DE102017222106A1

DE102017222106A1 - Elektronikmodul und fahrzeug mit diesem

Info

Publication number: DE102017222106A1
Application number: DE102017222106.2A
Authority: DE
Inventors: Seung hyun HAN; Jongpil Kim; Yongoh Choi; Wongyu Seol; Se-Kyo Chung
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp; Industry Academic Cooperation Foundation of GNU
Current assignee: Hyundai Motor Co; Industry Academic Cooperation Foundation of GNU; Kia Corp
Priority date: 2017-07-19
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2019-01-24
Also published as: US10653050B2; CN109286308B; US20190029148A1; KR20190009495A; KR102338574B1; CN109286308A

Abstract

Ein Fahrzeugelektronikmodul wird vorgesehen. Das Fahrzeugelektronikmodul weist eine reduzierte Größe und eine verbesserte Produktivität durch Ersetzung eines Sensors und einer Offseteinheit eines Filtermoduls für elektromagnetische Störung (EMI) durch eine gedruckte Schaltungsplatine (PCB) mit einem Wicklungsaufbau auf. Das Elektronikmodul umfasst einen Sensor, der EMI Rauschen einer Energieleitung detektiert, und eine Offseteinheit, die eine Offsetspannung zum Entfernen des EMI Rauschens an die Energieleitung überträgt. Ein Controller ist konfiguriert, um die Offsetspannung zu erzeugen, die dem EMI Rauschen entspricht, welches von dem Sensor erfasst wird. Der Sensor und die Offseteinheit sind in einem aufgestapelten Aufbau der PCB ausgebildet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeugelektronikmodul und ein Fahrzeug mit diesem, und insbesondere eine Technik zum Entfernen einer elektromagnetischen Störung (EMI), die in einem Fahrzeug erzeugt wird.
BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN SACHSTANDES
Da ein Leistungswandler für ein elektrisches Fahrzeug (zum Beispiel ein Wandler, ein langsames Ladegerät und dergleichen) ein Hochgeschwindigkeit-Schaltverfahren zum Erzeugen eines gewünschten Typs von Spannung verwendet, ist ein EMI Filter zum Reduzieren von Rauschen, das als Folge von Änderungen in der Spannung und dem Strom erzeugt wird, wichtig. Ein herkömmliches EMI Filter verwendet passive Komponenten einschließlich einer stromkompensierte (Common Mode; CM) Drossel, einem Y-Kondensator und einem X-Kondensator. In einem passiven EMI Filter werden die CM Drossel und der Y-Kondensator verwendet, um CM Rauschen zu reduzieren, und die CM Rauschreduktion ist ein wichtiger Faktor bei dem Entwurf eines Netzfilters. Die CM Drossel verwendet einen Kern eines Ringtyps. Da die CM Drossel einen Kern mit hoher Qualität benötigt, um eine hohe Dämpfungsrate zu erreichen, werden die Größe und der Preis der CM Drossel erhöht. Da zusätzlich die Wicklung manuell zusammengebaut wird, besteht eine Beschränkung hinsichtlich der Gleichförmigkeitseigenschaften und der Massenproduktivität. Obwohl eine hohe Dämpfung durch Erhöhung der Kapazität des Y-Kondensators implementiert werden kann, kann ein Leckstrom des Y-Kondensators demzufolge erhöht werden, wenn die Kapazität erhöht wird, und somit besteht eine Einschränkung hinsichtlich der Verwendung der Kapazität.
Forschungen und Entwicklungen für ein aktives EMI Filter sind durchgeführt worden, um die Beschränkung hinsichtlich des passiven EMI Filters zu beseitigen. Ein aktives EMI Filter, welches eine Spannung oder einen Strom eines CM Rauschens in einer Netzleitung erfasst, um das Rauschen aktiv zu beseitigen, umfasst eine Rauscherfassungsschaltung, eine Offset-Schaltung und eine Steuerschaltung. Die Erfassungsschaltung und die Offsetschaltung, die in einem aktiven EMI Filter verwendet werden, können eine CM (Common Mode) Drossel und einen Kondensator verwenden, und das aktive EMI Filter kann in ein Filter des Spannungserfassung-Spannungs-Offset-Typs, in ein Filter des Spannungserfassung-Strom-Offset-Typs, in ein Filter eines Stromerfassung-Spannung-Offset-Typs, und in ein Filter eines Stromerfassung-Strom-Offset-Typs auf Grundlage der Topologie klassifiziert werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die folgende Beschreibung des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung lediglich für den Zweck eines besseren Verständnisses des Hintergrunds der vorliegenden Offenbarung gedacht ist, und nicht als ein Zugeständnis angesehen werden sollte, dass der Stand der Technik für einen Durchschnittsfachmann in dem technischen Gebiet bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Fahrzeugelektronikmodul mit einer variable Größe bereit, die hinsichtlich der Produktivität überlegen ist, indem ein Offset-Teil eines aktiven EMI Filtermoduls durch eine Wicklungsstruktur einer gedruckten Schaltungsplatine (PCB) ersetzt wird, und ein Fahrzeug mit diesem.
In einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Elektronikmodul einen Sensor, der konfiguriert ist, um ein Gleichtakt(Common Mode)-Rauschen einer elektromagnetischen Störung (EMI) einer Netzleitung zu detektieren, eine Offseteinheit, die konfiguriert ist, um eine Offsetspannung zum Entfernen des EMI Rauschens an die Netzleitung zu übertragen, und einen Controller, der konfiguriert ist, um die Offsetspannung zu erzeugen, die dem EMI Rauschen entspricht, und das von dem Sensor detektiert wird. Der Sensor und die Offseteinheit können in einem Stapelaufbau von wenigstens einer PCB gebildet sein.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Offseteinheit eine erste Wicklung, die konfiguriert ist, um die von dem Controller erzeugte Offsetspannung zu empfangen, eine zweite Wicklung, die konfiguriert ist, um die Offsetspannung zu transformieren und die transformierte Spannung an die Netzleitung zu führen, und einen Kern, der konfiguriert ist, um die erste Wicklung und die zweite Wicklung elektrisch zu verbinden, umfassen. Die Offseteinheit kann eine erste PCB, die die erste Wicklung bildet, eine zweite PCB, die die zweite Wicklung bildet, und eine dritte PCB, die den Kern bildet, umfassen.
Der Controller kann einen Operationsverstärker und einen Transistor umfassen. Der Controller kann einen Widerstand umfassen und kann konfiguriert sein, um die Offsetspannung, die dem EMI Rauschen entspricht, auf Grundlage des Widerstands zu erzeugen. Der Controller kann auf der PCB zusammen mit der ersten Wicklung oder der zweiten Wicklung angeordnet sein.
In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann ein Verdrahtungsaufbau auf der PCB auf Grundlage eines Umdrehungsverhältnisses der Offseteinheit gebildet sein. Die PCB umfasst einen Apertur-Aufbau (Öffnungsaufbau), der die PCB mit einer zweiten PCB elektrisch verbindet. Das Elektronikmodul kann ferner eine passive Komponente umfassen, die konfiguriert ist, um das EMI Rauschen zu entfernen.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Fahrzeug eine Energiequelle, die konfiguriert ist, um an ein Fahrzeug Energie zu liefern, eine Netzleitung, die konfiguriert ist, um die von der Energiequelle an das Fahrzeug gelieferte Energie zu übertragen, einen Sensor, der konfiguriert ist, um Rauschen einer elektromagnetischen Störung (EMI) der Netzleitung zu detektieren, eine Offseteinheit, die konfiguriert ist, um eine Offsetspannung zum Entfernen des EMI Rauschens an die Netzleitung zu übertragen, und einen Controller, der konfiguriert ist, um die Offsetspannung zu erzeugen, die dem EMI Rauschen entspricht, ich es von dem Sensor detektiert wird, umfassen. Der Sensor und die Offseteinheit können in einem Stapelaufbau der PCB gebildet sein.
Die Offseteinheit kann eine erste Wicklung, die konfiguriert ist, um die von dem Controller erzeugte Offsetspannung zu empfangen, eine zweite Wicklung, die konfiguriert ist, um die Offsetspannung zu transformieren und die transformierte Spannung an die Netzleitung zu liefern, und einen Kern, der konfiguriert ist, um die erste Wicklung und die zweite Wicklung elektrisch zu verbinden, umfassen. Die Offseteinheit kann eine erste PCB, die die erste Wicklung bildet, eine zweite PCB, die die zweite Wicklung bildet, und eine dritte PCB, die den Kern bildet, umfassen.
Der Controller kann einen Operationsverstärker und einen Transistor umfassen. Der Controller kann einen Widerstand umfassen, der konfiguriert ist, um die Offsetspannung, die dem EMI Rauschen entspricht, auf Grundlage des Widerstands zu erzeugen. Der Controller kann auf einer PCB zusammen mit der ersten Wicklung oder der zweiten Wicklung angeordnet sein.
Ein Verdrahtungsaufbau kann auf der PCB auf Grundlage eines Umdrehungsverhältnisses der Offseteinheit gebildet sein. Die PCB kann einen Apertur-Aufbau umfassen, der konfiguriert ist, um die PCB mit einer zweiten PCB elektrisch zu verbinden. Das Fahrzeug kann ferner eine passive Komponente umfassen, die konfiguriert ist, um das EMI Rauschen zu entfernen.
Figurenliste
Diese und andere Aspekte der Offenbarung ergeben sich näher aus der folgenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und können daraus leichter gewürdigt werden. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine beispielhafte Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild eines Fahrzeugs in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 ein beispielhaftes Steuerblockdiagramm, welches ein Fahrzeugelektronikmodul in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
3 ein beispielhaftes Steuerblockdiagramm, welches das Fahrzeug in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
4 ein beispielhaftes Schaltbild in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
5A und 5B beispielhafte Schaltbilder in Übereinstimmung mit einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6A und 6B beispielhafte Ansichten zum Beschreiben eines Betriebs einer Offseteinheit in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
7A und 7B beispielhafte Ansichten, die das Fahrzeugelektronikmodul in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen;
8A bis 8E beispielhafte Explosionsansichten, die das Fahrzeugelektronikmodul in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen; und
9A bis 9C beispielhafte grafische Darstellungen, die Rauschreduktionsergebnisse in Übereinstimmung mit einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es sei darauf hingewiesen, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „fahrzeuggebunden“ oder ähnliche Begriffe, die hier verwendet werden, Motorfahrzeuge im allgemeinen einschließen, wie beispielsweise Personenautomobile mit Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, LKWs, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen, und hybride Fahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, plug-in hybride elektrische Fahrzeuge, mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge mit alternativen Brennstoff (zum Beispiel Brennstoffen, die von anderen Ressourcen außer Öl abgeleitet werden). Wie hier verwendet ist ein hybrides Fahrzeug ein Fahrzeug, welches zwei oder mehr Energiequellen aufweist, zum Beispiel Fahrzeuge mit sowohl einem Benzinantrieb als auch einem elektrischen Antrieb.
