DE102018201694A1

DE102018201694A1 - Converter means

Info

Publication number: DE102018201694A1
Application number: DE102018201694.1A
Authority: DE
Inventors: Cornelius RETTNER; Maximilian Schiedermeier
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2019-08-08

Abstract

Stromrichtereinrichtung, insbesondere Stromrichtereinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug (35), welche eine wenigstens einen Schalter (32) umfassende Schaltergruppe (5) zur Umrichtung eines Stroms umfasst, wobei zwischen einen ersten und einen zweiten gleichstromseitigen Anschluss (6, 7) der Schaltergruppe (5) parallel zu wenigstens einer Gleichstromquelle (8) und/oder wenigstens einer Gleichstromsenke (8) ein Zwischenkreis (9) zur Glättung des gleichstromseitigen Stromflusses geschaltet ist, wobei der Zwischenkreis (9) einen ersten und einen zweiten Filterschaltungsabschnitt (10 - 14) und eine erste Zwischenimpedanz (15, 16) umfasst, wobei der erste oder der zweite gleichstromseitige Anschluss (6, 7) der Schaltergruppe (5) über die erste Zwischenimpedanz (15, 16) mit dem ersten Filterschaltungsabschnitt (10, 11) und dem zweiten Filterschaltungsabschnitt (12, 13) verschaltet ist, wobei der erste Filterschaltungsabschnitt (10, 11) parallel zu dem zweiten Filterschaltungsabschnitt (12) oder zu einer Serienschaltung des zweiten Filterschaltungsabschnitts (13) und einer zweiten Zwischenimpedanz (20) des Zwischenkreises (9) geschaltet ist.Converter device, in particular converter device (1) for a motor vehicle (35), which comprises a switch group (5) comprising at least one switch (32) for switching over a current, between a first and a second dc-side connection (6, 7) of the switch group ( 5) parallel to at least one DC power source (8) and / or at least one DC sink (8) an intermediate circuit (9) for smoothing the DC-side current flow is connected, wherein the intermediate circuit (9) has a first and a second filter circuit section (10-14) and a first intermediate impedance (15, 16), wherein the first or the second DC side terminal (6, 7) of the switch group (5) via the first intermediate impedance (15, 16) with the first filter circuit section (10, 11) and the second filter circuit section (12, 13) is connected, wherein the first filter circuit section (10, 11) parallel to the second filter circuit section (12) or to a series circuit of the second filter circuit section (13) and a second intermediate impedance (20) of the intermediate circuit (9) is connected.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromrichtereinrichtung, insbesondere eine Stromrichtereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche eine wenigstens einen Schalter umfassende Schaltergruppe zur Umrichtung, insbesondere zur Gleichrichtung und/oder Wechselrichtung, eines Stroms umfasst, wobei zwischen einen ersten und einen zweiten gleichstromseitigen Anschluss der Schaltergruppe parallel zu wenigstens einer Gleichstromquelle und/oder wenigstens einer Gleichstromsenke ein Zwischenkreis zur Glättung des gleichstromseitigen Stromflusses geschaltet ist.The invention relates to a power converter device, in particular a power converter device for a motor vehicle, which comprises a switch group comprising at least one switch for conversion, in particular for rectification and / or alternating direction of a current, wherein between a first and a second DC side connection of the switch group parallel to at least one DC source and / or at least one DC sink is connected an intermediate circuit for smoothing the DC-side current flow.

In vollständig oder teilweise elektrisch antreibbaren Fahrzeugen werden häufig Drehstrommotoren als Antriebsmotoren genutzt, die mittels einer Stromrichtereinrichtung aus einer Gleichstromquelle, insbesondere einer Batterie, gespeist werden können. Die Wechselrichtung bzw. Gleichrichtung im Rekuperationsbetrieb erfolgt hierbei üblicherweise über eine Gruppe von Halbleiterschaltern. Um einen Eintrag von Wechselströmen bzw. -spannungen in das Gleichstromnetz aufgrund der Schaltvorgänge der Halbleiterschalter zu unterdrücken, kann zwischen die gleichstromnetzseitigen Anschlüsse dieser Schaltergruppe ein Zwischenkreis geschaltet werden, um eingespeiste Wechselströme zu bedämpfen.In fully or partially electrically driven vehicles often three-phase motors are used as drive motors, which can be fed by means of a power converter device from a DC power source, in particular a battery. The change direction or rectification in the recuperation mode is usually carried out via a group of semiconductor switches. In order to suppress an entry of AC currents or voltages in the DC network due to the switching operations of the semiconductor switches, a DC link can be connected between the DC power side terminals of this switch group to dampen fed AC currents.

Im einfachsten Fall könnte versucht werden, eingespeiste Wechselströme durch eine Tiefpassfilterung zu unterdrücken. Hierbei müssten jedoch relativ große Kapazitäten zwischen die Anschlüsse der Schaltergruppe geschaltet werden, was zu einer Steigerung der Kosten und des Bauraumverbrauchs führt. Zudem resultieren bei einer Nutzung von sehr großen Kapazitäten typischerweise auch relativ große parasitäre Induktivitäten, was letztlich dazu führen kann, dass ein entsprechendes Filterglied als Bandsperre wirkt und somit hohe Frequenzanteile nicht mit ausreichender Güte filtert.In the simplest case, it could be attempted to suppress injected alternating currents by means of low-pass filtering. In this case, however, relatively large capacitances would have to be connected between the connections of the switch group, which leads to an increase in the costs and the space requirement. In addition, when using very large capacitances typically also result in relatively large parasitic inductances, which can ultimately lead to a corresponding filter member acts as a band-stop filter and thus does not filter high frequency components with sufficient quality.

