als innenliegende, von der wenigstens einen Masseschicht geschirmte Schichten ausgebildet. Vorteilhaft kann das Filter so eine gute Dämpfungswirkung erwirken.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Filter einen insbesondere Gegentaktstörungen unterdrückenden X-Kondensator auf, welcher mit den innenliegenden elektrisch leitfähigen Schichten, insbesondere der positiven und der negativen Schicht, verbunden ist. Bevorzugt ist ein Anschluss des X- Kondensators mit der innenliegenden positiven Schicht verbunden und ein weiterer Anschluss des Kondensators mit der innenliegenden negativen Schicht verbunden. Vorteilhaft können so die elektrischen Verbindungen die zu dem X- Kondensator, insbesondere dessen elektrischen Anschlüssen führen durch die Masseschicht abgeschirmt sein. Der X-Kondensator kann unabhängig von dem eingangs genannten Y-Kondensator an einem Filter verwirklicht sein. Der Kondensator, insbesondere der Y-Kondensator und/oder der X-Kondensator, ist bevorzugt als Folienkondensator oder keramischer Vielschichtkondensator ausgebildet.

Vorteilhaft kann durch die innenliegenden elektrisch leitfähigen Schichten, welche jeweils das Potential des Bordnetzes führen, ein platzsparender Aufbau gebildet sein. Weiter vorteilhaft kann dadurch platzsparend eine Abschirmung durch die weiter außen liegende, an der Leiterplatte gebildete Masseschicht gebildet sein.

Die Leiterplatte ist bevorzugt eine faserverstärkte Leiterplatte, weiter bevorzugt glasfaserverstärkte Epoxidharzleiterplatte.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Leiterplatte zwei entlang einer Dickenerstreckung der Leiterplatte zueinander beabstandete Masseschichten auf, welche die wenigstens eine weitere Schicht, insbesondere die positive und/oder die negative Schicht, zwischeneinander - insbesondere nach Art eines Sandwichs - einschließen. Vorteilhaft können die weiteren elektrisch leitfähigen Schichten, insbesondere die negative und/oder die positive elektrisch leitfähige Schicht, so vollständig geschirmt sein. Die Abschirmung kann vorteilhaft in der Leiterplatte integriert sein. Bevorzugt sind die Masseschichten jeweils als äußere elektrisch leitfähige Schicht an der Leiterplatte ausgebildet. Vorteilhaft können so alle innenliegenden elektrisch leitfähigen Schichten, oder zusätzlich Bauelemente in dem Schaltungsträger, insbesondere der Leiterplatte, elektrisch geschirmt sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die weiteren elektrisch leitfähigen Schichten, insbesondere die positive Schicht und/oder die negative Schicht jeweils in derselben Ebene angeordnet. Vorteilhaft kann so eine besonders flache Leiterplatte gebildet sein. In einer anderen Ausführungsform sind die weiteren elektrisch leitfähigen Schichten, insbesondere die positive Schicht und/oder die negative elektrisch leitfähige Schicht, jeweils in zueinander verschiedenen Ebenen entlang einer Dickenerstreckung des Schaltungsträgers voneinander beabstandet - insbesondere parallel zueinander beabstandet - angeordnet. Vorteilhaft kann der Schaltungsträger so eine kleine Schaltungsträgerfläche aufweisen.

In einer bevorzugten Ausführungsform überlappen wenigstens die Hälfte der weiteren elektrisch leitfähigen Schicht und die wenigstens einen Masseschicht einander. Vorteilhaft ist die wenigstens eine weitere Schicht so abgeschirmt. Bevorzugt ist mittels der Masseschicht wenigstens die Hälfte des Schaltungsträgers abgedeckt. Vorteilhaft kann so ein niederinduktives Filter gebildet sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Leiterplatte wenigstens einen Anschluss auf, welcher durch eine Ausnehmung gebildet ist, welche bis zu der weiteren elektrisch leitfähigen Schicht reicht, und durch welche, insbesondere die Ausnehmung, die weitere Schicht von außen kontaktiert werden kann. Vorteilhaft kann so ein Schraubanschluss zum Verbinden des EMV-Filters mit einer Stromschiene, oder einem elektrischen Anschluss gebildet sein. Bevorzugt weist die Leiterplatte im Bereich der Ausnehmung einen Durchbruch auf. Vorteilhaft kann so ein Verbindungsmittel und/oder Befestigungsmittel, insbesondere eine Schraube oder ein Dorn durch die Leiterplatte vollständig hindurchgeführt werden.