Die hier verwendete Technologie dient dem Zweck einer Beschreibung von lediglich besonderen Ausführungsformen und es ist nicht beabsichtigt, dass sie die Offenbarung beschränkt. Wie hier verwendet ist beabsichtigt, dass die Singularformen „einer“, „eines“ und „der“ genauso die Pluralformen umfassen, außer wenn der Kontext dies deutlich anders vorgibt. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit von angegebenen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Betriebsvorgängen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, aber die Anwesenheit oder die Hinzufügung von ein oder mehreren anderen Merkmalen, zahlen, Schritten, Betriebsvorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen. Wie hier verwendet umfasst der Begriff „und/oder“ jegliche oder alle Kombinationen von ein oder mehreren der zugehörigen angegebenen Einzelteile. Um zum Beispiel die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung deutlich zu machen, werden unwesentliche Teile nicht gezeigt, und die Dicken von Schichten und Bereichen sind zur Übersichtlichkeit übertrieben gezeichnet. Wenn ferner angegeben ist, dass eine Schicht „auf“ einer anderen Schicht oder einem Substrat ist, dann kann die Schicht direkt auf einer anderen Schicht oder einem anderen Substrat sein oder eine dritte Schicht kann dazwischen angeordnet sein.
Obwohl eine beispielhafte Ausführungsform so beschrieben ist, dass sie eine Vielzahl von Einheiten verwendet, um den beispielhaften Prozess auszuführen, sei drauf hingewiesen, dass die beispielhaften Prozesse auch von ein oder einer Vielzahl von Modulen ausgeführt werden können. Zusätzlich sei drauf hingewiesen, dass der Begriff Controller/Steuereinheit sich auf eine Hardwareeinrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor umfassen. Der Speicher ist konfiguriert, um die Module zu speichern und der Prozessor ist spezifisch konfiguriert, um die Module auszuführen, um ein oder mehrere Prozesse, die nachstehend näher beschrieben werden, auszuführen.
Außer wenn dies spezifisch angegeben ist oder sich aus dem Kontext ergibt, so wie er hier verwendet wird, bedeutet der Begriff „ungefähr“ als innerhalb eines Bereichs einer normalen Toleranz in dem technischen Gebiet, zum Beispiel innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittelwerts. „Ungefähr“ lässt sich als innerhalb von 10 %, 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 %, 0,5 %, 0,1 %, 0,05 % oder 0,01 % des angegebenen Werts verstehen. Außer wenn sich dies deutlich aus dem Kontext ergibt werden sämtliche numerischen Werte, die hier vorgestellt werden, mit dem Begriff „ungefähr“ modifiziert.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen überall in der Beschreibung gleiche Elemente. Die Beschreibung beschreibt nicht sämtliche Elemente der beispielhaften Ausführungsformen, und der allgemeine Inhalt des verwandten Standes der Technik und der wiederholte Inhalt in den beispielhaften Ausführungsformen wird weggelassen. Komponenten, die mit den Begriffen „Einheit“, „Modul“, „Element“, und „Block“ bezeichnet werden, so wie sie in der Beschreibung verwendet werden, können durch Hardware oder Software implementiert werden. Es ist auch möglich, dass eine Vielzahl von Einheiten, Modulen, Elementen und Blöcken als eine Komponente implementiert werden, oder dass eine Einheit, ein Modul, ein Element oder ein Block eine Vielzahl von Elementen in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen umfasst.
Es sei drauf hingewiesen, dass dann, wenn von einem Element ausgesagt wird, dass es mit einem anderen Element „verbunden“ ist, es direkt verbunden sein kann oder über ein anderes Element indirekt verbunden sein kann. Die indirekte Verbindung umfasst eine Verbindung über ein drahtloses Kommunikationsnetz. Wenn zusätzlich ein Teil irgendwelche Elemente „enthält“, bedeutet das nicht, außer wenn dies explizit anders beschrieben wird, dass andere Elemente ausgeschlossen sind, aber derartige Elemente können weiter enthalten sein. Begriffe wie „erster“, „zweiter“ etc. werden für eine Unterscheidung von einer Komponente von einer anderen verwendet, und der Schutzumfang wird durch derartige Begriffe nicht beschränkt. Die Bezugszeichen, die in den Schritten verwendet werden, werden zur einfacheren Illustration verwendet und beschränkten die Reihenfolge der Schritte nicht, sondern die Schritte können in irgendeiner Reihenfolge ausgeführt werden, außer wenn die Reihenfolge spezifisch angegeben ist.
