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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur aktiven Unterdrückung von Störsignalen, umfassend mindestens eine Hauptplatine eines Inverters, einen aktiven EMV-Filter, ein Gehäuse eines Kältemittelverdichters, wobei umgeben vom Gehäuse ein Kühlmittel angeordnet ist und wobei die Hauptplatine auf einer Oberfläche des Gehäuses angeordnet ist.
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In elektronischen Baugruppen, in welchen Schaltvorgänge mit elektrischen Spannungen beziehungsweise Strömen ausgeführt werden, kommt es infolge dieser Schaltvorgänge zu einer Erzeugung von Störungen, bedingt durch entstehende elektrische Impulse, verbunden mit einer Aussendung von Störsignalen. Diese Störungen können sich sowohl leitungsgebunden, als auch über den Freiraum, das heißt drahtlos als eine Funkwelle, ausbreiten.
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Die Fähigkeit eines technischen Geräts, andere Geräte nicht durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte zu stören oder durch andere Geräte gestört zu werden, wird als elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) bezeichnet.
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Zur Vermeidung beziehungsweise zur Minimierung der Ausbreitung derartiger Störungen ist es aus dem Stand der Technik bekannt, diese Baugruppen mit einer Filtereinheit, einem sogenannten EMV-Filter, EMC-Filter oder Netzfilter auszurüsten. Außerdem ist es bekannt, Maßnahmen zur Schirmung oder Abschirmung der elektronischen Baugruppen zu ergreifen, um eine Beeinflussung der ordnungsgemäßen Funktionsweise anderer elektronischer Baugruppen oder Geräte durch zu große Amplituden der Störsignale zu vermeiden.
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Die Größen derartiger Störsignale, welche von einem in Umlauf gebrachten Gerät einzuhalten sind, werden in den für dieses Gerät zugehörigen EMV-Normungen festgelegt und anhand von einzuhaltenden Grenzwerten und Mindestanforderungen beschrieben.
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Bekannt sind hierzu beispielsweise sogenannte ECE-Regelungen, welche einen Katalog von internationalen Vereinbarungen für einheitliche technische Vorschriften für Kraftfahrzeuge sowie für Teile und Ausrüstungsgegenstände von Kraftfahrzeugen umfassen. Mit dem Bereich der Funkentstörung beschäftigt sich beispielsweise die ECE R10, welche für zukünftige Entwicklungen zu beachten ist und welche eine weitere Verringerung der zulässigen Störabstrahlung zur Folge haben wird.
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Auch bei einem Betrieb von elektrischen Umrichtern (Invertern), die einen Elektromotor ansteuern und damit in der Amplitude große Ströme schalten, werden elektromagnetische Störabstrahlungen erzeugt. Ein derartiger Umrichter wird beispielsweise bei einer Ansteuerung eines Motors in einem Klimakompressor eines Fahrzeuges eingesetzt.
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Eine bekannte Lösung zur Unterdrückung der Störabstrahlung an elektrischen oder elektronischen Baugruppen ist der Einsatz eines passiven EMV-Filters. Derartige passive EMV-Filter werden üblicherweise mit Hilfe von passiven Bauteilen wie Kondensatoren, Spulen und Widerständen realisiert, welche in einer bekannten, geeigneten Weise miteinander verschaltet sind und somit die gewünschte Filterwirkung erzeugen.
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Ein Nachteil der passiven EMV-Filter liegt darin, dass diese Filter zur Filterung von großen Störamplituden beziehungsweise zur Einhaltung entsprechend niedriger Grenzwerte einen großen Bauraum benötigen und durch den zu betreibenden Aufwand auch teuer bei der Herstellung sind.
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Eine ebenfalls bekannte Lösung zur Unterdrückung der Störaussendung an elektrischen oder elektronischen Baugruppen ist der Einsatz eines aktiven EMV-Filters. Derartige EMV-Filter können eigenständig oder in einer Kombination mit einem passiven EMV-Filter zum Einsatz kommen. Diese Kombination aus einem aktiven EMV-Filter und einem passiven EMV-Filter ermöglicht es, die Größe der passiven Bauteile des passiven EMV-Filters drastisch zu reduzieren. Zwar erfordert eine derartige gemischte Filterlösung einen höheren Entwicklungsaufwand, bezüglich eines einzubringenden Hardware-, Berechnungs- und Simulationsaufwands, jedoch werden diese Lösungen, da sie eine gute Möglichkeit bieten, auch den kleiner werdenden Grenzwerten gerecht zu werden, immer interessanter.
