CN103986318B - 减少共模电流的方法 - Google Patents

Abstract

一种方法，用于当电路(4)的电能存储单元与所述电路(4)外部的电能源(2)之间交换电能时，减少在电路(4)的内部接地端(13)与大地之间流通的共模电流(i)，在该方法中，电子元件(21)被用来在经由至少一个阻抗(28)连接到所述电路(4)的电气线路(5)的点(26)处施加电量(Vs，Is)，通过所述电能经由所述电路(4)交换，施加的所述电量(Vs，Is)使得能够减少共模电流(i)。

Description

减少共模电流的方法

技术领域

本发明的目的在于，当电路外部的电能源与所述电路的电能存储单元之间交换电能时，减少在所述电路的内部接地端与大地之间流通的共模电流。电能源属于，例如，电网，特别地，但不排他地，所述电网是中性点直接连接到大地的电网。

背景技术

电网可以是一个交流电压网络，多相或不是多相，并且该电压然后被整流以供给该电路的电能存储单元，例如电池。

本发明旨在解决的问题将参照下面的非限制性实施例进行说明。电路，例如，安装在车辆上，并且可以包括用于车辆的电推进的电动机。该车辆还包括底盘。

当电能存储单元通过电网再充电时，该底盘连接到大地。因为在电路和底盘之间存在元件，寄生(spurious)的或不寄生的，所以共模电流可以从电路流通到底盘并通过大地返回到电网中。

这样的共模电流对于站立在大地上并倚靠车辆底盘的用户是非常危险的。

而且，存在标准用于限制共模电流的值，其在整流器下游的电路部分与底盘之间是可接受的。因而，欧洲标准将共模电流的最大值限制至50Hz频率下的3.5mA。

为了遵守这些标准，已知的实践是在整流器下游的电路部分与底盘之间提供隔离变压器。这种变压器可能会很昂贵，而且其在已经受限的空间(诸如车辆)中的整合会比较困难。

还已知的实践是，为了整流该电流，使用具有可控开关的元件，例如所谓的PFC(功率因数校正器)元件，并执行用于开关控制的特定策略。这样的策略可导致开关的过热并且可能非常复杂。

在高频领域，公开“A simplified active input EMI filter of common-modevoltage cancellation for induction motor drive”披露了一种有源滤波器，使得可以通过将串联电压注入到电网中来减少高频下的共模电流。

从申请US2004/0004514也可以知道一种有源滤波器，其致力于减少电磁兼容性(EMC)领域中的高频下的共模电流。

发明内容

本发明的目的是解决上述解决方案的缺点，以减少电路与大地之间的共模电流。

本发明实现了这一点，根据其一个方面，采用了一种方法，用于当电路外部的电能源与所述电路的电能存储单元之间交换电能时，减少在所述电路的内部接地端与大地之间流通的共模电流，在该方法中，电子元件被用来在注入点处施加电量，所述注入点经由至少一个阻抗，特别是电容器，连接到该电路的电气线路，经由该电路进行电能的交换，施加的所述电量使得可以减少共模电流，特别是减少在该电路的内部接地端与大地之间流通的共模电流。

电能源可形成电网的一部分，并且施加的电量使得可以减少电网频率下的共模电流。施加的电量也可以使得能够减少该电网频率下的前10次谐波的共模电流。

经由至少一个阻抗连接到电气线路的点在下文中将被称为“注入点”。随后：

-“注入点上游”将被用来指布置在电网和连接到注入点的一个或多个阻抗之间的电气线路的部分，也就是所述阻抗的上游，并且

-“注入点下游”将被用来指布置在连接到注入点的一个或多个阻抗和电能存储单元之间的电气线路的部分，也就是所述阻抗的下游。

注入点可经由至少一个电容器连接到电气线路。每个电容器的电容量可以是一μF的数量级。

作为一个变化例，注入点可以通过至少一个线圈，或通过至少一个电阻器，或通过一个变压器，或通过刚才所引用的元件组合被连接到电气线路。

由电子元件施加到注入点的电量可以是：

-电势，在这种情况下，电压由电子元件施加在所述注入点和大地之间，或者

-电流，在这种情况下，该电流在所述注入点和大地之间流通。

当上述方法对应于电路的电能存储单元从电网的电能源充电时，由电子元件所施加的电量可以激起与在注入点下游的电气线路中流通的共模电流相反的电流的产生。

当电子元件在注入点施加电流时，它是上述所产生的电流。

当电子元件将电势施加到注入点时，该电势的施加激起上述电流的产生。

因为由电子元件施加所述电量而产生的电流可以具有的值为小于或等于在注入点下游的电气线路中流通的共模电流的值。所产生的该电流具有的值为，例如，在注入点下游的电气线路中流通的共模电流的绝对值的至少50％，较好的为60％，较好的为70％，较好的为80％，较好的为90％，较好的为95％。

由此产生的电流的值越接近注入点下游的电气线路中的共模电流的值，注入点上游的电气线路中流通的共模电流的值(也就是说，除其他外)在电网中可以减少得越多，通过应用节点法(notes law)。从而，由电子元件所施加的所述电量产生的电流可以是与注入点下游的电气线路中流通的共模电流尽可能接近的图像。