Nachstehend werden das Betriebsprinzip und die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine beispielhafte perspektivische Ansicht, die schematisch ein äußeres Erscheinungsbild eines Fahrzeugs in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform darstellt. Bezugnehmend auf 1 kann ein Fahrzeug 1 eine Fahrzeugkarosserie 10 umfassen, die das äußere Erscheinungsbild definiert, und kann Räder zwölf und 13 umfassen, die konfiguriert sind, um das Fahrzeug 1 zu bewegen. Die Fahrzeugkarosserie 10 kann eine Motorhaube 11a, die verschiedene Einrichtungen schützt, die zum Antrieb des Fahrzeugs 1 benötigt werden, wie beispielsweise eine Maschine, eine Dachplatte 11b, die einen Innenraum bildet, einen Kofferraumdeckel 11c, der einen Gepäckraum bildet, vordere Stoßstangen 11d, die auf den Seiten des Fahrzeugs 1 angeordnet sind, und Kotflügel 11e umfassen. Zusätzlich sind eine Vielzahl von Türen 15, die gelenkig mit der Fahrzeugkarosserie 10 gekoppelt sind, auf den Seiten der Fahrzeugkarosserie 10 angeordnet.
Ein vorderes Fenster 19a kann zwischen der Motorhaube 11a und der Dachplatte 11b angeordnet sein, um ein Sichtfeld vor dem Fahrzeug 1 bereitzustellen, und ein hinteres Fenster 19b kann zwischen der Dachplatte 11b und dem Kofferraumdeckel 11c angeordnet sein, um das Sichtfeld in der Richtung rückwärts hinter dem Fahrzeug bereitzustellen. Zusätzlich kann ein Seitenfenster 19c auf einer oberen Seite der Tür 15 angeordnet sein, um das Sichtfeld in einer lateralen Richtung bereitzustellen. Zusätzlich können Scheinwerfer 15, die eine Erleuchtung in einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 bereitstellen, auf der Vorderseite des Fahrzeugs 1 angeordnet sein. Ferner können Blinker, die die Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 anzeigen, auf der Vorderseite und Rückseite des Fahrzeugs zur Vereins angeordnet sein. Das Fahrzeug 1 kann die Fahrtrichtung durch Ein- und Ausschalten der Blinkerlampe 16 anzeigen. Zusätzlich können Rücklichter 17 auf der Rückseite des Fahrzeugs eins angeordnet sein. Die Rückleuchte 17, die auf der Rückseite des Fahrzeugs eins angeordnet ist, kann einen Schaltungszustand des Fahrzeugs 1, einen Bremsbetriebszustand und dergleichen anzeigen.
Wenigstens ein Fahrzeugelektronikmodul 100 kann in dem Innenraum des Fahrzeugs zur Vereins angeordnet sein. Das Fahrzeugelektronikmodul 100 kann konfiguriert sein, um eine elektrische Steuerung auszuführen, die sich auf einen Betrieb des Fahrzeugs 1 bezieht. Das Fahrzeugelektronikmodul 100 kann ein einer vorgegebenen Position innerhalb des Fahrzeugs 1 gemäß der Auswahl des Konstrukteurs installiert werden. Zum Beispiel kann ein Fahrzeugcontroller 102 zwischen einem Motorraum und einem Armaturenbrett angeordnet sein, oder kann innerhalb einer Mittelkonsole oder in einem Kofferraum vorgesehen sein. Das Fahrzeugelektronikmodul 100 kann wenigstens einem Prozessor umfassen, der konfiguriert ist, um ein elektrisches Signal zu empfangen, das empfangene elektrische Signal zu verarbeiten und das Verarbeitungsergebnis auszugeben. Der Prozessor kann mit einem Halbleiterchip und diesbezüglichen Komponenten implementiert werden. Halbleiterchip und die diesbezüglichen Komponenten können auf einer gedruckten Schaltungsplatine (PCB) innerhalb des Fahrzeugs 1 angeordnet sein.
2 ist ein beispielhaftes Steuerblockdiagramm, welches ein Fahrzeugelektronikmodul 100 in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. Bezugnehmend auf 2 kann das Fahrzeugelektronikmodul 100 einen Sensor 101, einen Controller 102 und eine Offseteinheit 103 umfassen. Der Sensor 101 kann konfiguriert sein, um eine Spannung einer Common Mode (Gleichtakt) elektromagnetischen Störung (CM EMI) einer Netzleitung zu messen. Das EMI Rauschen bezieht sich auf eine Störung, die erzeugt wird, wenn ein elektromagnetisches Wellensignal durch eine elektromagnetische Störung beeinträchtigt wird. Der Sensor 101 kann ein Hochpassfilter sein. Zusätzlich kann der Sensor 101 eine passive Komponente umfassen, die eine CM Drossel oder ein Kondensator sein kann. Der Sensor 101 kann konfiguriert sein, um eine EMI Rauschspannung zu erfassen bzw. zu detektieren und das Detektionsergebnis an den Controller 102 zu übertragen. Die Offseteinheit 103 kann konfiguriert sein, um eine Offsetspannung an die Netzleitung zu übertragen, um EMI Rauschen zu entfernen. Die Offsetspannung kann konfiguriert sein, um das EMI Rauschen zu entfernen, und bezieht sich auf eine Spannung, die die gleiche Größe wie das EMI Rauschen und eine entgegengesetzte Polarität zu der Polarität des EMI Rauschens aufweist.
Der Sensor 101 und die Offseteinheit 103 können eine erste Wicklung, eine zweite Wicklung und einen Kern umfassen. Der Sensor 101 und die Offseteinheit 103 weisen Eigenschaften eines Transformators auf. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Sensor 101 und die Offseteinheit 103 in einem Stapelaufbau von PCBs gebildet werden. Durch Ausbildung des Sensors 101 und der Offseteinheit 103 in einem Stapelaufbau kann das Fahrzeugelektronikmodul 100 mit konsistenten Betriebseigenschaften hergestellt werden. Da zusätzlich der Sensor 101 und die Offseteinheit 103 in der PCB gebildet sind, kann das Fahrzeugelektronikmodul 100 in einer reduzierten Größe ausgebildet werden. Ferner kann die PCB, die den Sensor 101 und die Offseteinheit 103 bildet, auf Grundlage eines erforderlichen Induktivitätswerts und eines Wicklungsverhältnisses hergestellt werden. Die Einzelheiten hinsichtlich des erforderlichen Induktivitätswerts und des Wicklungsverhältnisses werden nachstehend beschrieben.
