WO2020048850A1 - Aktiver filter mit mehreren verstärkerpfaden - Google Patents

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WO2020048850A1
WO2020048850A1 PCT/EP2019/073000 EP2019073000W WO2020048850A1 WO 2020048850 A1 WO2020048850 A1 WO 2020048850A1 EP 2019073000 W EP2019073000 W EP 2019073000W WO 2020048850 A1 WO2020048850 A1 WO 2020048850A1
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amplifier
interference signals
supply line
signals according
suppressing interference
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PCT/EP2019/073000
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Hartwig Reindl
Bastian Arndt
Peter Olbrich
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Avl Software And Functions Gmbh
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to an amplifier circuit for suppressing
  • Active filter concepts are also known, e.g. from WO 2003/005578 A1. However, these filter concepts are used in signal processing or for applications in which lower voltages and / or lower powers predominate.
  • the object of the invention is to provide an improved, inexpensive and advantageous device for suppressing push-pull and / or common-mode interference signals to provide, which can also be used at high voltages and requires less space with a high interference signal suppression.
  • this device should also be usable for voltage supplies in electric traction drives of vehicles.
  • the solution according to the invention is a device for suppressing interference signals in voltage sources, in particular for high-voltage sources in a drive train of an electric vehicle, in particular for push-pull interference and / or common-mode interference.
  • the device comprises a measuring range, an amplifier range and a
  • the Amplifier area galvanically isolated by inductive transmitters with at least two supply lines of a voltage source to tap a signal, and wherein the feed-in area couples the output of the amplifier area galvanically separated by inductive transmitters to the at least two supply lines of the voltage source to feed a correction signal
  • the Amplifier area has several amplifier paths. It is essential that the amplifier area has at least two parallel, preferably independent,
  • one Voltage source is inductively decoupled and divided between the at least two parallel amplifier paths. After the signals the amplifier paths
  • the signals are fed back into the supply line, preferably into the at least two, via the feed-in area
  • the feed-in area combines the signals of the at least two parallel amplifier paths in such a way that high interference signal suppression results, preferably by combining the interference signals or coupling them into the supply line in such a way that they are mutually exclusive
  • the combination of the signals in the infeed area can be carried out by inverting and / or subtracting and / or adding the respective output signals of the at least two parallel amplifier paths.
  • the combination of the signals in the infeed area can also be done by feeding the signals into only one line or a few lines of the supply line.
  • a combination or addition of the individual phases or individual lines of the supply line for example in the case of multi-core, in particular multi-phase power supplies, a combination or addition of the individual phases or individual lines of the supply line, for example in the
  • the device according to the invention in particular causes both
  • Push-pull disturbances and / or common-mode disturbances can be suppressed.
  • push-pull disturbances and common-mode disturbances can be suppressed at the same time with the device according to the invention.
  • the device according to the invention per
  • the correction signal is generated in a manner dependent on the interference signal in the parallel amplifier paths, preferably in mutually independent paths
  • the correction signal can be fed into the supply lines with the opposite polarity to the interference signal. Both the correction signal of the push-pull interference as well as the common-mode interference can together at one point
  • Supply line can be fed.
  • the signals are preferably tapped only at a single spatial point per supply line. This results in simple assembly of the device according to the invention. Existing systems can also be easily retrofitted.
  • Filter device for voltage supplies or power supplies for electrical traction drives of vehicles for the suppression of
  • Push-pull disturbances and common-mode disturbances should be formed.
  • Galvanic isolation here means that two circuits are designed separately from one another, ie there is no direct galvanic connection via a line.
  • the circuits are separated by electrically non-conductive coupling elements, in particular inductive transformers. With electrical isolation, the electrical potentials are the the two circuits are separated from each other and the circuits are then floating among themselves. The transmission of current or signals takes place via induction. It can preferably be provided that the at least two
  • Amplifier paths are constructed in the same way. With symmetrical signal processing, this results in a simple construction and an inexpensive production. It can be provided that the at least two amplifier paths are each constructed in two stages. That is, each amplifier path has a pre-stage, which is designed as a voltage amplifier and an output stage, which is designed as a current amplifier. Preferably one understands parallel
  • Amplifier paths that the inputs of the individual paths are fed from the same measuring range and the outputs of the individual paths act on the same feeding range.
  • Parallel, preferably mutually independent amplifier paths are understood to mean, in particular, that a separate voltage and / or current amplifier per path
  • each amplifier path is formed with a preamplifier and with an output stage controlled by the preamplifier, the input of the amplifier region being the input of the preamplifier and being connected to the measurement region, and the output of the amplifier region being the output of the output stage and is connected to the feed area.
  • the parallel amplifier paths which are preferably independent of one another, are preferably formed with the same preliminary stage and final stage in terms of circuitry. In one embodiment, the amplifier paths, preferably all
  • Amplifier paths constructed as discrete amplifiers; thus each have amplifiers with discrete semiconductors. This enables a short signal runtime with a simple structure. As a result, good frequency behavior and good phase fidelity are achieved.
  • an interference source transmitter
  • This interference reaches the interference sink (receiver) via a coupling path and thus influences the receiver.
  • common mode interference sources drive common mode interference currents, which flow in the same direction in all conductors to the receiver.
  • Push-pull interference sources drive push-pull interference currents that propagate in the same way as the useful signal currents.
  • the interference current is composed of a symmetrical and an asymmetrical part.
  • the currents in the lines are in push-pull and are also called push-pull interference or DMN.
  • DMN push-pull interference
  • the currents in the lines are in common mode and Ground forms the return conductor. These are called common mode interference or CMN.
  • Push-pull disturbances or also called differential mode (DM) noise (hereinafter DMN) (hereinafter DMN) (hereinafter DMN), are generated in the circuit by push-pull interference sources.
  • DMN differential mode noise
  • These push-pull interference sources can have their origin e.g. in
  • Push-pull interference sources are usually arranged in series with the useful signal source.
  • Push-pull interference or DMN can be push-pull interference currents, for example, in the forward and return line of a
  • Common mode interference or also called Common Mode (CM) Noise (hereinafter CMN) (hereinafter CMN) (hereinafter CMN)
  • CMN Common Mode Noise
  • common mode interference sources can originate e.g. in capacitive coupling, potential increase of mass or grounding points or in
  • Common mode interference sources are usually arranged between a circuit and a reference potential.
  • Common mode interference or CMN can cause common mode interference currents, e.g. flow in the same direction to the receiver in all conductors of a signal core.