Bevorzugt ist die wenigstens eine weitere elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere die positive Schicht und/oder die negative Schicht, mit einem Anschluss verbunden, welcher durch eine Ausnehmung gebildet ist. Vorteilhaft kann so ein großer Teil einer Umverdrahtung des Filters als innenliegende geschirmte Verbindung ausgebildet sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Anschlüsse des Kondensators jeweils als THT-Anschlüsse (THT = Through-Hole-Technology) ausgebildet. In dieser Ausführungsform ist in der Leiterplatte jeweils für jeden Anschluss ein Via- Durchbruch ausgebildet, wobei der Via-Durchbruch mit der jeweiligen weiteren elektrisch leitfähigen Schicht, insbesondere der positiven und/oder der negativen Schicht, elektrisch verbunden ist.

In einer anderen Ausführungsform sind die Anschlüsse des Kondensators jeweils mittels eines Schneid-Klemm-Anschlusses mit der wenigstens einen weiteren Schicht verbunden. Vorteilhaft kann der Schneid-Klemm-Anschluss so als oberflächenmontierbar ausgebildetes Bauteil, insbesondere SMD-Bauteil, ausgebildet sein, und so aufwandsgünstig mit der Leiterplatte verbunden werden. Der Schneid-Klemm-Anschluss ist bevorzugt ausgebildet, mit einem Anschlussdraht des Kondensators verbunden zu werden, und den Anschlussdraht einschneidend, und klemmend festzuhalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Leiterplatte einen elektrischen Anschluss, insbesondere Schraubanschluss auf, welcher mit der wenigstens einen Masseschicht verbunden ist. Der Anschluss ist bevorzugt als elektrisch leitfähiges Via ausgebildet, welches mit der wenigstens einen Masseschicht, oder mit beiden Masseschichten, elektrisch verbunden ist. Vorteilhaft kann das Filter so aufwandsgünstig durch Verschrauben oder Verstemmen oder Verlöten eines Doms mit einem Massepotential verbunden und so auch befestigt werden.

Die Erfindung betrifft auch ein Steuergerät oder einen Inverter für ein Elektrofahrzeug mit dem Filter der vorbeschriebenen Art. Bei dem Steuergerät oder dem Inverter ist ein Batteriepotential mit den innenliegenden elektrisch leitfähigen Schichten des Filters verbunden. Die innenliegende Führung des Batteriepotentials in der Leiterplatte des Filters kann das Filter vorteilhaft eine gute Dämpfungswirkung aufweisen.

Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus einer Kombination der in den Figuren und in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmale. Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine ein EMV-Filter bildende Leiterplattenanordnung, bei der innenliegende Verbindungsleitungen durch äußere elektrisch leitfähige Masseschichten abgeschirmt sind.

Figur 1 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für eine Leiterplattenanordnung 1 in einer Schnittdarstellung. Die Leiterplattenanordnung 1 bildet in diesem Ausführungsbeispiel ein EMV-Filter. Die Leiterplattenanordnung 1 weist eine Leiterplatte 2 auf. Die Leiterplatte 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel als mehrlagige Multilayer-Leiterplatte ausgebildet.

Die Leiterplatte 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Masseschicht 5 auf, und eine Masseschicht 6. Die Masseschichten 5 und 6 bilden jeweils äußere Schichten der Leiterplatte 2, und schließen wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht 11 , und zwei weitere elektrisch leitfähige Schichten zwischeneinander ein. Von den zwei weiteren elektrisch leitfähigen Schichten ist eine Schicht eine positive Schicht 12, und eine weitere Schicht eine negative Schicht 13.

Die Leiterplattenanordnung 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel auch zwei Filterkondensatoren 3 und 4 auf. Die Filterkondensatoren 3 und 4 sind jeweils als insbesondere Gleichtaktstörungen unterdrückende Y-Kondensatoren ausgebildet, und bilden jeweils eine kapazitive Brücke zwischen einer Masseschicht und der positiven, beziehungsweise der negativen Schicht.