Der Controller 102 kann konfiguriert sein, um eine Offsetspannung entsprechend zu einem EMI Rauschen, das von dem Sensor 101 erfasst wird, zu erzeugen. Der Controller 102 kann konfiguriert sein, um die Offsetspannung auszugeben, um das EMI Rauschen zu entfernen, das von dem Sensor 101 erfasst wird. Der Controller 102 kann einen Operationsverstärker (Op-Amp) und einen Transistor umfassen. Zusätzlich kann der Controller 102 wenigstens einen Widerstand umfassen, und ein Benutzer kann den Widerstand einstellen, um die Offsetspannung auszugeben. Ferner kann der Controller 102 auf einer PCB angeordnet sein. Der Controller 102 kann zusammen mit der Offseteinheit 103, die voranstehend beschrieben wurde, auf einer PCB angeordnet werden. Obwohl das in 2 gezeigte Fahrzeugelektronikmodul mit einem Beispiel eines Netzleitungsrauschens eines langsamen Ladegeräts beschrieben worden ist, kann das Fahrzeugelektronikmodul zu dem für einen Umrichter, einen Wandler und dergleichen von verschiedenen Fahrzeugen verwendet werden. Ferner kann ein Elektronikmodul auf verschiedene elektronische Produkte außer das Fahrzeug angewendet werden.
3 ist ein beispielhaftes Steuerblockdiagramm, welches das Fahrzeug in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. Bezugnehmend auf 3 kann das Fahrzeug das in 2 gezeigte Fahrzeugelektronikmodul 100 umfassen und kann eine Energiequelle 201 und eine Energieleitung (Netzleitung) 202 umfassen. Die Energiequelle 201 kann konfiguriert sein, um an das Fahrzeug Energie zu liefern. Allgemein kann die Energiequelle 201 der Standard von 220 V und 60 Hz sein, aber die beispielhafte Ausführungsformen ist nicht darauf beschränkt. Die Energiequelle 201 kann konfiguriert sein, um an das Fahrzeug über die Netzleitung 202 elektrische Energie zuzuführen. Wie voranstehend beschrieben kann das Fahrzeugelektronikmodul 100 konfiguriert sein, um EMI Rauschen der Netzleitung 202 zu messen, und kann konfiguriert sein, um eine Offsetspannung zum Entfernen des EMI Rauschens zu erzeugen und auszugeben. Obwohl in 3 nicht dargestellt kann eine Schaltung, die in der Lage ist Rauschkomponenten unter Verwendung von passiven Komponenten (zum Beispiel einer Spule und einem Kondensator) zu entfernen, in der Energiequelle 201 angeordnet sein. Die Einzelheiten davon werden nachstehend beschrieben.
Wenigstens eine Komponente kann auf Grundlage der Betriebseigenschaften der Komponenten, die in 2 und 3 gezeigt sind, hinzugefügt oder entfernt werden. Zusätzlich sei darauf hingewiesen, dass Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet leicht verstehen werden, dass relative Positionen der Komponenten auf Grundlage der Betriebseigenschaften oder des Aufbaus des Systems verändert werden können.
4 ist ein beispielhaftes Schaltbild in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Bezugnehmend auf 4 sind die Energiequelle 201, die Netzleitung 202, passive Komponenten und das Fahrzeugelektronikmodul 100 in 4 dargestellt. Die Energiequelle 201 kann konfiguriert sein, um über die Netzleitung 202 elektrische Energie an das Fahrzeug zuzuführen. Das Fahrzeugelektronikmodul 100 kann die Offseteinheit 103, den Controller 102, und den Sensor 101 umfassen. EMI Rauschen kann erzeugt werden, wenn die Energiequelle 201 über die Netzleitung 202 elektrische Energie zuführt. Das EMI Rauschen kann durch den Sensor 101 gemessen werden. Sensor 101 kann Eigenschaften eines Hochpassfilters aufweisen. Der Sensor 101 kann eine CM Drossel oder einen Kondensator umfassen. Sensor 101 kann mit dem Controller 102 verbunden sein. Frequenzen, die von dem Sensor 101 gefiltert werden, können auf Grundlage der Kapazität des Sensors 101 und des Widerstands des Controller S102 eingestellt werden.