Die nachveröffentlichte Druckschrift DE 10 2016 224 472 lehrt mehrere in einer Kettenschaltung verschaltete Filterelemente zu nutzen, um gezielt mehrere Frequenzanteile zu eliminieren. Um einen besonders geeigneten Frequenzverlauf des Filterverhaltens zu erreichen, wird hierbei vorgeschlagen, mehrere induktive Elemente in einer Verbindungsleitung zwischen der Schaltergruppe und einer Gleichstromquelle bzw. -senke vorzusehen. Nachteilig hierbei ist, dass ein Vorsehen von induktiven Elementen in einer Leitung in realen Anwendungen dazu führt, dass auch der Gleichstromwiderstand dieser Leitung steigt, da die induktiven Elemente typischerweise einen parasitären Realteil der Impedanz aufweisen. Da über diese Leitung, beispielsweise, wenn die Stromrichtereinrichtung zur Bestromung eines Antriebsmotors dient, hohe Ströme fließen können, resultieren hieraus große Verlustleistungen, wodurch einerseits die Effizienz sinkt und andererseits potentiell eine zusätzliche Kühlung erforderlich wird.The post-published publication DE 10 2016 224 472 teaches to use several interconnected in a chain circuit filter elements to selectively eliminate multiple frequency components. In order to achieve a particularly suitable frequency response of the filter behavior, it is proposed in this case to provide a plurality of inductive elements in a connecting line between the switch group and a DC power source or sink. The disadvantage here is that provision of inductive elements in a line in real applications leads to the fact that the DC resistance of this line increases, since the inductive elements typically have a parasitic real part of the impedance. Since high currents can flow via this line, for example when the power converter device is used to energize a drive motor, this results in high power losses, which on the one hand reduces efficiency and on the other hand potentially requires additional cooling.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Stromrichtereinrichtung anzugeben, die demgegenüber insbesondere bezüglich der Möglichkeiten zur Gestaltung des frequenzabhängigen Filterverhaltens und der verursachten Verlustleistung verbessert ist.The invention is therefore based on the object to provide a power converter device, which in contrast is improved in particular with respect to the possibilities for the design of the frequency-dependent filter behavior and the power loss caused.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Stromrichtereinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wobei der Zwischenkreis einen ersten und einen zweiten Filterschaltungsabschnitt und eine erste Zwischenimpedanz umfasst, wobei der erste oder der zweite gleichstromseitige Anschuss der Schaltergruppe über die erste Zwischenimpedanz mit dem ersten Filterschaltungsabschnitt und dem zweiten Filterschaltungsabschnitt verschaltet ist, wobei der erste Filterschaltungsabschnitt parallel zu dem zweiten Filterschaltungsabschnitt oder zu einer Serienschaltung des zweiten Filterschaltungsabschnitts und einer zweiten Zwischenimpedanz des Zwischenkreises geschaltet ist.The object is achieved by a power converter device of the aforementioned type, wherein the intermediate circuit comprises a first and a second filter circuit section and a first intermediate impedance, wherein the first or the second DC side connection of the switch group via the first intermediate impedance with the first filter circuit section and the second filter circuit section is connected, wherein the first filter circuit section is connected in parallel to the second filter circuit section or to a series circuit of the second filter circuit section and a second intermediate impedance of the intermediate circuit.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Zwischenkreis zu nutzen, der parallel zu der Schaltergruppe und der Gleichstromquelle bzw. Gleichstromsenke geschaltet ist, wobei zwei parallel geführte Schaltungsabschnitte, die den ersten bzw. den zweiten Filterschaltungsabschnitt umfassen oder aus diesem bestehen, über eine Zwischenimpedanz mit dem ersten bzw. dem zweiten gleichstromseitigen Anschluss der Schaltergruppe verbunden sind. Der Zwischenkreis kann auch mehr als zwei Filterschaltungsabschnitte umfassen. Zusätzliche Filterschaltungsabschnitte können parallele Strompfade zu dem ersten und zweiten Filterschaltungsabschnitt bilden. Die zusätzliche Filterschaltungsabschnitte können in Serie zu der ersten und/oder zweiten Zwischenimpedanz oder parallel zu Strompfaden, die die erste und/oder zweite Zwischenimpedanz umfassen, geschaltet sein. Beispielsweise kann ein zusätzlicher Filterschaltungsabschnitt direkt zwischen die gleichstromseitigen Anschlüsse der Schaltergruppe geschaltet sein.According to the invention, it is proposed to use an intermediate circuit which is connected in parallel with the switch group and the DC source or DC sink, wherein two parallel circuit sections which comprise or consist of the first and the second filter circuit section are connected via an intermediate impedance to the first or second filter circuit section are connected to the second DC side terminal of the switch group. The intermediate circuit may also comprise more than two filter circuit sections. Additional filter circuit sections may form parallel current paths to the first and second filter circuit sections. The additional filter circuit sections may be connected in series with the first and / or second intermediate impedances or in parallel with current paths comprising the first and / or second intermediate impedances. For example, an additional filter circuit section may be connected directly between the DC side terminals of the switch group.

Die Nutzung der Zwischenimpedanz ermöglicht es, mit geringem Aufwand und Bauraumverbrauch das Frequenzverhalten des Zwischenkreises an die genutzte Stromrichtereinrichtung anzupassen. Werden beispielsweise Saugkreise als Filterschaltungsabschnitte genutzt, kann durch das Vorsehen einer in Serie zu beiden Filterschaltungsabschnitten geschalteten Induktivität, beispielsweise einer Spule, die Resonanzfrequenz beider Saugkreise verringert werden. Gegenüber der Nutzung von separaten Induktivitäten in beiden Filterschaltungsabschnitten kann ein einfacherer und platzsparenderer Aufbau der Stromrichtereinrichtung erreicht werden. Dies gilt offensichtlich auch bei einer Nutzung von mehr als zwei Filterschaltungsabschnitten. Da die Zwischenimpedanz jedoch in den Zwischenkreis integriert ist, der parallel zu der Schaltergruppe und der Gleichstromquelle bzw. -senke geschaltet ist, führt weder die Zwischenimpedanz selbst noch aus ihr resultierende parasitäre Widerstände dazu, dass der Widerstand auf Verbindungsleitungen zwischen der Schaltergruppe und der Gleichstromquelle bzw. -senke erhöht wird, was zu einer Erhöhung der Verlustleistung führen würde. Die Integration der Zwischenimpedanz in den parallel geschalteten Zwischenkreis ermöglicht es zudem, als diese oder als Teil von dieser Kondensatoren oder andere kapazitive Elemente vorzusehen. Dies wäre bei einer Integration in die Verbindungsleitungen zwischen Gleichstromquelle bzw. -senke und Schaltergruppe nicht möglich, da solche Elemente einen Transport von Gleichstrom blockieren.The use of the intermediate impedance makes it possible with little effort and space consumption to adapt the frequency response of the DC link to the used power converter device. If, for example, absorption circuits are used as filter circuit sections, the provision of a series-connected inductance, for example a coil, in series with both filter circuit sections can reduce the resonant frequency of both absorption circuits. Compared to the use of separate inductors in both filter circuit sections a simpler and space-saving design of the power converter device can be achieved. This obviously also applies when using more than two filter circuit sections. However, since the intermediate impedance is integrated into the intermediate circuit, which is connected in parallel with the switch group and the DC source or sink, neither the intermediate impedance nor its resulting parasitic resistors causes the resistance on connecting lines between the switch group and the DC source or . Increased sink, which would lead to an increase in power dissipation. The integration of the intermediate impedance in the parallel-connected intermediate circuit also makes it possible to provide as these or as part of these capacitors or other capacitive elements. This would not be possible with an integration into the connection lines between DC source or sink and switch group, since such elements block a transport of DC.

Die erfindungsgemäße Stromrichteinrichtung kann in Kraftfahrzeugen genutzt werden, es ist jedoch auch eine Nutzung in beliebigen anderen Einsatzbereichen möglich, z.B. in Fertigungs- bzw. Industrieanlagen oder im Bereich der Energieversorgung. Sie kann im Rahmen der Gleich- und/oder Wechselrichtung für einphasige oder mehrphasige Wechselströme genutzt werden. Es kann auch ein mehrstufiges Umrichten, beispielsweise von einer ersten Wechselspannung zu einer Gleichspannung und dann zu einer zweiten Wechselspannung oder von einer ersten Gleichspannung zu einer Wechselspannung zu einer zweiten Gleichspannung erfolgen. Sie kann z.B. zur Frequenzumsetzung oder als DC/DC-Wandler dienen. Bei einer Nutzung als DC/DC-Wandler kann der Zwischenkreis z.B. einen Glättkondensator ergänzen oder ersetzen.The power conversion device according to the invention can be used in motor vehicles, but it is also possible to use in any other application areas, e.g. in manufacturing or industrial plants or in the field of energy supply. It can be used in the context of the DC and / or AC direction for single-phase or multi-phase AC currents. It can also be a multi-stage conversion, for example, from a first AC voltage to a DC voltage and then to a second AC voltage or from a first DC voltage to an AC voltage to a second DC voltage. It can e.g. for frequency conversion or serve as a DC / DC converter. When used as a DC / DC converter, the intermediate circuit can be used e.g. add or replace a smoothing capacitor.

Das erfindungsgemäße Vorgehen kann besonders vorteilhaft sein, wenn mehrere Filterschaltungsabschnitte genutzt werden, wobei eine Serienschaltung eines Filterschaltungsabschnitts und einer zugehörigen Zwischenimpedanz jeweils parallel zum vorangehenden Filterschaltungsabschnitt geschaltet ist. Für den jeweiligen Filterschaltungsabschnitt resultiert somit eine Serienschaltung dieses Filterschaltungsabschnitts mit allen vorangehenden Zwischenimpedanzen. Somit kann beispielsweise die Induktivität der so gebildeten Strompfade stufenweise erhöht und somit beispielsweise eine jeweilige Resonanzfrequenz eines Saugkreises stufenweise gesenkt werden.The procedure according to the invention can be particularly advantageous if a plurality of filter circuit sections are used, wherein a series connection of a filter circuit section and an associated intermediate impedance is in each case connected in parallel to the preceding filter circuit section. For the respective filter circuit section thus results in a series connection of this filter circuit section with all preceding intermediate impedances. Thus, for example, the inductance of the current paths formed in this way can be increased stepwise, and thus, for example, a respective resonant frequency of a absorption circuit can be lowered stepwise.