Der Filterkondensator 3 weist einen Masseanschluss 8 auf, welcher mit der Masseschicht 5 elektrisch leitfähig verbunden ist. Ein weiterer Anschluss 10 des Filterkondensators 3 ist mit der negativen elektrisch leitfähigen Schicht 13 verbunden. Der weitere Anschluss 10 reicht dabei in die Leiterplatte 2 hinein, und kontaktiert im Inneren der Leiterplatte 2 die weitere Schicht, insbesondere die negative Schicht 13.

Der Filterkondensator 4 weist einen Masseanschluss 7 auf, welcher mit der Masseschicht 5 verbunden ist. Der Filterkondensator 4 weist auch einen weiteren Anschluss 9 auf, welcher sich in die Leiterplatte 2 hineinerstreckt, und dort mit der weiteren Schicht, insbesondere der positiven elektrisch leitfähigen Schicht 12, elektrisch verbunden ist. Die Leiterplatte 2 kann für die Anschlüsse der Filterkondensatoren 3 und/oder 4, welche in diesem Ausführungsbeispiel als Drahtanschlüsse ausgebildet sind, jeweils ein Sackloch, oder ein Via aufweisen, welches mindestens bis hin zu der weiteren elektrisch leitfähigen Schicht ausgebildet ist, oder die Leiterplatte 2 vollständig durchsetzt. Figur 1 zeigt auch eine Variante für die Leiterplatte 2 vollständig durchsetzende Anschlussdrähte, welche als THT-Anschlüsse (THT = Through-Hole-Technology) an dem Filterkondensator 4 ausgebildet sind. Ein gestrichelt gezeichneter Anschlussdraht 7‘, welcher mit der Masseschicht 5 verbunden ist, durchsetzt die elektrisch isolierende Schicht 11 , und ist auf der weiteren Seite der Leiterplatte 2 mit der Masseschicht 6 verbunden. Ein weiterer Drahtanschluss 9‘ durchsetzt die Leiterplatte 2 vollständig, und ist mit der positiven elektrisch leitfähigen Schicht 12 verbunden, und von der Masseschicht 6 elektrisch isoliert. Die Masseschicht 6 kann zur Isolation von dem Drahtanschluss 9‘ eine insbesondere zylinderförmige Ausnehmung aufweisen.

Die Leiterplatte 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel zum Verbinden, insbesondere Schraubverbinden mit einem Massepotential, oder mit wenigstens einem, oder zwei weiteren Potentialen ausgebildet. Die Leiterplatte 2 weist dazu einen Durchbruch 26 zum Schraubverbinden mit einem Massepotential auf. Die Leiterplatte 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel mittels einer Schraube 18 mit einer massepotentialführenden Stromschiene 21 verschraubt. Die elektrisch leitfähigen Masseschichten 5 und 6 sind in diesem Ausführungsbeispiel mittels der elektrisch leitfähigen Schraube 18 miteinander elektrisch verbunden.

Die Masseschichten 5 und 6 sind in diesem Ausführungsbeispiel von den weiteren elektrisch leitfähigen Schichten 12 und 13 mittels der elektrisch isolierenden Schicht 11 elektrisch isoliert. Die elektrisch isolierende Schicht 11, insbesondere eine faserverstärkte, beispielsweise glasfaserverstärkte, Epoxidharz-Schicht, ist in diesem Ausführungsbeispiel mehrlagig ausgebildet, und schließt die weiteren elektrisch leitfähigen Schichten 12 und 13 zwischen den Lagen ein.

Die Leiterplatte 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Ausnehmung 14 auf, welche bis hin zu der weiteren elektrisch leitfähigen Schicht 12, insbesondere der positiven Schicht, reicht und derart ausgebildet ist, dass die positive Schicht von außen durch die Ausnehmung 14 elektrisch kontaktiert werden kann. Die Ausnehmung 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Sackloch ausgebildet, durch welches die elektrisch leitfähige Schicht 12 von außen elektrisch kontaktiert werden kann.