电气线路可以是单相的，在这种情况下，所述注入点可以连接到：

-电气线路的相位，经由插入在所述点和所述相位之间的至少一个阻抗连接，以及

-电气线路的中性点，经由插入在所述注入点和所述中性点之间的至少一个阻抗连接。

在单相电气线路的变化例情况下，注入点可以通过阻抗只连接到电气线路的不同于中性点的相位而不连接到所述电气线路的不同于相位的中性点。

作为一种变化例，电气线路可以是三相的，在这种情况下，注入点可以通过至少一个相应阻抗连接到电气线路的每一相。

在三相电气线路情况的变化例中，注入点不连接到线路的某些相位。

更一般地，电气线路可以是多相的，相位数可以不同于三。

所述电量可以由电子元件施加至少作为代表共模电流(特别是在注入点上游所测量的共模电流)的信号的函数。换句话说，电子元件可以产生所述电量至少作为代表共模电流的信号的函数，该共模电流是在电气线路的一个或多个点处测量。

根据本发明的第一示例性实施方式，所述电量由电子元件而被施加为仅作为代表共模电流的信号的函数，特别是仅作为代表在注入点上游所测量的共模电流的信号的函数。换句话说，电子元件产生所述电量为仅作为代表共模电流的该信号的函数，该共模电流仅在线路的一个或多个点测量，特别是在注入点上游的单个点测量。

当所述电量仅作为代表在电气线路的单个点所测得的共模电流的信号的函数被产生时，电子元件可以被比作具有单个增益的环路。

根据本发明的第二示例性实施方式，特别是当所述电量为电势时，所述电量被电子元件施加为如下的函数：

-代表共模电流的信号，所述共模电流特别是在注入点上游所测量的共模电流，以及

-代表在所述注入点和大地之间流通的电流的信号。

换句话说，电子元件可以产生所述电量作为代表仅在线路的一个或几个点，特别是仅在注入点上游一个或几个点处测量的共模电流的信号的函数，以及代表在所述注入点和大地之间流通的电流的信号的函数。

根据本发明的该第二示例性实施方式，当代表共模电流的信号仅在一个点测量时，电子元件可以被比作为具有两个增益的环路。

该电子元件则可以包括：

-第一子元件，其接收代表共模电流，特别是在注入点上游测量的共模电流的信号作为输入，以及

-第二子元件，其接收代表在所述注入点和大地之间流通的电流的信号作为输入，

每个子元件的输出被加在一起以产生由电子元件施加的所述电量。

第一子元件可以等同于根据第一实施例的电子元件。作为一种变化例，第一子元件可以提供的增益的值大于根据第一实施例的电子元件所提供的增益的值。

第二子元件可以提供第二增益，使得可以通过消除由第一子元件所引起的用于高频和低频的振荡来改进高频和低频下的稳定性。因此，该第二子元件可以将由所述电量的施加而产生的电流锁定到一个值，该值等于由第一子元件提供的增益与所测量的共模电流的乘积。

根据本发明的该第二示例性实施方式的变化例，共模电流可以在电气线路的两个不同的点测量，并且由电子元件所施加的电量可以被确定为以下的函数：

-代表在电网的电能源与将电气线路连接到所述注入点的一个或多个阻抗之间，也就是注入点上游，的电气线路上所测量的共模电流的信号，

-代表在连接到注入点的一个或多个阻抗和电路之间，也就是注入点下游，的电气线路上所测量的共模电流的信号，以及

-代表在所述注入点和大地之间流通的电流，也就是由所述电子元件施加的所述电量而产生的电流，的信号。

换句话说，代表共模电流的两个不同的测量值可以用于所述电量的产生。

注入点下游的共模电流的测量使得能够产生前馈。

根据该变化例，为了产生具有两个增益与前馈的该环路，电子元件可以具有：

-第一子元件，其接收代表在连接到所述注入点的一个或多个阻抗的上游所测量的共模电流的信号作为输入，

-第二子元件，接收作为输入的是：代表在所述注入点与大地之间流通的电流的信号以及第三子元件的输出，特别地，在由第二子元件进行处理之前，这两个信号被相互比较，即彼此相减，

-第三子元件，其接收代表在连接到所述注入点的一个或多个阻抗的下游所测量的共模电流的信号作为输入，且其输出是第二子元件的输入之一。第三子元件可以行为像增益，尤其是单一增益。

根据本发明的第二示例性实施方式的变化例，特别是当所述电量是电流时，所述电量由电子元件施加作为如下的函数：

-代表注入点上游的共模电流的信号，以及

-代表注入点下游的共模电流的信号。

电子元件可以被比作为具有两个增益的环路。

该电子元件则可以包括：

-第一子元件接收代表注入点上游的共模电流的信号作为输入，以及

-第二子元件接收第三子元件的输出作为输入，第三子元件的输入为代表注入点下游的共模电流的信号，

第一和第二子元件的输出被加在一起，以产生由电子元件所施加的所述电量。

第一子元件可以等同于根据第一实施例的电子元件。作为一种变化例，第一子元件可以提供的增益的值大于根据第一实施例的电子元件所提供的增益的值。

第二子元件可以提供第二增益，使得可以通过消除由第一子元件所引起的用于高频和低频的振荡来改进高频和低频下的稳定性。因此，该第二子元件可以将施加到注入点的电流锁定到一个值，该值等于由第一子元件提供的增益与所测量的共模电流的乘积。