Ferner kann der in 4 gezeigte Controller 102 einen Operationsverstärker und zwei Widerstände R1 und R2 umfassen. Der in 4 gezeigte Controller 102 kann ein invertieren der Verstärker sein. Eine Offsetspannung, die von dem Controller 102 ausgegeben wird, kann auf Grundlage eines Verhältnisses von Werten der Widerstände, die in dem Controller 102 enthalten sind, eingestellt werden. Eine Verstärkung, die auf Grundlage der in dem Controller 102 enthaltenen Widerstände berechnet wird, kann aus der folgenden Gleichung 1 abgeleitet werden. $A1 = \frac{- R 2}{R 1}$
Bezugnehmend auf Gleichung 1 bezeichnet A1 die Verstärkung des Controller S102 und R1 und R2 bezeichnen Widerstandswerte der Widerstände, die in dem Controller 102 enthalten sind. Somit kann ein Wert der Offsetspannung, die von dem Controller 102 ausgegeben wird, durch Einstellung der Werte von R1 und R2 eingestellt werden. Zusätzlich kann der Sensor 101 und die Offseteinheit 103 in der Form eines Transformators ausgebildet werden, wie in 4 gezeigt, was nachstehend noch mit näheren Einzelheiten beschrieben wird. Die passiven Komponenten (zum Beispiel eine Spule, ein Kondensator und ein Widerstand) können mit dem Fahrzeugelektronikmodul 100 verbunden sein, um Rauschkomponenten zu entfernen.
5A und 5B sind beispielhafte Schaltbilder in Übereinstimmung mit einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 5A ist ein beispielhaftes Schaltbild, bei dem ein Induktor (eine Spule) L1 in externen passiven Komponenten des Fahrzeugelektronikmoduls 100, das in der Schaltung der 4 gezeigt ist, enthalten ist. 5B ist ein beispielhaftes Schaltbild, bei dem eine Spule L1 und ein Kondensator C1 weiter zu der Schaltung der 4 hinzugefügt sind. Obwohl das Fahrzeugelektronikmodul 100 eine aktive Schaltung mit einem Operationsverstärker enthalten kann, können die Rauschkomponenten effizienter durch die passiven Komponenten entfernt werden, die die Spule L1 und in Kondensator C1 in den Schaltungen enthalten, die in 5A und 5B gezeigt sind.
6A und 6B sind beispielhafte Ansichten zum Beschreiben von Betriebsvorgängen des Sensors 101 und der Offseteinheit 103 in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 6A und 6B sind vergrößerte Ansichten einer Spannungseinheit des Fahrzeugelektronikmoduls 100. Obwohl, wie voranstehend beschrieben, der Sensor 101 und die Offseteinheit 103 als ein Schichtaufbau einer PCB ausgebildet sein können, können der Sensor 101 und die Offseteinheit 103 im Wesentlichen die gleiche Funktion wie ein Transformator aufweisen. Der Sensor 101 und die Offseteinheit 103 können eine erste Wicklung und eine zweite Wicklung umfassen, die über einen Kern elektrisch miteinander verbunden sind. Die erste Wicklung kann mit dem Controller 102 verbunden sein und die zweite Wicklung kann mit der Netzleitung verbunden sein.
6B ist eine beispielhafte ausführliche Ansicht, die den Kern zwischen dem Sensor 101 und der Offseteinheit 103, die in 6A gezeigt ist, darstellt. Die ersten und zweiten Wicklungen können über den Kern miteinander elektrisch verbunden sein. Der Sensor 101 und die Offseteinheit 103 können eine erste Wicklungseinheit, zwei zweite Wicklungen und einen gemeinsamen Kern aufweisen. Zusätzlich kann Sensor 101 und die Offseteinheit 103 konfiguriert sein, um eine Spannung von der ersten Wicklung auf die zweiten Wicklungen zu induzieren. Ferner kann der Kern aus einem magnetischen Material (zum Beispiel Nanokristallen, einem Metallpulver, Ferrit oder dergleichen) gebildet sein und der Typ des Materials, welches den Kern bildet, ist nicht beschränkt, vorausgesetzt, dass die erste und die zweiten Wicklungen über den Kern elektrisch miteinander verbunden sind.
Zusätzlich kann eine Größe einer Übertragungsspannung auf Grundlage eines Umdrehungsverhältnisses zwischen dem Sensor 101 und der Offseteinheit 103 variieren. Eine Gesamtverstärkung, die von dem Sensor 101 und der Offseteinheit 103 ausgegeben wird, kann aus der folgenden Gleichung 2 abgeleitet werden. $A 2 = \frac{R 2}{R 1} \times \frac{N 21}{N 1} = \frac{R 2}{R 1} \times \frac{N 22}{N 1}$
Bezugnehmend auf Gleichung 2 sind R2 und R1 Widerstandswerte in dem Controller 102, wie voranstehend beschrieben, N1 bezeichnet einen Wicklungswert der ersten Wicklung, und N21 und N22 bezeichnen Wicklungswerte der zweiten Wicklungen. Eine Spannung, die durch den Controller 102, den Sensor 101 und die Offseteinheit 103 geht, kann verwendet werden, um auf Grundlage der Gleichung 2 EMI Rauschen zu entfernen. Der Betrieb des voranstehend beschriebenen Transformators ist ein Beispiel zum Beschreiben einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und der Betrieb der vorliegenden Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.
7A und 7B zeigen das Fahrzeugelektronikmodul 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Bezugnehmend auf 7A sind fünf PCBs vorgesehen. Obwohl 7A fünf PCBs, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, kann eine oberste PCB P1 und eine unterste PCB P5 als eine zweite PCB ausgebildet sein, die die zweite Wicklung bildet, und eine mittlere PCB P3 kann mit den ersten und zweiten Wicklungen der Offseteinheit 103 miteinander elektrisch verbunden sein. Die übrigen PCBs P2 und P4 können die erste Wicklung bilden. Der Sensor 101 und der Controller 102 können auf den untersten PCBs P5 angeordnet sein. In 7A werden zur einfacheren Beschreibung die PCBs als erstes bis fünftes Substrat in der Reihenfolge von oben bezeichnet.