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Bei einem aktiven EMV-Filter wird ein ungewolltes Aussenden von Störsignalen mittels eines aktiven Gegensteuerns gegen die Störung erreicht. Hierfür wird dem Störsignal ein in der Phasenlage um 180° gedrehtes Gegensignal überlagert. Diese Technik wird als „aktive EMV-Filterung“, active EMC filter, active-EMC Cancelation oder Nosie Cancelation bezeichnet.
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Ein weiterer, insbesondere bei hochintegrierten Baugruppen zu beachtender Aspekt, besteht darin, dass ein EMV-Filter, welcher auf einer Platine in einer Baugruppe angeordnet ist, einer räumlichen Ausdehnung bedarf, um seine Filterwirkung optimal zu entfalten. Diese Forderung ergibt sich aus der Notwendigkeit der Vermeidung von parasitären Überkopplungen zwischen den Bauteilen. Wird der Filter beispielsweise derart ausgeführt, dass der Filtereingang räumlich nah am Filterausgang platziert wird, besteht die Gefahr, dass die Störung nicht den die Amplitude bedämpfenden Weg durch den Filter nimmt, sondern durch parasitäre Effekte wie beispielsweise eine magnetische oder elektrische Kopplung vom Filtereingang ungewollt auf den Filterausgang überkoppelt. Auch dieser Forderung kann bei vorgegebenen Bauraumbeschränkungen mittels eines aktiven EMV-Filters besser entsprochen werden.
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Bei einem kombinierten EMV-Filter, bestehend aus einem passiven EMV-Filter und einem aktiven EMV-Filter, übernimmt der aktive EMV-Filter die Aufgabe der Beseitigung beziehungsweise Bedämpfung der niederfrequenten Störungen größerer Amplitude, während der passive EMV-Filter Störungen höherer Frequenzen, bei denen der aktive EMV-Filter aufgrund der Grenzfrequenz der aktiven Schaltung keine ausreichende Wirkung mehr erziehen kann, beseitigt oder zumindest in ihrer Amplitude bedämpft. Dabei wird die Grenzfrequenz des aktiven EMV-Filters üblicherweise durch die eingesetzten Transistoren und ICs bestimmt.
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Die Funktionsweise eines aktiven EMV-Filters lässt sich prinzipiell in drei Funktionsblöcke untergliedern. Der erste Funktionsblock wird durch eine Messeinheit oder einen sogenannten Detektor gebildet, welcher die auftretenden Störungen auf der Leitung der Spannungsversorgung des Inverters misst. Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass die Amplitude des zu messenden Störsignals auf einen vom Phasenschieber des EMV-Filters verarbeitbaren Pegel skaliert wird. Außerdem gibt der Detektor gemäß dem erkannten Störsignal an seinem Ausgang ein Ansteuersignal für einen nachgeschalteten Phasenschieber aus.
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Der zweite Funktionsblock des aktiven EMV-Filters ist ein Phasenschieber (Phase Schifter), welcher die Phase des vom Detektor ausgegebenen Ansteuersignals invertiert, sodass ein dem Störsignal, in der Summe über alle Baugruppen des aktiven EMV-Filters, um 180° in der Phase verschobenes Kompensationssignal erzeugt wird, mit dessen Hilfe das Störsignal nachfolgend überlagert werden kann.
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Zu diesem Zweck ist im dritten Funktionsblock ein Ausgangsverstärker angeordnet, welcher die Aufgabe hat, das Ausgangssignal des Phasenschiebers im Pegel anzuheben beziehungsweise anzupassen und dem Störsignal als Kompensationssignal zu überlagern, womit eine Kompensation der erkannten Störung erreicht wird.
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Hierbei stellt sich die Herausforderung, dass zur Unterdrückung einer Störung auf einem Hochspannungsbus mit beispielsweise 300 V oder 400 V DC eine Wechselspannung von beispielsweise 500 mV eingeprägt werden muss. Der Ausgangsverstärker muss also entsprechend den Spannungsanforderungen robust ausgeführt werden. Weiterhin sind durch den großen Spannungsabfall über dem Ausgangsverstärker und den Betrieb des Verstärkers in einem linearen Arbeitspunkt Verlustleistungen von mehreren Watt zu erwarten. Die bedingt durch die auftretende Verlustleistung entstehende Wärme im Filter muss daher durch entsprechende Maßnahmen zur Kühlung des aktiven EMV-Filters sicher abgeleitet werden.