Die Filterschaltungsabschnitte können, insbesondere im Zusammenspiel mit den in Serie zu ihnen geschalteten Zwischenimpedanzen, jeweils zur Filterung eines bestimmten Frequenzbereichs dienen. Insbesondere kann ein Impedanzminimum eines jeweiligen Strompfades von dem ersten zu dem zweiten gleichstromseitigen Anschluss der Schaltergruppe, der den jeweiligen Filterschaltungsabschnitt umfasst, jeweils für eine zu filternde Frequenz minimal werden, womit Ströme mit dieser Frequenz über den entsprechenden Strompfad an der Gleichstromquelle bzw. -senke vorbeigeführt werden können, womit diese nicht belastet wird. Die Impedanzminima der einzelnen Strompfade können derart abgestimmt werden, dass durch sie jeweils Harmonische einer Schaltfrequenz der Schaltergruppe bedämpft werden. Hierzu können insbesondere die auf einem jeweiligen Strompfad resultierende Gesamtkapazität und/oder Induktivität so vorgegeben werden, dass eine entsprechende Filterung, beispielsweise über einen Saugkreis, erfolgt.The filter circuit sections can serve, in particular in conjunction with the series-connected intermediate impedances, in each case for filtering a specific frequency range. In particular, an impedance minimum of a respective current path from the first to the second DC side terminal of the switch group, which includes the respective filter circuit section, each for a frequency to be filtered to be minimal, whereby currents at this frequency over the corresponding current path leads past the DC source or sink can not be charged. The impedance minima of the individual current paths can be tuned in such a way that harmonics of a switching frequency of the switch group are attenuated by them. For this purpose, in particular the total capacitance and / or inductance resulting on a respective current path can be predetermined so that a corresponding filtering, for example via a absorption circuit, takes place.

Induktivitäten können durch separate Bauelemente, beispielsweise durch Spulen, insbesondere mit einem magnetischen Kernmaterial, bereitgestellt werden. Es ist jedoch auch möglich, gezielt parasitäre Induktivitäten zu nutzen, wie sie beispielsweise durch Zuleitungen von in den jeweiligen Strompfaden genutzten Kondensatoren auftreten können. Hierbei kann beispielsweise die Formgebung der Zuleitung, die beispielsweise durch eine Leiterbahn auf einer Leiterplatine, ein Kabel, eine Stromschiene und/oder einen Busbar gebildet sein kann, im Rahmen der Auslegung der Schaltung derart angepasst werden, dass eine gewünschte Induktivität resultiert.Inductors can be provided by separate components, for example by coils, in particular with a magnetic core material. However, it is also possible to use targeted parasitic inductances, as they can occur for example by leads of capacitors used in the respective current paths. In this case, for example, the shape of the lead, which may be formed for example by a conductor on a printed circuit board, a cable, a busbar and / or a bus bar, be adapted within the design of the circuit such that a desired inductance results.

Der Zwischenkreis kann in der erfindungsgemäßen Stromrichtereinrichtung als, insbesondere passiver, Zweipol betrachtet werden. Jeweils einer der Pole des Zwischenkreises ist mit den gleichspannungsseitigen Anschlüssen der Schaltergruppe direkt oder über Anschlussleitungen, die insbesondere eine geringe Impedanz aufweisen, verbunden. Die Verbindung mit dem jeweiligen gleichspannungsseitigen Anschluss kann über mehrere Leitungen erfolgen, die an verschiedenen Stellen beispielsweise mit einer Verbindungsleitung zwischen der Gleichstromquelle bzw. -senke und der Schaltergruppe verbunden sind. Der Gleichstromwiderstand der Verbindungsleitung zwischen diesen Anschlusspunkten kann wesentlich geringer sein als der Gleichstromwiderstand des Zwischenkreises, beispielsweise um den Faktor 10, 100 oder 1.000.The intermediate circuit can be considered in the power converter device according to the invention as, in particular passive, two-terminal. In each case one of the poles of the intermediate circuit is connected to the DC voltage side terminals of the switch group directly or via connecting lines, which in particular have a low impedance. The connection to the respective DC voltage side connection can be made via a plurality of lines, which are connected at different locations, for example with a connecting line between the DC power source or sink and the switch group. The DC resistance of the connecting line between these connection points can be substantially lower than the DC resistance of the DC link, for example by a factor of 10, 100 or 1,000.

Die einzelnen Filterschaltungsabschnitte umfassen vorzugsweise jeweils zumindest einen Kondensator. Durch eine parasitäre oder separat ausgebildete Induktivität, die in Serie mit diesem Kondensator geschaltet ist, kann ein Saugkreis implementiert sein, um eine bestimmte Frequenz bzw. ein bestimmtes Frequenzintervall zu bedämpfen. Die Zwischenimpedanz kann insbesondere eine Induktivität und/oder eine Kapazität umfassen. Induktivitäten können durch eine entsprechende Leitungsführung und/oder ein separates Bauteil bereitgestellt werden.The individual filter circuit sections preferably each comprise at least one capacitor. By a parasitic or separately formed inductance, which is connected in series with this capacitor, a absorption circuit may be implemented to attenuate a certain frequency or a specific frequency interval. The intermediate impedance may in particular comprise an inductance and / or a capacitance. Inductors can be provided by a corresponding wiring and / or a separate component.

In einer vorteilhaften Variante der erfindungsgemäßen Stromrichtereinrichtung kann ausschließlich die erste Zwischenimpedanz in Serie zwischen den ersten oder zweiten gleichstromseitigen Anschluss der Schaltergruppe und den ersten Filterschaltungsabschnitt geschaltet sein. Hinter der ersten Zwischenimpedanz kann sich der Strompfad aufteilen, so dass auf einem ersten Strompfad der Strom über den ersten Filterschaltungsabschnitt zu dem anderen gleichstromseitigen Anschluss der Schaltergruppe geführt wird und über einen zweiten Strompfad der Strom über den zweiten Filterschaltungsabschnitt bzw. über eine Serienschaltung des zweiten Filterschaltungsabschnitts und der zweiten Zwischenimpedanz zu dem anderen gleichstromseitigen Anschluss der Schaltergruppe geführt wird. Werden, wie eingangs erläutert, mehr als zwei Filterschaltungsabschnitte genutzt, so kann sich der Strompfad nach der ersten oder zweiten oder einer weiteren Zwischenimpedanz einmalig oder mehrmals weiter teilen, um den Strom durch den oder die weiteren Filterschaltungsabschnitte zu führen. In an advantageous variant of the converter device according to the invention, only the first intermediate impedance can be connected in series between the first or second DC-side terminal of the switch group and the first filter circuit section. After the first intermediate impedance, the current path can be split, so that the current is conducted via the first filter circuit section to the other DC side terminal of the switch group on a first current path and the current via the second filter circuit section or via a series circuit of the second filter circuit section via a second current path and the second intermediate impedance is conducted to the other DC side terminal of the switch group. If, as explained above, more than two filter circuit sections are used, then the current path can continue to divide one or more times after the first or second or a further intermediate impedance in order to conduct the current through the one or more filter circuit sections.

