DE102022127272A1

DE102022127272A1 - Method for characterizing a component having an intermediate circuit capacitor and modular measurement setup

Info

Publication number: DE102022127272A1
Application number: DE102022127272.9A
Authority: DE
Inventors: Nikolas Bauer; Roman Hamerski
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-10-18
Filing date: 2022-10-18
Publication date: 2024-04-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (36) zur Charakterisierung eines einen Zwischenkreiskondensator (16) aufweisenden Bauteils (17) und einen modularen Messaufbau (10). Ein Kapazitätswert einer Hilfsschaltung (24), die eine Kondensatoranordnung (20) aufweist, wird bestimmt. Eine frequenzabhängige Impedanz der Hilfsschaltung (24) wird mittels eines vektoriellen Netzwerkanalysators (34) erfasst. Eine Serienresonanzfrequenz der Hilfsschaltung (24) wird bestimmt. Eine äquivalente Serieninduktivität der Hilfsschaltung (24) wird bestimmt. Ein Kapazitätswert einer Schaltungsanordnung (22) bei einer Frequenz von zumindest 100 Hz und höchstens 100 kHz wird mittels eines Impedanzanalysators (32) bestimmt. Die Schaltungsanordnung (22) umfasst die Hilfsschaltung (24) und den Zwischenkreiskondensator (16). Eine frequenzabhängige Impedanz der Schaltungsanordnung (22) wird erfasst. Eine Serienresonanzfrequenz der Schaltungsanordnung (22) wird bestimmt. Eine äquivalente Serieninduktivität des Zwischenkreiskondensators (16) wird basierend auf der bestimmten Serienresonanzfrequenz der Schaltungsanordnung (22) und dem bestimmten Kapazitätswert der Schaltungsanordnung (22) unter Berücksichtigung der äquivalenten Serieninduktivität der Hilfsschaltung (24) bestimmt.The present invention relates to a method (36) for characterizing a component (17) having an intermediate circuit capacitor (16) and to a modular measuring setup (10). A capacitance value of an auxiliary circuit (24) having a capacitor arrangement (20) is determined. A frequency-dependent impedance of the auxiliary circuit (24) is detected by means of a vector network analyzer (34). A series resonance frequency of the auxiliary circuit (24) is determined. An equivalent series inductance of the auxiliary circuit (24) is determined. A capacitance value of a circuit arrangement (22) at a frequency of at least 100 Hz and at most 100 kHz is determined by means of an impedance analyzer (32). The circuit arrangement (22) comprises the auxiliary circuit (24) and the intermediate circuit capacitor (16). A frequency-dependent impedance of the circuit arrangement (22) is detected. A series resonance frequency of the circuit arrangement (22) is determined. An equivalent series inductance of the intermediate circuit capacitor (16) is determined based on the determined series resonance frequency of the circuit arrangement (22) and the determined capacitance value of the circuit arrangement (22) taking into account the equivalent series inductance of the auxiliary circuit (24).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Charakterisierung eines einen Zwischenkreiskondensator aufweisenden Bauteils und einen modularen Messaufbau.The present invention relates to a method for characterizing a component having an intermediate circuit capacitor and a modular measuring setup.

Moderne Stromrichter, beispielsweise für elektrische Maschinen, weisen einen Zwischenkreiskondensator (ZKK) mit einer hohen Kapazität auf. Die Kapazitäten können bis in den mF-Bereich reichen, um die Grundschwingungen und Harmonischen der elektrischen Maschine nicht in das Bordnetz, insbesondere den Gleichstromkreislauf davon, einkoppeln zu lassen. Aufgrund der Ausdehnungen des Zwischenkreiskondensators können frequenzabhängige Störungen auftreten, die hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) problematisch sind. Derartige Störungen müssen dann durch zusätzliche Filtervorrichtungen, die den Herstellungsaufwand der zugrundeliegenden elektronischen Schaltung (z.B. des Stromrichters) erhöhen, kompensiert werden, um vorbestimmte EMV-Grenzwerte einzuhalten.Modern power converters, for example for electrical machines, have an intermediate circuit capacitor (ICC) with a high capacitance. The capacitances can reach into the mF range in order to prevent the fundamental oscillations and harmonics of the electrical machine from being coupled into the on-board network, in particular its direct current circuit. Due to the size of the intermediate circuit capacitor, frequency-dependent interference can occur that is problematic in terms of electromagnetic compatibility (EMC). Such interference must then be compensated for by additional filter devices, which increase the manufacturing effort of the underlying electronic circuit (e.g. the power converter), in order to comply with predetermined EMC limits.

Die EMV-Störungen sind maßgeblich durch im Hochfrequenzbereich (>1 MHz) angeregte Eigenschwingungen der Kommutierungszellen von Stromrichtern verursacht, die einen solchen ZKK aufweisen. In diesem Frequenzregime ist der ZKK aufgrund seiner hohen Kapazität im Hochfrequenz-Kurzschluss. Er stellt deshalb im Hochfrequenzbereich (HF-Bereich) maßgeblich nur noch eine Induktivität dar.The EMC interference is primarily caused by the natural oscillations of the commutation cells of power converters that have such a ZKK, which are excited in the high frequency range (>1 MHz). In this frequency regime, the ZKK is in high frequency short circuit due to its high capacitance. It therefore essentially only represents an inductance in the high frequency range (HF range).

Generell sind kleinstmögliche Induktivitäten des ZKK wünschenswert, da somit die Verlustleistungen reduziert werden können. Der Stromrichter umfassend den ZKK weist dann folglich eine höhere Betriebseffizienz auf, was beispielsweise in der Wahl einer kleineren Hochvoltspeichervorrichtung des Fahrzeugs resultieren kann, um eine vordefinierte Reichweite des Fahrzeugs zu gewährleisten. Zudem kann eine Gewichtsersparnis erzielt, wodurch die Reichweite des Fahrzeugs generell erhöht ist.In general, the smallest possible inductances of the ZKK are desirable, as this can reduce power losses. The power converter comprising the ZKK then has a higher operating efficiency, which can result, for example, in the choice of a smaller high-voltage storage device in the vehicle in order to ensure a predefined range of the vehicle. In addition, weight savings can be achieved, which generally increases the range of the vehicle.

Da die Eigenschwingungen der Kommutierungszellen von der Induktivität des ZKK abhängen, muss der ZKK hinsichtlich dieser Induktivität sehr genau charakterisiert werden, um belastbare Aussagen über die Einhaltung von EMV-Grenzwerten tätigen zu können oder um die zugrundeliegenden Schaltkreise bedarfsgerecht auslegen zu können.Since the natural oscillations of the commutation cells depend on the inductance of the ZKK, the ZKK must be characterized very precisely with regard to this inductance in order to be able to make reliable statements about compliance with EMC limit values or to be able to design the underlying circuits according to requirements.

Generell kann die Induktivität des ZKK im niedrigen Frequenzbereich, beispielsweise im Frequenzbereich, in dem der ZKK taktet (kHz-Regime) bestimmt werden. Allerdings ist die Induktivität frequenzabhängig, weshalb die Charakterisierung des ZKK aufgrund von im kHz-Bereich erfolgter Messungen nur eine ungenügende Aussagekraft hinsichtlich des HF-Verhaltens des ZKK aufweist.In general, the inductance of the ZKK can be determined in the low frequency range, for example in the frequency range in which the ZKK clocks (kHz regime). However, the inductance is frequency-dependent, which is why the characterization of the ZKK based on measurements in the kHz range is insufficiently informative with regard to the HF behavior of the ZKK.

