DE102020215055A1 - Circuit arrangement for reducing common-mode interference in a power electronic device - Google Patents
Circuit arrangement for reducing common-mode interference in a power electronic device Download PDFInfo
- Publication number
- DE102020215055A1 DE102020215055A1 DE102020215055.9A DE102020215055A DE102020215055A1 DE 102020215055 A1 DE102020215055 A1 DE 102020215055A1 DE 102020215055 A DE102020215055 A DE 102020215055A DE 102020215055 A1 DE102020215055 A1 DE 102020215055A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- transformer
- common
- circuit arrangement
- power
- power electronic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
- H02M1/123—Suppression of common mode voltage or current
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
- H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Filters And Equalizers (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (110) zum Reduzieren von Gleichtaktstörungen eines leistungselektronischen Geräts (130), das Eingangsanschlüsse (131, 132) und Ausgangsanschlüsse (135, 136, 137) aufweist, und das im Betrieb eine Gleichtaktstörquelle darstellt, mit einem Transformator (160) und mehreren Kondensatoren (181, 182, 185, 186, 187), wobei ein erster Anschluss (161) des Transformators (160) über jeweils einen Kondensator (181, 182) an jeweils einen Eingangsanschluss (131, 132) des leistungselektronischen Geräts (130) anzuschließen ist, wobei ein zweiter Anschluss (162, 163) des Transformators (160) über jeweils einen Kondensator (130) an jeweils einen Ausgangsanschluss (135, 136, 137) des leistungselektronischen Geräts (130) anzuschließen ist, und wobei zwei weitere Anschlüsse des Transformators (160) an Masse (154) anzuschließen sind, sowie eine Verwendung hiervon, ein leistungselektronisches System (100) mit einer solchen Schaltungsanordnung, und ein Fahrzeug mit einem solchen leistungselektronischen System (100). The invention relates to a circuit arrangement (110) for reducing common-mode interference in a power electronic device (130), which has input connections (131, 132) and output connections (135, 136, 137), and which represents a common-mode interference source during operation, with a transformer (160 ) and a plurality of capacitors (181, 182, 185, 186, 187), a first connection (161) of the transformer (160) being connected via a respective capacitor (181, 182) to a respective input connection (131, 132) of the electronic power device ( 130) is to be connected, with a second connection (162, 163) of the transformer (160) being connected via a respective capacitor (130) to an output connection (135, 136, 137) of the electronic power device (130), and with two more Terminals of the transformer (160) are to be connected to ground (154), and use thereof, a power electronic system (100) with such a circuit arrangement, and a vehicle with such a power electronic system (100).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Reduzieren von Gleichtaktstörungen eines leistungselektronischen Geräts, ein leistungselektronisches System mit einem leistungselektronischen Gerät und einer solche Schaltungsanordnung, ein Fahrzeug mit einem solchen leistungselektronischen System sowie eine Verwendung einer solchen Schaltungsanordnung.The present invention relates to a circuit arrangement for reducing common-mode interference in a power electronic device, a power electronic system with a power electronic device and such a circuit arrangement, a vehicle with such a power electronic system and the use of such a circuit arrangement.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Beim Betrieb von leistungselektronischen Geräten, wie z.B. Spannungswandlern bzw. Stromrichtern, treten Gleichtaktstörungen auf, die zu elektromagnetischen Emissionen führen. Solche sind beim Betrieb von elektrischen Systemen stets zu minimieren, damit diese Systeme andere Systeme in der Umgebung nicht beeinflussen. Zur elektromagnetischen Filterung einzelner stromtragender Leitungen sind vielfältige Lösungen bekannt.When operating power electronic devices, such as voltage converters or converters, common-mode interference occurs, which leads to electromagnetic emissions. These must always be minimized when operating electrical systems so that these systems do not influence other systems in the environment. Various solutions are known for electromagnetic filtering of individual current-carrying lines.