  • the inductive transformer is constructed, for example, from two coupled inductors similar to a transformer, the components of the transformer being specified to ensure good information transmission over the relevant, in particular a relatively broad, frequency range.
  • the preservation of the waveform is of great importance in a transmitter, i.e. A high linearity with as little distortion as possible is desirable for the transformer.
  • the transformer has a core
  • the core consists of a ferrite or a ferromagnetic material or an iron.
  • the core can be as Ring core or be designed as a divided ring core. The advantage of a toroidal core is that it forms an airless, closed magnetic circuit. U-cores or E-cores or similar embodiments are also possible.
  • the transmitter can also be designed as an air transmitter.
  • the transformer has two inductors which are inductively coupled to one another by their spatial proximity. A solid core for coupling the inductors is not necessary in this case.
  • the inductive coupling of the supply line of the voltage source to the amplifier circuit can also be via a coil which is in the range of
  • Line section of the supply line is wound can be realized.
  • the coil and the line section of the supply line form the transformer.
  • an essential point of the inductive transformer is its ohmic resistance in the supply line.
  • the ohmic resistance in order to keep the losses and the thermal load on the transformer small, the ohmic
  • Power supply should be as small as possible. Provision can be made that, by interconnecting the signals which are read out in the measuring range from a supply line by the inductive transmitter, different interference signals in the at least two parallel, preferably independent amplifier paths
  • Transistor inputs a subtraction and / or an addition of the signals, which are read out in the measuring range from a supply line by the inductive transformer, and that the resulting interference signals are each coupled into an amplifier circuit.
  • Filtering by DMN is provided.
  • the measuring range processes the tapped signals in such a way that CMN is only fed to a first amplifier path and DMN only to a second amplifier path.
  • the measuring range can add the tapped signals from both supply lines and the second
  • Amplifier path is supplied.
  • the measuring range can subtract the tapped signals from both supply lines and route them to the first amplifier path. The subtraction of both signals eliminates common mode interference, leaving only DMN the second
  • the measuring range can also only feed a signal of a supply line to the first amplifier path, in order to DMN to filter.
  • the addition or subtraction of the signals can take place in the measuring range, for example, by appropriately connecting the secondary coils of the inductive transmitters, and / or by appropriately using inverting or non-inverting inputs and / or outputs of the respective amplifier path.
  • the feed region can be designed such that the signal of the first amplifier path for suppressing DMN is only fed into a supply line and the signal of the second amplifier path for
  • CMN complementary metal-oxide-semiconductor
  • the signal addition or subtraction can also take place in the feed-in area, in that the secondary coils of the transformers are appropriately connected, and / or by appropriate use of inverting and / or non-inverting outputs of the respective amplifier path.
  • Amplifier circuit has only one inductive transformer per supply line or has one inductive transformer for each supply line per amplifier path. It can be provided that the inductive transformer has a ring core and the supply line is led through the ring core, or that one turn is formed per supply line. In particular, it can be provided that the inductive transformer has at least two coupled inductors, one inductor being assigned to a primary circuit of the transformer assigned to the supply line and the second inductor being assigned to the secondary circuit of the transformer and having at least one secondary circuit coil.
  • the inductive transformer is designed as a transformer with a primary circuit and a secondary circuit.
  • the inductance of the primary circuit can in particular be designed as a primary circuit coil.
  • Supply line forms the inductance of the primary circuit. This enables a particularly simple assembly, since a line section of the
  • Supply line does not have to be interrupted, but directly
  • the second coil of the transformer can be inductively coupled to this line section, and / or a core of the inductive transformer can be coupled to the line section of the supply line, for example by placing the core on the line section of the supply line.
  • the core of the inductive transmitter has a core material made of a ferrite or a ferromagnetic material or an iron.
  • the transformer or the core of the transformer is designed to be foldable in order to enclose the supply line and to connect it inductively to a line section of the supply line.
  • Secondary circuit of the transformer has one or more turns. The person skilled in the art can do this via the number of turns
  • the inductance of the secondary circuit has a plurality of secondary coils or a secondary coil with a plurality of taps.
  • the transmitter from the primary circuit to the secondary circuit has a transmission ratio of greater than or equal to 1 to 1 or greater than or equal to 1 to 4, preferably greater than or equal to 1 to 10, most preferably greater than or equal to 1 to 100.
  • the amplifier path has a signal transit time between input and output which is less than or equal to 50 ns, preferably less than or equal to 20 ns, most preferably less than or equal to 6 ns. This makes it a good one at both low frequencies and high frequencies
  • Interference signal suppression enabled.
  • interference signals in the Range from 1 Hz to 10 MHz, preferably in the range from 10 Hz to 2 MHz can be effectively suppressed.
  • the frequency response and the voltage supply of an amplifier path can be defined in the preliminary stage of an amplifier path.
  • Power amplification or current amplification of the signal of the preliminary stage can take place in the final stage.
  • Amplifier paths is constructed as a one-stage or two-stage, in particular discrete, amplifier, preferably that the pre-stage forms a bandpass.
  • the preliminary stage of an amplifier path can be used as
  • Push-pull amplifier can be formed. This enables a very good one
  • the base current of the transistors of the pre-stage of the amplifier circuit is stabilized with a transistor via a constant current source, preferably that the constant current source is one
  • Has field effect transistor or MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor. This enables an easy to implement and yet exact definition of the working point of the preliminary stage. By comparing the temperature characteristics of the constant current source with the transistor of the pre-stage, the gain can be kept constant over a wide temperature range.
  • the output stage of the amplifier path can be cascaded and the preliminary stage controls a number of cascadable output stages, in particular two cascaded output stages or four cascaded output stages or six cascaded output stages or eight cascaded output stages. In particular, it is possible to optimally control a plurality of coils of the inductive transformer of the feed device.
  • the preliminary stage and the final stage are formed from discrete semiconductors, preferably from transistors and / or field-effect transistors, preferably that the preliminary stage and the final stage have the same type of semiconductor.
  • the voltage source has a battery or a rechargeable battery, in particular a traction battery, which supplies an electric motor with electrical energy, preferably one
  • the supply line has a voltage of greater than or equal to 60 V, preferably greater than or equal to 120 V, most preferably greater than or equal to 240 V.
  • the supply line is designed to transmit an electrical power greater than 500 W, preferably greater than 1 kW or most preferably greater than 10 kW.
  • an electrical power greater than 500 W, preferably greater than 1 kW or most preferably greater than 10 kW.
  • Infeed area are flowed through by the same electrical current as the line of the supply line itself.