根据本发明的第三示例性实施方式，特别是当所述电量是电势时，所述电量由电子元件施加作为如下的函数：

-代表共模电流，特别是注入点上游测量的共模电流，的信号，

-代表在所述注入点和大地之间流通的电流的信号，以及

-代表在电磁干扰滤波器的电容器中流通的电流的信号，该电磁干扰滤波器被布置在将电气线路连接到注入点的一个或多个阻抗与电能存储单元之间，也就是注入点的下游。

换句话说，电子元件可以产生所述电量作为如下的函数：

-共模电流，该共模电流的代表信号是在电气线路的仅一个点或几个点，特别是注入点的上游，被测量，

-代表在所述注入点和大地之间流通的电流的信号，以及

-代表在电磁干扰滤波器中流通的电流的信号。

电磁滤波器，也称为EMI滤波器，或EMC滤波器，通常包括称为“Y电容器”的电容器。一些Y电容可以连接到大地的点，还通过其他电容器连接到电气线路的各导体，并且被用作根据本发明的第三示例性实施方式的电子元件的输入的电磁干扰滤波器中的所述电流的测量值是，例如，在这些Y电容中的一个中流通的电流。

当代表共模电流的信号仅在电气线路的一个点被测量时，特别是注入点上游，根据本发明的第三示例性实施方式，所述电子元件可以被比作为具有两个增益及具有另外一个前馈的环路。

在类似于本发明的第二示例性实施方式中，为了产生具有两个增益与前馈的该环路，该电子元件可以具有：

-第一子元件，其接收代表在连接到注入点的一个或多个阻抗的上游所测量的共模电流的信号作为输入，

-第二子元件接收作为输入的是：代表在注入点与大地之间流通的电流的信号以及第三子元件的输出，特别地，在由第二子元件进行处理之前，执行这两个信号之间的相减操作，

-第三子元件，其接收代表在电磁干扰滤波器中的所述电流的信号作为输入，且其输出是第二子元件的输入之一。

第三子元件可专用于前馈，并使得能够与第二子元件一起，检查开环模式中的共模电流。然后，第一子元件则使得能够消除由第二和第三子元件处理之后的残余误差。这些残余误差，例如，与不精确的知识有关：

-电气线路与大地之间存在的阻抗的值，因为存在电磁干扰滤波器，

-电气线路的接地端和大地之间存在的杂散电容器阻抗的值，以及

-大地的阻抗的值。

根据本发明的第三示例性实施方式的变化例，特别是当所述电量是电流的时候，由电子元件所施加的电量为以下的函数：

-代表注入点上游的共模电流的信号，以及

-代表在电磁干扰滤波器的电容器中流通的电流的信号，该电磁干扰滤波器被布置在将电气线路连接到注入点的一个或多个阻抗与电能存储单元之间，也就是注入点的下游。

换句话说，电子元件可以产生的所述电量作为以下的函数：

-共模电流，该共模电流的代表信号在注入点上游测量，以及

-代表在电磁干扰滤波器中流通的电流的信号。

电子元件可以被比作为具有两个增益的环路。

在与本发明的第二示例性实施方式类似的方式中，为了产生具有两个增益的该环路，电子元件可以具有：

-第一子元件，其接收代表在连接到注入点的一个或多个阻抗的上游所测量的共模电流的信号作为输入，

-第二子元件，其接收第三子元件的输出作为输入，第三子元件的输入为代表在电磁干扰滤波器中的所述电流的信号。

在所有上述情况中，共模电流可以使用磁芯来在电气线路上测量，围绕该磁芯卷绕有：

-电气线路的每个导体，以及

-测量导体。

磁芯是，例如，纳米晶体或铁氧体磁芯。代表共模电流的信号则可以是电压，但任何其他的代表信号是可能的，包括共模电流本身的测量值。

当电能以三相信号的形式在电能源和电路之间交换时，代表在每相中流通的电流的信号可以被测量并且这些信号中的每一个可以被矢量地加在一起以获取代表共模电流的信号。

因此，本发明使得能够动态地确定施加的电量的值以减少共模电流。

电子元件能够以这样的方式被配置，将注入点上游的共模电流(电子元件接收其代表信号作为输入)的值锁定为预先定义的设定值，特别是零或小于标准可接受的最大值的任何值。

根据本发明的方法则提出使用有源滤波器来将注入点上游的共模电流的值锁定到优选为零，与申请US2010/0295508所披露的技术方案不同，该申请教导在注入点的下游注入与该共模电流相同的电流，从而，根据节点法，在注入点上游流通的共模电流，特别是在电网的电能源中，为零。因此，申请US2010/0295508所披露的技术方案并非在于直接将注入点上游的共模电流锁定到零，而在于通过在注入点下游的共模电流上工作而间接地在作用于其上。