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Erfindungsgemäß werden eine Schaltungsanordnung, ein leistungselektronisches System, ein Fahrzeug sowie eine Verwendung einer solchen Schaltungsanordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a circuit arrangement, a power electronic system, a vehicle and a use of such a circuit arrangement with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous configurations are the subject of the dependent claims and the following description.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Reduzieren von Gleichtaktstörungen eines leistungselektronischen Geräts, das Eingangsanschlüsse und Ausgangsanschlüsse aufweist und das im Betrieb eine Gleichtaktstörquelle darstellt. Ein solches leistungselektronisches Gerät ist z.B. ein Stromrichter (z.B. ein Pulswechselrichter, Gleichrichter und dergleichen) oder ein Spannungswandler (DC-DC-Wandler oder DC-AC-Wandler). Unter Eingangs- und Ausgangsanschlüssen - oder allgemein auch Eingang und Ausgang - sind dabei die mit Spannung versorgten oder beaufschlagten Anschlüsse zu verstehen. Ein DC-DC-Wandler weist z.B. zwei Eingangs- und zwei Ausgangsanschlüsse auf. Ein DC-AC-Wandler hingegen z.B. zwei Eingangsanschlüsse und Ausgangsanschlüsse entsprechend der Anzahl der Wechselstromphasen auf.The invention is concerned with reducing common-mode interference in a power electronic device that has input terminals and output terminals and that represents a source of common-mode interference during operation. Such a power electronic device is, for example, a power converter (e.g. a pulse-controlled inverter, rectifier and the like) or a voltage converter (DC-DC converter or DC-AC converter). Input and output connections—or generally also input and output—are to be understood as meaning the connections that are supplied with voltage or are acted upon. For example, a DC-DC converter has two input and two output terminals. On the other hand, a DC-AC converter, for example, has two input terminals and output terminals according to the number of AC phases.
Gleichtaktstörungen beruhen auf Gleichtaktströmen (engl.: „Common Mode Currents“) und sind die Hauptquelle von EMV-Problemen (EMV steht dabei für „Elektromagnetische Verträglichkeit“) in z.B. Antriebssystemen, die in unterschiedlichen Bereichen genutzt werden. Diese Gleichtaktströme beeinflussen die Störspannungen, die von einem leistungselektronischen Gerät erzeugt werden. Ein Stromrichter oder Umrichter ist eine typische Quelle von Gleichtaktstörungen.Common-mode interference is based on common-mode currents and is the main source of EMC problems (EMC stands for "Electromagnetic Compatibility") in, for example, drive systems that are used in different areas. These common-mode currents affect the interference voltages generated by a power electronic device. A power converter or converter is a typical source of common mode noise.
Auf einer Seite kann diese Quelle z.B. durch Streukapazitäten eines Motorkabels und des Motors mit Masse gekoppelt sein. Auf der anderen Seite schließen sich die Gleichtaktströme z.B. durch das Netzkabel oder fließen ins Stromnetz. Wenn zwischen dem Stromnetz und dem Antriebssystem eine Netznachbildung eingerichtet wird, dann gibt es eine Möglichkeit, diese Ströme nachmessen zu können. Andere elektronische und elektrische Geräte, die am gleichen Stromnetz angeschlossen sind, können durch Gleichtaktstörungen negativ beeinflusst werden.On one side, this source can be coupled to ground, for example, through stray capacitances of a motor cable and the motor. On the other side, the common-mode currents close e.g. through the mains cable or flow into the mains. If a network simulation is set up between the power grid and the drive system, then there is a possibility of being able to measure these currents. Other electronic and electrical devices that are connected to the same power supply can be adversely affected by common mode interference.
Eine Netznachbildung (engl.: „Line Impedance Stabilization Network“, LISN) ist dabei eine elektrotechnische Vorrichtung, die zur Messung der leitungsgebundenen Störaussendung im Rahmen von Messungen und Prüfungen zur EMV als Nachbildung von Versorgungsnetzen verwendet wird.A line impedance stabilization network (LISN) is an electrotechnical device that is used to measure line-bound interference emissions as part of measurements and tests for EMC as a simulation of supply networks.