  • Supply line looped in and must be designed for the same electrical power to be transmitted.
  • the source of the interference can be, in particular, a converter connected to the supply line or a voltage converter or an inverter or a speed controller of an electric drive.
  • Interference signals can, however, also arise in other ways, for example due to interference radiation.
  • the at least two parallel amplifier paths have a common voltage supply that results from the
  • the at least two parallel amplifier paths can preferably be a symmetrical voltage supply
  • the at least two parallel amplifier paths can have a voltage supply, which from a separate
  • Low voltage source is derived.
  • the object of the invention is further achieved by an interference suppression module
  • Retrofitting for voltage sources, in particular high-voltage sources in a drive train of an electric vehicle comprising a housing in which a device according to the invention for suppressing interference signals is accommodated.
  • the interference source has a housing with a space for accommodating the amplifier area or the interference suppression module, wherein the amplifier area or the interference suppression module is accommodated in the installation space and is mechanically connected to the housing of the interference source.
  • the object of the invention is further achieved by a method for
  • Interference suppression of a voltage source which comprises a supply line, a device according to the invention being used and an inductive coupling with the supply lines being established by means of an inductive transformer.
  • the inductive coupling is established by placing the transmitters on the supply lines or by attaching the transmitters to the supply lines or by opening the transmitters and enclosing the supply lines by the subsequently closed transmitters.
  • Infeed area each have their own, in particular spatially or electrically separated, inductive transmitters. Furthermore, the object is achieved by a traction drive for a vehicle, comprising a traction battery, an electric motor that originates from the
  • Traction battery is supplied with energy via a speed controller and a supply line that connects the speed controller with the traction battery. It is essential that the supply line is a device for
  • the object is further achieved by a method for producing a traction drive with a device for suppressing interference signals according to one of the preceding explanations, in that the supply line (s) is / are interrupted in a first step and a device according to previous embodiments is used or by in a first step the two inductive transmitters with a device according to the preceding
  • Fig. 2 first embodiment of the measuring range according to the invention
  • Amplifier area 3 with summing and differential amplifier, and the feed area 4;
  • Amplifier area 3 with summing and differential amplifier, and the feed area 4, with two separate transmitters 6 for the first amplifier path 1 1;
  • Amplifier section 3 with wiring, and des Infeed area 4, with only one transformer for the first amplifier path 11;
  • Amplifier section 3 with wiring, and des
  • Feed area 4 with two transformers of the first
  • FIG. 8 shows the fifth exemplary embodiment according to the invention as in FIG. 7, with two first amplifier paths 11;
  • FIG. 9 shows the sixth exemplary embodiment according to the invention as in FIG. 8, with only one transformer 6 per supply line 5 in FIG.
  • Amplifier section 3 with wiring, and des
  • Infeed area 4 with only one transformer 6 per supply line 5 in the infeed area 4;
  • Figure 1 shows an example of a device 1 according to the invention
  • the device 1 comprises a measuring area 2, an amplifier area 3 and a feed area 4.
  • the output of the measuring area 2 is connected to the input of the
  • the device 1 can preferably be in a drive train Electric vehicle can be arranged to suppress push-pull and common-mode interference.
  • the measuring range 2 which is shown in different versions in FIGS. 2 and 3, reaches from the
  • Supply lines 5 a signal and feeds the signal into the input of the amplifier area 3.
  • a correction signal is generated from the signal.
  • Supply lines 5 a are coupled to the measuring area 2 and the feed area 4 by inductive
  • Transmitter 6 which are not shown in Figure 1.
  • the measuring range 2 and the feed range 3 can not only couple two, but any number of supply lines 5 inductively to the amplifier range 3 via transformers 6.
  • the transmitter 6 is for example made of two coupled together
  • Inductors constructed similar to a transformer, the components of the transformer 6 being specified thereon over a relatively wide range
  • the measuring range 2 has only one transmitter 6 for each supply line 5.
  • the amplifier area 3 is inductively coupled to the two supply lines 5 by means of the two transmitters 6 and galvanically isolated from them.
  • a single further transformer 6 can each Supply lines 5 may be formed in the measuring area 2. This applies to all of the following exemplary embodiments.
  • the transformers 6 in FIG. 2 are composed of a primary circuit, a secondary circuit and a core 9, which consists of ferrite or a ferromagnetic material or iron.
  • the primary circuit is in the case shown in Figure 2 as a primary circuit coil 7 in the
  • Supply lines 5 are formed, the start of the winding being represented by a white circle in the coils. It is also possible that the primary circuit coil 7 consists of only one winding, or that one
  • Line section of the supply line 5 forms the inductance of the primary circuit.
  • the secondary circles are as
  • Secondary circuit coils 8 are formed. As FIG. 2 shows, the input of the amplifier circuit 3 is connected to the secondary circuits of the transformers 6.
  • the white dots shown in FIG. 2 in the transformers 2, which represent the start of the winding, mean the same winding sense if the dots in the primary circuit and in the secondary circuit are arranged on the same side. Moving a point from left to right then corresponds to an opposite winding sense. This applies to all of the following
  • the transformers 6 are connected to the secondary circuit coil 8 with the
  • Amplifier area 3 connected. As shown in FIG. 2, for each secondary circuit coil 8 of each transformer 6, two lines run from the measuring area 2 to the amplifier area 3. The lines that run from the
  • Transition measuring range 2 to amplifier range 3 are designated A1 to A4 in FIG.
  • the following are for the exemplary embodiments in FIGS. 2 to 10 two lines are formed for each secondary circuit coil 8 from the measuring area 2 to the amplifier area 3. These lines are numbered A1 to An, where n is the number of secondary circuit coils 8 of the measuring range 2 multiplied by two. These designations are also used for the secondary circuit coils 8 in the feed area 4, with the current designation C1 to Cm here for everyone
  • Embodiments of Figures 4 to 10 is maintained, where m is equal to the number of secondary circuit coil 8 of the feed area 4 multiplied by 2.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment according to the invention of the measuring range 2 of the device 1 according to the invention for suppressing interference signals.
  • the upper transformer 6 of the upper supply line 5 has two secondary circuit coils 8 in
  • Amplifier area 3 connected. For each supply line 5, as in FIG. 2, only one transformer 5, each with a primary circuit with a primary circuit coil 7, is provided. The numbering of the lines between the
  • Measuring range 2 and amplifier range 3 are labeled A1 and A2 for the lower transformer 6 of the lower supply line 5.