该元件可以形成仅在电网频率下的共模电流的有源滤波器，电网频率通常为50Hz或60Hz。

作为变化例，该电子元件可以被配置以过滤：

-仅电网频率下的共模电流，以及

-仅该共模电流的电网频率的前10次谐波。

在电网提供的电压在50Hz的情况下，电子元件可因此过滤频率在50Hz到500Hz之间的共模电流。

电子元件可以具有以dB为单位的增益，其对于5Hz到1.1kHz之间的频率是正的。电子元件可以不具有场效应晶体管。电子元件包括，例如，双极型晶体管，特别是规格为承受450V数量级的电压Vce的。

电子元件可以表现为一个回转器。

在所有上述例子中，该元件可以在注入点和大地之间施加单个电压。

作为一种变化例，在所有上述实施例中，所述电压可以施加在注入点和大地之间，通过施加：

-注入点和电子元件的内部接地端之间的第一电压，以及

-大地和电子元件的内部地端之间的第二电压，其符号与第一电压相反，

通过这样的方式，第一和第二电压之间的差值等于所述施加的电压。

因此，可以使用两个放大器，以产生所述施加的电压。通过这样的方式，每个放大器可以通过使用元件来进行生产，这些元件比需要用来生产其本身就能确保所述施加的电压的产生的放大器的元件成本更低。

该电路的内部接地端和电子元件的内部接地端不能彼此连接。它们尤其不处于同一电势。

该电路可以包括整流级，用于整流在电能存储单元充电期间由电能源提供的AC电压，该整流级具有正输出端子和负输出端子，并且该电路的内部接地端可以通过所述整流级的该负或正输出端子形成。

该整流级可以被配置为或者也可以不被配置为使整流电压的值适应该整流级下游的元件。该整流级，例如，为PFC元件，特别是无桥PFC元件。

根据本发明的示例性实施方式，电能存储单元被连接在整流级的正和负输出端子之间。正如已经提到的，当该能量存储单元由电能源再充电时，特别实施上述方法。

电能存储单元，例如，由一个或多个电池形成。在后一种情况下，电池可以安装串联和/或并联安装。

当能量存储单元被充电时，在所述能量存储单元的端子处的电压可以在150V和450V之间。由能量存储单元所吸收的电功率可以大于或等于100W，例如当电网为单相时为几千瓦的数量级，当三相电网时甚至达到20千瓦或更多。

电能存储单元可以被安装在具有电力或混合动力推进的车辆上，并且所述单元可以被用来为车辆的电力推进马达提供电力。更一般地，该电路可以被安装在车辆上。

该电路可以包括电感器，其由电动机的定子绕组形成。

电子元件可以被安装在车辆上或布置在车辆之外，例如，并入电网的再充电端子中，电路的连接器连接到该再充电端子，以便通过该端子在电能源和电路之间传输电能。

有利的是，不必在电路的内部接地端和电网之间提供电绝缘，该电路连接到该电网以便在它们之间交换电能。

借助于电子元件，电路不需要具有与大地的任何电绝缘，尽管在所述电路和大地之间具有介于0和350nF之间，特别是70nF和350nF之间的杂散电容。

根据本发明的另一个方面，本发明的另一个主题是一种电子元件，用于实现上面所限定的方法。

根据本发明的另一个方面，本发明的又一个主题是一种电路，包括：

-整流级，用于整流AC输入电压，所述整流级具有正输出端子和负输出端子，并且该电路具有由所述输出端之一形成的内部接地端，

-电气线路，适于连接到电能源以便允许在所述电能源和所述电路之间交换电能，该电气线路直接或间接地连接到所述整流级，

-电子元件，其一方面连接到电气线路并且另一方面适于连接到大地，该电子元件被配置成，在经由至少一个阻抗(特别是电容器)连接的注入点处，将电量施加到该电气线路，使得当电能在所述电能源和所述电路之间交换时能够减少在电路的内部接地端与大地之间流通的共模电流。

该电路可以被安装在具有混合动力或电力驱动的车辆上。作为一种变化例，该电路可以属于任何其他电器，例如属于同步或异步电动机的电源系统。

该组件可以被并入任何系统，对于该系统来说电绝缘是很昂贵的，例如，电池充电器，其吸收的电功率大于或等于100W。

以上给出的涉及该方法的特征也可以单独或不单独地与上述电路组合。

在所有上述情况中，当代表共模电流的信号仅在单个点被测量时，该点可以位于注入点上游的电气线路上。注入点上游的共模电流则可以通过电子元件而被锁定到预定值，例如零。

附图说明

通过阅读本发明的非限制性示例性实施方式以及研究附图，本发明将能够被更好地理解，附图中：

-图1示意性地表示本发明可以在其中实施的组件，

-图2示意性地表示一种共模模型，等同于图1的组件，

-图3是类似于图1的图示，其中介绍了根据本发明的第一示例性实施方式的电子元件，

-图4和图5以与图3类似的方式表示根据本发明的第二示例性实施方式的电子元件的两种变化例，

-图6示出了图4的电子元件的电路图，

-图7是图4的电子元件的传递函数的波德图(Bode diagram)，

-图8以与图3到5类似的方式表示根据本发明的第三示例性实施方式的电子元件，以及

-图9到11分别不同于图3、5和8，区别在于该电子元件形成电流源，而不是电压源。

具体实施方式

图1示出了本发明可以在其中实施的组件1。

组件1包括电网的电能源2，电能源2适于通过连接器3连接到电路4。在考虑的示例中，该电路4被安装在具有混合动力或电力推进的车辆上，然后形成该车辆的电力推进电路的一部分。