Die Leiterplatte 2 weist im Bereich der Ausnehmung 14 einen Durchbruch auf, welcher beispielsweise als elektrisch leitfähige Via-Hülse ausgebildet ist.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die weitere elektrisch leitfähige Schicht 12 mit einer Stromschiene 16 elektrisch leitfähig verbunden. Die Stromschiene 16 weist dazu einen abgewinkelten Endabschnitt 27 auf, welcher eine mit der weiteren elektrisch leitfähigen Schicht 12 elektrisch verbundene Via-Hülse 20 kontaktiert.

Die Stromschiene 16 ist beispielsweise mit dem Endabschnitt 27 mit der Via- Hülse 20 verlötet.

Die Leiterplatte 2 weist zum Kontaktieren der weiteren elektrisch leitfähigen Schicht 13 eine Ausnehmung 15 auf, welche von außen bis hin zu der elektrisch leitfähigen Schicht 13 ausgebildet ist. Die Ausnehmung 15 ist beispielsweise als Sackloch in der Leiterplatte 2 ausgebildet. Die Leiterplattenanordnung 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel auch eine Schraube 17, welche mit einem Schraubenkopf die weitere elektrisch leitfähige Schicht 13 kontaktiert, und die Leiterplatte 2 durchsetzt. Die Leiterplatte 2 weist dazu im Bereich der Ausnehmung 15 einen Durchbruch auf. Die Schraube 17, insbesondere ein die Leiterplatte 2 durchtretender Endabschnitt 28 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Stromschiene 19 schraubverbunden, welche auf der zu der Ausnehmung für den Schraubenkopf entgegengesetzten Seite der Leiterplatte 2 angeordnet ist. Vorteilhaft kann die Leiterplatte 2 so mit den spannungsführenden Potentialen schraub- und/oder lötverbunden werden.

Die Leiterplattenanordnung 1 kann anstelle der Stromschiene mit dem Endabschnitt 27 eine Schraube aufweisen, welche in der Ausnehmung 14 angeordnet ist, und mit ihrem Schraubenkopf die weitere elektrisch leitfähige Schicht 12 kontaktiert. Die Leiterplattenanordnung 1 kann in einer anderen Ausführungsform anstelle der Schraube 17 eine die weitere elektrisch leitfähige Schicht 13 kontaktierende Stromschiene aufweisen. Die Leiterplattenanordnung 1 kann anstelle der Schraube 18 eine mit der Leiterplatte 2 verlötete Stromschiene mit einem in dem Durchbruch 26 angeordneten, abgewinkelten Endabschnitt aufweisen.

Die Leiterplattenanordnung 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel auch wenigstens eine Schirmkappe, welche einen Filterkondensator umschließt. Die Leiterplattenanordnung 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Abschirmkappe 24, welche den Filterkondensator 4 umschließt, und eine Abschirmkappe 25, welche den Filterkondensator 3 umschließt. Die Abschirmkappen 24 und 25 sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils als Metallkappen, insbesondere Aluminium-Kappen, oder Kupfer-Kappen ausgebildet. Die Abschirmkappen 24 und 25 können jeweils mit der Masseschicht 5 elektrisch leitfähig verbunden, insbesondere verlötet sein.

Die Masseschicht 5 und/oder die Masseschicht 6 der Leiterplatte 2 überlappt in diesem Ausführungsbeispiel auf einem Überlappungsbereich 23 mit der weiteren elektrisch leitfähigen Schicht 13. Die elektrisch leitfähige Schicht 13 ist auf dem Überlappungsbereich 23 - insbesondere nach Art eines Sandwichs - zwischen den parallel zueinander angeordneten Masseschichten 5 und 6 eingeschlossen.

Die weitere elektrisch leitfähige Schicht 12, insbesondere die positive Schicht, überlappt auf einem Überlappungsbereich 22 mit der Masseschicht 5 und/oder der Masseschicht 6. Die weitere elektrisch leitfähige Schicht 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel - insbesondere nach Art eines Sandwichs - zwischen den sich parallel zueinander erstreckenden Masseschichten 5 und 6 entlang einer Dickenerstreckung (29) der Leiterplatte 2 eingeschlossen.

Die elektrisch leitfähigen Schichten 12 und 13 sind so durch die Masseschichten 5 und 6, welche jeweils eine äußere Schicht der Leiterplatte 2 bilden, abgeschirmt. Das durch die Leiterplattenanordnung 1 gebildete EMV-Filter 1 kann so vorteilhaft strahlungsarm ausgebildet sein.