Der Zwischenkreis kann wenigstens einen weiteren Filterschaltungsabschnitt umfassen, der direkt oder in Serie mit der ersten und/oder der zweiten Zwischenimpedanz und/oder einer weiteren Zwischenimpedanz zwischen den ersten und zweiten gleichstromseitigen Anschluss der Schaltergruppe geschaltet ist. Der weitere Filterschaltungsabschnitt bzw. eine Serienschaltung des weiteren Filterschaltungsabschnittes und der weiteren Zwischenimpedanz kann parallel zum ersten Filterschaltungsabschnitt oder zu einer Serienschaltung des ersten Filterschaltungsabschnitts und der ersten Zwischenimpedanz oder zu dem zweiten Filterschaltungsabschnitt oder zu einer Serienschaltung des zweiten Filterabschnitts und der zweiten Zwischenimpedanz geschaltet sein. Durch die Nutzung des weiteren Filterschaltungsabschnitts kann das Frequenzverhalten des Zwischenkreises genauer an die vorliegenden Erfordernisse angepasst werden. Beispielsweise kann ein zusätzliches Minimum im frequenzabhängigen Impedanzverlauf des Zwischenkreises bereitgestellt werden, um eine weitere Frequenz gezielt aus dem Gleichstromkreis zu filtern. Insbesondere kann hierbei eine weitere Harmonische der Schaltfrequenz der Schaltergruppe gefiltert werden.The intermediate circuit may comprise at least one further filter circuit section, which is connected directly or in series with the first and / or the second intermediate impedance and / or a further intermediate impedance between the first and second DC side terminal of the switch group. The further filter circuit section or a series circuit of the further filter circuit section and the further intermediate impedance can be connected in parallel with the first filter circuit section or with a series connection of the first filter circuit section and the first intermediate impedance or with the second filter circuit section or with a series connection of the second filter section and the second intermediate impedance. By using the additional filter circuit section, the frequency response of the intermediate circuit can be adapted more precisely to the present requirements. For example, an additional minimum in the frequency-dependent impedance characteristic of the intermediate circuit can be provided in order to specifically filter a further frequency from the DC circuit. In particular, in this case a further harmonic of the switching frequency of the switch group can be filtered.

Zwei der Filterschaltungsabschnitte können zusätzlich über wenigstens ein Zusatzimpedanzelement miteinander verbunden sein, das die Filterschaltungsabschnitte jeweils an einem Anschlusspunkt zwischen in Serie geschalteten Impedanzelementen des jeweiligen Filterschaltungsabschnitts kontaktiert. Durch eine solche Verbindung über Zusatzimpedanzelemente kann das frequenzabhängige Impedanzverhalten der verbundenen Filterschaltungsabschnitte und somit auch das frequenzabhängige Impedanzverhalten des Zwischenkreises weiter angepasst werden, womit insbesondere ermöglicht werden kann, eine gewünschte Frequenzabhängigkeit der Impedanz des Zwischenkreises mit möglichst geringen Kosten bzw. einem möglichst geringen Bauraumverbrauch zu erreichen. Insbesondere kann der Zwischenkreis mehrere Paare derart gekoppelter Filterschaltungsabschnitte umfassen oder es können mehr als zwei Filterschaltungsabschnitte auf derartige Weise gekoppelt werden. Das Zusatzimpedanzelement weist insbesondere eine vorgegebene Kapazität bzw. Induktivität auf, die durch ein separates Bauteil, beispielsweise einer Spule oder einen Kondensator, oder durch eine entsprechende Leitungsführung, also beispielsweise durch eine entsprechende Führung von Leiterbahnen auf einer Platine, eine entsprechende Kabelführung oder eine entsprechende Form einer Stromschiene oder eines Busbarsystems, bereitgestellt werden kann.In addition, two of the filter circuit sections may be connected to each other via at least one additional impedance element which contacts the filter circuit sections at a connection point between series-connected impedance elements of the respective filter circuit section, respectively. By such a connection via additional impedance elements, the frequency-dependent impedance behavior of the connected filter circuit sections and thus the frequency-dependent impedance behavior of the intermediate circuit can be further adapted, which in particular can be made possible to achieve a desired frequency dependence of the impedance of the DC link with the lowest possible cost or the lowest possible space consumption , In particular, the intermediate circuit may comprise a plurality of pairs of filter circuit sections coupled in this way, or more than two filter circuit sections may be coupled in such a way. The additional impedance element has, in particular, a predetermined capacitance or inductance, which is provided by a separate component, for example a coil or a capacitor, or by a corresponding wiring, that is to say, for example, by a corresponding routing of printed conductors on a printed circuit board, a corresponding cable guide or a corresponding shape a bus bar or a busbar system can be provided.

Wenigstens einer der Filterschaltungsabschnitte kann wenigstens zwei in Serie geschaltete Kondensatoren umfassen. Durch eine Serienschaltung von Kondensatoren kann die Gesamtkapazität verringert werden, wodurch beispielsweise eine Resonanzfrequenz einer durch den jeweiligen Filterschaltungsabschnitt gebildeten Saugschaltung erhöht werden kann. Eine Serienschaltung von Kondensatoren kann insbesondere mit der oben beschriebenen Nutzung von Zusatzimpedanzelementen zur Verbindung von verschiedenen Filterschaltungsabschnitten kombiniert werden, wobei hierbei der Anschlusspunkt vorzugsweise zwischen den in Serie geschalteten Kondensatoren angeordnet wird. Hierdurch können beispielsweise durch eine relativ geringe Zahl von Filterschaltungsabschnitten Impedanzminima für eine relativ große Zahl von Frequenzen erreicht werden.At least one of the filter circuit sections may comprise at least two series-connected capacitors. By a series circuit of capacitors, the total capacity can be reduced, whereby, for example, a resonance frequency of a suction circuit formed by the respective filter circuit section can be increased. A series connection of capacitors can be combined in particular with the use of additional impedance elements described above for connecting different filter circuit sections, wherein in this case the connection point is preferably arranged between the series-connected capacitors. As a result, impedance minima for a relatively large number of frequencies can be achieved, for example, by means of a relatively small number of filter circuit sections.

Jeder Strompfad des Zwischenkreises, der den ersten und den zweiten gleichspannungsseitigen Anschluss der Schaltergruppe verbindet, kann über wenigstens einen Filterschaltungsabschnitt und/oder über wenigstens einen Kondensator geführt sein. Die Führung der Strompfade über Kondensatoren stellt sicher, dass im Wesentlichen kein Gleichstrom durch den Zwischenkreis fließt, womit durch den Zwischenkreis ausschließlich unerwünschte Wechselstromanteile aus dem Gleichstromnetz zwischen gleichstromseitigen Anschlüssen der Schaltergruppe und der Gleichstromquelle bzw. -senke entfernt werden. Die Führung der Strompfade über Filterschaltungsabschnitte kann insbesondere dazu dienen, die Gesamtimpedanz des Zwischenkreises bei bestimmten Frequenzen deutlich zu reduzieren, so dass entsprechende Frequenzanteile aus dem Strom im Gleichstromkreis gefiltert werden. Die Filterschaltungsabschnitte können hierbei insbesondere Saugkreise sein bzw. durch das Schalten der Filterschaltungsabschnitte zwischen die gleichstromseitigen Anschlüsse der Schaltergruppe kann eine Bandsperre bzw. ein Kerbfilter realisiert werden.Each current path of the intermediate circuit, which connects the first and the second direct-voltage side terminal of the switch group, can be guided via at least one filter circuit section and / or via at least one capacitor. The conduction of the current paths through capacitors ensures that substantially no direct current flows through the intermediate circuit, with the result that the intermediate circuit exclusively removes unwanted alternating current components from the DC network between the DC side connections of the switch group and the DC source or sink. The guidance of the current paths via filter circuit sections can in particular serve to significantly reduce the overall impedance of the intermediate circuit at certain frequencies, so that corresponding frequency components are filtered out of the current in the DC circuit. In this case, the filter circuit sections may in particular be suction circuits or by switching the filter circuit sections between the DC side Connections of the switch group, a band-stop filter or a notch filter can be realized.