当该电路4的电能存储单元(未示出)要被充电时，电能源2供应，例如，AC电压到该电路4。在考虑的示例中，电网是三相的并且在电能源2的端子处的电压具有等于230伏的均方根值。在考虑的示例中，电压的频率是50Hz。电网的中性点N连接到大地，并且寄生阻抗6被插入在中性点N和大地之间。

该电路4包括：

-电气线路5，其将连接器3连接到电路4的其余部分，

-电感器7，以及

-整流级8，用于整流由电能源2提供的AC电压，并且其输出端子9和10被直流电流通过。

整流级8包括，例如，可控开关，例如晶体管。整流级8是，例如，PFC元件，这对于本领域技术人员来说是已知的，用于整流AC电压，使得整流后的电压的值与电路4的负载相匹配，并遵守关于功率因数值和谐波电流的发射的当前标准。

在整流级8的输出端9和10之间，安装有电容器11。电能存储单元，例如电池，可以与该电容器11并联连接。该电池吸收电功率，所述电功率例如大于100W，例如当电网是单相时为3kW数量级的功率，例如当电网是三相时为20kW数量级的功率。

组件1还包括金属底盘12。在底盘接地故障的情况下，所述底盘经由阻抗16电势地连接到大地。在底盘形成车辆的一部分的情况下，当车辆的使用者一方面接触车身另一方面接触地时，该阻抗16对应于车辆的使用者的体电阻。

在组件1被安装在具有电力或混合动力推进的车辆上的应用中，电感器7则对应于，例如，用于电动机推进的电动机的定子的相绕组。绕组7则可以根据申请WO2010/057892的教导而连接到电网。

电容15模拟由于技术上的原因而增加的杂散阻抗和/或实际阻抗，为电容器式电子元件的形式，特别是在电路4的端子10和底盘12之间。可以在电路4的端子9和底盘12之间可以存在另一个电容，如在图3中可以看到。

在这里，电路4的端子10是整流级8的负输出端子，并且电路4具有内部接地端13，在这里，该内部接地端13由端子10形成。因为该电容器15的存在，共模电流i可以从电路4流通到底盘12，并通过流通到大地中而返回到电网中。

在电网的电能源2提供多相AC电压的情况下，并且在整流级8的开关的操作顺序期间，端子10可以交替地连接到电网的中性点以及电网的其中一相。在单相电网的情况下，端子10选择性地连接到中性点或该电网的相位。

因此，电压E被施加在端子10和连接到大地的底盘12之间，由于该电压和电容器15，电流从端子10流通到大地。

端子10上游的电路4的部分，以及电网，可因此被比作为一个虚拟电压源20，其在端子10和底盘12之间交替地施加：

-零电压E，以及

-电压E，其是由电网传送到电路4的电压的图像。

因此，在返回到电网之前，共模电流i流通通过电容器15和阻抗16、6。由此获得了根据图2的等效共模模型。

参照图3将描述本发明的一个示例性实施方式。在该图中，电气线路5是单相，包括形成相位的导体17和形成中性点N的另一导体，但本发明并不限于单相线路。

相比于图1所示的组件，图3的组件1包括并入电路4中并包括电容器22的电磁干扰滤波器19，电容器22在这里是Y电容器，其安装在大地和点23之间，点23通过电容器24连接到电气线路5的每个导体17或18，电容器24在这里是X电容器。

如在图3中可以看出的，电子元件21被并入电路4中。该电子元件21在这里被配置为在点26处施加电势，从而电压Vs被施加在该点26和大地之间。然而，本发明并不限于施加电势的电子元件，如下文将看到的。

元件21是有源滤波器，其被配置为以等于由电网提供的电压的频率施加电势，电压Vs从该电势导出，该电压Vs被施加在点26和大地之间并与由虚拟电压源20所施加的电压相反。施加给阻抗6和16的合电压(resultant voltage)因而被降低，尤其是被消除，从而流过这些阻抗6和16的电流被减少，尤其是被消除。

在所描述的示例中，点26经由相应的电容器28连接到电气线路5的每个导体17或18。每个电容器28显著地具有1μF数量级的电容值。在考虑的示例中，由电子元件21所施加并且从其中产生电压Vs的该电势仅基于代表在点26上游的电气线路5上所测量的共模电流i的信号而产生。

在考虑的示例中，元件21与测量系统23相关联，该测量系统23用于测量通过电气线路5的共模电流i。在单相电气线路5的情况下，该测量系统23可以测量代表形成相位的导体17中的电流的信号以及测量代表形成中性点的导体18中的电流的信号，例如使用磁芯、纳米晶体或不使用这些来进行测量。通过基于代表电流的这些信号进行计算，可以确定代表共模电流i的信号的值。在该信息的基础上，电子元件21产生电势，施加在点26和大地之间的电压Vs从该电势得到。