Wie in 7A gezeigt kann das Fahrzeugelektronikmodul 100 in einem Stapelaufbau ausgebildet sein, und das erste und fünfte Substrat P1 und P5 können die zweite Wicklung bilden. Zusätzlich können das zweite und das vierte Substrat P2 und P4 die erste Wicklung bilden. Die Öffnungsstrukturen H können Substrate elektrisch miteinander verbinden und können in jedem Substrat angeordnet sein. Das dritte Substrat P3 kann die gleichen Öffnungsstrukturen H zum Verbinden des ersten und des fünften Substrats P1 und P5 und zum Verbinden des zweiten und vierten Substrats P2 und P4 aufweisen. Eingangs- und Ausgangswicklungen der Offseteinheit 103 können über den gleichen Aufbau ausgebildet werden. Der Kern kann innerhalb des dritten Substrats P3 angeordnet sein.
Das zweite und das vierte Substrat P2 und P4, die die Eingangswicklung der Offseteinheit 103 und die erste Wicklung sind, können mit einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers des Controllers 102 über die Öffnungsstruktur H verbunden sein. Das dritte Substrat P3 kann Öffnungen zum Verbinden des ersten und fünften Substrats P1 und P5 und zum Verbinden des zweiten und des vierten Substrats P2 und P4 aufweisen. Demzufolge können die ersten und zweiten Wicklungen ausgebildet werden. Der Kern kann in das aufgestapelte dritte Substrat eingefügt werden und kann durch Aufstapeln der PCBs bis zu dem Niveau einer Höhe des Kerns ausgebildet werden.
7B ist eine beispielhafte Ansicht, die einen Aufbau der Substrate darstellt, die in 7A illustriert sind. In der beispielhaften Ausführungsform können, obwohl Leiter in den Öffnungsaufbau von jeder PCB eingefügt sind, um die Transformatorwicklungen zu verbinden, die PCB Schichten miteinander verbunden werden, indem ein Mehrschicht-PCB-Herstellungsverfahren angewendet wird, wenn die PCB hergestellt wird. Der Stapelaufbau der PCBs, die in 7A und 7B gezeigt sind, ist ein Beispiel zum Beschreiben des Betriebs der beispielhaften Ausführungsform und ist nicht darauf beschränkt.
8A bis 8E sind beispielhafte ausführliche Ansichten des Fahrzeugelektronikmoduls 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 8A bis 8E zeigen jeweils eine Konfiguration der PCB für jede Geschichte des Fahrzeugelektronikmodul S100 der vorliegenden Offenbarung. Jede PCB kann die Offseteinheit 103 des Fahrzeugelektronikmoduls 100 bilden. Insbesondere kann die in 8E gezeigte elektronische Schaltungsplatine den Sensor 101 und den Controller 102 umfassen. Die Konfigurationen der PCBs, die in 8A bis 8E gezeigt sind, können in Übereinstimmung mit dem Umdrehungsverhältnis der Offseteinheit 103 unterschiedlich ausgebildet werden.
9A bis 9C sind beispielhafte grafische Darstellungen, die Rauschreduktionsergebnisse in Übereinstimmung mit einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen. 9A zeigt ein experimentelles Ergebnis, wenn das Fahrzeugelektronikmodul 100 nicht angewendet wird. 9B zeigt ein experimentelles Ergebnis, wenn das Fahrzeugelektronikmodul 100 angewendet wird. 9C zeigt ein experimentelles Ergebnis, wenn eine zusätzliche passive Komponente verwendet wird. In den grafischen Darstellungen stellt eine X-Achse einen Frequenzwert dar und eine Y-Achse stellt eine Intensität des Rauschens dar.
Das Rauschen um ungefähr 20 dB reduziert werden, wenn das Fahrzeugelektronikmodul 100 angewendet wird. Wenn man zusätzlich 9A und 9C vergleicht, dann kann das Rauschen um ungefähr 40 dB reduziert werden. Wenn man 9A und 9C vergleicht, zeigt 9C einen verbesserten Rauschreduktionseffekt in einem spezifischen Frequenzbereich. Wenn eine passive Komponente verwendet wird, um eine Rauschreduktioneigenschaft in einem Frequenzbereich einschließlich eines niedrigen Frequenzbands zu erhalten, kann eine Größe der Komponente vergrößert werden. Wenn deshalb das Fahrzeugelektronikmodul 100 der vorliegenden Offenbarung angewendet wird, kann ein Rauschreduktionseffekt in einem Frequenzband, wo eine zusätzliche Dämpfung benötigt wird, sichergestellt werden, und in Kombination mit einer zusätzlichen passiven Komponente, die eine reduzierte Größe aufweist und zum Reduzieren des Common Mode (Gleichtakts) verwendet wird, kann ein verbesserter Rauschreduktionseffekt erhalten werden.
Wie sich aus der oben angegebenen Beschreibung entnehmen lässt kann in einem Fahrzeugelektronikmodul und einem Fahrzeug mit diesem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Offseteinheit eines EMI Filtermoduls durch einen PCB Wicklungsaufbau ersetzt werden. Demzufolge kann die Produktivität des Fahrzeugelektronikmoduls verbessert werden und eine Größe davon kann verringert werden.