Zumindest eine Zwischenimpedanz und/oder wenigstens eines der Zusatzimpedanzelemente kann ein Kondensator und/oder eine Induktivität sein oder umfassen. Die Induktivität kann insbesondere durch eine Spule, insbesondere eine Spule mit einem magnetischen Kern, oder durch eine entsprechende Formung einer Zuleitung, beispielsweise einer Leiterbahn auf einer Platine, eines Kabels, einer Stromschiene oder einem Busbar, implementiert werden. Entsprechende Zwischenimpedanzen ermöglichen eine weitere Anpassung des Frequenzverlaufs der Impedanz des Zwischenkreises, wodurch dieser besser an die zu filternde Störung angepasst werden kann.At least one intermediate impedance and / or at least one of the additional impedance elements may be or comprise a capacitor and / or an inductance. The inductance can be implemented in particular by a coil, in particular a coil with a magnetic core, or by a corresponding shaping of a feed line, for example a printed conductor on a printed circuit board, a cable, a busbar or a bus bar. Corresponding intermediate impedances allow a further adaptation of the frequency characteristic of the impedance of the intermediate circuit, whereby it can be better adapted to the interference to be filtered.

Wird der Zwischenkreis an Verbindungsleitungen angeschlossen, die die gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Schaltergruppe mit der Gleichstromquelle bzw. Gleichstromsenke verbinden, so wird die Filterwirkung für sehr hohe Frequenzen durch die Induktivität der Zuleitung zwischen dem jeweiligen Anschluss der Schaltergruppe und dem Anschlusspunkt begrenzt, da diese effektiv in Serie zu dem Zwischenkreis geschaltet ist. Um eine ausreichende Filterung hoher Frequenzen, insbesondere von Transienten der Schaltvorgänge von Schaltern der Schaltergruppe, zu erreichen, ist es daher vorteilhaft, einen Filterschaltungsabschnitt zur Filterung der hochfrequenten Teile über eine möglichst geringe Induktivität mit den gleichstromseitigen Anschlusspunkten der Schaltergruppe zu verbinden. Insbesondere können hierzu möglichst kurze Zuleitungen genutzt werden. Dieser zusätzliche Filterschaltungsabschnitt kann als Teil des Zwischenkreises oder auch separat hiervon ausgebildet werden und vorzugsweise unmittelbar benachbart zu der Schaltergruppe angeordnet sein.If the intermediate circuit is connected to connecting lines which connect the DC-side connections of the switch group to the DC source or DC sink, the filtering effect for very high frequencies is limited by the inductance of the supply line between the respective terminal of the switch group and the connection point, since these are effectively in series is connected to the intermediate circuit. In order to achieve sufficient filtering of high frequencies, in particular of transients of the switching operations of switches of the switch group, it is therefore advantageous to connect a filter circuit section for filtering the high-frequency parts via the lowest possible inductance with the DC-side connection points of the switch group. In particular, as short as possible supply lines can be used for this purpose. This additional filter circuit section may be formed as part of the intermediate circuit or separately therefrom, and preferably be arranged immediately adjacent to the switch group.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Filterung von hohen Frequenzanteilen weiter verbessert werden, wenn Kondensatoren unmittelbar parallel zur Schalterpaaren geschaltet werden, die einer jeweiligen Phase der Wechselspannung zugeordnet sind. Hierdurch können insbesondere Zuleitungen weiter verkürzt und somit die in Serie geschalteten parasitären Induktivitäten weiter verringert werden, womit eine Filterung höherer Frequenzen ermöglicht wird.Alternatively or additionally, the filtering of high frequency components can be further improved if capacitors are switched directly parallel to the pairs of switches associated with a respective phase of the AC voltage. In particular, leads can be further shortened, and thus the series-connected parasitic inductances can be further reduced, thus enabling filtering of higher frequencies.

Insbesondere kann die Schaltergruppe für jede an oder durch die Stromrichtereinrichtung bereitgestellte Wechselstromphase einen jeweiligen ersten und zweiten Schalter umfassen, wobei der erste Schalter jeweils zwischen die für diese Wechselstromphase genutzte Leitung und den ersten gleichstromseitigen Anschluss der Schaltergruppe und der zweite Schalter jeweils zwischen diese Leitung und den zweiten gleichstromseitigen Anschluss der Schaltergruppe geschaltet ist, wobei ein jeweiliger zusätzlicher Filterschaltungsabschnitt, der wenigstens einen Kondensator umfasst, parallel zu der jeweiligen Serienschaltung aus dem ersten und dem zweiten Schalter geschaltet ist. Insbesondere umfasst der Filterschaltungsabschnitt ausschließlich einen Kondensator, wobei der Anschluss des Kondensators vorzugsweise derart erfolgt, dass eine parasitäre Induktivität aufgrund von Zuleitungen minimiert wird.In particular, for each AC phase provided to or by the power conversion device, the switch group may comprise a respective first and second switch, the first switch each between the line used for this AC phase and the first DC side terminal of the switch group and the second switch between each line and the second second DC side terminal of the switch group is connected, wherein a respective additional filter circuit section, which comprises at least one capacitor, is connected in parallel to the respective series circuit of the first and the second switch. In particular, the filter circuit section comprises only one capacitor, wherein the connection of the capacitor preferably takes place such that a parasitic inductance due to supply lines is minimized.

Die Gleichstromquelle oder die Gleichstromsenke kann ein Gleichrichter oder ein Wechselrichter oder eine Batterie sein. Beispielsweise kann die Stromrichtereinrichtung einen Gleichstrom einer Batterie wechselrichten, insbesondere dreiphasig wechselrichten, um beispielsweise einen Motor anzutreiben. Umgekehrt kann durch einen Generator Wechselstrom, insbesondere dreiphasiger Wechselstrom, bereitgestellt werden, und durch die Stromrichtereinrichtung gleichgerichtet werden, um in die Batterie eingespeist zu werden. Umfasst die Stromrichtereinrichtung zusätzlich zur Schaltergruppe einen Gleich- bzw. Wechselrichter, so kann die Stromrichtereinrichtung beispielsweise zur Frequenzumrichtung dienen. Hierbei wird Wechselstrom mit einer ersten Frequenz in Gleichstrom umgesetzt und anschließend Wechselstrom mit einer anderen Frequenz generiert. Hierbei kann ein einphasiger, zweiphasiger oder dreiphasiger Wechselstrom frequenzumgesetzt werden und/oder es kann ein Wechsel der Phasenzahl erfolgen. Beispielsweise kann ein einphasig bereitgestellter Wechselstrom zunächst gleichgerichtet werden und anschließend zu einem dreiphasigen Wechselstrom umgerichtet werden.The DC power source or the DC sink may be a rectifier or an inverter or a battery. For example, the power conversion device can switch a direct current of a battery, in particular three-phase invert, for example, to drive a motor. Conversely, can be provided by a generator alternating current, in particular three-phase alternating current, and rectified by the power conversion device to be fed into the battery. If the converter device comprises a DC or inverter in addition to the switch group, then the converter device can serve, for example, for frequency conversion. In this case, alternating current is converted into direct current with a first frequency and then generates alternating current with a different frequency. In this case, a single-phase, two-phase or three-phase alternating current can be frequency-converted and / or a change in the number of phases can take place. For example, a single-phase supplied alternating current can first be rectified and then converted to a three-phase alternating current.

Neben der erfindungsgemäßen Stromrichtereinrichtung betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine erfindungsgemäße Stromrichtereinrichtung umfasst. Die Stromrichtereinrichtung kann insbesondere Hochspannungsnetze innerhalb des Kraftfahrzeugs verbinden. Beispielsweise kann die Stromrichtereinrichtung ein Wechselrichter für einen Antriebsmotor sein. Dieser kann auch als Gleichrichter betreibbar sein, um eine Rekuperation über den Antriebsmotor zu ermöglichen.In addition to the power converter device according to the invention, the invention relates to a motor vehicle comprising a power converter device according to the invention. The power converter device can in particular connect high-voltage networks within the motor vehicle. For example, the power conversion device may be an inverter for a drive motor. This can also be operated as a rectifier to allow recuperation via the drive motor.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromrichtereinrichtung,
2 beispielhaft den Frequenzverlauf des Betrags der Impedanz des Zwischenkreises in einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stromrichtereinrichtung, und
3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.