Im HF-Bereich jedoch ist die Phasenauflösung von Messvorrichtungen bzw. deren Kalibriergenauigkeit, die genutzt werden, um den ZKK bezüglich seiner Induktivität zu charakterisieren, begrenzt. Da dessen Induktivität ja ohnehin besonders niedrig ist, beispielsweise im Bereich von 10 nH weniger, ist die präzise Bestimmung seiner Induktivität im MHz-Bereich bislang nur mit einem ungenügenden Vertrauenslevel möglich. So können beispielsweise bereits geringe Abweichungen der Kontaktierung, z.B. bereits geringe geometrische Abweichungen der Kontaktpunkte, zu drastisch veränderten Messergebnissen führen. Anders ausgedrückt, das Signal-zu-Rausch Verhältnis ist schlecht, weil man sich an der Auflösungsgrenze und Kalibriergrenze hinsichtlich der Phasenauflösung derartiger Messvorrichtungen befindet. Daraus resultiert, dass verschiedene Hersteller von derartigen ZKKs abweichende Messmethoden verwenden, wodurch die Zuverlässigkeit von Aussagen über die tatsächliche Induktivität des ZKKs im HF-Bereich herabgesetzt ist. Daher ist die Auslegung von Schaltungen, die den ZKK umfassen, nachteilig beeinflusst. Vorhersagen über die Einhaltung von Grenzwerten und dergleichen sind nur wenig belastbar.In the HF range, however, the phase resolution of measuring devices or their calibration accuracy used to characterize the ZKK with regard to its inductance is limited. Since its inductance is particularly low anyway, for example in the range of 10 nH less, the precise determination of its inductance in the MHz range has so far only been possible with an insufficient level of confidence. For example, even small deviations in the contact, e.g. even small geometric deviations of the contact points, can lead to drastically changed measurement results. In other words, the signal-to-noise ratio is poor because one is at the resolution limit and calibration limit with regard to the phase resolution of such measuring devices. This results in different manufacturers of such ZKKs using different measurement methods, which reduces the reliability of statements about the actual inductance of the ZKK in the HF range. This has a negative impact on the design of circuits that include the ZKK. Predictions about compliance with limit values and the like are not very reliable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Stands der Technik auszuräumen oder zumindest zu verringern. Insbesondere ist es wünschenswert, ein Verfahren und einen modularen Messaufbau zu schaffen, mittels dem ein Kondensator trotz hoher Kapazität und niedriger Induktivität hinsichtlich seiner Induktivität zuverlässig und präzise charakterisiert werden kann.The invention is therefore based on the object of eliminating or at least reducing the disadvantages of the prior art. In particular, it is desirable to create a method and a modular measuring setup by means of which a capacitor can be reliably and precisely characterized in terms of its inductance despite high capacitance and low inductance.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, von denen jeder für sich oder in (Sub-)Kombination Aspekte der Erfindung darstellen kann. Einzelne Aspekte werden im Hinblick auf Verfahren erläutert, andere im Hinblick auf Vorrichtungen. Die Aspekte sind aber jeweils wechselseitig entsprechend zu übertragen.The problem is solved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous embodiments are specified in the dependent patent claims and the following description, each of which can represent aspects of the invention on its own or in (sub)combination. Individual aspects are explained with regard to methods, others with regard to devices. However, the aspects are to be transferred to each other accordingly.

Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Charakterisierung eines einen Zwischenkreiskondensator aufweisenden Bauteils bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

Es wird ein Kapazitätswert einer Hilfsschaltung bei einer Frequenz von zumindest 100 Hz und höchstens 100 kHz mittels eines Impedanzanalysators bestimmt, der mit der Hilfsschaltung gekoppelt ist. Die Hilfsschaltung weist zumindest eine Kondensatoranordnung auf. Die Hilfsschaltung ist abgewandt vom Impedanzanalysator kurzgeschlossen (Schritt A).

According to one aspect, a method for characterizing a component having an intermediate circuit capacitor is provided. The method comprises the following steps:

A capacitance value of an auxiliary circuit is determined at a frequency of at least 100 Hz and at most 100 kHz by means of an impedance analyzer which is coupled to the auxiliary circuit. The auxiliary circuit has at least one capacitor arrangement. The auxiliary circuit is short-circuited away from the impedance analyzer (step A).

Es wird eine frequenzabhängige Impedanz der kurzgeschlossenen Hilfsschaltung mittels eines vektoriellen Netzwerkanalysators erfasst, der mit der Hilfsschaltung gekoppelt ist (Schritt B).A frequency-dependent impedance of the short-circuited auxiliary circuit is measured using a vector network analyzer coupled to the auxiliary circuit (step B).

Es wird eine Serienresonanzfrequenz der Hilfsschaltung basierend auf der erfassten frequenzabhängigen Impedanz bestimmt (Schritt C).A series resonance frequency of the auxiliary circuit is determined based on the measured frequency-dependent impedance (step C).

Es wird eine äquivalente Serieninduktivität der Hilfsschaltung basierend auf der bestimmten Serienresonanzfrequenz der Hilfsschaltung und dem bestimmten Kapazitätswert der Hilfsschaltung bestimmt (Schritt D).An equivalent series inductance of the auxiliary circuit is determined based on the determined series resonant frequency of the auxiliary circuit and the determined capacitance value of the auxiliary circuit (step D).

Es wird ein Kapazitätswert einer Schaltungsanordnung bei einer Frequenz von zumindest 100 Hz und höchstens 100 kHz mittels eines Impedanzanalysators bestimmt. Die Schaltungsanordnung umfasst zumindest die Hilfsschaltung und den Zwischenkreiskondensator. Die Schaltungsanordnung umfasst den Zwischenkreiskondensator, welcher mit der Hilfsschaltung in Reihe angeordnet ist. Die Schaltungsanordnung ist mit dem Impedanzanalysator gekoppelt (Schritt E).A capacitance value of a circuit arrangement is determined at a frequency of at least 100 Hz and at most 100 kHz by means of an impedance analyzer. The circuit arrangement comprises at least the auxiliary circuit and the intermediate circuit capacitor. The circuit arrangement comprises the intermediate circuit capacitor, which is arranged in series with the auxiliary circuit. The circuit arrangement is coupled to the impedance analyzer (step E).

Es wird eine frequenzabhängige Impedanz der Schaltungsanordnung mittels eines vektoriellen Netzwerkanalysators, der mit der Schaltungsanordnung gekoppelt ist, erfasst (Schritt F).A frequency-dependent impedance of the circuit arrangement is measured by means of a vector network analyzer coupled to the circuit arrangement (step F).

Es wird eine Serienresonanzfrequenz der Schaltungsanordnung basierend auf der erfassten frequenzabhängigen Impedanz bestimmt (Schritt G).A series resonance frequency of the circuit arrangement is determined based on the measured frequency-dependent impedance (step G).

Es wird eine äquivalente Serieninduktivität des Zwischenkreiskondensators basierend auf der bestimmten Serienresonanzfrequenz der Schaltungsanordnung und dem bestimmten Kapazitätswert der Schaltungsanordnung unter Berücksichtigung der äquivalenten Serieninduktivität der Hilfsschaltung bestimmt (Schritt H).An equivalent series inductance of the intermediate circuit capacitor is determined based on the determined series resonance frequency of the circuit arrangement and the determined capacitance value of the circuit arrangement, taking into account the equivalent series inductance of the auxiliary circuit (step H).

Das vorliegende Verfahren ermöglicht, eine Vielzahl anderer Einflüsse bei der Bestimmung der Induktivität des Zwischenkreiskondensators (ZKKs) zu vermeiden, bzw. zu kompensieren. Die Serienresonanz, die durch die Reihenanordnung des ZKK mit der zusätzlichen Kondensatoranordnung auftritt, stellt einen eindeutigen fixierten Bezugspunkt für die Messung dar, anhand dessen die Induktivität des ZKK auch im MHz-Bereich bestimmt werden kann, obwohl die zugrundeliegenden Messvorrichtungen dort nur eine geringe Kalibriergenauigkeit aufweisen.The present method makes it possible to avoid or compensate for a large number of other influences when determining the inductance of the intermediate circuit capacitor (ICC). The series resonance that occurs due to the series arrangement of the ICC with the additional capacitor arrangement represents a clear, fixed reference point for the measurement, based on which the inductance of the ICC can also be determined in the MHz range, although the underlying measuring devices have only a low calibration accuracy there.

Der ZKK weist eine Kapazität im µF-Bereich oder sogar mF-Bereich auf und stellt deshalb im MHz-Bereich im RLC-Ersatzschaltbild maßgleich lediglich noch eine Induktivität dar, da er in dieser Frequenzdomäne nur noch einen niedrigen resistiven Anteil aufweist. Demgegenüber weist die Kondensatoranordnung eine Kapazität im nF-Bereich auf, also sehr viel kleiner als der ZKK. Die Gesamtkapazität der Schaltungsanordnung, welche den ZKK und die damit in Reihe angeordnete Hilfsschaltung aufweist, ist durch die kleinste Kapazität der Schaltungsanordnung bestimmt, daher vorliegend also durch die Kondensatoranordnung der Hilfsschaltung.The ZKK has a capacitance in the µF range or even mF range and therefore represents only an inductance in the MHz range in the RLC equivalent circuit, since it only has a low resistive component in this frequency domain. In contrast, the capacitor arrangement has a capacitance in the nF range, i.e. much smaller than the ZKK. The total capacitance of the circuit arrangement, which has the ZKK and the auxiliary circuit arranged in series with it, is determined by the smallest capacitance of the circuit arrangement, and therefore in this case by the capacitor arrangement of the auxiliary circuit.