  • Measuring range 2 and amplifier range 3 are labeled A1 and A2 for the lower transformer 6 of the lower supply line 5.
  • Measuring range 2 and amplifier range 3 are labeled A1 and A2 for the lower transformer 6 of the lower supply line 5.
  • Measuring range 2 and amplifier range 3 are labeled A1 and A2 for the lower transformer 6 of the lower supply line 5.
  • Measuring range 2 and amplifier range 3 are labeled A1 and A2 for the lower transformer 6 of the lower supply line 5.
  • Transmitter 5 of the lower supply line 5 and the numbering A5 to A8 is provided for the lines of the upper transformer 5 of the upper supply line 5.
  • FIG. 4 shows a first exemplary embodiment according to the invention of the amplifier area 3 and the feed area 4.
  • Lines A1 to A4 which come from measuring area 2 (measuring area 2 not shown in FIG. 4), are connected in amplifier area 3 in such a way that with the signals of the transmitters in measuring area 2 from the
  • Each amplifier path 11 and 12 is with a preamplifier and one of the
  • Preamplifier driven final stage trained Parallel, preferably independent amplifier paths are understood to mean that a separate voltage and / or current amplifier is formed for each path.
  • CMN Common Mode Noise
  • This correction signal is transferred from the first amplifier path 11 via the lines C1 and C2 to the feed-in area 4 and therein to the transformer 6 on the right in FIG. This
  • Transmitter 6 has a core 9 and one on its secondary side
  • a further primary circuit coil 7 is formed for each additional supply line 5.
  • DMN differential mode noise
  • the subtraction of the signals can be achieved by means of a differential amplifier 14 made of operational amplifiers, which is designed in a known manner.
  • the second amplifier path 12 uses this to generate a corresponding correction signal for the DMN.
  • This correction signal is transferred from the second amplifier path 12 via the lines C3 and C4 to the feed-in area 4 and therein to the transmitter 6 on the left in FIG.
  • This transformer 6 has on its secondary side a secondary circuit coil 8, which with the
  • Lines C3 and C4 cooperate, and one on the primary side
  • the transformer is coupled to the upper supply line 5. It is also possible to couple the transformer to the lower supply line 5. Even if there are more than two supply lines 5, only the correction signal for the DMN is to be coupled into a supply line 5.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of the amplifier area 3 according to the invention and of the feed area 4. This
  • the exemplary embodiment in FIG. 5 differs from the exemplary embodiment in FIG. 4 only in that in the feed area 4 for the correction signal which comes from the first amplifier path 11 to the feed area 4 is passed through the lines C1 to C4, a separate right transformer 6 is formed for each supply line 5.
  • the correction signal from the second amplifier path 12 is sent to the lines C5 and C6
  • Supply lines 5 each have a further right transformer 6 for each additional supply line 5, which is then also fed by the first amplifier path 11 with a correction signal.
  • Supply lines 5 each have a further right transformer 6 for each additional supply line 5, which is then also fed by the first amplifier path 11 with a correction signal.
  • Infeed area 4 to form only one transformer 6 per supply line 5.
  • the correction signal is the first
  • Transmitter 6 of the upper supply line 5 is summed by a summing amplifier (not shown in FIG. 5) between lines C3 and C5 and a second summing amplifier between lines C4 and C6. As a result, only one transformer 6 per supply line 5 is required.
  • FIGS. 6 and 7 show two further exemplary embodiments of the amplifier areas 3 according to the invention and the feed areas 4.
  • Transmitters of the measuring range 2 for the first amplifier path 11 is obtained through the lines A1 and A4, the signal of the two transmitters 6 in the two supply lines 5 in the measuring range 2 (not shown in FIG 6) is added by connecting the lines A2 and A3.
  • the second amplifier path 12 receives its signal from lines A1 and A2 or, if a measuring range 2 is used analogously to FIG. 3, from lines A5 and A6.
  • FIGS. 8 and 9 show two further exemplary embodiments of the amplifier areas 3 according to the invention and the feed areas 4.
  • the embodiment of Figure 8 differs from
  • Amplifier paths 11 are formed, which receive a signal from the measuring range 2 from the lines A1 and A4. Each of these first amplifier paths 11 generates a correction signal, which is fed into the supply lines 5 via a transformer 6.
  • Supply line 5 is formed in the feed area 4.
  • FIG. 10 shows a further exemplary embodiment according to the invention of the amplifier region 3 according to the invention and of the feed region 4. This exemplary embodiment can be combined with the measuring range 2 in FIG. 3. There are two parallel thirds in the amplifier area
  • the upper third amplifier path 15 generates a correction signal using a signal from lines A3 and A2 and feeds this into the lower transformer 6 of the lower supply line 5. As shown in FIG. 10, lines A4 and A5 and lines A6 and A1 are connected for the upper third amplifier path 15. The lower third amplifier path 15 taps a signal through lines A4 and A2, generates one
  • FIG. 11 shows an exemplary embodiment of the device 1 according to the invention for suppressing interference signals.
  • the exemplary embodiment in FIG. 11 is composed of a measuring area 2 in FIG. 2 and an amplifier area 3 and infeed area 4 in FIG.

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Abstract

Es handelt sich um eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen bei Spannungsquellen, insbesondere für Hochvoltspannungsquellen in einem Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs, insbesondere für Gegentaktstörung und/oder Gleichtaktstörung. Die Vorrichtung umfasst einen Messbereich, einen Verstärkerbereich und einen Einspeisungsbereich, wobei der Messbereich den Eingang des Verstärkerbereichs galvanisch getrennt durch induktive Übertrager mit wenigstens zwei Versorgungsleitungen einer Spannungsquelle induktiv koppelt, um ein Signal abzugreifen, und wobei der Einspeisungsbereich den Ausgang des Verstärkerbereichs galvanisch getrennt durch induktive Übertrager mit den wenigstens zwei Versorgungsleitungen der Spannungsquelle induktiv koppelt, um ein Korrektursignal einzuspeisen, wobei der Verstärkerbereich Verstärkerpfade aufweist. Wesentlich dabei ist, dass der Verstärkerbereich mindestens zwei parallele, vorzugsweise voneinander unabhängige Verstärkerpfade aufweist, und dass der Messbereich nur einen induktiven Übertrager pro Versorgungsleitung aufweist, und dass der Einspeisungsbereich mindestens einen induktiven Übertrager pro Versorgungsleitung aufweist.