Es können verschiedene technische Lösungen zur Reduzierung des emittierten Gleichtakt-Störspannungsspektrums bei einem leistungselektronischen Gerät eingesetzt werden. Dies können z.B. Gleichtaktdrosseln, wie eingangs schon erwähnt, oder Y-Kondensatoren sein (unter sog. Y-Kondensatoren sind Kondensatoren zu verstehen, die zwischen Phase bzw. Neutralleiter und berührbarem, schutzgeerdetem Apparategehäuse angeschlossen werden und somit die Basisisolierung überbrücken). Ebenso kommen ganz allgemein passive EMV-Filter, ggf. mit unterschiedlicher Stufenanzahl, in Betracht, ein optimiertes Design der Lastkapazität (Motor, Kabel, Netz etc.), spezialisierte PWM-Methoden zur Minimierung der Gleichtaktspannungen sowie optimierte Schaltvorgänge der Halbleiter.Various technical solutions can be used to reduce the emitted common-mode interference voltage spectrum in a power electronic device. These can be, for example, common-mode chokes, as already mentioned, or Y-capacitors (so-called Y-capacitors are to be understood as meaning capacitors that are connected between the phase or neutral conductor and a touchable, protectively earthed apparatus housing and thus bridge the basic insulation). Passive EMC filters in general, possibly with a different number of stages, can also be considered, an optimized design of the load capacity (motor, cable, mains, etc.), specialized PWM methods for minimizing the common-mode voltages and optimized switching processes of the semiconductors.
Eine sehr effektive EMV-Maßnahme ist die Nutzung von passiven EMV-Filtern. Für eine effiziente Dämpfung der Gleichtaktstörungen sind typischerweise Y-Kondensatoren in der Struktur des Filters erforderlich. Der Einsatz von Y-Kondensatoren erhöht allerdings den Anteil von den Ableitströmen. Ableitströme haben eine schädliche Wirkung auf den menschlichen Körper, sodass sie gesetzlich limitiert sind. Deswegen ist die Größe von Y-Kondensatoren in den meisten Fällen eingeschränkt, teils ist die Verwendung von Y-Kondensatoren auch verboten. Wenn die gewünschte EMV-Filterdämpfung erreicht ist, steigt der Anteil der Ableitströme oft so stark an, dass es zu einer unerwünschten Auslösung von Fl-Schaltern (Fehlerstrom-Schalter) kommen kann. Um diese Probleme zu lösen, können alternative Filtertopologien angewendet werden.A very effective EMC measure is the use of passive EMC filters. Y-capacitors are typically required in the structure of the filter for efficient attenuation of common-mode interference. However, the use of Y-capacitors increases the proportion of leakage currents. Leakage currents have a harmful effect on the human body, so they are limited by law. Therefore, the size of Y-capacitors is limited in most cases, and the use of Y-capacitors is sometimes also prohibited. When the desired EMC filter attenuation is reached, the proportion of leakage currents often increases so much that RC switches (residual current switches) can trip undesirably. Around To solve these problems, alternative filter topologies can be applied.
Ein leistungselektronisches Gerät stellt im Betrieb regelmäßig eine Gleichtaktstörquelle dar. Gleichtaktstörungen können sich durch Streukapazitäten des Systems ausbreiten (unter Streukapazitäten sind dabei an sich unerwünschte, aber in vielen Komponenten wie Kabeln vorhandene Kapazitäten zu verstehen). Um diese Ausbreitung zu vermeiden, ist es möglich, die Quelle von Gleichtaktstörungen kurzzuschließen. In diesem Fall ist die Wirkung von Gleichtaktstörungen auf der Stromversorgungseite (und denjenigen, die an der Netznachbildung gemessen werden) viel geringer. Denkbar ist es aber auch, noch zusätzliche Komponenten wie Widerstände (Bauelement) und/oder Kondensatoren mit dem Pfad der Gleichtaktströme zu verbinden. Außerdem können sowohl die Gleichtaktstörquelle als auch das Stromversorgungsnetz mit hochimpedanten Komponenten abgesondert werden. Für eine bessere Filterwirkung können auch zusätzliche Komponenten für einen alternativen niederimpedanten Weg für Gleichtaktströme sorgen.A power electronic device regularly represents a source of common-mode interference during operation. Common-mode interference can propagate through stray capacitances in the system (stray capacitances are inherently undesirable capacitances that are present in many components such as cables). To avoid this propagation it is possible to short circuit the source of common mode noise. In this case the effect of common mode noise on the power supply side (and those measured on the network) is much smaller. However, it is also conceivable to connect additional components such as resistors (component) and/or capacitors to the path of the common-mode currents. In addition, both the common-mode noise source and the power supply network can be isolated with high-impedance components. Additional components can also provide an alternative low-impedance path for common-mode currents for better filtering.