Further advantages and details of the invention will become apparent from the following embodiments and the accompanying drawings. Here are shown schematically:

1 an embodiment of a power converter device according to the invention,
2 by way of example the frequency profile of the amount of the impedance of the intermediate circuit in an embodiment of the power converter device according to the invention, and
3 An embodiment of a motor vehicle according to the invention.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Stromrichtereinrichtung, die zur Umrichtung eines Stroms zwischen einem Gleichstromnetz 2 und einem Wechselstromnetz 3 dient. Eine derartige Stromrichtereinrichtung kann beispielsweise dazu genutzt werden, einen z. B. dreiphasig angeschlossenen Wechselstrommotor 4 mit einer Gleichstromquelle 8, beispielsweise einer Batterie, zu bestromen bzw. bei einem Rekuperationsbetrieb durch den Wechselstrommotor 4 generierten Wechselstrom gleichzurichten und der Gleichstromsenke 8 zuzuführen. Die Umrichtung zwischen dem Gleichstromnetz 2 und dem Wechselstromnetz 3 erfolgt durch eine entsprechend angesteuerte Schaltereinrichtung 5, deren Schalter 32 einzelne Phasen des Wechselstromnetzes zeitlich wechselnd mit den beiden gleichstromseitigen Anschlüssen 6, 7 der Schaltereinrichtung 5 verbinden. Durch den Betrieb der Schalter 32 werden jedoch hochfrequente Störungen in das Gleichstromnetz 2 eingespeist. Daher umfasst die Stromrichtereinrichtung 1 zusätzlich einen Zwischenkreis 9, der zwischen die gleichstromseitigen Anschlüsse 6, 7 der Schaltergruppe 5 und parallel zu der Gleichstromquelle bzw. Gleichstromsenke 8 geschaltet ist. Der Zwischenkreis 9 weist eine frequenzabhängige Impedanz auf. Ein Beispiel hierfür ist in 2 dargestellt. Der Betrag der Impedanz 22 kann hierbei, bei entsprechender Ausgestaltung des Zwischenkreises 9, mehrere Minima 33 aufweisen, die vorzugsweise bei ganzzahligen Vielfachen der Schaltfrequenz 34 der Schaltergruppe 5 liegen. Die Schaltfrequenz 34 ist jene Frequenz, mit der die Schalter 32 geschaltet werden. Die Amplitude der hieraus resultierenden Störungen ist schematisch ebenfalls in 2 dargestellt. Hierbei treten die größten Störungsamplituden typischerweise bei der doppelten Frequenz 25 der Schaltfrequenz 34 auf. Um eine effektive Filterung dieser Störungen zu erreichen, sollte der Zwischenkreis 9 somit so gestaltet werden, dass die Minima 33 mit ganzzahligen Vielfachen der Schaltfrequenz 34 zusammenfallen. 1 shows an embodiment of a power conversion device, which is used to convert a current between a DC network 2 and an AC mains 3 serves. Such a power converter device can be used for example to a z. B. three-phase AC motor 4 with a DC source 8th , For example, a battery to energize or at a recuperation by the AC motor 4 rectified AC and the DC sink 8th supply. The conversion between the DC network 2 and the AC mains 3 takes place by a correspondingly controlled switch device 5 whose switch 32 individual phases of the AC network temporally changing with the two DC-side connections 6 . 7 the switch device 5 connect. By the operation of the switches 32 However, high-frequency interference in the DC network 2 fed. Therefore, the power conversion device comprises 1 additionally an intermediate circuit 9 that is between the DC side connectors 6 . 7 the switch group 5 and in parallel with the DC source or DC sink 8th is switched. The DC link 9 has a frequency-dependent impedance. An example of this is in 2 shown. The amount of impedance 22 can in this case, with appropriate design of the DC link 9 , several minima 33 preferably at integer multiples of the switching frequency 34 the switch group 5 lie. The switching frequency 34 is the frequency with which the switches 32 be switched. The amplitude of the resulting interference is also schematically in 2 shown. Here, the largest disturbance amplitudes typically occur at twice the frequency 25 the switching frequency 34 on. In order to achieve effective filtering of these disturbances, the DC link should 9 thus be designed so that the minima 33 with integer multiples of the switching frequency 34 coincide.

Im einfachsten Fall könnte der Zwischenkreis 9 aufgebaut werden, indem für jedes der gewünschten Minima 33 ein separater Saugkreis zwischen die Anschlüsse 6, 7 geschaltet wird. Ein solcher Saugkreis resultiert, wenn ein Kondensator mit einer Induktivität und optional einem Widerstand in Serie geschaltet wird. Eine solche Schaltung weist ein Minimum der Impedanz bei einer Resonanzfrequenz auf, die proportional zum Kehrwert der Wurzel des Produkts aus Kapazität und Induktivität des Saugkreises ist. Bei einem Aufbau eines solchen Saugkreises kann ausgenutzt werden, dass bereits bei einer ausschließlichen Nutzung eines Kondensators parasitäre Impedanzen und Widerstände auftreten. Diese können durch ein entsprechendes Design der Zuleitungen bedarfsgerecht angepasst werden, so dass ein vollständiger Saugkreis alleine durch entsprechende Wahl und Beschaltung eines Kondensator implementiert werden kann. Ein derartiges Filtern einzelner Frequenzbänder führt jedoch zu einer relativ aufwändigen Schaltung, da zum Filtern der niedrigen Frequenzen relativ große Induktivitäten bzw. Kapazitäten erforderlich sind, womit relativ großbauende Bauteile verbaut werden müssen.In the simplest case, the DC link could 9 be built by for each of the desired minima 33 a separate absorption circuit between the connections 6 . 7 is switched. Such a sense circuit results when a capacitor is connected in series with an inductor and optionally a resistor. Such a circuit has a minimum of the impedance at a resonant frequency that is proportional to the inverse of the root of the product of capacitance and inductance of the absorption circuit. In a structure of such a absorption circuit can be exploited that already occur in an exclusive use of a capacitor parasitic impedances and resistors. These can be adapted as needed by a corresponding design of the supply lines, so that a complete absorption circuit can be implemented solely by appropriate selection and wiring of a capacitor. Such filtering of individual frequency bands, however, leads to a relatively complex circuit, as for filtering the low frequencies relatively large inductances and capacitances are required, which relatively large-sized components must be installed.

In dem in 1 gezeigten Zwischenkreis 9 werden daher mehrere Filterschaltungsabschnitte 10, 12 bzw. 11, 13, 14 jeweils in Serie zu einer gemeinsam genutzten Zwischenimpedanz 15, 16 geschaltet. Die einzelnen Filterschaltungsabschnitte 10 - 14 umfassen hierbei jeweils einen Kondensator 22, eine Induktivität 23 und einen Widerstand 24, wobei die Induktivität 23 und/oder der Widerstand 24 parasitär sein können, also durch den Kondensator 22 bzw. dessen Zuleitungen ausgebildet sein können. Hierbei können bei den einzelnen Filterschaltungsabschnitten 10 - 14 mehrere Kondensatoren 22 bzw. mehrere Induktivitäten und/oder Widerstände in Serie geschaltet sein, um ein gewünschtes Impedanzverhalten des jeweiligen Filterschaltungsabschnitts zu realisieren.In the in 1 shown intermediate circuit 9 Therefore, several filter circuit sections 10 . 12 or. 11 . 13 . 14 each in series with a shared intermediate impedance 15 . 16 connected. The individual filter circuit sections 10 - 14 in this case each comprise a capacitor 22 , an inductance 23 and a resistance 24 , where the inductance 23 and / or the resistance 24 can be parasitic, so through the capacitor 22 or whose supply lines can be formed. Here, in the individual filter circuit sections 10 - 14 several capacitors 22 or a plurality of inductors and / or resistors may be connected in series in order to realize a desired impedance behavior of the respective filter circuit section.