Description

Aktiver Filter mit mehreren Verstärkerpfaden
Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung zur Unterdrückung von
Störsignalen bei Spannungsquellen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus der Praxis sind Filteranordnungen zur Störsignalunterdrückung für
Antriebsstränge für Fahrzeuge bekannt. Aufgrund der Anforderungen an den Frequenzgang und den vorherrschenden hohen Spannungen bzw. hohen Strömen werden hierfür in der Praxis fast ausschließlich passive Bauelemente eingesetzt, welche große Abmessungen besitzen und relativ teuer sind.
Ferner sind aktive Filterkonzepte bekannt, z.B. aus der WO 2003/005578 A1 . Diese Filterkonzepte werden aber in der Signalverarbeitung verwendet oder für Anwendungen eingesetzt, bei denen niedrigere Spannungen und/oder niedrigere Leistungen vorherrschen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte, kostengünstige und vorteilhafte Vorrichtung zum Unterdrücken von Gegentakt- und/oder Gleichtaktstörsignalen zur Verfügung zu stellen, die auch bei hohen Spannungen verwendbar ist und bei einer hohen Störsignalunterdrückung einen geringeren Platzbedarf aufweist. Insbesondere soll diese Vorrichtung auch bei Spannungsversorgungen in elektrischen Traktionsantrieben von Fahrzeugen verwendbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Gegenstand nach den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung handelt es sich um eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen bei Spannungsquellen, insbesondere für Hochvoltspannungsquellen in einem Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs, insbesondere für Gegentaktstörung und/oder Gleichtaktstörung. Die Vorrichtung umfasst einen Messbereich, einen Verstärkerbereich und einen
Einspeisungsbereich, wobei der Messbereich den Eingang des
Verstärkerbereichs galvanisch getrennt durch induktive Übertrager mit wenigstens zwei Versorgungsleitungen einer Spannungsquelle induktiv koppelt, um ein Signal abzugreifen, und wobei der Einspeisungsbereich den Ausgang des Verstärkerbereichs galvanisch getrennt durch induktive Übertrager mit den wenigstens zwei Versorgungsleitungen der Spannungsquelle induktiv koppelt, um ein Korrektursignal einzuspeisen, wobei der Verstärkerbereich mehrere Verstärkerpfade aufweist. Wesentlich dabei ist, dass der Verstärkerbereich mindestens zwei parallele, vorzugsweise voneinander unabhängige,
Verstärkerpfade aufweist, und dass der Messbereich nur einen induktiven Übertrager pro Versorgungsleitung aufweist, und dass der Einspeisungsbereich mindestens einen induktiven Übertrager pro Versorgungsleitung aufweist.
Über den Messbereich werden Signale aus der Versorgungsleitung,
insbesondere aus den wenigstens zwei Versorgungsleitungen, einer Spannungsquelle induktiv auskoppelt und auf die wenigstens zwei parallelen Verstärkerpfade aufgeteilt. Nachdem die Signale die Verstärkerpfade
durchlaufen haben, werden die Signale über den Einspeisebereich wieder in die Versorgungsleitung, vorzugsweise in die wenigstens zwei
Versorgungsleitungen, der Spannungsquelle induktiv eingekoppelt. Durch den Einspeisebereich erfolgt dabei eine Kombination der Signale der wenigstens zwei parallelen Verstärkerpfade derart, dass eine hohe Störsignalunterdrückung resultiert, vorzugsweise indem die Störsignale derart kombiniert bzw. in die Versorgungsleitung eingekoppelt werden, dass sie sich gegenseitig
abschwächen oder auslöschen.
Die Kombination der Signale im Einspeisebereich kann durch eine Invertierung und/oder Subtraktion und/oder Addition der jeweiligen Ausgangssignale der wenigstens zwei parallelen Verstärkerpfade erfolgen. Die Kombination der Signale im Einspeisebereich kann auch durch eine Einspeisung der Signale in nur eine Leitung oder wenige Leitungen der Versorgungsleitung erfolgen. Bei mehradrigen, insbesondere bei mehrphasigen Spannungsversorgungen, erfolgt üblicherweise eine Kombination oder Addition der einzelnen Phasen oder einzelnen Leitungen der Versorgungsleitung, beispielsweise im
angeschlossenen Antriebsmodul, so dass die in nur eine Leitung oder wenige Leitungen der Versorgungsleitung eingespeisten Signale letztlich ebenfalls kombiniert oder addiert werden und Störsignale abgeschwächt oder
ausgelöscht werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt insbesondere, dass sowohl
Gegentaktstörungen und/oder Gleichtaktstörungen unterdrückt werden.
Vorzugsweise können zeitgleich Gegentaktstörungen und Gleichtaktstörungen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterdrückt werden. Insbesondere ist dabei von Vorteil, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung pro
Versorgungsleitung nur an einem Punkt ein Signal abgegriffen wird. Dadurch ist es nicht mehr notwendig für unterschiedliche Störungen an mehreren
unterschiedlichen Punkten in den Versorgungsleitungen Signale abzugreifen.
Das Erzeugen des Korrektursignals erfolgt störsignalabhängig in den parallelen Verstärkerpfaden, vorzugsweise in voneinander unabhängigen
Verstärkerpfaden. In dem Einspeisungsbereich kann das Korrektursignal in die Versorgungsleitungen mit entgegengesetzter Polarität zum Störsignal eingespeist werden. Sowohl das Korrektursignal der Gegentaktstörungen als auch der Gleichtaktstörungen kann zusammen an einem Punkt je
Versorgungsleitung eingespeist werden. Alternativ ist es auch möglich, das Korrektursignal an verschiedenen Punkten je Versorgungsleitung einzuspeisen. Der Abgriff der Signale erfolgt aber vorzugsweise immer nur an einem einzigen räumlichen Punkt je Versorgungsleitung. Dadurch ergibt sich eine einfache Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Auch eine Nachrüstung bestehender Systeme kann dadurch auf einfache Art und Weise erfolgen.
Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als aktive
Filtervorrichtung für Spannungsversorgungen oder Stromversorgungen elektrischer Traktionsantriebe von Fahrzeugen zur Unterdrückung von
Gegentaktstörungen und Gleichtaktstörungen ausgebildet sein.