Dadurch können die Eigenheiten eines RLC-Ersatzschaltbilds der Schaltungsanordnung umfassend den ZKK und die Kondensatoranordnung genutzt werden. Die Eigenresonanz eines RLC-Ersatzschaltbilds ist dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzen gleich groß sind. Die Eigenresonanz tritt bei der Frequenz auf, bei der die induktive Reaktanz wL gleich der kapazitiven Reaktanz 1/wC ist. Das bedeutet, dass die Serienresonanz frequenzabhängig dann vorliegt, wenn die induktive Reaktanz (maßgeblich durch den ZKK) mit der kapazitiven Reaktanz (maßgeblich durch die Kondensatoranordnung) übereinstimmt. Die Reaktanz kann dabei als die Fähigkeit zur Energiespeicherung verstanden werden. Die Serienresonanz stellt dabei das globale Minimum der Reaktanz dar. An diesem eindeutigen Messpunkt kann man sich messtechnisch vorteilhaft orientieren, um eine Kalibrierung zur Bestimmung der äquivalenten Serieninduktivität zu gewährleisten.This allows the characteristics of an RLC equivalent circuit of the circuit arrangement comprising the ZKK and the capacitor arrangement to be used. The natural resonance of an RLC equivalent circuit is characterized by the fact that the impedances are the same. The natural resonance occurs at the frequency at which the inductive reactance wL is equal to the capacitive reactance 1/wC. This means that the series resonance is frequency-dependent when the inductive reactance (determined primarily by the ZKK) matches the capacitive reactance (determined primarily by the capacitor arrangement). The reactance can be understood as the ability to store energy. The series resonance represents the global minimum of the reactance. This clear measuring point can be used as a measurement point to ensure calibration to determine the equivalent series inductance.

Vorteilhaft wird dabei die Serienresonanz durch die Wahl der Kondensatoranordnung, insbesondere durch deren Kapazität, in Abhängigkeit der vermuteten Induktivität des ZKK in einen Frequenzbereich gezwungen, in dem der ZKK charakterisiert werden soll. Dies ist vorliegend die MHz-Domäne, da der ZKK ja in diesem Bereich wirken soll und da er hinsichtlich der EMV-Störungen oder anderer Testverfahren in diesem Frequenzbereich beurteilt werden muss. Da die Bestimmung der Kapazitäten des ZKK und der Kondensatoranordnung problemlos und mit hoher Genauigkeit im kHz-Bereich erfolgen kann, kann der ZKK so hinsichtlich seiner äquivalenten Serieninduktivität unter Nutzung des Bezugspunkts der Serienresonanz im MHz-Bereich präzise charakterisiert werden. So kann die äquivalente Serieninduktivität der Schaltungsanordnung bestimmt werden, die lediglich noch um den Anteil der Hilfsschaltung umfassend die Kondensatoranordnung korrigiert werden muss. Dabei wird vorliegend angenommen, dass die äquivalente Serieninduktivität der Hilfsschaltung frequenzkonstant ist. Aufgrund der im Vergleich zum ZKK niedrigen Kapazität der Kondensatoranordnung ist diese Annahme in genügender Näherung akzeptabel. Somit kann der ZKK sehr präzise charakterisiert werden, obwohl die verwendeten Messvorrichtungen selbst, in diesem Frequenzbereich, nämlich dem MHz-Regime, nur eine ungenügende Phasenauflösung aufweisen.The series resonance is advantageously forced into a frequency range in which the ZKK is to be characterized by the choice of the capacitor arrangement, in particular by its capacitance, depending on the assumed inductance of the ZKK. In this case, this is the MHz domain, since the ZKK is intended to operate in this range and since it must be assessed in terms of EMC interference or other test procedures in this frequency range. Since the capacitances of the ZKK and the capacitor arrangement can be determined easily and with high accuracy in the kHz range, the ZKK can be precisely characterized in terms of its equivalent series inductance using the reference point of the series resonance in the MHz range. In this way, the equivalent series inductance of the circuit arrangement can be determined, which only needs to be corrected by the proportion of the auxiliary circuit comprising the capacitor arrangement. In this case, it is assumed that the equivalent series inductance of the auxiliary circuit is frequency-constant. Due to the low capacitance of the capacitor arrangement compared to the ZKK, this assumption is acceptable to a sufficient approximation. Thus, the ZKK can be characterized very precisely, although the measuring devices used themselves have only insufficient phase resolution in this frequency range, namely the MHz regime.

In anderen Worten werden die Hilfsschaltung und die Schaltungsanordnung im kHz-Bereich hinsichtlich ihrer jeweiligen Kapazitäten charakterisiert, siehe Schritte A und E.In other words, the auxiliary circuit and the circuit arrangement are characterized in the kHz range with respect to their respective capacitances, see steps A and E.

Anschließend werden jeweils frequenzabhängige Impedanzverläufe der Hilfsschaltung und der Schaltungsanordnung erfasst, siehe Schritte B und F.Subsequently, frequency-dependent impedance curves of the auxiliary circuit and the circuit arrangement are recorded, see steps B and F.

Aus diesen Impedanzverläufen werden jeweilige Resonanzfrequenzen bestimmt, siehe Schritte C und G.From these impedance curves, the respective resonance frequencies are determined, see steps C and G.

Für die Hilfsschaltung ergibt sich die äquivalente Serieninduktivität basierend auf der in Schritt C bestimmten Serienresonanzfrequenz und der in Schritt A bestimmten Kapazität (Schritt D).For the auxiliary circuit, the equivalent series inductance is determined based on the series resonance frequency determined in step C and the capacitance determined in step A (step D).

Für die Schaltungsanordnung ergibt sich die äquivalente Serieninduktivität basierend auf der in Schritt G bestimmten Serienresonanzfrequenz und der in Schritt E bestimmten Kapazität, wobei der Wert um die äquivalente Serieninduktivität der Hilfsschaltung korrigiert wird (Schritt H). Dabei wird die äquivalente Serieninduktivität der Hilfsschaltung als frequenzkonstant genähert. Das bedeutet, dass auch wenn die äquivalente Serieninduktivität der Schaltungsanordnung bei von der Serienresonanz abweichenden Frequenzen beurteilt wird, bei diesen abweichenden Frequenzen dennoch eine einheitliche äquivalente Serieninduktivität der Hilfsschaltung zur Korrektur angesetzt wird. Diese Annahme ist auch dadurch begründet, dass der Bezugspunkt in Form der Serienresonanz durch die spezifische Wahl der Kapazität der Kondensatoranordnung der Hilfsschaltung in die MHz-Domäne gezwungen wird. Die frequenzabhängige Distanz zum Bezugspunkt ist deshalb gering, weshalb die Annahme einer frequenzkonstanten äquivalenten Serieninduktivität der Hilfsschaltung akzeptabel ist.The equivalent series inductance for the circuit arrangement is determined based on the series resonance frequency determined in step G and the capacitance determined in step E, with the value being corrected by the equivalent series inductance of the auxiliary circuit (step H). The equivalent series inductance of the auxiliary circuit is approximated as being frequency-constant. This means that even if the equivalent series inductance of the circuit arrangement is assessed at frequencies deviating from the series resonance, a uniform equivalent series inductance of the auxiliary circuit is still used for correction at these deviating frequencies. This assumption is also justified by the fact that the reference point in the form of the series resonance is forced into the MHz domain by the specific choice of the capacitance of the capacitor arrangement of the auxiliary circuit. The frequency-dependent distance to the reference point is therefore small, which is why the assumption of a frequency-constant equivalent series inductance of the auxiliary circuit is acceptable.

Vorteilhaft ist der ZKK trotz großer Kapazität also in der MHz-Domäne hinsichtlich seiner äquivalenten Serieninduktivität präzise und mit hohem Vertrauenslevel charakterisierbar. So werden belastbare Aussagen hinsichtlich der EMV-Eigenschaften im MHz-Bereich ermöglicht. Zudem können Bauteile, die den ZKK aufweisen, so mit einer verbesserten Aussagekraft ausgelegt oder charakterisiert werden, ebenfalls im Hinblick auf EMV oder andere Testverfahren.The advantage is that, despite its large capacity, the ZKK can be characterized precisely and with a high level of confidence in the MHz domain with regard to its equivalent series inductance. This enables reliable statements to be made regarding the EMC properties in the MHz range. In addition, components that have the ZKK can be designed or characterized with improved information, also with regard to EMC or other test procedures.

Optional weist die Kondensatoranordnung lediglich Kondensatoren auf, die eine geringere Eigeninduktivität als der ZKK aufweisen, insbesondere eine Eigeninduktivität von 5 nH oder weniger, bevorzugt 3 nH oder weniger, insbesondere 2 nH oder weniger. Dadurch weist die Kondensatoranordnung eine Eigenresonanz auf, die vorteilhaft bei einer Resonanzfrequenz oberhalb derjenigen der Schaltungsanordnung mit dem ZKK auftritt. Würde die Resonanzfrequenz der Kondensatoranordnung unterhalb derjenigen des ZKK liegen, würde die Bestimmung der Eigenresonanz des ZKK durch die Anregung der Eigenresonanz der Kondensatoranordnung verhindert werden.Optionally, the capacitor arrangement only has capacitors that have a lower self-inductance than the ZKK, in particular a self-inductance of 5 nH or less, preferably 3 nH or less, in particular 2 nH or less. As a result, the capacitor arrangement has a natural resonance that advantageously occurs at a resonance frequency above that of the circuit arrangement with the ZKK. If the resonance frequency of the capacitor arrangement were below that of the ZKK, the determination of the natural resonance of the ZKK would be prevented by the excitation of the natural resonance of the capacitor arrangement.