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Aus der
JP 2007-315 269 A ist ein elektrischer Verdichter mit einem integrierten Inverter für den Einsatz in einem Fahrzeug bekannt.
Weiterhin ist aus der
DE 10 2014 205 845 A1 eine Ansteuervorrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors und ein Verfahren zur Kompensation eines Störsignals in einer Ansteuerschaltung für einen Elektromotor bekannt.
Die
US 2014/0292401 A1 offenbart eine Schaltung mit einem aktiven EMV-Filter und die
WO 2015/117843 A1 beinhaltet einen Stromrichter, der innerhalb der Umhausung zwei Faradaysche Käfige aufweist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zur aktiven Unterdrückung von Störsignalen anzugeben, mit welcher eine sichere Kompensation der EMV-Störungen erreicht wird, welche einen geringeren Bauraumbedarf aufweist, wenig Störabstrahlung generiert und kostengünstig herzustellen ist.
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Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 10 angegeben.
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Bei Wechselrichteranwendungen wiederholen sich Störungen im mittleren und unteren Frequenzbereich in einem Bereich von etwa 0,01 bis 3 MHz aufgrund der konstanten Schaltfrequenz der Pulsweitenmodulation (PWM) bei der Ansteuerung des elektrischen Umrichters. Somit ist die Wahrscheinlichkeit, dass Störungen, die einmal auftreten, häufig wieder auftreten werden, sehr hoch. Anderenfalls finden Änderungen der auftretenden Störungen sehr langsam statt, da Änderungen in den auftretenden Störungen beispielsweise durch Lastschwankungen an einem Motor, bedingt durch seine mechanische Trägheit, im Zeitbereich von Millisekunden beziehungsweise Sekunden auftreten. Die Idee hinter der aktiven Filterung ist es daher, dieses Wissen zur Steuerung des aktiven EMV-Filters zu nutzen. Diese Erkenntnis wird bei der Beseitigung des Störsignals in den Funktionsblöcken genutzt.
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Ein unter diesen Annahmen erzeugtes Kompensationssignal wird dem dritten Funktionsblock, in welchem der Ausgangsverstärker angeordnet ist, zugeführt, in seinem Pegel angepasst und dem Eingangssignal des aktiven EMV-Filters entsprechend überlagert, womit die Kompensation der erkannten Störung durchgeführt wird.
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Vorgesehen ist es, dass die Platine oder Leiterplatte, auf welcher der aktive EMV-Filter mit seinen Bauelementen angeordnet ist, an einem Gehäuse eines Kältemittelverdichters oder Kompressors angeordnet wird. Somit kann erreicht werden, dass die in oder auf der Leiterplatte des aktiven EMV-Filters erzeugte Wärme an das Gehäuse des Kältemittelverdichters oder Kompressors abgegeben wird, welches eine sogenannte Wärmesenke in Verbindung mit dem Kühlmittel des Kältemittelverdichters bildet.
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Zu diesem Zweck ist es wie im Stand der Technik üblicherweise vorgesehen, den Wärmeübergangswiderstand zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse durch bekannte Maßnahmen (Schraub- oder Klemmverbindungen, Wärmeleitpaste und andere) gering zu halten. Zusätzlich ist es auch möglich, einen geringen Wärmeübergangswiderstand zwischen einem oder mehreren Bauelementen auf der Leiterplatte und dem Gehäuse gering zu halten. Unter einem geringen Wärmeübergangswiderstand kann in der vorliegenden Erfindung ein Wert im Bereich kleiner 10 Kelvin pro Watt angesehen werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, den aktiven EMV-Filter mit seinen Bauelementen auf einer separaten Platine oder Leiterplatte anzuordnen. Somit umfasst die Anordnung des Kältemittelverdichters neben einer üblichen Hauptplatine, welche die zur Steuerung der Betriebsweise des Umrichters notwendigen Bauelemente aufnimmt, eine zweite kleinere Leiterplatte, welche nur zur Aufnahme der Bauelemente des aktiven EMV-Filters vorgesehen ist.