Unter galvanischer Trennung versteht man hier, dass zwei Stromkreise voneinander getrennt ausgebildet sind, d.h. es besteht dabei keine direkte galvanische Verbindung über eine Leitung. Die Stromkreise werden dabei durch elektrisch nicht leitfähige Kopplungsglieder, insbesondere induktive Übertrager, aufgetrennt. Bei galvanischer Trennung sind die elektrischen Potentiale der beiden Stromkreise voneinander getrennt und die Stromkreise sind dann untereinander potentialfrei. Die Übertragung von Strom oder Signalen geschieht über Induktion. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei
Verstärkerpfade gleich aufgebaut sind. Dadurch ergibt sich bei symmetrischer Signalverarbeitung ein einfacher konstruktiver Aufbau und eine kostengünstige Herstellung. Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei Verstärkerpfade jeweils zweistufig aufgebaut sind. D. h. jeder Verstärkerpfad weist eine Vorstufe, die als Spannungsverstärker ausgebildet ist und eine Endstufe, die als Stromverstärker ausgebildet ist, auf. Vorzugsweise versteht man unter parallelen
Verstärkerpfaden, dass die Eingänge der einzelnen Pfade von demselben Messbereich gespeist sind und die Ausgänge der einzelnen Pfade auf denselben Einspeisungsbereich wirken. Unter parallelen, vorzugsweise voneinander unabhängigen Verstärkerpfaden versteht man insbesondere, dass jeweils ein separater Spannungs- und/oder Stromverstärker pro Pfad
ausgebildet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass jeder Verstärkerpfad mit einer Vorstufe und mit einer von der Vorstufe angesteuerten Endstufe ausgebildet ist, wobei der Eingang des Verstärkerbereichs der Eingang der Vorstufe ist und mit dem Messbereich verbunden ist, und wobei der Ausgang des Verstärkerbereichs der Ausgang der Endstufe ist und mit dem Einspeisungsbereich verbunden ist. Vorzugsweise sind die parallelen, vorzugsweise voneinander unabhängigen Verstärkerpfade mit schaltungstechnisch gleicher Vorstufe und Endstufe ausgebildet. In einer Ausgestaltung können die Verstärkerpfade, vorzugsweise alle
Verstärkerpfade, als diskrete Verstärker aufgebaut sein; also jeweils Verstärker mit diskreten Halbleitern aufweisen. Dies ermöglicht bei einem einfachen Aufbau eine kurze Signallaufzeit. Dadurch wird ein gutes Frequenzverhalten wie auch eine gute Phasentreue erzielt.
Bei der Unterdrückung von Störsignalen kann vereinfacht davon ausgegangen werden, dass in einem einfachen Modell eine Störquelle (Sender) eine Störung erzeugt. Diese Störung gelangt über einen Kopplungsweg zur Störsenke (Empfänger) und beeinfluss damit den Empfänger. Im Allgemeinen wird bei Störquellen zwischen Gleichtaktstörquellen und Gegentaktstörquellen unterschieden. Gleichtaktstörquellen treiben Gleichtaktstörströme, die in allen Leitern gleichsinnig zum Empfänger fließen. Gegentaktstörquellen treiben Gegentaktstörströme, die sich gleich ausbreiten wie die Nutzsignalströme.
Der Störstrom setzt sich zusammen aus einem symmetrischen und einem asymmetrischen Teil. Bei symmetrischem Störstrom befinden sich die Ströme in den Leitungen in Gegentakt und werden auch Gegentaktstörung oder DMN genannt. Bei asymmetrischem Störstrom befinden sich die Ströme in den Leitungen im Gleichtakt und Ground bildet den Rückleiter. Diese werden Gleichtaktstörung oder CMN genannt.
Gegentaktstörungen, oder auch Differential Mode (DM) Noise (DMN) (im folgenden DMN) genannt, werden im Stromkreis durch Gegentaktstörquellen erzeugt. Diese Gegentaktstörquellen können ihren Ursprung z.B. in
magnetischer Kopplung (oder auch induktiver Kopplung genannt) oder galvanischer Kopplung in dem Stromkreis (Leitungen) oder durch Gleichtakt/Gegentakt-Konversion haben. Gegentaktstörquellen sind in der Regel in Reihe mit der Nutzsignalquelle angeordnet. Gegentaktstörungen oder DMN können Gegentaktstörströme z.B. im Hin- und Rückleiter eines
Signal kreises in entgegengesetzte Richtungen bewirken.
Gleichtaktstörungen, oder auch Common Mode (CM) Noise (CMN) (im folgenden CMN) genannt, werden im Stromkreis durch Gleichtaktstörquellen erzeugt. Diese Gleichtaktstörquellen können ihren Ursprung z.B. in kapazitiver Kopplung, Potentialanhebung von Masse oder Erdungspunkten oder in
Potentialdifferenzen räumlich auseinander liegender Masse- und Erdklemmen haben. Gleichtaktstörquellen sind in der Regel zwischen einem Stromkreis und einem Bezugspotential angeordnet. Gleichtaktstörung oder CMN können Gleichtaktstörströme bewirken, die z.B. in allen Leitern eines Signalkerns gleichsinnig zum Empfänger fließen.
Der induktive Übertrager ist beispielsweise aus zwei miteinander gekoppelten Induktivitäten ähnlich einem Transformator aufgebaut, wobei die Bauteile des Übertragers darauf spezifiziert sind, über den relevanten, insbesondere einen relativ breiten Frequenzbereich eine gute Informationsübertragung zu gewährleisten. Vorzugsweise ist bei einem Übertrager der Erhalt der Signalform von großer Bedeutung, d.h. beim Übertrager ist eine große Linearität bei möglichst geringen Verzerrungen erwünscht.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass der Übertrager einen Kern aus
gestanzten Einzelblechen aufweist, welche durch isolierende chemisch aufgebrachte Phosphatierungsschichten gegeneinander isoliert sind. Durch die Isolierung werden Wirbelströme, welche den Kern erhitzen würden, drastisch reduziert. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Kern aus einem Ferrit oder einem ferromagnetischen Material oder einem Eisen besteht. Der Kern kann als Ringkern oder als ein geteilter Ringerkern ausgebildet sein. Der Vorteil eines Ringkerns besteht darin, dass dieser einen luftspaltlosen geschlossenen Magnetkreis bildet. Weiter sind auch U-Kerne oder E-Kerne oder ähnliche Ausführungsformen möglich.
Alternativ kann der Übertrager auch als ein Luftübertrager ausgebildet sein. Das bedeutet der Übertrager weist zwei Induktivitäten auf, die miteinander durch ihre räumliche Nähe induktiv gekoppelt sind. Ein massiver Kern zur Kopplung der Induktivitäten ist in diesem Fall nicht notwendig.