Im Rahmen der Erfindung wird nun eine Schaltungsanordnung zum Reduzieren von Gleichtaktstörungen eines leistungselektronischen Geräts vorgeschlagen, die einen Transformator und mehrere Kondensatoren auf. Der Transformator weist dabei insbesondere zwei Spulen mit je zwei Anschlüssen auf, insgesamt weist der Transformator also vier Anschlüsse auf.As part of the invention, a circuit arrangement for reducing common-mode interference in a power electronic device is now proposed, which has a transformer and a plurality of capacitors. In this case, the transformer has in particular two coils, each with two connections, so the transformer has a total of four connections.
Dabei ist ein erster Anschluss des Transformators über jeweils einen Kondensator an die Eingangsanschlüsse des leistungselektronischen Geräts anzuschlie-ßen, und ein zweiter Anschluss des Transformators ist über jeweils einen Kondensator an die Ausgangsanschlüsse des leistungselektronischen Geräts anzuschließen ist. Die Eingangsanschlüsse werden untereinander über Kondensatoren verbunden, ebenso werden die Ausgangsanschlüsse untereinander über Kondensatoren verbunden. Zwei weitere Anschlüsse des Transformators - also die zwei verbleibenden Anschlüsse - sind an Masse anzuschließen bzw. auf Masse zu legen.A first connection of the transformer is to be connected to the input connections of the electronic power device via a respective capacitor, and a second connection of the transformer is to be connected to the output connections of the electronic power device via a respective capacitor. The input terminals are connected to each other via capacitors, likewise the output terminals are connected to each other via capacitors. Two further connections of the transformer - i.e. the two remaining connections - are to be connected to ground or to be placed on ground.
Dabei gibt es zwei bevorzugte Varianten, wie der Transformator konkret angeschlossen werden kann. In der ersten Variante sind der erste Anschluss und der zweite Anschluss des Transformators einer gemeinsamen Spule des Transformators zugeordnet. Die beiden Spulen sind dann insbesondere gegensinnig gewickelt. Der Transformator dient dann dazu, vom leistungselektronischen Gerät verursachte hochfrequente Gleichtaktströme auf Masse zu koppeln. Zusätzlich können weiterhin die schon erwähnten Gleichtaktdrosseln für die Eingangsanschlüsse und/oder Ausganganschlüsse vorgesehen werden. Diese können aber - aufgrund der Wirkung des Transformators - in ihrer Wirkung geringer ausgelegt werden oder auch entfallen. Außerdem sorgt dieses Prinzip für eine galvanische Trennung zwischen der Stromversorgung (Eingangsanschlüsse) und dem weiteren Pfad (Ausgangsanschlüsse) vom Gleichtaktstrom.There are two preferred variants of how the transformer can be specifically connected. In the first variant, the first connection and the second connection of the transformer are assigned to a common coil of the transformer. The two coils are then wound in particular in opposite directions. The transformer then serves to couple high-frequency common-mode currents caused by the power electronic device to ground. In addition, the already mentioned common-mode chokes can also be provided for the input connections and/or output connections. However, due to the effect of the transformer, these can be designed to be less effective or even omitted. In addition, this principle ensures galvanic isolation between the power supply (input connections) and the further path (output connections) from the common-mode current.
Vorteilhafterweise weist die Schaltungsanordnung auch einen Widerstand (Bauelement) auf, der am ersten Anschluss oder am zweiten Anschluss des Transformators zwischen den betreffenden Anschluss und die daran angeschlossenen Kondensatoren geschaltet ist. Ebenso kann ein Widerstand vorgesehen sein, der zwischen einen der zwei weiteren Anschlüsse des Transformators und Masse anzuschließen ist. Mit anderen Worten kann also der Gleichstrompfad mit Dämpfungswiderständen unterstützt werden, was einer noch besseren Reduktion von Gleichtaktströmen durch Umwandlung in thermische Energie dient. Damit werden auch Verluste im Transformator und in den Kondensatoren reduziert. Ein besonderer Vorteil dieses Prinzips ist dabei auch, dass die Kapazität der schon erwähnten Y-Kondensatoren reduziert werden kann, ggf. kann auf die Y-Kondensatoren sogar ganz verzichtet werden.The circuit arrangement advantageously also has a resistor (component) which is connected at the first connection or at the second connection of the transformer between the relevant connection and the capacitors connected to it. A resistor can also be provided, which is to be connected between one of the two other terminals of the transformer and ground. In other words, the direct current path can be supported with damping resistors, which serves to reduce common-mode currents even better by converting them into thermal energy. This also reduces losses in the transformer and in the capacitors. A particular advantage of this principle is that the capacitance of the Y-capacitors already mentioned can be reduced, in some cases the Y-capacitors can even be dispensed with entirely.
