具有用于抑制干扰信号的滤波器的电装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种特别是用于车辆的电装置(1)，包括用于控制并且给电装置(1)供给能量的初级的控制单元(2)以及布置在控制单元(2)下游的用于输出由控制单元(2)传输的数据的次级的输出单元(3)。控制单元(2)和输出单元(3)通过数据线(5)彼此连接。此外，控制单元(2)包括具有三个扼流线圈(17，18，19)的用于抑制干扰信号的电滤波器(16)。扼流线圈(17，18，19)相互电感地耦合，以使得由在第一扼流线圈(17)中的第一电流和在第二扼流线圈(18)中的第二电流在基体中产生的磁流的方向与在第三扼流线圈(19)中的第三电流在基体中产生的另一个磁流的方向相反。
【专利说明】具有用于抑制干扰信号的滤波器的电装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有用于抑制干扰信号的滤波器的电装置以及一种该电装置在车辆中的应用。
【背景技术】
[0002]由于特别是在汽车工业中的现代电子仪器的性能持续上升并且在此集成度增加，关于新的附加功能产生了新的要求。这种要求例如涉及中央电压供应以及利用强功率的运算单元中央地生成图形数据、图像数据和控制数据，并且在同时遵守存在的电磁兼容值(EMV值)时通过有效的数据接口将这些数据提供给显示单元。
[0003]目前，显示单元设计为具有本地运算单元的独立仪器，该显示单元由外部控制单元仅仅供应供电电压。在智能显示单元中基于通过CAN或MOST输送的控制数据独立地计算和显示图像数据。如果显示单元设计为没有本地运算单元，则图像数据由运算单元提供，然而不需要由运算单元为显示单元提供供电电压。然而与这种方案相关联的是，由于形成回路或类似情况引起了极大的EMV问题。
【发明内容】
[0004]为此本发明的目的在于，即提出一种电装置，该电装置避免所述的缺点，也就是说利用该电装置能够通过运算单元无干扰地提供供电电压。
[0005]根据本发明该目的通过一种具有主权利要求的特征的电装置和一种该电装置在车辆中的应用来实现。有利的构造方案和改进方案在从属权利要求中被说明。
[0006]电装置、特别是用于车辆的电装置包括用于控制并且给电装置供给能量的初级的控制单元以及布置在控制单元下游的用于输出由控制单元传输的数据的次级的输出单元。初级的控制单元和次级的输出单元通过数据线彼此连接。控制单元包括用于抑制干扰信号的电滤波器，该电滤波器具有三个布置在铁磁基体上的、相互电流隔离的扼流线圈。这三扼流线圈相互电感地耦合，以使得由在第一扼流线圈中的第一电流和在第二扼流线圈中的第二电流在基体中产生的磁流的方向与在第三扼流线圈中的第三电流在基体中产生的另一个磁流的方向相反。在此，第一扼流线圈将外部的第一电源电压供应给控制单元，第二扼流线圈通过在控制单元和输出单元之间延伸的电源电压线将外部的第二电源电压供应给输出单元，并且第三扼流线圈处在第一电源电压和第二电源电压的共同的基准电位上。第三扼流线圈作为第一电流和第二电流的共同的回路导线与在输出单元和控制单元之间延伸的接地线连接。
[0007]在不出现EMV问题的情况下，通过该电装置可以给控制单元供给第一供电电压并且给输出单元供给第二供电电压。干扰信号通过电滤波器被输送给仪器，该电滤波器设计用于无干扰地传输两个供电电压。通过将第三扼流线圈设计为共同的回路导线，实现了对用于共同的电装置、即运算单元以及输出单元的输入流和回流进行强制平衡。在此特别有利的是，即在Common-Mode (共模)滤波器意义上的EMV滤波通过相应的部件自身来实现，并且实现了在数据线和供电线路之间最小化地形成回路。此外可以使用已经滤波的基准电位。因此特别是达到了对于外部干扰的高抗干扰性。
[0008]在一个有利的改进方案中，数据线是屏蔽导线，其中屏蔽体是接地线的组成部分。因此，可以取消在运算单元和输出单元之间的单独的接地线或回路导线，并且紧凑地构成该连接。因此特别是可以实现减轻电装置的重量以及降低的生产成本，并且需要的管脚数量较少。
[0009]输出单元典型地包括显示单元、优选地为平视显示器(Head-up-Display),通过该平视显示器为电装置的使用者可视地显示可知的信息。可替换地或附加地，显示装置也可以设计用于输出听觉信号。
[0010]也可以提出，控制单元并且和或输出单元具有供电单元，该供电单元用于供应电源电压中的一个。由此，相应的供电电压可以变换成适用于相应的仪器的电压并且和或电流强度。