Die induktive Kopplung der Versorgungsleitung der Spannungsquelle mit der Verstärkerschaltung kann auch über eine Spule, welche im Bereich des
Leitungsabschnitts der Versorgungsleitung gewickelt ist, realisiert werden.
Dabei bilden die Spule und der Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung den Übertrager aus.
Weiter ist durch die Nutzung des Übertragers bei einer Versorgungsleitung eine einfache Implementierung in schon bestehende Schaltungen möglich. Eine Unterbrechung oder Anpassung der bestehenden Versorgungsleitung ist nicht notwendig.
Insbesondere ist ein wesentlicher Punkt des induktiven Übertragers dessen ohmscher Widerstand in der Versorgungsleitung. Um die Verluste und die thermische Belastung des Übertragers klein zu halten, soll der ohmsche
Widerstand des induktiven Übertragers in der Versorgungsleitung der
Spannungsversorgung möglichst klein sein. Es kann vorgesehen sein, dass durch eine Verschaltung der Signale, welche im Messbereich aus einer Versorgungsleitung durch den induktiven Übertrager ausgelesen werden, jeweils unterschiedliche Störsignale in die mindestens zwei parallelen, vorzugsweise voneinander unabhängigen Verstärkerpfade
eingespeist werden.
Es kann vorgesehen sein, dass entweder induktiv in dem induktiven Übertrager, oder durch entsprechende Eingänge eines Operationsverstärkers oder
Transistoreingänge eine Subtraktion und/oder eine Addition der Signale, welche im Messbereich aus einer Versorgungsleitung durch den induktiven Übertrager ausgelesen werden, durchgeführt wird und dass die daraus resultierenden Störsignale jeweils in eine Verstärkerschaltung eingekoppelt werden.
In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass ein erster Verstärkerpfad nur für die Filterung von CMN und ein zweiter Verstärkerpfad nur für die
Filterung von DMN vorgesehen ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Messbereich die abgegriffenen Signale derart aufbereitet, dass CMN nur einem ersten Verstärkerpfad und DMN nur einem zweiten Verstärkerpfad zugeleitet werden. Um CMN zu filtern kann der Messbereich die abgegriffenen Signale aus beiden Versorgungsleitungen addieren und dem zweiten
Verstärkerpfad zuleiten. Durch die Addition beider Signale werden
Gegentaktstörungen ausgelöscht, so dass nur CMN dem zweiten
Verstärkerpfad zugeleitet wird. Um DMN zu filtern kann der Messbereich die abgegriffenen Signale aus beiden Versorgungsleitungen subtrahieren und dem ersten Verstärkerpfad zuleiten. Durch die Subtraktion beider Signale werden Gleichtaktstörungen ausgelöscht, so dass nur DMN dem zweiten
Verstärkerpfad zugeleitet wird. Alternativ kann der Messbereich dem ersten Verstärkerpfad auch nur ein Signal einer Versorgungsleitung zuleiten, um DMN zu filtern. Die Addition bzw. Subtraktion der Signale kann in dem Messbereich beispielsweise durch entsprechende Beschaltung der Sekundärspulen der induktiven Übertrager erfolgen, und/oder durch entsprechende Nutzung invertierender oder nicht invertierender Eingänge und/oder Ausgänge des jeweiligen Verstärkerpfades erfolgen.
Bei der Einspeisung der Korrektursignale der Verstärkerpfade kann der Einspeisungsbereich derart ausgebildet sein, dass das Signal des ersten Verstärkerpfades zur Unterdrückung von DMN nur in eine Versorgungsleitung eingespeist wird und das Signal des zweiten Verstärkerpfades zur
Unterdrückung von CMN in beide Versorgungsleitungen eingespeist wird. Die Signaladdition bzw. Subtraktion kann alternativ oder ergänzend auch im Einspeisungsbereich erfolgen, indem die Sekundärspulen der Übertrager entsprechend beschältet werden, und/oder durch entsprechende Nutzung von invertierenden und/oder nicht invertierenden Ausgängen des jeweiligen Verstärkerpfades.
Es kann vorgesehen sein, dass durch eine Verschaltung der Korrektursignale der mindestens zwei parallelen, vorzugsweise voneinander unabhängigen Verstärkerschaltungen unterschiedliche Korrektursignale in die induktiven Übertrager des Einspeisungsbereichs eingespeist werden.
Es kann vorgesehen sein, dass der Einspeisungsbereich für jede
Verstärkerschaltung nur einen induktiven Übertrager pro Versorgungsleitung aufweist oder für jede Versorgungsleitung pro Verstärkerpfad einen induktiven Übertrager aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass der induktive Übertrager einen Ringkern aufweist und die Versorgungsleitung durch den Ringkern hindurchgeführt ist, oder dass eine Windung pro Versorgungsleitung ausgebildet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der induktive Übertrager wenigstens zwei gekoppelte Induktivitäten aufweist, wobei eine Induktivität einem der Versorgungsleitung zugeordneten Primärkreis des Übertragers zugeordnet ist und die zweite Induktivität dem Sekundärkreis des Übertragers zugeordnet ist und wenigstens eine Sekundärkreis-Spule aufweist.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der induktive Übertrager als Transformator mit einem Primärkreis und einem Sekundärkreis ausgebildet ist.
Die Induktivität des Primärkreises kann insbesondere als eine Primärkreis- Spule ausgebildet sein.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass ein Leitungsabschnitt der
Versorgungsleitung die Induktivität des Primärkreises bildet. Dies ermöglicht eine besonders einfache Montage, da ein Leitungsabschnitt der
Versorgungsleitung nicht unterbrochen werden muss, sondern direkt die
Induktivität des Primärkreises bildet. Beispielsweise kann die zweite Spule des Übertragers induktiv mit diesem Leitungsabschnitt gekoppelt werden, und/oder ein Kern des induktiven Übertragers kann an den Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung angekoppelt werden, beispielsweise durch Aufsetzen des Kerns auf den Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung. Es kann vorgesehen sein, dass der Kern des induktiven Übertragers ein Kernmaterial aus einem Ferrit oder einem ferromagnetischen Material oder einem Eisen aufweist. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Übertrager oder der Kern des Übertragers aufklappbar ausgebildet ist, um die Versorgungsleitung zu umschließen und induktiv an einen Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung anzukoppeln. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Primärkreis und/oder
Sekundärkreis des Transformators eine oder mehrere Windungen aufweist. Über die Anzahl der Windungen kann der Fachmann das
Übertragungsverhältnis und/oder die Polarität der Signalübertragung festlegen. Es kann vorgesehen sein, dass die Induktivität des Sekundärkreises mehrere Sekundär-Spulen oder eine Sekundär-Spule mit mehreren Anzapfungen aufweist.