如图3所示，电子元件21的整体行为类似于增益G1，并且通过使用：

-Zinj，借助于电压Vs的存在指定点26和大地之间存在的阻抗，

-Zy，借助于电容器22和一个或多个杂散电容15的存在，来指定每个导体17、18和大地之间存在的阻抗，

-Vac，指定电能源2的端子处的电压，在存在电子元件的情况下在电气线路5中流通的共模电流i的值由下式给出：

现在参照图4和图5，对根据本发明的第二示例性实施方式的电子元件21有如下说明。

不像图3的电子元件，图3的电子元件可以被比作为具有单一增益的环路，其产生一个电势，并且电压Vs仅在代表共模电流i的信号的值的基础上从该电势得到，根据本发明的该第二示例性实施方式的电子元件在代表沿电气线路5流动的共模电流i的信号的基础上以及在代表在点26和大地之间流通的电流Is的信号的基础上产生电压Vs，该电流Is可以被称为“电子元件21的输出电流”。第二测量系统45，布置在点26和大地之间，使得可以获得代表所述输出电流的信号。

示意性地，该电子元件21在这里可以被视为具有两个增益的环路：

-第一子元件60，行为像增益G1，其放大由系统23所测量的代表电气线路5中的共模电流i的信号，以及

-第二子元件61，行为像增益G2，其放大代表在点26和大地之间流通的输出电流Is的信号。

用与之前相同的符号，当根据图4的电子元件21被使用时，给出共模电流i的值的方程为：

形成增益G2的第二子元件61的功能是通过消除发生在高频和低频下的振荡来稳定电子元件21在这些频率下的操作。

图4中所示的电子元件在其一个输入端接收代表仅在电气线路5的一个点上测量的共模电流i的信号。在这里，该测量是由点26上游，即连接器3和电容器28之间，的系统23执行的。

如图5所示，根据本发明的第二示例性实施方式的一个变化例，电子元件21可以产生电势，输出电压Vs在代表共模电流i的两个不同的测量的基础上从该电势得到，这些测量在电气线路5的两个不同的点上执行。因此，第一测量系统23，其布置类似于图3和图4的测量系统，被布置在电气线路5上的点26的上游，该第一测量系统23提供形成第一子元件60的输入的信号，而第二测量系统23，类似于或不类似于可用于第一测量系统23的纳米晶体磁芯，可布置在点26的下游。

第二测量系统23，例如，布置在电容器28和整流级8之间的电气线路5上。该第二测量系统23提供代表电容器28下游的共模电流的信号作为第三子元件62的输入，第三子元件62全局地形成增益G3。第三子元件62的输出可以与由测量系统45提供的信号进行比较，该比较的结果可以形成针对第二子元件61的真输入。

第三子元件62的增益G3可以是单一的并对元件21增加前馈控制。

参照图6，现在对图4的电子元件21的非限制性示例性电路有如下描述。

电子元件21包括输入级30，其接收由缠绕在测量系统23的磁芯周围的导体31所测量的电压作为输入。该输入电压代表电气线路5中的共模电流i的值。

输入级30的作用是放大由此执行的电压测量值同时过滤高频。

输入级30的输出则驱动级32，用于将来自级30的信号与代表电子元件21的输出电流的信号求和。该级32使得可以将输出电流Is锁定到第一子元件60的增益G1与由该测量系统23所测量的共模电流的积。

该级32的输出则驱动形成带通放大器的级33。级33的作用是增加在该示例中由电子元件21形成的环路的总增益，并截断低频和高频。

级33的输出驱动高压输出级34，在所述实施例中，高压输出级34包括两个放大器35和36。

这些放大器35或36中的每个从在由系统23执行的测量的基础上获得的信号来产生电压。两个放大器35和36可以相同，也可以不同，并且可以产生相同的电压，也可以不产生相同的电压。该第一和第二电压都具有，例如，约300V的幅值。

如可以看到的，第一放大器35包括逆变器(inverter)装置40。

如图6所示的两个放大器35和36，第一电压由第二放大器36施加在点26和电子元件21的内部接地42端之间，而符号相反的第二电压由第一放大器35施加在大地和电子元件21的内部接地端42之间。这两个电压之间的差对应于由电子元件21在点26和大地之间所施加的电压，以便减少，最好消除，共模电流i。

在未示出的另一个例子中，可以使用单个放大器来形成产生电压Vs的级34。

图7示出了电子元件21的波德图，该电子元件21刚刚已经参照图6进行了描述。

据观察，对于约5Hz和1kHz之间的频率，以dB为单位的增益是正的。还观察到，该电子元件具有50Hz和60Hz之间(即基本上为电网的频率)的31dB的增益，并且，当以dB为单位的增益被取消时，具有低相位跃变。在约5Hz，在该示例中，相位裕度为115°，而在约1kHz，相位跃变是-105°。