[0011]以优选的方式，控制单元具有图形控制单元，该图形控制单元优选地通过控制单元的供电单元来供电，并且通过数据线将图形数据传输到显示单元上。通过图形控制单元，图形数据因此可以再次分开地并且与包含在运算单元中的其他单元无关地被处理和转发。
[0012]典型地，基体是具有开放的或封闭的磁路的环形铁芯。由此磁流在封闭的布置中导向并且防止了杂散场。可替换地，基体也可以是棒形的。基体以特别有利的方式由铁氧体构成。
[0013]在一个有利的改进方案中，扼流线圈中的至少一个与扼流线圈中的另一个双线地、即平行地缠绕。以特别有利的方式，第三扼流线圈与第一或第二扼流线圈缠绕。通过在基体上双线地缠绕，基体可以较紧凑地并且因此较节省空间地实现。
[0014]基体也可以具有三个通过两个磁轭彼此连接的支臂。以特别有利的方式，三个扼流线圈中每个扼流线圈安置在支臂中的一个上，从而可靠地防止由于扼流线圈中的两个接触而引起的短路。
[0015]以有利的方式，第一电源电压和第二电源电压的基准电位与外部的基准电位隔离。因此限定了用于电装置的自身的基准电位，并且运算单元以及显示单元可以参考相同的基准电位。
[0016]如前所述的电装置典型地使用在车辆中、优选地在机动车辆中。以特别有利的方式，电装置的基准电压相对于车辆的外壳电位是不确定的或浮动的。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]本发明的实施例在附图中示出并且下面根据图1至5来说明。附图示出:
[0018]图1是电装置的电路，该电装置包括作为控制单元的运算单元以及作为显示单元的平视显示器(Head-up-Display)；
[0019]图2是电滤波器的电路图；
[0020]图3是电滤波器的实施例；
[0021]图4是电滤波器的另一个实施例；
[0022]图5是借助在图3中所示的电滤波器的共模衰减图。【具体实施方式】
[0023]在图1中示出电装置I的电路。电装置I使用在机动车辆中，因此其安装在该机动车辆中，并且包括作为初级的控制单元的运算单元2以及作为次级的输出单元的显示单元3。显示单元3连接在运算单元2的下游，并且由该运算单元通过供电电压导线4来供给能量。数据线5在运算单元2和显示单元3之间延伸，并且用于传输数据。数据线5包括总共四个传输数据的导线。数据线5为了屏蔽具有管状的屏蔽体6，该屏蔽体也用作接地回线。
[0024]运算单元2是机动车辆的组合仪表的一部分。显示单元3是平视显示器(Head-up-Display)，平视显示器在乘客的视野内将不同的信息直接投影到作为车辆的屏幕(Display)7的挡风玻璃上。屏幕7当然也可以集成在作为传统的Display、例如作为IXD-Display (液晶屏幕)的仪表板中。待显示的图像数据由包含在运算单元2中的图形控制器8来计算，并且通过数据线5传输到集成在显示单元3中的时序控制器(Timing-Controller) 9上,该时序控制器在预定的时间点将数据显示在屏幕7上。通过第一供电单元10实现对运算单元2的电压供应，该第一供电单元集成在运算单元2中，并且也供给图形控制器8。同样地，第二供电单元11集成在显示单元3中，该第二供电单元用于对显示单元3的电压供应，并且为此通过导线与时序控制器9和屏幕7连接。数据线5的屏蔽体6用作显示单元3的供电电压回路导线。
[0025]通过两个端子12，13在外部、例如通过车辆的车载电网给运算单元2供给能量。端子14用作基准电位并且用于使传输通过端子12和13的电流导回。基准电位是用于运算单元2和显示单元3的共同的基准电位。为此端子12例如可以用作“端子30”，即用作这种被施加了持续的供电电压的端子，而端子13用作“端子30B”，即这种被施加了用于负载的接通的供电电压的端子。同样地，端子14用作“端子31”，即接地端。两个导向通过端子12，13的供电电压是大小不同的，它们耦合地传输到第一供电单元10上并且单独地被监控。在运算单元2中导出用于显示单元3的供电电压，并且通过例如智能场效应管高边(SMART-FETHighside-)开关15传输到显示单元3上。在静止模式中、也就是当车辆不处于运行中并且因此也不需要显示图像数据时，开关15中断显示单元3的电流接收。
[0026]因此电装置I具有两个电流回路。第一电流回路从端子12起在运算单元2中通过第一供电单元10延伸至达端子14。第二电流回路从端子12起通过开关15延伸至显示单元3，并且通过作为回路导线的屏蔽体6到达端子14。屏蔽体6屏蔽数据线5的传输信号的导线，然而其也用作用于供电电压导线的接地线，并且通过最小化地形成回路来避免EMV问题。