In der zweiten Variante sind der erste Anschluss und der zweite Anschluss des Transformators zwei verschiedenen Spulen des Transformators zugeordnet. Dies bedingt dann auch, dass die zwei weiteren Anschlüsse und damit beide Spulen an einer Seite an Masse anzuschließen sind. Die beiden Spulen sind dann insbesondere gleichsinnig gewickelt. In diesem Fall wirkt der Transformator als galvanische Entkopplung zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des leistungselektronischen Gerätes, also z.B. zwischen primärer und sekundärer Seite eines Stromrichters. Je nachdem, welche hochfrequenten Materialeigenschaften der Kern des Transformators aufweist, werden hochfrequente Komponenten des Gleichtaktstromes im Transformator abgedämpft. Gleichtaktströme auf den Eingangs und den Ausgangsanschlüssen des leistungselektronischen Geräts werden gegenseitig kompensiert. Ein besonderer Vorteil dieser Variante besteht darin, dass die Ableitströme von Leitungen nach Masse durch die Streuinduktivität des Transformators begrenzt werden. Auch in dieser Variante können die schon erwähnten Gleichtaktdrosseln vorgesehen sein.In the second variant, the first connection and the second connection of the transformer are assigned to two different coils of the transformer. This then also means that the two other connections and thus both coils must be connected to ground on one side. The two coils are then wound in particular in the same direction. In this case, the transformer acts as a galvanic decoupling between the input and output terminals of the power electronic device, e.g. between the primary and secondary side of a power converter. Depending on the high-frequency material properties of the core of the transformer, high-frequency components of the common-mode current are attenuated in the transformer. Common-mode currents on the input and output terminals of the power electronic device are mutually compensated. A particular advantage of this variant is that the leakage currents from lines to ground are limited by the leakage inductance of the transformer. The already mentioned common-mode chokes can also be provided in this variant.
Zusammenfassend ist zu sehen, dass die vorgeschlagene Schaltungsanordnung den Aufbau eines EMV-Filters entweder ohne Y-Kondensatoren oder mit Y-Kondensatoren mit wesentlich geringerer Kapazität bei gleichbleibender Dämpfungswirkung erlaubt. Beispielsweise können in einem stationären Antriebssystem, gesichert mit einem Fehlerstrom-Schutzschalter, Y-Kondensatoren zu einer fehlerhaften Auslösung des Schalters führen. Im vorgeschlagenen Konzept werden Ableitströme bei den Y-Kondensatoren vermieden bzw. reduziert. Für die Anwendungen in der Automobilindustrie, also insbesondere in einem Fahrzeug, ist die Kapazität der Y-Kondensatoren aus Sicherheitsgründen eingeschränkt. Bei E-Fahrzeugen (also Fahrzeugen, bei denen ein Elektromotor als (einziger) Antrieb verwendet wird) ist z.B. die gesamte Energie, die in allen Y-Kondensatoren gemeinsam gespeichert sein darf, in einem HV-Stromkreis auf ca. 0,2 J begrenzt. Mit der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung kann dies deutlich einfacher eingehalten werden.In summary, it can be seen that the proposed circuit arrangement allows the construction of an EMC filter either without Y-capacitors or with Y-capacitors with a significantly lower capacitance while the damping effect remains the same. For example, in a stationary Drive system, secured with a residual current circuit breaker, Y-capacitors lead to false tripping of the switch. In the proposed concept, leakage currents in the Y-capacitors are avoided or reduced. For applications in the automotive industry, ie in particular in a vehicle, the capacitance of the Y capacitors is limited for safety reasons. In the case of e-vehicles (i.e. vehicles in which an electric motor is used as the (single) drive), the total energy that can be stored in all Y-capacitors is limited to approx. 0.2 J in a HV circuit . With the proposed circuit arrangement, this can be maintained much more easily.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Verwendung der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung zum Reduzieren von Gleichtaktstörungen eines leistungselektronischen Geräts, das Eingangsanschlüsse und Ausgangsanschlüsse aufweist und das im Betrieb eine Gleichtaktstörquelle darstellt. Hierzu ist die Schaltungsanordnung entsprechend, d.h. an die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse sowie an Masse anzuschließen.The subject matter of the invention is also a use of the proposed circuit arrangement for reducing common-mode interference in a power electronic device which has input connections and output connections and which represents a common-mode interference source during operation. The circuit arrangement must be appropriate for this purpose, i.e. connected to the input and output terminals and to ground.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein leistungselektronisches System mit einem leistungselektronischen Gerät und einer entsprechend angeschlossenen Schaltungsanordnung, wie sie vorstehend erläutert wurde. Die Ausgangsanschlüsse können dabei insbesondere zur Versorgung einer elektrischen Maschine, insbesondere in einem Fahrzeug, dienen.The subject matter of the invention is also a power electronic system with a power electronic device and a correspondingly connected circuit arrangement, as explained above. The output connections can be used in particular to supply an electrical machine, in particular in a vehicle.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine und einem daran angeschlossenen leistungselektronischen System, wie es vorstehend erwähnt wurde.The subject matter of the invention is also a vehicle with an electric machine and a power electronic system connected to it, as mentioned above.