参照图8，现在对根据本发明的第三示例性实施方式的电子元件21有如下描述。类似于刚刚已经参照图5描述过的本发明的第二示例性实施方式的变化例，根据该第三示例性实施方式，电压Vs从由电子元件21所施加的电势而得到，其根据三个输入而产生。

在该示例中，第一输入是代表在电气线路上在电容器28上游测得的共模电流i的信号，并且第二输入是在点26和大地之间流通的输出电流Is的值，如同图5的示例。

不同于图5的示例，在这里，第三输入是由代表在电磁干扰滤波器19的一个电容器22中流通的电流的信号的值而形成。

该第三输入使用与所述电容器22串联安装的测量系统47来获取，并且它由允许前馈控制的第三子元件62进行处理。

该第三子元件62的输出然后与代表由系统45测量的输出电流Is的信号进行比较，然后所述比较的结果被接收作为第二子元件61的输入。

与之前所使用的符号相同，并且通过使用：

-Cyf2，指定图8中与测量系统47串联的电容器22的电容值，

-Cyf1，指定图8中与测量系统47并联的电容器22的电容值，以及

-Cor，指定第三子元件62的传递函数，

在存在图8的电子元件21的情况下，作为由电能源2提供的电压Vac的函数而给出共模电流的值的方程如下：

如果第三子元件62被选择为使得其传递函数采用以下值：

则在存在图8的电子元件的情况下，作为由电能源2提供的电压的函数而给出共模电流i的值的方程变为：

根据图8的电子元件21由此实施：

-开环模式控制，其具有经由第三子元件62的前馈并具有由第二子元件61所提供的增益G2以消除共模电流i，以及

-经由提供增益G1的第一子元件60的控制，使得能够消除残余误差，该残余误差与，例如，Zy、Zybat、对应于图1的阻抗6和16的和的大地阻抗的值的不准确有关联，或甚至与第三子元件62的传递函数的值的不准确有关联。

图3至图8涉及电子元件21，其在点26处注入电量，该电量是电势，也就是说，该电子元件21行为像电压源。

作为变化例，如在图9至图11中所示，电子元件21可以被配置为在点26处注入电流，该元件21行为像电流源。

因此，图9示出了图3的本发明的第一示例性实施方式的变化例，与图3的不同之处仅在于，电子元件21注入电流，而不是注入电势。

因此，图10示出了图5的本发明的第二示例性实施方式的变化例，与图5的不同之处仅在于：

-该电子元件21注入电流，而不是注入电势，以及

-该第二子元件61将第三子元件62的输出作为其唯一的输入，也就是说，产生电流Is的电子元件不将电流Is用于输入，而是注入点26上游和下游的共模电流。

因此，图11示出了图8的本发明的第三示例性实施方式的变化例，不同之处仅在于：

-该电子元件21注入电流，而不是注入电势，以及

-该第二子元件61将第三子元件62的输出作为其唯一的输入，也就是说，电流Is通过电子元件21的产生不用与此相同的电流Is作为输入，而是使用注入点26上游的共模电流和在滤波器19的电容器22中流通的电流作为输入。

图10和图11的例子中的第三子元件62使得可以实施前馈。

除了那些安装在车辆上的电路4，本发明还可以应用到其它电路4。

表述“包含一个”应理解为是指“包含至少一个”，除非另有规定。

Claims (16)

1.一种用于当电路(4)的电能存储单元与所述电路(4)外部的电能源(2)之间交换电能时减少在电路(4)的内部接地端(13)与大地之间流通的共模电流(i)的方法，

在该方法中，电子元件(21)被用来在注入点(26)处施加电量(Vs，Is)，所述注入点(26)经由至少一个阻抗(28)连接到所述电路(4)的电气线路(5)，所述电能经由所述电路(4)交换，施加的所述电量(Vs，Is)使得能够减少在电路(4)的内部接地端与大地之间流通的共模电流(i)，

其中，所述电量(Vs，Is)由该电子元件(21)根据以下的信号来施加：

-代表在电网的电能源(2)与将电气线路(5)连接到所述注入点(26)的一个或多个阻抗(28)之间的电气线路(5)上测量的共模电流(i)的信号；

-代表在所述注入点(26)和大地之间流通的电流(Is)的信号，并且，根据以下信号中的一个来施加：

-代表在所述注入点(26)和电能存储单元之间的电气线路(5)上测量的共模电流(i)的信号，或

-代表在电磁干扰滤波器(19)的电容器(22)中流通的电流的信号，所述电磁干扰滤波器(19)被布置在一个或多个阻抗(28)和电能存储单元之间。

2.如权利要求1所述的方法，其中，电气线路(5)是单相，所述电气线路(5)具有一个相位(17)和一个中性点(18)，并且其中电子元件(21)在注入点(26)施加所述电量(Vs，Is)，所述注入点(26)：