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Diese Teilung der Leiterplatten bietet den Vorteil, dass die wesentlich kleinere Leiterplatte des aktiven EMV-Filters in einer Vertiefung im Gehäuse des Kältemittelverdichters angeordnet werden kann. Hierfür weist das Gehäuse des Kältemittelverdichters eine Vertiefung auf, welche etwas größer als die genutzte Leiterplatte des aktiven EMV-Filters ist. Außerdem wird die Vertiefung mit einer Tiefe bereitgestellt, dass weder die Leiterplatte noch ein auf dieser Leiterplatte angeordnetes Bauelement des aktiven EMV-Filters nach dem Einbringen und Befestigen der Leiterplatte in der Vertiefung über diese herausragt.
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Somit besteht die Möglichkeit, die Vertiefung mit einem Deckel zu verschließen, ohne dass der aktive EMV-Filter die Seitenwände der Vertiefung oder den Deckel berührt beziehungsweise in einem elektrischen Kontakt steht. Der Boden der Vertiefung ist mit der Leiterplatte des EMV-Filters sowie möglicherweise auch mit einen oder mehreren Bauelementen wärmeleitend verbunden. Unter einer wärmeleitenden Verbindung wird hierbei eine elektrisch isolierte Verbindung mit einem geringen Wärmeübergangswiderstand verstanden, welche die elektrische Funktionsweise des aktiven EMV-Filters nicht beeinträchtigt.
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In einer Ausführungsform ist die Vertiefung quaderförmig ausgeführt. Alternativ kann die Vertiefung auch zylinderförmig ausgeführt werden. Die Ausführungsform der Vertiefung beeinflusst die Funktionsweise der Erfindung nicht und kann daher beispielsweise an eine zur Erzeugung genutzte Technologie angepasst werden. Möglicherweise wird die Vertiefung schon bei der Herstellung des Gehäuses des Kältemittelverdichters in einer hierfür vorgesehenen Spritzgussform hinterlegt.
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Vorgesehen ist es auch, die Vertiefung mittels eines Deckels zu verschließen. Wird sowohl für das Gehäuse des Kältemittelverdichters als auch für den Deckel ein elektrisch leitfähiges Material verwendet, so wird eine vollständige elektrische oder elektromagnetische Abschirmung der in die Vertiefung oder den entstandenen Hohlraum eingebrachten Leiterplatte des aktiven EMV-Filters erreicht.
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Das Verschließen der Vertiefung kann beispielsweise mittels eines separaten Deckels, welche aus einem leitfähigen Material wie beispielsweise Eisen, Aluminium oder Kupfer hergestellt wurde, erfolgen. Ein derartiger Deckel kann beispielsweise mittels einiger Schrauben fest mit dem Gehäuse verbunden werden, und erzeugt somit den abgeschirmten Hohlraum.
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Besonders vorteilhaft ist es, statt eines separaten Deckels die ohnehin notwendige Hauptplatine des Kältemittelverdichters zur Steuerung der Betriebsweise des Umrichters zu nutzen. Zu diesem Zweck ist es vorgesehen, dass die Hauptplatine an einer dem Gehäuse des Kältemittelverdichters zugewandten Seite, wie einer Unterseite, zumindest in einem festgelegten Bereich, welcher als Abschirmzone bezeichnet wird, eine elektrisch leitfähige Beschichtung aufweist. Eine derartige Beschichtung, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, kann entweder auf die Leiterplatte der Hauptplatine aufgebracht werden oder wenn diese bereits auf der Rohplatine vorhanden ist, beispielsweise durch ein Abdecken mit einem Fotolack oder Ätzresist, beim nachfolgenden Ätzen der Leiterplatte erhalten bleiben.
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Hierbei wird der festgelegte Bereich der leitfähigen Beschichtung der Abschirmzone derartig gewählt, dass er größer ist, als die lichten Maße der zu verschließenden Vertiefung. Hierdurch wird es möglich, beim Befestigen der Hauptplatine am Gehäuse des Kältemittelverdichters, einen elektrischen Kontakt zwischen dem Gehäuse und der leitfähigen festgelegten Abschirmzone herzustellen. Diese elektrische Verbindung bildet sich am Rand der Abschirmzone aus und erzeugt somit den abgeschirmten Hohlraum, in welchem die Platine des aktiven EMV-Filters angeordnet wird.
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Vorgesehen ist es, die Hauptplatine beispielsweise mit einer Kupferlage an der Unterseite zu versehen, welche in ihrer Größe dem festgelegten, leitfähigen Bereich der Abschirmzone entspricht, und mittels Schrauben, Passstiften, Nieten oder einer Klemm- oder Klebverbindung sicher und fest mit dem Gehäuse des Kältemittelverdichters zu verbinden.