[0027]运算单元2包括电滤波器16，该电滤波器与端子12，13，14连接。电滤波器16由作为基体的铁氧体环形铁芯构成，三个扼流线圈17，18，19布置在该铁氧体环形铁芯上。扼流线圈17，18，19相互电流隔离、也就是电绝缘的，然而通过环形铁芯相互电感地耦合。第一扼流线圈17与端子12连接,并且用于将第一供电电压和第一电流转输至第一供电单兀
10。第二扼流线圈18与端子13连接，并且将第二供电电压和第二电流通过开关15传输至显示单元3。第三扼流线圈19与端子14连接，并且形成第一供电电压和第二供电电压的共同的基准电位，并且用作第一电流和第二电流的共同的回路。为此，第三扼流线圈19也与屏蔽体6连接。因此屏蔽体6构成经过滤波的接地端。[0028]通过三个扼流线圈17，18，19的电感耦合，由在第一扼流线圈17中的第一电流和在第二扼流线圈18中的第二电流在基体中产生的磁流的方向与在第三扼流线圈19中的第三电流产生的另一个磁流的方向相反。在此，第三电流的电流强度相应于第一电流的电流强度与第二电流的电流强度的总和。因此恰好补偿了磁流。
[0029]当如在图1中的电装置I中那样运算单元2出于EMV的原因而具有在接地线中的滤波部件时，显示单元3的电压供应以及作为图像数据接口的数据线5的基准电位参考了相同的基准电位。因此显示单元3不可能单独地接地连接在车辆的几乎任意的位置上。通过作为供电电压滤波器的电滤波器16确保了平衡电压供应的入流和回流。
[0030]电装置I的基准电位相对于机动车辆的接地端是浮动的。在此应该对概念“浮动的”进行说明，即在处于基准电位上的端子14和机动车辆的接地端之间不存在连接，也就是说在电装置I的接地端和机动车辆的接地端之间存在隔离。因此相对于机动车辆的作为基准电位的接地端不能得出关于电装置I的基准电位的信息，也就是说该基准电位是不确定的。
[0031]图2将已经在图1中作为运算单元2的组成部分所示的电滤波器16作为单独的部件示出。重复的特征在该图中如在下述的附图中同样以相同的标号标出。电滤波器16、也称为“三共模滤波器(Triple-Common-Mode-Filter) ”具有用于两个通过端子12和13的供电电压的两个输入端以及对应的输出端，该输出端与运算单元2的其他部件连接。对于共同的基准电位而言，端子14设置为输入端和对应的输出端，该输出端与运算单元2的接地线和显示单元3连接。电滤波器16作为SMD (表面贴装)部件能够直立地或平放地安装在电路板上，并且可以处理直至5A的电流，其中优选地以2.5A流过端子12或端子13。电滤波器16的阻抗在IOOMHz的频率下是500 Ω。各个扼流线圈17，18，19的直流电阻小于或等于12mΩ。电滤波器16可用在从_40°C直到105°C的温度范围内。
[0032]通过在图2中所示的布置，对于非对称的共模干扰信号而言，电滤波器16利用其所有电感起作用，而对于对称的(推挽)有效信号或工作电流的通过电流而言，仅仅小得多的寄生电感起作用。在此，共模信号的特征在于，即这些共模信号以相同的相施加在运算单元2或显示单元3的模块的所有输入端上。
[0033]在图3中示出电滤波器16的第一实施例。以分别相同的缠绕方向和相同匝数的线圈将扼流线圈17，18，19布置在封闭的环形铁芯20上。在可替换的实施方式中，环形铁芯20不是封闭的，而是开放的，也就是说具有气隙，或者可以替代环形铁芯20使用杆状的基体。第三扼流线圈19具有七匝线圈并且缠绕在环形铁芯20的左半部上。第三扼流线圈19通过接口 21能够与端子14连接，接口 22与运算单元2或显示单元3的接地线接触。电滤波器16具有其他的接口 23，24，25，26，然而这些接口在图3中所示的实施例中没有被占用。然而在其他的实施方式中，附加的线圈可以与这些接口 23，24，25，26连接。第二扼流线圈18和第一扼流线圈17布置在环形铁芯20的右半部上并且双线地缠绕。通过双线缠绕，第二扼流线圈18和第一扼流线圈17因此彼此平行地在环形铁芯20上延伸。第二扼流线圈18与接口 27和28连接。接口 27导向至端子13上，接口 28导向至电导线，该电导线如在图1中所示地与第一供电部件10和开关15连接。同样地，第一扼流线圈17与接口 29和30连接。接口 29导向至端子12，而接口 30用于与导向至第一供电部件10的电导线连接。[0034]图4不出电滤波器16的另一个实施方式。由铁氧体构成的基体32具有三个垂直放置的支臂，这些支臂通过位于支臂的端部上的、水平延伸的磁轭彼此连接。在支臂中的每一个上安置有三个扼流线圈17，18，19中的任一个扼流线圈。第二扼流线圈18安装在左边的支臂上，第三扼流线圈19安装在中间的支臂上，并且第一扼流线圈17安装在右边的支臂上。扼流线圈17，18，19具有相同的匝数为五的线圈。第一扼流线圈17和第二扼流线圈18的缠绕方向是相同的，然而第三扼流线圈19具有与第一扼流线圈17和第二扼流线圈18的缠绕方向相反的缠绕方向。基体32在多个处于铁芯的下部和上部的位置上具有通过钎焊涂覆的金属化物31，金属化物将基体32的铁氧体板彼此连接。