Bevorzugt weisen die Kondensatoren der Kondensatoranordnung keramische Kondensatoren oder Dünnschichtkondensatoren auf, die optional als SMD Kondensatoren ausgebildet sind. Derartige Kondensatoren sind für das vorliegende Messverfahren besonders gut geeignet und weisen hohe Eigenresonanzfrequenzen auf.The capacitors of the capacitor arrangement preferably comprise ceramic capacitors or thin-film capacitors, which are optionally designed as SMD capacitors. Such capacitors are particularly well suited for the present measuring method and have high natural resonance frequencies.

In einigen Ausführungsformen weist der ZKK eine Eigeninduktivität von 10 nH oder weniger auf, bevorzugt von 5 nH oder weniger. So können die Verlustleistungen für das Bauteil, das den ZKK aufweist, minimiert werden.In some embodiments, the ZKK has a self-inductance of 10 nH or less, preferably 5 nH or less. This allows the power losses for the component having the ZKK to be minimized.

Bevorzugt weist die Kondensatoranordnung einen Kapazitätswert derart auf, dass die Serienresonanzfrequenz der Schaltungsanordnung in einem Frequenzbereich zwischen zumindest 1 MHz und höchstens 100 MHz liegt. Durch geeignete Wahl der Kapazität der Kondensatoranordnung kann die Serienresonanz in einen Frequenzbereich gezwungen werden, der für die Charakterisierung des ZKK relevant ist, beispielsweise bezüglich der EMV oder anderer Testverfahren.Preferably, the capacitor arrangement has a capacitance value such that the series resonance frequency of the circuit arrangement lies in a frequency range between at least 1 MHz and at most 100 MHz. By suitably selecting the capacitance of the capacitor arrangement, the series resonance can be forced into a frequency range that is relevant for characterizing the ZKK, for example with regard to EMC or other test methods.

Optional wird der Kapazitätswert der Kondensatoranordnung derart eingestellt, dass die Serienresonanzfrequenz an einen ersten Vorgabefrequenzwert oder einen zweiten Vorgabefrequenzwert angepasst wird, wobei der erste Vorgabefrequenzwert genutzt wird, um den ZKK hinsichtlich der EMV basierend auf der in Schritt H bestimmten äquivalenten Serieninduktivität zu charakterisieren, und wobei der zweite Vorgabefrequenzwert genutzt wird, um den ZKK hinsichtlich eines weltweiten harmonisierten Testverfahrens für leichtgewichtige Fahrzeuge (sogenanntes WLTP-Testverfahren) basierend auf der in Schritt H bestimmten äquivalenten Serieninduktivität zu charakterisieren. Das bedeutet, dass die Kondensatoranordnung eine Umschaltmöglichkeit bezüglich mehrerer Vorgabefrequenzwerte ermöglicht.Optionally, the capacitance value of the capacitor arrangement is adjusted such that the series resonance frequency is adapted to a first specified frequency value or a second specified frequency value, wherein the first specified frequency value is used to characterize the ZKK with respect to EMC based on the equivalent series inductance determined in step H, and wherein the second specified frequency value is used to characterize the ZKK with respect to a worldwide harmonized test procedure for lightweight vehicles (so-called WLTP test procedure) based on the equivalent series inductance determined in step H. This means that the capacitor arrangement enables switching with respect to several specified frequency values.

Bevorzugt ist die Kondensatoranordnung mittels mehrerer schaltbarer Einzelkondensatoren eingerichtet, um mehrere unterschiedliche Kapazitätswerte aufzuweisen. Dadurch wird die Kondensatoranordnung der Hilfsschaltung vorteilhaft nutzbar für ZKKs mit unterschiedlichen Kapazitätswerten bzw. abweichenden Eigeninduktivitäten.Preferably, the capacitor arrangement is configured by means of several switchable individual capacitors in order to have several different capacitance values. This makes the capacitor The gate arrangement of the auxiliary circuit can be used advantageously for ZKKs with different capacitance values or different self-inductances.

Optional wird ein Anschlussadapter mit der Hilfsschaltung verbunden, wenn der Kapazitätswert der Hilfsschaltung in Schritt A bestimmt oder die Impedanz in Schritt B erfasst wird, wobei der Anschlussadapter zwischen der Hilfsschaltung und dem Impedanzanalysator bzw. dem vektoriellen Netzwerkanalysator vorgesehen ist. Dadurch wird die Konnektivität bezüglich der Messvorrichtungen gewährleistet.Optionally, a connection adapter is connected to the auxiliary circuit when determining the capacitance value of the auxiliary circuit in step A or detecting the impedance in step B, the connection adapter being provided between the auxiliary circuit and the impedance analyzer or the vector network analyzer, respectively. This ensures connectivity with respect to the measuring devices.

Der Anschlussadapter kann auch als Teil der Hilfsschaltung angesehen werden. Die in Schritt D bestimmte äquivalente Serieninduktivität kann dann den Einfluss durch den Anschlussadapter berücksichtigen.The connection adapter can also be considered as part of the auxiliary circuit. The equivalent series inductance determined in step D can then take into account the influence of the connection adapter.

Bevorzugt wird ein Anschlussadapter mit der Schaltungsanordnung verbunden, wenn der Kapazitätswert der Schaltungsanordnung in Schritt E bestimmt oder die Impedanz in Schritt F erfasst wird, wobei der Anschlussadapter zwischen der Schaltungsanordnung und dem Impedanzanalysator bzw. dem vektoriellen Netzwerkanalysator vorgesehen ist. Insbesondere kann der gleiche Anschlussadapter verwendet werden, der verwendet worden ist als der Kapazitätswert der Hilfsschaltung in Schritt A oder deren Impedanz in Schritt B bestimmt wurde. Dadurch wird gewährleistet, dass lediglich der gleiche oder sogar derselbe Anschlussadapter in den entsprechenden Schritten verwendet wird. So werden weitere mögliche Einflüsse auf das erläuterte Verfahren verhindert.Preferably, a connection adapter is connected to the circuit arrangement when the capacitance value of the circuit arrangement is determined in step E or the impedance is detected in step F, wherein the connection adapter is provided between the circuit arrangement and the impedance analyzer or the vector network analyzer. In particular, the same connection adapter can be used that was used when the capacitance value of the auxiliary circuit was determined in step A or its impedance was determined in step B. This ensures that only the same or even the same connection adapter is used in the corresponding steps. This prevents further possible influences on the method explained.

Bevorzugt werden zumindest die Schritte C, D, G, und H computerimplementiert ausgeführt. Beispielsweise kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung vorgesehen sein, die die Auswertung der Impedanzen und der Kapazitätswerte und die darauf basierende Bestimmung der jeweiligen äquivalenten Serieninduktivitäten ermöglicht.Preferably, at least steps C, D, G, and H are carried out in a computer-implemented manner. For example, a data processing device can be provided which enables the evaluation of the impedances and the capacitance values and the determination of the respective equivalent series inductances based thereon.

Optional ist die Datenverarbeitungsvorrichtung mit einem entsprechenden Impedanzanalysator und/oder einem vektoriellen Netzwerkanalysator gekoppelt.Optionally, the data processing device is coupled to a corresponding impedance analyzer and/or a vector network analyzer.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das Befehle aufweist, welche bei Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung, diese veranlasst, das Verfahren wie zuvor beschrieben auszuführen.According to a further aspect, a computer program product is also provided which has instructions which, when executed by a data processing device, cause the device to carry out the method as described above.

Ferner wird gemäß einem weiteren Aspekt auch ein Speichermedium bereitgestellt, das das Computerprogrammprodukt wie zuvor beschrieben aufweist, so dass es bei Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung, diese veranlasst, das Verfahren wie zuvor beschrieben auszuführen.Furthermore, according to a further aspect, a storage medium is also provided which has the computer program product as described above, so that when executed by a data processing device, it causes the device to carry out the method as described above.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird auch ein modularer Messaufbau zur Charakterisierung eines einen Zwischenkreiskondensator aufweisenden Bauteils bereitgestellt. Der modulare Messaufbau umfasst einen Impedanzanalysator, einen vektoriellen Netzwerkanalysator, eine Hilfsschaltung, die eine Kondensatoranordnung aufweist, sowie den ZKK. Der modulare Messaufbau ist eingerichtet, einen Kapazitätswert und eine frequenzabhängige Impedanz der Hilfsschaltung sowie einen Kapazitätswert und eine frequenzabhängige Impedanz einer Schaltungsanordnung zu messen, die die Hilfsschaltung und den Zwischenkreiskondensator umfasst. Der modulare Messaufbau ist eingerichtet, basierend auf den gemessenen Größen eine äquivalente Serieninduktivität des Zwischenkreiskondensators zu bestimmen.According to a further aspect, a modular measuring setup is also provided for characterizing a component having an intermediate circuit capacitor. The modular measuring setup comprises an impedance analyzer, a vector network analyzer, an auxiliary circuit having a capacitor arrangement, and the intermediate circuit capacitor. The modular measuring setup is set up to measure a capacitance value and a frequency-dependent impedance of the auxiliary circuit as well as a capacitance value and a frequency-dependent impedance of a circuit arrangement comprising the auxiliary circuit and the intermediate circuit capacitor. The modular measuring setup is set up to determine an equivalent series inductance of the intermediate circuit capacitor based on the measured quantities.