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Besonders vorteilhaft an dieser Anordnung der Platine des aktiven EMV-Filters in der Vertiefung und somit parallel und unter der Hauptplatine ist es, dass auf der Hauptplatine nur Platz für die Anschlüsse des aktiven EMV-Filters wie Eingangs- und Ausgangsleitungen sowie möglicherweise eine Leitung zur Spannungsversorgung vorgesehen werden muss. Somit wird der auf der Hauptplatine für den aktiven EMV-Filter vorzusehende Platz drastisch reduziert.
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Neben dieser Einsparung des Bauraums für den aktiven EMV-Filter ist dieser durch die den Filter umgebende Abschirmung sehr gut von der Hauptplatine entkoppelt, womit keine störende Beeinflussung der Hauptplatine durch den aktiven EMV-Filter mehr vorhanden ist.
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Durch einen geringen Wärmeübergangswiderstand zwischen dem aktiven EMV-Filter und dem Gehäuse des Kältemittelverdichters kann die im Filter erzeugte Wärme sofort abgegeben werden und beeinflusst das Temperaturverhalten der Hauptplatine nicht.
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Die verbesserte Kühlung der Bauelemente des aktiven EMV-Filters gestattet es, kleinere und somit billigere Bauelemente bei der Realisierung des Filters auszuwählen.
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Vorgesehen ist es weiterhin, dass die thermische Anbindung der Platine des aktiven EMV-Filters oder eines oder mehrerer auf dieser Platine dieses Filters angeordneter Bauelemente mit dem Gehäuse des Kältemittelverdichters durch den Einsatz eines thermisch gut leitfähigen Materials wie einer Isolationspaste, eines thermisch leitfähigen Klebers oder eines sogenannten thermischen Interface-Materials (TIM englisch thermal interface material) verbessert wird.
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Die Platine des aktiven EMV-Filters kann als eine ein oder mehrlagige Leiterplatte ausgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz einer sogenannten IMS-Platine (IMS englisch insulated metal Substrat) als Leiterplatte für den aktiven EMV-Filter, welche als Basismaterial Aluminium als Träger für die Kupferbahnen verwendet. Derartige IMS-Platinen ermöglichen durch ihren Aluminium-Träger eine besonders gute Ableitung der auf diesen Platinen entstehenden Wärme.
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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen somit:
- - in einer Reduzierung des benötigten Bauraums gegenüber einer rein passiven Ausführung des EMV-Filters,
- - in einer Gewichtsreduktion,
- - in einer Kostenreduktion,
- - in einer Verbesserung der Filterwirkung durch Abschirmung des aktiven EMV-Filters gegenüber der Inverterplatine/ Hauptplatine sowie
- - in einer Erhöhung der zulässigen Leistungsdichte durch aktive Kühlung der Bauteile der aktiven EMV-Filterplatine durch das vom Kühlmittel durchströmte Gehäuse.
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Der Einsatz der vorliegenden Erfindung ist besonders im Bereich der Unterdrückung von Störsignalen bei Invertern in elektrischen Kältemittelverdichtern im Bereich der Elektro- und Hybridfahrzeuge vorgesehen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
- 1: ein Blockschaltbild einer EMV-Filter-Inverter-Anordnung aus dem Stand der Technik,
- 2: ein Blockschaltbild einer EMV-Filter-Inverter-Anordnung aus dem Stand der Technik mit einer Aufteilung des Filters in einen passiven und einen aktiven EMV-Filterteil,
- 3: ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen aktiven Filters mit seinen drei Funktionsblöcken und
- 4: eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung des aktiven EMV-Filters im Gehäuse eines Kältemittelverdichters.
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In der 1 ist ein Blockschaltbild einer Anordnung zur aktiven Unterdrückung von Störsignalen 1 aus dem Stand der Technik, auch als EMV-Filter-Inverter-Anordnung bekannt, gezeigt. Die Anordnung 1 zeigt einen Inverter 2, welcher die zum Betrieb eines nicht dargestellten Elektromotors beispielsweise eines Kältemittelverdichters benötigten elektrischen Steuersignale erzeugt, sowie einen dem Inverter 2 vorgeschalteten passiven EMV-Filter 3 aus dem Stand der Technik.