Hinsichtlich der Vorteile und weiterer Ausgestaltungen des leistungselektronischen Systems sowie des Fahrzeugs sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf vorstehende Erläuterungen verwiesen, die hier entsprechend gelten.With regard to the advantages and further configurations of the electronic power system and the vehicle, to avoid repetition, reference is made to the above explanations, which apply accordingly here.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the attached drawing.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is shown schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described below with reference to the drawing.
Figurenlistecharacter list
-
1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes leistungselektronisches System in einer bevorzugten Ausführungsform.1 shows schematically a power electronic system according to the invention in a preferred embodiment. -
2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes leistungselektronisches System in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.2 shows schematically a power electronic system according to the invention in a further preferred embodiment.
Ausführungsform(en) der Erfindungembodiment(s) of the invention
In
Der Stromrichter 130 wiederum weist zwei Eingangsanschlüsse 131, 132 sowie drei Ausgangsanschlüsse 135, 136, 137 auf. Die Eingangsanschlüsse sind beispielhaft mit einer Netznachbildung 120 verbunden, deren Gehäuse wiederum auf Masse 154 liegt. Diese Netznachbildung 120 (auch als LISN bezeichnet) wird typischerweise nur für Messzwecke verwendet, in der Praxis, d.h. im Fahrzeug, ist stattdessen in der Regel eine Energiequelle wie eine Batterie vorgesehen. Die Ausgangsanschlüsse sind mit einer Last 140 verbunden, bei der es sich beispielhaft um eine elektrische Maschine oder einen Elektromotor handelt, dargestellt durch nicht näher bezeichnete Windungen und Kapazitäten. Auch das Gehäuse der Last 140 liegt auf Masse 154. Der Elektromotor 140 kann z.B. als Antrieb eines Fahrzeugs dienen.The
Sowohl bei den Eingangsanschlüssen 131, 132 bzw. deren Verbindungsleitungen zur Netznachbildung 120 als auch bei den Ausgangsanschlüssen 135, 136, 137 bzw. deren Verbindungsleitungen zur Last 140 ist jeweils eine Gleichtaktdrossel 150 bzw. 152 vorgesehen.A common-
Eine Gleichtaktdrossel (engl. „Common Mode Choke“, CMC, oder auch stromkompensierte Drossel) weist typischerweise mehrere gleiche Wicklungen auf, die gegensinnig von einem Arbeitsstrom durchflossen werden, sodass sich deren magnetische Felder im Kern der Drossel aufheben. Solche Störströme treten typischerweise gleichsinnig in Hin- und Rückleitung (das sind z.B. die beiden Verbindungsleitungen zwischen der Netznachbildung 120 und dem Stromrichter 130) auf). Für diese Gleichtaktstörungen bildet die Gleichtaktdrossel eine sehr hohe Induktivität, da sich diese Störströme in ihr nicht kompensieren. Gleichtaktdrosseln können z.B. aus einteiligen, geschlossenen Ferritkernen in Ringform, E-Form, Rahmenform oder sogenannter D-Form gefertigt werden, indem die Wicklungsdrähte bei Ringkernen hindurchgefädelt und bei den anderen Kernformen auf Spulenkörpern aufgewickelt werden.A common mode choke (CMC, or current-compensated choke) typically has several identical windings through which an operating current flows in opposite directions, so that their magnetic fields cancel out in the core of the choke. Such interference currents typically occur in the same direction in the forward and return lines (these are, for example, the two connecting lines between the
Die Schaltungsanordnung 110 weist weiterhin einen Transformator 160 sowie fünf Kondensatoren 181, 182, 185, 186, 187 auf. Der Transformator 160 weist zwei Spulen 166, 167 auf, die gegensinnig gewickelt sind, sowie vier Anschlüsse 161, 162, 163, 164. Dabei sind die beiden Anschlüsse 161, 162 der Spule 166 zugeordnet, die beiden Anschlüsse 163, 164 hingegen der Spule 167. Der Anschluss 161 ist nun über den Kondensator 181 an den Eingangsanschluss 131 angeschlossen, und über den Kondensator 182 an den Eingangsanschluss 132. Vergleichbar ist der Anschluss 162 mit einem zwischengeschalteten Widerstand 170 über den Kondensator 185 an den Ausgangsanschluss 135 angeschlossen, über den Kondensator 186 an den Ausgangsanschluss 136, und über den Kondensator 187 an den Ausgangsanschluss 137. Die beiden Anschlüsse 163, 164 liegen auf Masse 154, wobei am Anschluss 164 ein Widerstand 172 zwischengeschaltet ist.The