Die offenbarten beispielhaften Ausführungsformen sind voranstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben worden. Es wird von Durchschnittsfachleuten in dem technischen Gebiet verstanden werden, dass verschiedene beispielhafte Ausführungsformen in anderen Ausbildungen als den offenbarten beispielhaften Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne von dem Grundgedanken und den wesentlichen Charakteristiken der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die offenbarten beispielhaften Ausführungsformen sind illustrativ und sollten nicht als beschränkend verstanden werden.

Claims

Elektronikmodul, umfassend: einen Sensor, der konfiguriert ist, um ein Common Mode (Gleichtakt) elektromagnetisches Störungs-(EMI)-Rauschen einer Energieleitung zu detektieren; eine Offseteinheit, die konfiguriert ist, um eine Offsetspannung zum Entfernen des EMI Rauschens an die Energieleitung zu übertragen; und einen Controller, der konfiguriert ist, um die Offsetspannung zu erzeugen, die dem EMI Rauschen entspricht, das von dem Sensor detektiert wird, wobei der Sensor und die Offseteinheit in einem Stapelaufbau auf einer gedruckten Schaltungsplatine (PCB) gebildet sind.
Elektronikmodul nach Anspruch 1, wobei die Offseteinheit umfasst: eine erste Wicklung, die konfiguriert ist, um die Offsetspannung zu empfangen, die von dem Controller erzeugte; eine zweite Wicklung, die konfiguriert ist, um die Offsetspannung zu transformieren und die transformierte Spannung an die Energieleitung zuzuführen; und einen Kern, der konfiguriert ist, um die erste Wicklung und die zweite Wicklung elektrisch zu verbinden.
Elektronikmodul nach Anspruch 2, wobei die Offseteinheit umfasst: eine erste PCB, die die erste Wicklung bildet; eine zweite PCB, die die zweite Wicklung bildet; und eine dritte PCB, die konfiguriert ist, um die erste Wicklung und die zweite Wicklung elektrisch zu verbinden.
Elektronikmodul nach Anspruch 1, wobei der Controller eine Spannung- oder Strom-Verstärkungskomponente umfasst, die ein Operationsverstärker oder ein Transistor ist.
Elektronikmodul nach Anspruch 1, wobei der Controller einen Widerstand umfasst und konfiguriert ist, um die Offsetspannung, die dem EMI Rauschen entspricht, auf Grundlage des Widerstands zu erzeugen.
Elektronikmodul nach Anspruch 2, wobei der Controller auf einer PCB mit der ersten Wicklung oder der zweiten Wicklung angeordnet ist.
Elektronikmodul nach Anspruch 1, wobei ein Verdrahtungsaufbau auf der PCB auf Grundlage eines Umdrehungsverhältnisses der Offseteinheit gebildet ist.
Elektronikmodul nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine PCB einen Öffnungsaufbau umfasst, der konfiguriert ist, um die PCB und eine zweite PCB elektrisch zu verbinden.
Elektronikmodul nach Anspruch 1, ferner umfassend eine passive Komponente, die konfiguriert ist, um das EMI Rauschen zu entfernen.
Fahrzeug, umfassend: eine Energiequelle, die konfiguriert ist, um an das Fahrzeug Energie zu liefern; eine Energieleitung, die konfiguriert ist, um die von der Energiequelle zugeführte Energie an das Fahrzeug zu übertragen; einen Sensor, der konfiguriert ist, um ein elektromagnetisches Störungs-(EMI)-Rauschen der Energieleitung zu detektieren; eine Offseteinheit, die konfiguriert ist, um eine Offsetspannung zum Entfernen des EMI Rauschens an die Energieleitung zu übertragen; und einen Controller, der konfiguriert ist, um die Offsetspannung zu erzeugen, die dem EMI Rauschen entspricht, das von dem Sensor erfasst wird, wobei der Sensor und die Offseteinheit in einem gestapelten Aufbau einer gedruckten Schaltungsplatine (PCB) gebildet sind.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei die Offseteinheit umfasst: eine erste Wicklung, die konfiguriert ist, um die von dem Controller erzeugte Offsetspannung zu empfangen; eine zweite Wicklung, die konfiguriert ist, um die Offsetspannung zu transformieren und die transformierte Spannung an die Energieleitung zuzuführen; und einen Kern, der konfiguriert ist, um die erste Wicklung und die zweite Wicklung elektrisch zu verbinden.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei die Offseteinheit umfasst: eine erste PCB, die die erste Wicklung bildet; eine zweite PCB, die die zweite Wicklung bildet; und eine dritte PCB, die konfiguriert ist, um die erste Wicklung und die zweite Wicklung elektrisch zu verbinden.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei der Controller eine Spannung- oder Strom-Verstärkungskomponente umfasst, die ein Operationsverstärker oder ein Transistor ist.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei der Controller einen Widerstand umfasst und konfiguriert ist, um die Offsetspannung, die dem EMI Rauschen entspricht, auf Grundlage des wenigstens einen Widerstands zu erzeugen.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei der Controller auf einer PCB zusammen mit der ersten Wicklung oder der zweiten Wicklung angeordnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei ein Verdrahtungsaufbau auf der PCB auf Grundlage eines Umdrehungsverhältnisses der Offseteinheit gebildet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei die PCB einen Öffnungsaufbau umfasst, der konfiguriert ist, um die PCB mit einer zweiten PCB elektrisch zu verbinden.
Fahrzeug nach Anspruch 10, ferner umfassend eine passive Komponente, die konfiguriert ist, um das EMI Rauschen zu entfernen.