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Der EMV-Filter 3 ist zur Unterdrückung der Störabstrahlung der elektronischen Baugruppe des Inverters 2 vorgesehen und wird beispielsweise mit Hilfe von passiven Bauteilen, wie Kondensatoren, Spulen und Widerständen, realisiert, welche in einer bekannten, geeigneten Weise miteinander verschaltet sind. An den Eingangsanschlüssen des passiven EMV-Filters 3, welche mit HV+ und HV- bezeichnet sind, ist beispielsweise eine eingangsseitige Hochvoltspannung in einem Bereich von 300 V oder 400 V angelegt.
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In der 2 ist ein Blockschaltbild einer Anordnung zur aktiven Unterdrückung von Störsignalen 1 aus dem Stand der Technik gezeigt, welche einen in zwei Filterkomponenten aufgeteilten EMV-Filter aufweist.
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Dem in der 2 dargestellten Inverter 2 ist in einer Kettenschaltung ein aktiver EMV-Filter 4 sowie ein passiver EMV-Filter 3 vorgeschaltet. Hierbei ist es vorgesehen, dass der aktive EMV-Filter 4 die niederfrequenten Störungen, welche auch größere Amplituden aufweisen können, und der passive EMV-Filter 3 die hochfrequenten Störungen bedämpfen oder beseitigen soll. Diese Aufteilung der Filter bietet eine verbesserte Möglichkeit zur Unterdrückung von Störsignalen. Der Einsatz eines passiven EMV-Filters 3 ist notwendig, da die Grenzfrequenz des aktiven EMV-Filters 4, bedingt durch die Grenzfrequenzen der eingesetzten Halbleiterschalter wie Transistoren, unter Umständen nicht hoch genug liegt, um eine wirkungsvolle Unterdrückung der Störsignale im gesamten notwendigen Frequenzspektrum bereitzustellen.
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In der 3 ist eine Anordnung 1 zur aktiven Unterdrückung von Störsignalen mit einem drei Funktionseinheiten 5, 6 ,7 umfassenden erfindungsgemäßen aktiven Filter 4 dargestellt.
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Der aktive EMV-Filter 4 umfasst in einem ersten Funktionsblock einen Detektor 5, welcher das Störsignal 8 detektiert, sowie in einem zweiten Funktionsblock einen Phasenschieber 6, welcher das vom Detektor 5 aufgrund des detektierten Störsignals 8 bereitgestellte Ausgangssignal in seiner Phasenlage um 180 Grad verschiebt und somit invertiert. Weiterhin ist in einer dritten Funktionseinheit ein Ausgangsverstärker 7 gezeigt, welcher das vom Phasenschieber 6 phasenverschobene Signal in seiner Amplitude bedarfsgerecht anpasst und als ein Kompensationssignal 9 an seinen Ausgängen Amp_Out- und Amp_Out+ ausgibt.
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Das vom Ausgangsverstärker 7 ausgegebene Kompensationssignal 9 wird somit dem erkannten Störsignal 8 invertiert überlagert. Bei einer exakten Übereinstimmung der Phasenlagen des Störsignals 8 mit dem invertierten Kompensationssignal 9 und einer überstimmenden Größe der Amplituden der Signale 8 und 9 kommt es zu einer Unterdrückung der erkannten Störung an den Klemmen HV+ und HV- der Anordnung 1 zur aktiven Unterdrückung von Störsignalen.
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Der Detektor 5 sowie der Phasenschieber 6 können beispielsweise mittels bekannter Operationsverstärkerschaltungen (OPV) realisiert werden und sind thermisch nicht kritisch, da die zu verarbeitenden Signalamplituden klein sind. Zum Einsatz kommen können beispielsweise OPV-Bausteine wie der OPA365 oder OPA552.
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Der Ausgangsverstärker 7 kann als eine Gegentaktstufe ausgeführt werden. Da der Ausgangsverstärker 7 spannungsfest im Bereich der Hochvoltspannung des HV-Busses in einem Bereich bis zu 600 V ausgeführt werden muss und in einem linearen Arbeitsbereich betrieben wird, ist eine entsprechend hohe Verlustleistung zu erwarten. Somit sind entsprechende Kühlungsmaßnahmen zu ergreifen.
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Dem in der 3 gezeigten aktiven EMV-Filter 4 kann ein nicht dargestellter passiver EMV-Filter 3 vorgeschaltet werden, wie dies bereits in der 2 gezeigt wurde.