Der Transformator 160 dient hierbei dazu, vom Stromrichter 130 verursachte hochfrequente Gleichtaktströme auf Masse 154 zu verkoppeln. Dabei fließt der primäre Gleichtaktstrom von den Ausgangsanschlüssen 135, 136, 137 über die zugehörigen Kondensatoren 185, 186, 187 über die Spule 166 und die Kondensatoren 181, 182 zu den Eingangsanschlüssen 131, 132, bzw. umgekehrt. In der Spule 167 ergibt sich dann ein sekundärer Gleichtaktstrom, der über Masse 154 fließt. Dieses Prinzip sorgt für eine galvanische Trennung zwischen der Stromversorgung (Eingangsanschlüsse) und dem weiteren Pfad (Ausgangsanschlüsse) vom Gleichtaktstrom. Die Gleichtaktdrosseln können, wie schon erwähnt, in ihrer Wirkung gering ausgelegt werden oder sogar völlig entfallen.In this case, the
In
Der Transformator 160 weist auch hier zwei Spulen 166, 167 auf, die aber gleichsinnig gewickelt sind, sowie vier Anschlüsse 161, 162, 163, 164. Dabei sind die beiden Anschlüsse 161, 162 der Spule 166 zugeordnet, die beiden Anschlüsse 163, 164 hingegen der Spule 167. Der Anschluss 161 ist auch hier über den Kondensator 181 an den Eingangsanschluss 131 angeschlossen, und über den Kondensator 182 an den Eingangsanschluss 132. Allerdings der Anschluss 163 über den Kondensator 185 an den Ausgangsanschluss 135 angeschlossen, über den Kondensator 186 an den Ausgangsanschluss 136, und über den Kondensator 187 an den Ausgangsanschluss 137. Die beiden Anschlüsse 162, 164 liegen auf Masse 154 und sind darüber auch miteinander verbunden.Here, too, the
In diesem Fall wirkt der Transformator 160 als galvanische Entkopplung zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen bzw. zwischen primärer und sekundärer Seite des Stromrichters 130. Dabei fließt der Gleichtaktstrom von den Ausgangsanschlüssen 135, 136, 137 über die zugehörigen Kondensatoren 185, 186, 187 und über die Spule 167 nach Masse 154, von dort dann wieder über die Spule 166 und die Kondensatoren 181, 182 zu den Eingangsanschlüssen 131, 132, bzw. umgekehrt. Ein besonderer Vorteil dieser Variante besteht darin, dass die Ableitströme von Leitungen nach Masse 154 durch die Streuinduktivität des Transformators 160 begrenzt werden.In this case, the
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- WO 2020/114653 A1 [0003]WO 2020/114653 A1 [0003]
Claims (12)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020215055.9A DE102020215055A1 (en) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | Circuit arrangement for reducing common-mode interference in a power electronic device |
PCT/EP2021/077558 WO2022111893A1 (en) | 2020-11-30 | 2021-10-06 | Circuit arrangement for reducing common-mode interference of a power-electronic device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020215055.9A DE102020215055A1 (en) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | Circuit arrangement for reducing common-mode interference in a power electronic device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102020215055A1 true DE102020215055A1 (en) | 2022-06-02 |
Family
ID=78085704
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020215055.9A Pending DE102020215055A1 (en) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | Circuit arrangement for reducing common-mode interference in a power electronic device |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102020215055A1 (en) |
WO (1) | WO2022111893A1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020114653A1 (en) | 2018-12-05 | 2020-06-11 | Robert Bosch Gmbh | Circuit device for reducing common-mode interference of a power converter |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0888936A (en) * | 1994-09-14 | 1996-04-02 | Mitsubishi Electric Corp | Leakage voltage compensator for electric apparatus |