Durch die Nutzung von vor mehrere Filterschaltungsabschnitte 10, 12 bzw. 11, 13 und 14 geschalteten Zwischenimpedanzen 15 bzw. 16 kann die Impedanz von mehreren Strompfaden zwischen den Anschlüssen 6, 7 gemeinsam angepasst werden. Die Zwischenimpedanz 15, 16 kann einen Kondensator 19, eine parasitäre Induktivität des Kondensators 19 bzw. eine Spule 17 und einen, insbesondere parasitären, Widerstand 18 umfassen. Eine vorgeschaltete Induktivität erhöht die Induktivität der Strompfade aller nachgeschalteten Filterschaltungsabschnitte 10, 12 bzw. 11, 13, 14 und senkt somit die Frequenz der jeweiligen Resonanzen. Umgekehrt reduziert eine vorgeschaltete Kapazität, beispielsweise der Kondensator 19, die Gesamtkapazität für die Strompfade, wodurch die Impedanzminima für die jeweiligen Strompfade zu höheren Frequenzen verschoben werden. Zudem kann durch Nutzung eines Kondensators als Zwischenimpedanz die Spannungsfestigkeit des nachgeschalteten Filterschaltungsabschnitts bzw. der nachgeschalteten Filterschaltungsabschnitte erhöht werden. Dies kann insbesondere relevant sein, wenn in unterschiedlichen Filterschaltungsabschnitten unterschiedliche Kondensatoren genutzt werden sollen. Durch ein Vorschalten einer Zwischenimpedanz 15, 16 kann somit der Aufwand zur Implementierung der einzelnen Filterschaltungsabschnitte 10 - 14 reduziert werden bzw. die Eigenschaften dieser Filterschaltungsabschnitte können an eine konkrete Problemstellung angepasst werden. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, zusätzlich zu den Filterschaltungsabschnitten 10 - 14, zu denen jeweils wenigstens eine Zwischenimpedanz 15, 16, 20, 21 in Serie geschaltet ist, einen oder mehrere weitere Filterschaltungsabschnitte 36 zu nutzen, für die dies nicht der Fall ist. Hierdurch kann die Anpassung des Frequenzverlaufs der Impedanz des Zwischenkreises bedarfsgerecht angepasst werden.By using before several filter circuit sections 10 . 12 or. 11 . 13 and 14 switched intermediate impedances 15 or. 16 Can the impedance of multiple current paths between the terminals 6 . 7 be adjusted together. The intermediate impedance 15 . 16 can be a capacitor 19 , a parasitic inductance of the capacitor 19 or a coil 17 and one, in particular parasitic, resistance 18 include. An upstream inductance increases the inductance of the current paths of all downstream filter circuit sections 10 . 12 or. 11 . 13 . 14 and thus lowers the frequency of the respective resonances. Conversely, reducing an upstream capacity, such as the capacitor 19 , the total capacitance for the current paths, shifting the impedance minima for the respective current paths to higher frequencies. In addition, by using a capacitor as an intermediate impedance, the dielectric strength of the downstream filter circuit section and the downstream filter circuit sections can be increased. This may be particularly relevant if different capacitors are to be used in different filter circuit sections. By pre-switching an intermediate impedance 15 . 16 Thus, the effort to implement the individual filter circuit sections 10 - 14 can be reduced or the properties of these filter circuit sections can be adapted to a specific problem. However, it can also be beneficial in addition to the filter circuit sections 10 - 14 , to each of which at least one intermediate impedance 15 . 16 . 20 . 21 is connected in series, one or more other filter circuit sections 36 for which this is not the case. As a result, the adaptation of the frequency response of the impedance of the DC link can be adjusted as needed.

Die Filterschaltungsabschnitte können, wie für die Filterschaltungsabschnitte 10, 12 gezeigt ist, unmittelbar parallel geschaltet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass, wie für den Filterschaltungsabschnitt 11 gezeigt ist, eine Serienschaltung eines weiteren Filterschaltungsabschnitts 13 und einer weiteren Zwischenimpedanz 20 parallel zu dem Filterschaltungsabschnitt 11 geschaltet ist. Zudem ist eine Serienschaltung eines dritten Filterschaltungsabschnitts 14 mit einer dritten Zwischenimpedanz 21 parallel zu dem Filterschaltungsabschnitt 13 geschaltet. Durch das stufenweise Vorschalten der Zwischenimpedanzen 16, 20, 21 vor die Filterschaltungsabschnitte 11, 13, 14 kann beispielsweise für die einzelnen Strompfade stufenweise eine Gesamtinduktivität auf dem jeweiligen Strompfad erhöht werden, womit, wie vorangehend erläutert, die Frequenzen der Impedanzminima verschoben werden können.The filter circuit sections may be as for the filter circuit sections 10 . 12 is shown to be directly connected in parallel. However, it is also possible that, as for the filter circuit section 11 is shown, a series connection of another filter circuit section 13 and another intermediate impedance 20 parallel to the filter circuit section 11 is switched. In addition, a series connection of a third filter circuit section 14 with a third intermediate impedance 21 parallel to the filter circuit section 13 connected. By the gradual upstream of the intermediate impedances 16 . 20 . 21 before the filter circuit sections 11 . 13 . 14 For example, a total inductance on the respective current path can be increased stepwise for the individual current paths, as a result of which, as explained above, the frequencies of the impedance minimums can be shifted.

Um mit geringem Bauteil- und Bauraumaufwand einen komplexeren Verlauf der Frequenzabhängigkeit der Impedanz des Zwischenkreises zu erreichen und insbesondere weitere Minima bei bestimmten Frequenzen bereitzustellen, können zwei oder mehr Filterschaltungsabschnitte 10, 12 bzw. 13, 14 über ein Zusatzimpedanzelement 26, 27 miteinander verbunden sein. Das Zusatzimpedanzelement kann beispielsweise ein Kondensator sein, der eine parasitäre Induktivität und einen parasitären Widerstand aufweist. Es ist jedoch auch möglich, als Zusatzimpedanzelement eine Spule zu nutzen, die einen parasitären Widerstand aufweisen kann. Die Spule kann hierbei als separates Bauteil, insbesondere als Spule mit einem Metallkern, ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, eine entsprechende Impedanz dadurch zu realisieren, dass eine Leitungsführung beispielsweise auf einer Platine oder durch ein Kabel, eine Stromschiene oder einen Busbar, entsprechend angepasst wird, um eine gewünschte Induktivität bereitzustellen.In order to achieve a more complex profile of the frequency dependence of the impedance of the intermediate circuit with little component and space requirements and in particular to provide further minima at certain frequencies, two or more filter circuit sections 10 . 12 or. 13 . 14 via an additional impedance element 26 . 27 be connected to each other. The additional impedance element may be, for example, a capacitor having a parasitic inductance and a parasitic resistance. However, it is also possible to use as auxiliary impedance element, a coil which may have a parasitic resistance. The coil can in this case be designed as a separate component, in particular as a coil with a metal core. However, it is also possible to realize a corresponding impedance in that a wiring, for example on a circuit board or by a cable, a power rail or a busbar, is adjusted accordingly to provide a desired inductance.