Dadurch wir ein modularer Messaufbau geschaffen, der den ZKK trotz limitierter Phasenauflösung im MHz-Bereich hinsichtlich seiner äquivalenten Serieninduktivität charakterisieren kann.This creates a modular measurement setup that can characterize the ZKK with regard to its equivalent series inductance despite limited phase resolution in the MHz range.

Bevorzugt ist der modulare Messaufbau eingerichtet, das Verfahren wie zuvor beschrieben durchzuführen. Beispielsweise kann der modulare Messaufbau dazu zumindest eine Datenverarbeitungsvorrichtung aufweisen.Preferably, the modular measuring setup is configured to carry out the method as described above. For example, the modular measuring setup can have at least one data processing device for this purpose.

Optional umfasst der modulare Messaufbau zudem einen Anschlussadapter, der die Hilfsschaltung oder die Schaltungsanordnung mit dem Impedanzanalysator bzw. dem vektoriellen Netzwerkanalysator verbindet.Optionally, the modular measurement setup also includes a connection adapter that connects the auxiliary circuit or circuit arrangement to the impedance analyzer or the vector network analyzer.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird auch ein Fahrzeug mit einem ZKK bereitgestellt, der nach dem hierin beschriebenen Verfahren charakterisiert ist.According to a further aspect, a vehicle is also provided with a ZKK characterized according to the method described herein.

Der modulare Messaufbau entspricht demnach einem Baukastensystem, bei dem je nach vorgesehener Messung, unterschiedliche Bauteile miteinander verschaltet werden. Zur Messung des Kapazitätswerts der Hilfsschaltung wird beispielsweise die Hilfsschaltung (optional mittels des Anschlussadapters) mit dem Impedanzanalysator verbunden. Zur Messung der frequenzabhängigen Impedanz der Hilfsschaltung wird wiederum die Hilfsschaltung (optional mittels des Anschlussadapters) mit dem vektoriellen Netzwerkanalysator verbunden. Zur Messung des Kapazitätswerts der Schaltungsanordnung wird dagegen die Schaltungsanordnung (optional mittels des Anschlussadapters) mit dem Impedanzanalysator verbunden, wobei die Schaltungsanordnung die Hilfsschaltung und den Zwischenkreiskondensator umfasst, welche miteinander in Serie verbunden sind. Zur Messung der frequenzabhängigen Impedanz der Schaltungsanordnung wird die Schaltungsanordnung (optional mittels des Anschlussadapters) mit dem vektoriellen Netzwerkanalysator verbunden. Insofern liegen vier unterschiedliche Zustände des als Baukastensystems ausgebildeten modularen Messaufbaus vor, um die äquivalenten Serieninduktivität des Zwischenkreiskondensators zu ermitteln.The modular measurement setup therefore corresponds to a modular system in which different components are connected to one another depending on the intended measurement. To measure the capacitance value of the auxiliary circuit, for example, the auxiliary circuit is connected to the impedance analyzer (optionally using the connection adapter). To measure the frequency-dependent impedance of the auxiliary circuit, the auxiliary circuit is in turn connected to the vector network analyzer (optionally using the connection adapter). To measure the capacitance value of the circuit arrangement, on the other hand, the circuit arrangement is connected to the impedance analyzer (optionally using the connection adapter), whereby the circuit arrangement comprises the auxiliary circuit and the intermediate circuit capacitor, which are connected to one another. are connected in series. To measure the frequency-dependent impedance of the circuit arrangement, the circuit arrangement is connected to the vector network analyzer (optionally using the connection adapter). In this respect, there are four different states of the modular measuring setup, which is designed as a modular system, in order to determine the equivalent series inductance of the intermediate circuit capacitor.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen modularen Messaufbaus zur Charakterisierung eines einen Zwischenkreiskondensator aufweisenden Bauteils,
- 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahren zur Charakterisierung eines einen Zwischenkreiskondensator aufweisenden Bauteils, und
- 3A und 3B schematische Darstellungen von frequenzabhängigen Impedanzverläufen gemessen nach dem Stand der Technik und dem erfindungsgemäßen Verfahren.

The invention and further advantageous embodiments and developments thereof are described and explained in more detail below with reference to the examples shown in the drawings. The features shown in the description and the drawings can be used individually or in groups in any combination according to the invention. They show:

- 1 a schematic representation of a modular measuring setup according to the invention for characterising a component having an intermediate circuit capacitor,
- 2 a schematic representation of a method according to the invention for characterising a component having an intermediate circuit capacitor, and
- 3A and 3B Schematic representations of frequency-dependent impedance curves measured according to the prior art and the method according to the invention.

Alle nachstehend in Bezug auf die Ausführungsbeispiele und/oder die begleitenden Figuren offengelegten Merkmale können allein oder in einer beliebigen Unterkombination mit Merkmalen der Aspekte der vorliegenden Offenbarung, einschließlich Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen, kombiniert werden, vorausgesetzt, die sich ergebende Merkmalskombination ist für einen Fachmann auf dem Gebiet der Technik sinnvoll.All features disclosed below with respect to the embodiments and/or the accompanying figures may be combined alone or in any sub-combination with features of the aspects of the present disclosure, including features of preferred embodiments, provided that the resulting combination of features is meaningful to a person skilled in the art.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen modularen Messaufbaus 10 zur Charakterisierung eines einen Zwischenkreiskondensator 16 (ZKK) aufweisenden Bauteils 17. 1 shows a schematic representation of a modular measuring setup 10 according to the invention for characterizing a component 17 having an intermediate circuit capacitor 16 (ZKK).

Der modulare Messaufbau 10 umfasst mehrere Messebenen 12, 13, 14. Durch die Messebenen 12, 13, 14 werden unterschiedliche Konfigurationen des modularen Messaufbaus 10 definiert.The modular measuring setup 10 comprises several measuring levels 12, 13, 14. The measuring levels 12, 13, 14 define different configurations of the modular measuring setup 10.

Der modulare Messaufbau 10 umfasst in seiner Gesamtkonfiguration bezüglich der zu untersuchenden Komponenten den ZKK 16, einen Anschlussadapter 18 und eine Kondensatoranordnung 20. Der Anschlussadapter 18 ist dabei mit der Kondensatoranordnung 20 in Reihe angeordnet, die wiederum mit dem ZKK 16 in Reihe angeordnet ist.The modular measuring setup 10 comprises in its overall configuration with regard to the components to be examined the ZKK 16, a connection adapter 18 and a capacitor arrangement 20. The connection adapter 18 is arranged in series with the capacitor arrangement 20, which in turn is arranged in series with the ZKK 16.

Der ZKK 16 ist im üblichen Verwendungsfall Teil eines Bauteils 17, des optional anstatt des puren ZKKs 16 mittels des modularen Messaufbaus 10 untersucht werden kann. Im Allgemeinen wird der modulare Messaufbau 10 aber dazu genutzt, den blanken ZKK 16 zu charakterisierenden, basierend auf dessen Eigenschaften eine zuverlässige Charakterisierung des den ZKK 16 aufweisenden Bauteils 17 ermöglicht wird, beispielsweise im Hinblick auf EMV oder spezifische Testverfahren, wie WLTP.In normal use, the ZKK 16 is part of a component 17, which can optionally be examined using the modular measurement setup 10 instead of the pure ZKK 16. In general, however, the modular measurement setup 10 is used to characterize the bare ZKK 16, based on whose properties a reliable characterization of the component 17 having the ZKK 16 is possible, for example with regard to EMC or specific test procedures such as WLTP.

Durch die Reihenschaltung der Kondensatoranordnung 20 mit dem ZKK 16 wird eine Schaltungsanordnung 22 ausgebildet.By connecting the capacitor arrangement 20 in series with the ZKK 16, a circuit arrangement 22 is formed.

Die Kondensatoranordnung 20 bildet eine Hilfsschaltung 24 aus.The capacitor arrangement 20 forms an auxiliary circuit 24.

Der Anschlussadapter 18 kann sowohl mit der Schaltungsanordnung 22 als auch mit der Hilfsschaltung 24 in Reihe gekoppelt werden. Insbesondere kann derselbe Anschlussadapter 18 zur Kopplung mit der Schaltungsanordnung 22 und der Hilfsschaltung 24 vorgesehen sein. Der Anschlussadapter 18 ermöglicht die Kopplung mit Messvorrichtungen.The connection adapter 18 can be coupled in series with both the circuit arrangement 22 and the auxiliary circuit 24. In particular, the same connection adapter 18 can be provided for coupling with the circuit arrangement 22 and the auxiliary circuit 24. The connection adapter 18 enables coupling with measuring devices.