JP5011717B2 (en) * | 2005-04-20 | 2012-08-29 | 富士電機株式会社 | AC-AC converter |
US7274576B1 (en) * | 2006-03-01 | 2007-09-25 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Power converter with reduced common mode voltage |
JP5634102B2 (en) * | 2010-04-06 | 2014-12-03 | 株式会社東芝 | Grid interconnection inverter |
FR3002094B1 (en) * | 2013-02-13 | 2016-12-09 | Valeo Systemes De Controle Moteur | DEVICE AND METHOD FOR FILTERING ELECTROMAGNETIC INTERFERENCE |
-
2020
- 2020-11-30 DE DE102020215055.9A patent/DE102020215055A1/en active Pending
-
2021
- 2021-10-06 WO PCT/EP2021/077558 patent/WO2022111893A1/en active Application Filing
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020114653A1 (en) | 2018-12-05 | 2020-06-11 | Robert Bosch Gmbh | Circuit device for reducing common-mode interference of a power converter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2022111893A1 (en) | 2022-06-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102017009355A1 (en) | Method for operating electrical on-board networks | |
DE102017009352A1 (en) | Energy coupler for the electrical coupling of electrical on-board networks and method for the electrical coupling of electrical on-board networks | |
DE112011101193T5 (en) | Leakage current reduction device | |
DE102019106485A1 (en) | Weissach rectifier arrangement | |
DE102013100246A1 (en) | Current sensor and radio noise filter arrangement for use in transformerless photovoltaic inverter of e.g. power plant, has throttles provided with windings whose winding wire is connected around primary conductors by through-holes | |
DE102018008603A1 (en) | Circuit arrangement and method for charging a battery arrangement with a plurality of battery modules | |
DE102017010390A1 (en) | energy converters | |
EP3391520A1 (en) | Voltage converter, electric drive system and method for reducing interference voltages | |
DE102018221032A1 (en) | Circuit device for reducing common mode interference in a converter | |
EP4196362A1 (en) | Switched y-capacitors | |
DE102013106801A1 (en) | Power semiconductor circuit | |
EP2362514B1 (en) | Device for reducing earth leakage current | |
DE102020111355A1 (en) | Charging device and method for charging an electrical energy store of an electrically operated vehicle by means of a DC voltage converter which has different operating modes | |
DE102020215055A1 (en) | Circuit arrangement for reducing common-mode interference in a power electronic device | |
DE102018205063A1 (en) | Power electronics module and vehicle electrical system | |
DE102021211686A1 (en) | Filter circuit for an electric drive system and electric drive system | |
DE102021110116A1 (en) | In-vehicle charger with a snubber circuit | |
DE102020001308A1 (en) | Switching arrangement and method for controlling ripple currents in an electrically operated vehicle | |
DE102020004578A1 (en) | Voltage converter and method for charging an electrical energy storage device of an electrically operated vehicle | |
DE102020109426A1 (en) | Charging device for charging an electrical energy store of an electrically operated vehicle with a DC voltage converter | |
WO2020165326A1 (en) | Device for suppressing emc common-mode interference in motor vehicle high-voltage applications | |
DE102018212841A1 (en) | Electrical vehicle electrical system for an at least partially electrically operable motor vehicle with two electrical consumers and an interference suppression device, and motor vehicle | |
DE102011083645A1 (en) | Charging device for rechargeable battery used in electric vehicle, has three-phase rectifier connected in downstream of three-phase transformer to convert third three-phase alternating current into direct current for charging battery | |
DE102018220420A1 (en) | Circuit device for magnetic field compensation of electrical supply lines | |
DE102018218324A1 (en) | Electrical energy system with fuel cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R083 | Amendment of/additions to inventor(s) |