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In der 4 ist eine erfindungsgemäße Anordnung 1 mit einem aktiven EMV-Filter 4 im Gehäuse 10 eines Kältemittelverdichters gezeigt. Innerhalb des Gehäuses 10 des Kältemittelverdichters ist ein Kühlmittel 11 dargestellt, welches bei der Kälteerzeugung in der Anordnung zur Anwendung kommt und vom Gehäuse 10 umschlossen wird.
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Im oberen Bereich des Gehäuses 10 ist eine Hauptplatine 12 zur Aufnahme der Bauelemente des Inverters 2 dargestellt. Auf dieser beispielsweise mehrlagigen Hauptplatine 12 oder Leiterplatte sind drei Leistungshalbleiter 13 dargestellt, welche beispielsweise als Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT englisch insulated-gate bipolar transistor) ausgeführt sind. Diese Leistungshalbleiter 13 sind direkt mit dem Gehäuse 10 des Kältemittelverdichters über ein nicht dargestelltes thermisches Interface-Material wärmeleitend verbunden und werden somit gut gekühlt.
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In der 4 ist in einem Bereich links von den Leistungshalbleitern 13 im Gehäuse 10 eine Vertiefung 14 eingebracht. Diese Vertiefung 14 ist derart gestaltet, dass sie eine Platine 15 oder Leiterplatte, auf welcher die für den aktiven EMV-Filter 4 benötigten Bauelemente angeordnet sind, aufnehmen kann. Diese Platine 15 wird ebenfalls mit dem Gehäuse 10 des Kältemittelverdichters wärmeleitend verbunden. Diese Verbindung kann beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Schraub- oder Klemmverbindung erfolgen. Alternativ kann ein thermisch leitfähiger Kleber zum Einsatz kommen. Ebenso kann ein thermisches Interface-Material (TIM), wie eine Isolationspaste oder eine Folie, zur Verbesserung beziehungsweise Verringerung eines Wärmeübergangswiderstands zwischen der Platine 15 und dem Gehäuse 10 in einer Wärmeübergangsschicht 19 zum Einsatz kommen.
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Die Befestigung der Hauptplatine 12 erfolgt im Beispiel der 4 mittels Schrauben 16 am Gehäuse 10. Nach der Befestigung der Hauptplatine 12 wird ein Hohlraum 14 ausgebildet, in welchem die Platine 15 des aktiven EMV-Filters 4 angeordnet ist. Die eingangsseitigen und ausgangsseitigen elektrischen Anschlüsse 17 für den aktiven EMV-Filter 4 können durch die Hauptplatine 12 hindurchgeführt und mit dieser verbunden werden. Die Zufuhr einer Spannungsversorgung für die Platine des aktiven EMV-Filters ist in analoger Weise vorgesehen.
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Zur Abschirmung des aktiven EMV-Filters 4 ist es vorgesehen, an der Unterseite der Hauptplatine 12 eine Abschirmzone 18 beispielsweise in der Form einer Kupferschicht auf der Leiterplatte der Hauptplatine 12 anzuordnen. Diese Abschirmzone 18 wird in ihrer Erstreckung, also sowohl in der Länge als auch in der Breite, größer als die Öffnung der Vertiefung 14 ausgeführt und stellt somit eine elektrisch leitende Verbindung zum Gehäuse 10 her, wenn die Hauptplatine 12 an das Gehäuse 10 angeschraubt wird. Derart ist der aktive EMV-Filter 4 vollständig abgeschirmt, womit Störabstrahlungen des Filters auf die Hauptplatine 12 und andere Baugruppen unterbunden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung zur aktiven Unterdrückung von Störsignalen
- 2
- Inverter/Umrichter
- 3
- passiver EMV-Filter
- 4
- aktiver EMV-Filter
- 5
- Detektor (erste Funktionseinheit)
- 6
- Phasenschieber (zweite Funktionseinheit)
- 7
- Ausgangsverstärker (dritte Funktionseinheit)
- 8
- Störsignal
- 9
- Kompensationssignal
- 10
- Gehäuse
- 11
- Kühlmittel
- 12
- Hauptplatine des Inverters
- 13
- Leistungshalbleiter (IGBT)
- 14
- Vertiefung/Hohlraum
- 15
- Platine für aktiven EMV-Filter
- 16
- Schraube
- 17
- elektrische Anschlüsse für aktiven EMV-Filter
- 18
- Abschirmzone
- 19
- Wärmeübergangsschicht, Wärmeleitschicht