[0035]在图4中所示的布置中由第一扼流线圈17和第二扼流线圈18引起的磁流强制地流至中间的支臂，在该处由第三扼流线圈19引起的磁流与前述磁流相反地取向并且因此进行对所有磁流的补偿。
[0036]图5以图表示出借助图3中所示的电滤波器16利用接在下游的Pi滤波器实现的共模衰减。以MHz为单位的频率标在横坐标33上，以dB为单位的增益标在纵轴上。共模衰减在大约20dB下处于EMV-临界的IOOMHz的UKW (超声波)范围内。
[0037]仅仅在这些实施例中公开的、不同的实施方式的特征可以互相组合而且单独地被要求。
【权利要求】
1.一种特别是用于车辆的电装置(I)，包括用于控制并且给所述电装置(I)供给能量的初级的控制单元(2)以及布置在所述控制单元(2)下游的用于输出由所述控制单元(2)传输的数据的次级的输出单元(3)，所述控制单元和所述输出单元通过数据线(5)彼此连接，其中所述控制单元(2)包括用于抑制干扰信号的电滤波器(16)，所述电滤波器具有三个布置在铁磁基体上的、相互电流隔离的扼流线圈(17，18，19)，所述扼流线圈相互电感地耦合，以使得由在所述第一扼流线圈(17)中的第一电流和在所述第二扼流线圈(18)中的第二电流在所述基体中产生的磁流的方向与在所述第三扼流线圈(19)中的第三电流在所述基体中产生的另一个磁流的方向相反，其中，所述第一扼流线圈(17)将外部的第一电源电压供应给所述控制单元(2)，并且所述第二扼流线圈(18)通过在所述控制单元(2)和所述输出单元(3)之间延伸的电源电压线(4)将外部的第二电源电压供应给所述输出单元(3)，并且所述第三扼流线圈(19)处在所述第一电源电压和所述第二电源电压的共同的基准电位上并作为所述第一电流和所述第二电流的共同的回路导线与在所述输出单元(3)和所述控制单元(2)之间延伸的接地线连接。
2.根据权利要求1所述的电装置(I)，其特征在于，所述数据线(5)是屏蔽导线，其中屏蔽体(6)是所述接地线的组成部分。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的电装置(I)，其特征在于，所述输出单元(3)包括显示单元、优选地为平视显示器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电装置(I)，其特征在于，所述控制单元(2)和/或所述输出单元具有供电单元(10，11)，所述供电单元用于供应所述电源电压中的一个。
5.根据权利要求4所述的电装置(I)，其特征在于，所述控制单元(2)具有图形控制单元(8)，所述图形控制单元优选地通过所述控制单元(2)的所述供电单元(10)来供电并且通过所述数据线(5)将图形数据传输到所述显示单元(3)上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电装置(I)，其特征在于，所述基体是具有开放的或封闭的磁路的环形铁芯(20)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电装置(I)，其特征在于，所述扼流线圈(17，18，19)中的至少一个与所述扼流线圈(17，18，19)中的另一个双线地缠绕。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电装置(I)，其特征在于，所述基体具有三个通过两个磁轭彼此连接的支臂。
9.根据权利要求8所述的电装置(I)，其特征在于，三个所述扼流线圈(17，18，19)中的每一个安置在所述支臂中的一个上。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电装置(I)，其特征在于，所述第一电源电压和所述第二电源电压的所述基准电位与外部的基准电位隔离。
11.一种根据前述权利要求中任一项所述的电装置(I)在车辆中、优选地在机动车辆中的应用，其中所述电装置(I)的所述基准电位相对于所述车辆的外壳电位是不确定的或浮动的。
【文档编号】G06F1/26GK103999148SQ201280062467
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年12月4日 优先权日:2011年12月22日
【发明者】海因茨·朗格, 贝恩德·特拉格泽 申请人:大陆汽车有限责任公司