Die bisher beschriebene Bedämpfung von Wechselströmen im Gleichstromkreis 2 ist nur bedingt geeignet, um hochfrequente Wechselströme, die insbesondere aus Schalttransienten der Schalter 32 resultieren, zu filtern. Dies ist beispielsweise in 2 im Bereich 28 zu erkennen, in dem die Impedanz zwischen den Anschlüssen 6, 7 für hohe Frequenzen relativ hoch ist. Dies wird zumindest zum Teil durch die parasitäre Induktivität 29 der Anschlussleitungen begründet, mit denen der Zwischenkreis 9 mit der Schalteinrichtung 5 verbunden ist. Um eine Filterung von hohen Störfrequenzen zu verbessern, kann daher ein zusätzlicher Filterschaltungsabschnitt 30 vorgesehen sein, der möglichst nahe an der Schaltergruppe 5, beispielsweise im gleichen Gehäuse und unmittelbar benachbart zur Schaltergruppe, angeordnet wird, um eine möglichst geringe Anschlussinduktivität zu erreichen. Der Filterschaltungsabschnitt 30 umfasst vorzugsweise ausschließlich einen Kondensator, wobei in 1 die parasitäre Induktivität und der parasitäre Widerstand schematisch als separate Baugruppen dargestellt sind. Insbesondere die parasitäre Induktivität sollte möglichst kleingehalten werden.The previously described damping of alternating currents in the DC circuit 2 is only conditionally suitable for high-frequency alternating currents, in particular from switching transients of the switches 32 result, to filter. This is for example in 2 in the area 28 to detect where the impedance between the terminals 6 . 7 is relatively high for high frequencies. This is at least partly due to the parasitic inductance 29 established the connection cables with which the intermediate circuit 9 with the switching device 5 connected is. In order to improve filtering of high spurious frequencies, therefore, an additional filter circuit section 30 be provided as close as possible to the switch group 5 , For example, in the same housing and immediately adjacent to the switch group, is arranged in order to achieve the lowest possible terminal inductance. The filter circuit section 30 preferably comprises only one capacitor, wherein in 1 the parasitic inductance and the parasitic resistance are shown schematically as separate assemblies. In particular, the parasitic inductance should be kept as small as possible.

Um die Filterung hoher Frequenzen weiter zu verbessern, kann ergänzend zu dem Filterschaltungsabschnitt 30 oder alternativ hierzu für jedes Paar der Schalter 32 der Schaltergruppe 5, die einer jeweiligen Phase des Wechselstromnetzes 3 zugeordnet sind, ein Kondensator 31 vorgesehen werden, der parallel zu diesen Schaltern 32 geschaltet ist. Bei einem entsprechenden Schaltungslayout können sehr geringe Anschlusswiderstände und Anschlussinduktivitäten für einen solchen Kondensator 31 resultieren, womit auch sehr hochfrequente Signale gut bedämpft werden können.In order to further improve the filtering of high frequencies, in addition to the filter circuit section 30 or alternatively for each pair of switches 32 the switch group 5 that is a respective phase of the AC network 3 are assigned, a capacitor 31 be provided in parallel with these switches 32 is switched. With a corresponding circuit layout, very low connection resistances and connection inductances for such a capacitor can be achieved 31 result, which also very high-frequency signals can be well damped.

Wie bereits eingangs erläutert kann die beschriebene Stromrichtereinrichtung mit besonderem Vorteil in Kraftfahrzeugen genutzt werden, insbesondere um Antriebsmotoren zu bestromen. Ein Beispiel hierfür ist in 3 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 35 weist eine Gleichstromquelle bzw. -senke 8, nämlich eine Batterie, auf. Das durch diese bestromte Gleichstromnetz 2, das zudem eine Vielzahl weiterer nicht gezeigter Komponenten umfassen kann, ist über die mit Bezug zu 1 und 2 beschriebene Stromrichtereinrichtung 1 mit dem dreiphasigen Wechselstromnetz 3 gekoppelt, über das der Wechselstrommotor 4 bestromt wird bzw. über das bei einem als Generator betriebenen Wechselstrommotor 4 bei einer Rekuperation Strom zurück in das Gleichstromnetz 2 und somit zu der Batterie gespeist werden kann.As already explained at the outset, the power converter device described can be used with particular advantage in motor vehicles, in particular in order to power drive motors. An example of this is in 3 shown. The car 35 has a DC power source or sink 8, namely a battery. The DC powered by this 2 , which may also include a variety of other components not shown, is over that with reference to 1 and 2 described converter device 1 with the three-phase AC mains 3 coupled, over which the AC motor 4 is energized or over that in a generator operated as an AC motor 4 at a recuperation power back into the DC network 2 and thus can be fed to the battery.

Alternativ wäre es beispielsweise möglich, die Stromrichtereinrichtung im Rahmen einer Frequenzumsetzung bzw. im Rahmen einer Umsetzung zwischen verschiedenen Anzahlen von Phasen eines Wechselstroms zu nutzen. Hierzu könnte als Gleichstromsenke bzw. -quelle statt einer Batterie beispielsweise ein Wechselrichter genutzt werden, der ein weiteres Wechselstromnetz versorgt.Alternatively, it would be possible, for example, to use the power converter device in the context of frequency conversion or as part of a conversion between different numbers of phases of an alternating current. For this purpose could be used as a DC sink or source instead of a battery, for example, an inverter that supplies another AC power.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102016224472 [0004]

Claims

Converter device, in particular converter device (1) for a motor vehicle (35), which comprises a switch group (5) comprising at least one switch (32) for switching over a current, wherein between a first and a second dc-side connection (6, 7) of the switch group ( 5) is connected in parallel with at least one DC current source (8) and / or at least one DC sink (8) an intermediate circuit (9) for smoothing the DC-side current flow, characterized in that the intermediate circuit (9) has a first and a second filter circuit section (10). 14) and a first intermediate impedance (15, 16), wherein the first or the second DC side terminal (6, 7) of the switch group (5) via the first intermediate impedance (15, 16) with the first filter circuit section (10, 11) and the second filter circuit section (12, 13) is connected, wherein the first filter circuit section (10, 11) parallel to the second filter circuit section (12) or to a series circuit of the second filter circuit section (13) and a second intermediate impedance (20) of the intermediate circuit (9) is connected.

Converter device after Claim 1 , characterized in that only the first intermediate impedance (15, 16) is connected in series between the first or second DC-side terminal (6, 7) of the switch group (5) and the first filter circuit section (10, 11).

Converter device after Claim 1 or 2 , characterized in that the intermediate circuit (9) comprises at least one further filter circuit section (14, 36) connected directly or in series with the first and / or the second intermediate impedance (16, 20) and / or a further intermediate impedance (21) between the first and second DC side terminal (6, 7) of the switch group (5) is connected.

Power conversion device according to one of the preceding claims, characterized in that two of the filter circuit sections (10, 12, 13, 14) are additionally connected to each other via at least one additional impedance element (26, 27), the filter circuit sections (10, 12, 13, 14) respectively contacted at a connection point between series-connected impedance elements of the respective filter circuit section (10, 12, 13, 14).

Converter device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the filter circuit sections (10) comprises at least two series-connected capacitors (22).

Power conversion device according to one of the preceding claims, characterized in that each current path of the intermediate circuit (9), which connects the first and the second DC-side terminal (6, 7) of the switch group (5), via at least one filter circuit section (10 - 14) and / or via at least one capacitor (22) is guided.

Converter device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one intermediate impedance (15, 16, 20, 21) and / or at least one of the additional impedance elements (26, 27) is a capacitor (19) and / or an inductance (17) or includes.

Power conversion device according to one of the preceding claims, characterized in that the switch group (5) comprises a respective first and second switch (32) for each alternating current phase provided to or by the power conversion device (1), the first switch (32) in each case between those for this AC phase line and the first DC side terminal (6) of the switch group (5) and the second switch (32) are each connected between this line and the second DC side terminal (7) of the switch group (5), wherein a respective additional filter circuit section, the at least one capacitor (31), is connected in parallel to the respective series circuit of the first and the second switch (32).

Power conversion device according to one of the preceding claims, characterized in that the direct current source (8) or the direct current sink (8) is a rectifier or an inverter or a battery.

Motor vehicle, characterized in that it comprises a power converter device (1) according to one of the preceding claims.