Die Hilfsschaltung 24 kann an der zweiten Messebene 14, beispielsweise an einem Anschlussknoten 26 der Kondensatoranordnung 20 kurzgeschlossen werden und weist daher den ZKK 16 bzw. das den ZKK 16 aufweisende Bauteil nicht auf.The auxiliary circuit 24 can be short-circuited at the second measuring level 14, for example at a connection node 26 of the capacitor arrangement 20, and therefore does not have the ZKK 16 or the component having the ZKK 16.

Die Kondensatoranordnung 20 weist mehrere Schaltvorrichtungen 28 auf, die jeweils in Reihe mit Kondensatoren 30 angeordnet sind.The capacitor arrangement 20 has a plurality of switching devices 28, each of which is arranged in series with capacitors 30.

Durch die Schaltstellungen der Schaltvorrichtungen 28 werden jeweils unterschiedliche Topologien der Kondensatoren 30 genutzt, so dass die Kondensatoranordnung 20 unterschiedliche Gesamtkapazitäten aufweisen kann. Die vorliegende Topologie der Kondensatoren 30 und der ihnen zugeordneten Schaltvorrichtungen 28 ist lediglich beispielhaft. Abweichende Topologien der Kondensatoren 30 und der ihnen zugeordneten Schaltvorrichtungen 28 sind ebenfalls möglich.Due to the switching positions of the switching devices 28, different topologies of the capacitors 30 are used, so that the capacitor arrangement 20 can have different total capacitances. The present topology of the capacitors 30 and the switching devices 28 assigned to them is merely an example. Different topologies of the capacitors 30 and the switching devices 28 assigned to them are also possible.

Der modulare Messaufbau 10 umfasst ferner einen Impedanzanalysator 32 und einen vektoriellen Netzwerkanalysator 34, von denen einer an der ersten Messebene 12 mit dem Anschlussadapter 18 gekoppelt werden kann, um entweder eine Kapazität oder eine frequenzabhängige Impedanz der Schaltungsanordnung 22 oder der Hilfsschaltung 24 zu bestimmen.The modular measuring setup 10 further comprises an impedance analyzer 32 and a vector network analyzer 34, one of which can be coupled to the connection adapter 18 at the first measuring level 12 in order to determine either a capacitance or a frequency-dependent impedance of the circuit arrangement 22 or the auxiliary circuit 24.

Vorliegend umfasst der modulare Messaufbau 10 ferner eine Datenverarbeitungsvorrichtung 35, die mit dem Impedanzanalysator 32 oder wahlweise dem vektoriellen Netzwerkanalysator 34 oder wahlweise beiden davon gekoppelt ist. Mittels der Datenverarbeitungsvorrichtung 35 können von dem Impedanzanalysator 32 oder dem vektoriellen Netzwerkanalysator 34 erfasste Messwerte wie Messspektren oder dergleichen ausgewertet werden. Beispielsweise kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 35 basierend auf erfassten Messwerten den ZKK 16 oder die Hilfsschaltung 24 charakterisierende Größen bestimmen oder extrahieren, wie beispielsweise eine Resonanzfrequenz oder dergleichen.In the present case, the modular measuring setup 10 further comprises a data processing device 35 which is connected to the impedance analyzer 32 or optionally , or optionally both of them. The data processing device 35 can be used to evaluate measured values acquired by the impedance analyzer 32 or the vector network analyzer 34, such as measurement spectra or the like. For example, the data processing device 35 can determine or extract quantities characterizing the ZKK 16 or the auxiliary circuit 24, such as a resonance frequency or the like, based on acquired measured values.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens 36 zur Charakterisierung eines einen Zwischenkreiskondensator 16 aufweisenden Bauteils 17. 2 shows a schematic representation of a method 36 according to the invention for characterizing a component 17 having an intermediate circuit capacitor 16.

In Schritt 38 wird ein Kapazitätswerts der Hilfsschaltung 24 bei einer Frequenz von zumindest 100 Hz und höchstens 100 kHz mittels des Impedanzanalysators 32 bestimmt, der zu diesem Zweck mit der Hilfsschaltung 24 gekoppelt ist. Die Hilfsschaltung 24, die die Kondensatoranordnung 20 aufweist, ist abgewandt vom Impedanzanalysator 32 an der zweiten Messebene 14 kurzgeschlossen. Der ZKK 16 und das den ZKK 16 aufweisende Bauteil 17 werden somit nicht mit untersucht.In step 38, a capacitance value of the auxiliary circuit 24 is determined at a frequency of at least 100 Hz and at most 100 kHz by means of the impedance analyzer 32, which is coupled to the auxiliary circuit 24 for this purpose. The auxiliary circuit 24, which has the capacitor arrangement 20, is short-circuited at the second measuring plane 14, facing away from the impedance analyzer 32. The ZKK 16 and the component 17 having the ZKK 16 are therefore not examined.

In Schritt 40 wird eine frequenzabhängige Impedanz der kurzgeschlossenen Hilfsschaltung 24 mittels eines vektoriellen Netzwerkanalysators 34 erfasst, der mit der Hilfsschaltung 24 gekoppelt ist. Die Konfiguration der Hilfsschaltung 24 gleicht derjenigen aus Schritt 38.In step 40, a frequency-dependent impedance of the short-circuited auxiliary circuit 24 is detected by means of a vector network analyzer 34 which is coupled to the auxiliary circuit 24. The configuration of the auxiliary circuit 24 is the same as that of step 38.

Basierend auf der erfassten frequenzabhängigen Impedanz aus Schritt 40 wird in Schritt 42 eine Serienresonanzfrequenz der Hilfsschaltung 24 bestimmt, beispielsweise mittels der Datenverarbeitungsvorrichtung 35.Based on the detected frequency-dependent impedance from step 40, a series resonance frequency of the auxiliary circuit 24 is determined in step 42, for example by means of the data processing device 35.

In Schritt 44 wird eine äquivalente Serieninduktivität der Hilfsschaltung 24 basierend auf der in Schritt 42 bestimmten Serienresonanzfrequenz der Hilfsschaltung 24 und dem in Schritt 38 bestimmten Kapazitätswert der Hilfsschaltung 24 bestimmt, beispielsweise anhand der Datenverarbeitungsvorrichtung 35.In step 44, an equivalent series inductance of the auxiliary circuit 24 is determined based on the series resonance frequency of the auxiliary circuit 24 determined in step 42 and the capacitance value of the auxiliary circuit 24 determined in step 38, for example using the data processing device 35.

Anschließend wird in Schritt 46 ein Kapazitätswert der Schaltungsanordnung 22 bei einer Frequenz von zumindest 100 Hz und höchstens 100 kHz mittels des Impedanzanalysators 32 bestimmt. Dabei umfasst die Schaltungsanordnung 22 die Hilfsschaltung 24 und den ZKK 16. Der ZKK 16 ist mit der Hilfsschaltung 24 in Reihe angeordnet. Die Schaltungsanordnung 22 ist mit dem Impedanzanalysator 32 gekoppelt.Subsequently, in step 46, a capacitance value of the circuit arrangement 22 is determined at a frequency of at least 100 Hz and at most 100 kHz using the impedance analyzer 32. The circuit arrangement 22 comprises the auxiliary circuit 24 and the ZKK 16. The ZKK 16 is arranged in series with the auxiliary circuit 24. The circuit arrangement 22 is coupled to the impedance analyzer 32.

In Schritt 48 wird eine frequenzabhängige Impedanz der Schaltungsanordnung 22 mittels des vektoriellen Netzwerkanalysators 34 erfasst, der mit der Schaltungsanordnung 22 gekoppelt ist. Die Konfiguration der Schaltungsanordnung 22 gleicht derjenigen aus Schritt 46.In step 48, a frequency-dependent impedance of the circuit arrangement 22 is detected by means of the vector network analyzer 34, which is coupled to the circuit arrangement 22. The configuration of the circuit arrangement 22 is the same as that from step 46.

Nun wird in Schritt 50 eine Serienresonanzfrequenz der Schaltungsanordnung 22 basierend auf der in Schritt 48 erfassten frequenzabhängigen Impedanz bestimmt, beispielsweise anhand der Datenverarbeitungsvorrichtung 35.Now, in step 50, a series resonance frequency of the circuit arrangement 22 is determined based on the frequency-dependent impedance detected in step 48, for example using the data processing device 35.