-通过插入在所述注入点(26)和所述相位(17)之间的至少一个阻抗(28)连接到电气线路(5)的相位(17)，以及

-通过插入在所述注入点(26)和所述中性点(18)之间的至少一个阻抗(28)连接到电气线路(5)的中性点(18)。

3.如权利要求1所述的方法，其中电气线路(5)是三相，并且其中电子元件(21)在注入点(26)施加所述电量(Vs，Is)，所述注入点(26)通过至少一个相应的阻抗(28)连接到电气线路(5)的每一相。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述电量(Vs，Is)由该电子元件(21)根据仅为代表在电网的电能源(2)与将电气线路(5)连接到所述注入点(26)的一个或多个阻抗(28)之间的电气线路(5)上测量的共模电流(i)的信号来施加。

5.如权利要求1所述的方法，其中，电子元件(21)包括：

-第一子元件(60)，其接收代表在电网的电能源(2)与将电气线路(5)连接到所述注入点(26)的一个或多个阻抗(28)之间的电气线路(5)上测量的共模电流(i)的信号作为输入，以及

-第二子元件(61)，其接收在所述注入点(26)和大地之间流通的电流(Is)作为输入，

每个子元件(60，61)的输出被加到一起以产生由电子元件(21)所施加的电量(Vs，Is)。

6.如权利要求1所述的方法，其中，电子元件(21)被配置为将其接收代表信号作为输入的共模电流(i)的值锁定到预定的设定点值。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述电量是施加到注入点(26)的电势并且从该电势得到施加在所述注入点(26)和大地之间的电压(Vs)。

8.如权利要求7所述的方法，所述电压(Vs)被施加在经由一个或多个阻抗(28)连接到电气线路(5)的注入点(26)与大地之间，通过施加：

-所述注入点(26)和电子元件(21)的内部接地端(13)之间的第一电压，以及

-大地和电子元件(21)的内部接地端(25)之间的第二电压，其符号与第一电压相反，

以使得第一和第二电压之间的差等于从电子元件(21)施加的所述电势得到的所述电压(Vs)。

9.如权利要求1所述的方法，其中，电子元件(21)不具有场效应晶体管。

10.如权利要求1所述的方法，其中，在电能源(2)的端子处的电压是AC电压，其频率为50Hz或60Hz。

11.如权利要求1所述的方法，其中，电子元件(21)被配置为形成仅电网频率下的共模电流的有源滤波器。

12.如权利要求1所述的方法，其中，所述电子元件(21)被配置为过滤：

-仅电网频率下的共模电流，以及

-仅该共模电流的电网频率下的前10次谐波。

13.如权利要求1所述的方法，其中，共模电流使用磁芯来在电气线路(5)上测量，围绕该磁芯卷绕有：

-电气线路(5)的每个导体，以及

-测量导体。

14.一种电子元件(21)，用于实现如权利要求1所述的方法。

15.一种电路(4)，包括：

-整流级(8)，用于整流AC输入电压，所述整流级(8)具有正输出端子(9)和负输出端子(10)，并且该电路具有由所述输出端子(9，10)中的一个形成的内部接地端(13)，

-电气线路(5)，适于连接到电网，以便允许在所述电网的电能源(2)和所述电路(4)之间交换电能，该电气线路(5)被连接到所述整流级(8)，以及

-电子元件(21)，其一方面连接到电气线路(5)并且另一方面适于连接到大地，该电子元件(21)被配置成在经由至少一个阻抗(28)连接的注入点(26)之间将电量(Vs，Is)施加到该电气线路(5)，使得当电能在所述电路(4)和所述电能源(2)之间交换时能够减少在电路的内部接地端(13)与大地之间流通的共模电流(i)，

所述电量(Vs，Is)由该电子元件(21)根据以下的信号来施加：代表在电网的电能源(2)与将电气线路(5)连接到所述注入点(26)的一个或多个阻抗(28)之间的电气线路(5)上测量的共模电流(i)的信号；代表在所述注入点(26)和大地之间流通的电流(Is)的信号；以及，代表在所述注入点(26)和电能存储单元之间的电气线路(5)上测量的共模电流(i)的信号。

16.一种电路(4)，包括：

-整流级(8)，用于整流AC输入电压，所述整流级(8)具有正输出端子(9)和负输出端子(10)，并且该电路具有由所述输出端子(9，10)中的一个形成的内部接地端(13)，

-电气线路(5)，适于连接到电网，以便允许在所述电网的电能源(2)和所述电路(4)之间交换电能，该电气线路(5)被连接到所述整流级(8)，以及

-电子元件(21)，其一方面连接到电气线路(5)并且另一方面适于连接到大地，该电子元件(21)被配置成在经由至少一个阻抗(28)连接的注入点(26)之间将电量(Vs，Is)施加到该电气线路(5)，使得当电能在所述电路(4)和所述电能源(2)之间交换时能够减少在电路的内部接地端(13)与大地之间流通的共模电流(i)，

所述电量(Vs，Is)由该电子元件(21)根据以下的信号来施加：代表在电网的电能源(2)与将电气线路(5)连接到所述注入点(26)的一个或多个阻抗(28)之间的电气线路(5)上测量的共模电流(i)的信号；代表在所述注入点(26)和大地之间流通的电流(Is)的信号；以及，代表在电磁干扰滤波器(19)的电容器(22)中流通的电流的信号，所述电磁干扰滤波器(19)被布置在一个或多个阻抗(28)和电能存储单元之间。