Anschließend wird in Schritt 52 eine äquivalente Serieninduktivität des ZKK 16 basierend auf der in Schritt 50 bestimmten Serienresonanzfrequenz der Schaltungsanordnung 22 und dem in Schritt 46 bestimmten Kapazitätswert der Schaltungsanordnung 22 unter Berücksichtigung der äquivalenten Serieninduktivität der Hilfsschaltung 24 bestimmt. Hier wird das Resonanzverhalten der Schaltungsanordnung 22 umfassend den ZKK 16 und die Kondensatoranordnung 20 ausgenutzt, da bekannt ist, dass bei der Serienresonanz die kapazitive Reaktanz gleich der induktiven Reaktanz ist. Da die Kapazitäten der Kondensatoranordnung 20 und des ZKK 16 in den Schritten 38 und 46 zuverlässig und mit hoher Präzision bestimmt werden können, kann unter Kenntnis der in Schritt 44 bestimmten äquivalenten Serieninduktivität der Hilfsschaltung 24 auf die äquivalente Serieninduktivität der Schaltungsanordnung 22 und damit des ZKK 16 geschlossen werden, denn der Resonanzpunkt, also die Serienresonanzfrequenz der Schaltungsanordnung 22, ist ja aus Schritt 50 bekannt. Durch die Nutzung der Kondensatoranordnung 20, die Topologien mit Kondensatoren 30 aufweist, deren Kapazitäten klein gegen den ZKK 16 sind, wird die Serienresonanz der Schaltungsanordnung 22 in die MHz-Domäne verschoben. Dadurch kann der ZKK 16 im MHz-Regime hinsichtlich seiner äquivalenten Serieninduktivität durch Nutzung des Resonanzpunkts als Bezugspunkt der Messung charakterisiert werden, obwohl die zugrundeliegenden Messvorrichtungen, beispielsweise der vektorielle Netzwerkanalysator 34 in diesem Bereich nur eine geringe Phasenauflösung und eine niedrige Kalibriergenauigkeit aufweist.Subsequently, in step 52, an equivalent series inductance of the ZKK 16 is determined based on the series resonance frequency of the circuit arrangement 22 determined in step 50 and the capacitance value of the circuit arrangement 22 determined in step 46, taking into account the equivalent series inductance of the auxiliary circuit 24. Here, the resonance behavior of the circuit arrangement 22 comprising the ZKK 16 and the capacitor arrangement 20 is utilized, since it is known that in series resonance the capacitive reactance is equal to the inductive reactance. Since the capacitances of the capacitor arrangement 20 and the ZKK 16 can be determined reliably and with high precision in steps 38 and 46, the equivalent series inductance of the circuit arrangement 22 and thus of the ZKK 16 can be determined by knowing the equivalent series inductance of the auxiliary circuit 24 determined in step 44, because the resonance point, i.e. the series resonance frequency of the circuit arrangement 22, is known from step 50. By using the capacitor arrangement 20, which has topologies with capacitors 30 whose capacitances are small compared to the ZKK 16, the series resonance of the circuit arrangement 22 is shifted into the MHz domain. This allows the ZKK 16 to be characterized in the MHz regime with respect to its equivalent series inductance by using the resonance point as a reference point of the measurement, although the underlying measuring devices, for example the vector network analyzer 34, have only a low phase resolution and a low calibration accuracy in this range.

Als Folge kann das den ZKK 16 aufweisende Bauteil 17 hinsichtlich der durch den ZKK 16 bestimmten Eigenschaften mit einem verbesserten Vertrauenslevel charakterisiert werden, beispielsweise hinsichtlich EMV oder WLTP-Testverfahren.As a result, the component 17 having the ZKK 16 can be characterized with an improved level of confidence with regard to the properties determined by the ZKK 16, for example with regard to EMC or WLTP test procedures.

Die Charakterisierung des den ZKK 16 aufweisenden Bauteils 17 im Hinblick auf unterschiedliche Kriterien, wie EMV oder WLTP kann es erfordern, die exakte äquivalente Serieninduktivität des ZKK 16 bei abweichenden Frequenzen zu kennen. Daher kann die Kondensatoranordnung 20 vorliegend mittels der Schaltvorrichtungen 28 und der Kondensatoren 30 genutzt werden, um unterschiedliche Gesamtkapazitäten der Kondensatoranordnung 20 zu realisieren. Dadurch kann die Serienresonanz bedarfsgerecht beeinflusst werden, um eine Resonanzfrequenz zu erzwingen, die einem bestimmten Vorgabefrequenzwert entspricht, bei dem der ZKK 16 zu charakterisieren ist. Dadurch kann auch das den ZKK 16 aufweisende Bauteil 17 präziser charakterisiert werden, auch im Hinblick auf mehrere unterschiedliche Vorgabefrequenzwerte.The characterization of the component 17 having the ZKK 16 with regard to different criteria, such as EMC or WLTP, may require knowing the exact equivalent series inductance of the ZKK 16 at different frequencies. Therefore, the capacitor arrangement 20 can be present The switching devices 28 and the capacitors 30 can be used to achieve different total capacitances of the capacitor arrangement 20. The series resonance can thus be influenced as required in order to force a resonance frequency that corresponds to a certain specified frequency value at which the ZKK 16 is to be characterized. The component 17 having the ZKK 16 can also be characterized more precisely as a result, also with regard to several different specified frequency values.

3A und 3B zeigen schematische Darstellungen von frequenzabhängigen Impedanzverläufen 54, 66 gemessen nach dem Stand der Technik und dem erfindungsgemäßen Verfahren 36. 3A and 3B show schematic representations of frequency-dependent impedance curves 54, 66 measured according to the prior art and the method 36 according to the invention.

Der in 3A gezeigte Impedanzverlauf 54 entspricht einer Messanordnung gemäß dem Stand der Technik. Dabei wird der ZKK 16 zunächst mit einem Impedanzanalysator 32 gekoppelt, um seine Kapazität zu bestimmen. Beispielhaft weist der vorliegende ZKK 16 eine gemessene Kapazität von 500 µF auf. Anschließend wird der gezeigte frequenzabhängige Impedanzverlauf 54 ermittelt, in dem der ZKK 16 mit einem vektoriellen Netzwerkanalysator 34 gekoppelt und vermessen wird. Auf der Ordinate 56 sind multidimensional die Amplituden der Phase 60 und der Impedanz 62 aufgeführt. Auf der Abszisse 58 ist die Frequenz aufgetragen.The 3A The impedance curve 54 shown corresponds to a measuring arrangement according to the prior art. The ZKK 16 is first coupled to an impedance analyzer 32 in order to determine its capacitance. For example, the present ZKK 16 has a measured capacitance of 500 µF. The frequency-dependent impedance curve 54 shown is then determined by coupling the ZKK 16 to a vector network analyzer 34 and measuring it. The amplitudes of the phase 60 and the impedance 62 are shown multidimensionally on the ordinate 56. The frequency is plotted on the abscissa 58.

Man erkennt, dass die Impedanz 62 ein breites Minimum aufweist. Die Extremstelle der Phase 60 wird genutzt, um die Resonanzfrequenz 64 präzise zu bestimmen. Da gemäß dem Stand der Technik keine Kondensatoranordnung 20 genutzt wird, wird keine Verschiebung der Resonanzfrequenz 64 erzwungen. Daher wird die Resonanzfrequenz im vorliegenden Beispiel zu etwa 80 kHz bestimmt. Daraus kann man die äquivalente Serieninduktivität ableiten, die sich zu etwa 8,0 nH ergibt. Gemäß dem Stand der Technik würden Komponenten und Schaltkreise, die den ZKK 16 aufweisen, deshalb bezüglich dieses Messwerts der äquivalenten Serieninduktivität ausgelegt werden. Insbesondere wären aufwendige Filtermaßnahmen notwendig, um EMV-Grenzwerte einhalten zu können.It can be seen that the impedance 62 has a broad minimum. The extreme point of the phase 60 is used to precisely determine the resonance frequency 64. Since no capacitor arrangement 20 is used according to the prior art, no shift in the resonance frequency 64 is forced. Therefore, the resonance frequency in the present example is determined to be approximately 80 kHz. From this, the equivalent series inductance can be derived, which is approximately 8.0 nH. According to the prior art, components and circuits that have the ZKK 16 would therefore be designed with regard to this measured value of the equivalent series inductance. In particular, complex filtering measures would be necessary in order to be able to comply with EMC limit values.

In 3B ist der Impedanzverlauf 66 für denselben ZKK 16 gezeigt, also wiederum mit einer Kapazität von 500 µF. Allerdings wird eine Kondensatoranordnung 20 zwischen dem vektoriellen Netzwerkanalysator 34 und den ZKK 16 angeordnet. Die Kondensatoranordnung weist eine gemessene Kapazität auf, die viel kleiner als die Kapazität des ZKK 16 ist. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Kapazität der Kondensatoranordnung 20 etwa 46 µF. Zudem wird die äquivalente Serieninduktivität der Kondensatoranordnung 20 bestimmt, vorliegend zu etwa 1,1 nH.In 3B the impedance curve 66 is shown for the same ZKK 16, again with a capacitance of 500 µF. However, a capacitor arrangement 20 is arranged between the vector network analyzer 34 and the ZKK 16. The capacitor arrangement has a measured capacitance that is much smaller than the capacitance of the ZKK 16. In the present example, the capacitance of the capacitor arrangement 20 is approximately 46 µF. In addition, the equivalent series inductance of the capacitor arrangement 20 is determined, in this case approximately 1.1 nH.

Durch die Kondensatoranordnung 20 wird die sich ergebende Resonanzfrequenz 64 in die HF-Domäne gezwungen. Es ergibt sich ein klar definiertes Minimum der Impedanz 62 und ein noch schärferer Anstieg (größere Steigung) der Phase 60. Daraus lässt sich die Resonanzfrequenz 64 vorliegend zu ca. 10 MHz für die kombinierte Anordnung aus Kondensatoranordnung 20 und ZKK 16 bestimmen. Wiederum lässt sich daraus die äquivalente Serieninduktivität der Gesamtanordnung aus Kondensatoranordnung 20 und ZKK 16 bestimmen, zu vorliegend etwa 5,3 nH. Dieser Wert wird um den Anteil der Kondensatoranordnung 20 kompensiert. Es ergibt sich deshalb die äquivalente Serieninduktivität des ZKK 16 vorliegend zu etwa 4,2 nH.The resulting resonance frequency 64 is forced into the RF domain by the capacitor arrangement 20. This results in a clearly defined minimum of the impedance 62 and an even sharper increase (larger slope) of the phase 60. From this, the resonance frequency 64 can be determined to be approximately 10 MHz for the combined arrangement of the capacitor arrangement 20 and ZKK 16. From this, the equivalent series inductance of the overall arrangement of the capacitor arrangement 20 and ZKK 16 can be determined, which is approximately 5.3 nH in this case. This value is compensated for by the proportion of the capacitor arrangement 20. The equivalent series inductance of the ZKK 16 is therefore approximately 4.2 nH in this case.

Im Unterschied zum Impedanzverlauf 54 aus 3A ist die äquivalente Serieninduktivität gemäß dem Impedanzverlauf 66 aus 3B in der HF-Domäne vermessen, also demjenigen Bereich, der für die HF-Störungen bezüglich der EMV von Interesse ist. Tatsächlich ist die äquivalente Serieninduktivität des ZKK 16 also deutlich geringer als zunächst angenommen. Daher können auch aufwandsärmere Filtermaßnahmen vorgesehen werden, um EMV-Grenzwerte einhalten zu können. Ferner kann die Auslegung von Komponenten oder Schaltkreisen, die den ZKK 16 aufweisen, bedarfsgerechter ausgestaltet sein. Es zeigt sich, dass die äquivalente Serieninduktivität des ZKK 16 durch das vorliegende Verfahren 36 vorteilhaft im HF-Bereich bestimmbar ist, wodurch die Präzision verbessert wird und die genannten Vorteile ermöglicht werden.In contrast to the impedance curve 54 from 3A is the equivalent series inductance according to the impedance curve 66 from 3B measured in the HF domain, i.e. the area that is of interest for the HF interference with regard to EMC. In fact, the equivalent series inductance of the ZKK 16 is therefore significantly lower than initially assumed. Therefore, less complex filter measures can also be provided in order to be able to comply with EMC limits. Furthermore, the design of components or circuits that have the ZKK 16 can be designed more in line with requirements. It turns out that the equivalent series inductance of the ZKK 16 can be advantageously determined in the HF range using the present method 36, which improves precision and enables the advantages mentioned.

In der vorliegenden Anmeldung kann auf Mengen und Zahlen Bezug genommen werden. Sofern nicht ausdrücklich angegeben, sind solche Mengen und Zahlen nicht als einschränkend zu betrachten, sondern als Beispiele für die möglichen Mengen oder Zahlen im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung. In diesem Zusammenhang kann in der vorliegenden Anmeldung auch der Begriff „Mehrzahl“ verwendet werden, um auf eine Menge oder Zahl zu verweisen. In diesem Zusammenhang ist mit dem Begriff „Mehrzahl“ jede Zahl gemeint, die größer als eins ist, z. B. zwei, drei, vier, fünf, usw. Die Begriffe „etwa“, „ungefähr“, „nahe“ usw. bedeuten plus oder minus 5 % des angegebenen Wertes.In this application, reference may be made to quantities and numbers. Unless expressly stated, such quantities and numbers are not to be considered limiting, but rather as examples of the possible quantities or numbers in the context of this application. In this context, the term "plurality" may also be used in this application to refer to a quantity or number. In this context, the term "plurality" means any number greater than one, e.g., two, three, four, five, etc. The terms "about," "approximately," "near," etc. mean plus or minus 5% of the stated value.

Claims

Method (36) for characterizing a component (17) having an intermediate circuit capacitor (16), the method comprising: A) determining a capacitance value of an auxiliary circuit (24) having a capacitor arrangement (20) at a frequency of at least 100 Hz and at most 100 kHz by means of an impedance analyzer (32) coupled to the auxiliary circuit (24), and wherein the auxiliary circuit (24) away from the impedance analyzer (32), B) detecting a frequency-dependent impedance of the short-circuited auxiliary circuit (24) by means of a vector network analyzer (34) which is coupled to the auxiliary circuit (24), C) determining a series resonance frequency of the auxiliary circuit (24) based on the detected frequency-dependent impedance, D) determining an equivalent series inductance of the auxiliary circuit (24) based on the determined series resonance frequency of the auxiliary circuit (24) and the determined capacitance value of the auxiliary circuit (24), E) determining a capacitance value of a circuit arrangement (22) at a frequency of at least 100 Hz and at most 100 kHz by means of an impedance analyzer (32), wherein the circuit arrangement (22) comprises the auxiliary circuit (24) and the intermediate circuit capacitor (16), wherein the intermediate circuit capacitor (16) is arranged in series with the auxiliary circuit (24), wherein the circuit arrangement (22) is coupled to the impedance analyzer (32), F) detecting a frequency-dependent impedance of the circuit arrangement (22) by means of a vector network analyzer (34) which is coupled to the circuit arrangement (22), G) determining a series resonance frequency of the circuit arrangement (22) based on the detected frequency-dependent impedance, and H) determining an equivalent series inductance of the intermediate circuit capacitor (16) based on the determined series resonance frequency of the circuit arrangement (22) and the determined capacitance value of the circuit arrangement (22) taking into account the equivalent series inductance of the auxiliary circuit (24).

Procedure (36) according to Claim 1 , characterized in that the capacitor arrangement (20) only has capacitors (30) which have a lower inductance than the intermediate circuit capacitor (16), in particular a self-inductance of 5 nH or less, preferably 3 nH or less.

Procedure (36) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the intermediate circuit capacitor (16) has an inductance of 10 nH or less, preferably 5 nH or less.

Method (36) according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitor arrangement (20) has a capacitance value such that the series resonance frequency of the circuit arrangement (22) lies in a frequency range between at least 1 MHz and at most 100 MHz.

Procedure (36) according to Claim 4 , characterized in that the capacitance value of the capacitor arrangement (20) is adjusted such that the series resonance frequency is adapted to a first specified frequency value or a second specified frequency value, wherein the first specified frequency value is used to characterize the intermediate circuit capacitor (16) with regard to electromagnetic compatibility based on the equivalent series inductance determined in step D, and wherein the second specified frequency value is used to characterize the intermediate circuit capacitor (16) with regard to a worldwide harmonized test procedure for lightweight vehicles based on the equivalent series inductance determined in step D.

Method (36) according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitor arrangement (20) is set up by means of several switchable individual capacitors (30) in order to have several different capacitance values.

Method (36) according to one of the preceding claims, characterized in that a connection adapter (18) is connected to the auxiliary circuit (24) when the capacitance value of the auxiliary circuit (24) is determined, wherein the connection adapter (18) is provided between the auxiliary circuit (24) and the impedance analyzer (32).

Method (36) according to one of the preceding claims, characterized in that a connection adapter (18) is connected to the circuit arrangement (22) when the capacitance value of the circuit arrangement (22) is determined, wherein the connection adapter (18) is provided between the circuit arrangement (22) and the impedance analyzer (32), in particular wherein the same connection adapter (18) is used which was used when the capacitance value of the auxiliary circuit (24) was determined.

Modular measuring setup (10) for characterizing a component (17) having an intermediate circuit capacitor (16), wherein the modular measuring setup (10) comprises an impedance analyzer (32), a vector network analyzer (34), an auxiliary circuit (24) having a capacitor arrangement (20), and the intermediate circuit capacitor (16), and wherein the modular measuring setup (10) is set up to measure a capacitance value and a frequency-dependent impedance of the auxiliary circuit (24) and a capacitance value and a frequency-dependent impedance of a circuit arrangement (22) comprising the auxiliary circuit (24) and the intermediate circuit capacitor (16), and wherein the modular measuring setup (10) is configured to determine an equivalent series inductance of the intermediate circuit capacitor (16) based on the measured variables.

Modular measurement setup (10) according to Claim 9 , characterized in that it is arranged to carry out the method (36) according to one of the Claims 1 until 8th to carry out.