Es kann vorgesehen sein, dass der Übertrager von dem Primärkreis auf den Sekundärkreis ein Übertragungsverhältnis von größer gleich 1 zu 1 oder größer gleich 1 zu 4, vorzugsweise größer gleich 1 zu 10, höchst vorzugsweise größer gleich 1 zu 100 aufweist.
Es kann vorgesehen sein, dass der Verstärkerpfad eine Signallaufzeit zwischen Eingang und Ausgang aufweist, die kleiner gleich 50 ns, vorzugsweise kleiner gleich 20 ns, höchst vorzugsweise kleiner gleich 6 ns ist. Dadurch wird sowohl bei niedrigen Frequenzen, als auch bei hohen Frequenzen eine gute
Störsignalunterdrückung ermöglicht. Beispielsweise können Störsignale im Bereich von 1 Hz bis zu 10 MHz, vorzugsweise im Bereich von 10 Hz bis zu 2 MHz wirkungsvoll unterdrückt werden.
Insbesondere kann in der Vorstufe eines Verstärkerpfades der Frequenzgang und die Spannungsversorgung eines Verstärkerpfades festgelegt werden. In der Endstufe kann dabei eine Leistungsverstärkung oder eine Stromverstärkung des Signales der Vorstufe erfolgen. Vorzugsweise ohne, dass die Endstufe die Spannungsamplitude oder den Frequenzgang wesentlich ändert. In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Vorstufe des
Verstärkerpfads als einstufiger oder zweistufiger, insbesondere diskreter, Verstärker aufgebaut ist, vorzugsweise dass die Vorstufe einen Bandpass ausbildet. In einer Ausgestaltung kann die Vorstufe eines Verstärkerpfads als
Gegentaktverstärker ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine sehr gute
Signaltreue und einen breiten Frequenzgang der Spannungsverstärkung.
Es kann vorgesehen sein, dass der Basisstrom der Transistoren der Vorstufe der Verstärkerschaltung über eine Konstantstromquelle mit einem Transistor stabilisiert ist, vorzugsweise dass die Konstantstromquelle einen
Feldeffekttransistor oder MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) aufweist. Dadurch wird eine einfach zu realisierende und dennoch exakte Festlegung des Arbeitspunktes der Vorstufe ermöglicht. Durch Abgleich der Temperaturkennlinien der Konstantstromquelle mit dem Transistor der Vorstufe kann die Verstärkung über einen großen Temperaturbereich hinweg konstant gehalten werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Endstufe des Verstärkerpfads kaskadierbar ist und die Vorstufe mehrere kaskadierbare Endstufen ansteuert, insbesondere zwei kaskadierte Endstufen oder vier kaskadierte Endstufen oder sechs kaskadierte Endstufen oder acht kaskadierte Endstufen ansteuert. Vor allem eine Ansteuerung mehrerer Spulen des induktiven Übertragers der Einspeisungsvorrichtung kann dadurch optimal erfolgen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Vorstufe und die Endstufe aus diskreten Halbleitern, vorzugsweise aus Transistoren und/oder Feldeffekttransistoren ausgebildet sind, vorzugsweise dass die Vorstufe und die Endstufe den gleichen Typ Halbleiter aufweisen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Spannungsquelle eine Batterie oder einen aufladbaren Akku, insbesondere eine Traktionsbatterie aufweist die einen Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt, vorzugsweise einen
Traktionsmotor in einem Fahrzeug mit elektrischer Energie versorgt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Versorgungsleitung eine Spannung von größer gleich 60 V, vorzugsweise größer gleich 120 V, höchst vorzugsweise größer gleich 240 V aufweist.
Insbesondere ist die Versorgungsleitung zur Übertragung einer elektrischen Leistung von größer als 500 W, vorzugsweise größer 1 kW oder höchst vorzugsweise größer als 10 kW ausgebildet. Dabei ist insbesondere
vorgesehen, dass die Primärspule des induktives Übertragers des
Messbereichs und/oder die Primärspule des induktive Übertragers des
Einspeisungsbereichs von demselben elektrischen Strom durchflossen werden wie die Leitung der Versorgungsleitung selbst. Insbesondere wird die Primärspule des induktiven Übertragers des Messbereichs und/oder die
Primärspule des induktive Übertragers seriell in eine Leitung der
Versorgungsleitung eingeschleift und muss auf dieselbe zu übertragende elektrische Leistung ausgelegt sein.
Beispielsweise kann die Störquelle insbesondere ein an die Versorgungsleitung angeschlossener Umrichter oder ein Spannungswandler oder ein Inverter oder ein Fahrtregler eines Elektroantriebs sein. Störsignale können jedoch auch über andere Wege, beispielsweise durch Störstrahlungen entstehen.
Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei parallelen Verstärkerpfade eine gemeinsame Spannungsversorgung aufweisen, die aus der
Versorgungsleitung abgeleitet ist. Vorzugsweise können die wenigstens zwei parallelen Verstärkerpfade eine symmetrische Spannungsversorgung
aufweisen, die aus einer positiven und einer negativen Versorgungsleitung abgeleitet ist, oder die wenigstens zwei parallelen Verstärkerpfade können eine Spannungsversorgung aufweisen, die aus einer separaten
Niederspannungsquelle abgeleitet ist. Die Aufgabe der Erfindung wird weiter gelöst durch ein Entstörmodul zum
Nachrüsten für Spannungsquellen, insbesondere Hochvoltspannungsquellen in einem Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs, umfassend ein Gehäuse, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen aufgenommen ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Störquelle ein Gehäuse mit einem Bauraum zur Aufnahme des Verstärkerbereichs oder des Entstörmoduls aufweist, wobei der Verstärkerbereich oder das Entstörmodul in dem Bauraum aufgenommen und mit dem Gehäuse der Störquelle mechanisch verbunden ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiter gelöst durch ein Verfahren zum
Entstören einer Spannungsquelle, welche eine Versorgungsleitung umfasst, wobei eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird und mittels induktiven Übertragers eine induktive Kopplung mit den Versorgungsleitungen hergestellt wird. Es kann in einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die induktive Kopplung durch Aufsetzen der Übertrager auf die Versorgungsleitungen oder durch Ansetzen der Übertrager an die Versorgungsleitungen oder durch Aufklappen der Übertrager und Umschließen der Versorgungsleitungen durch die anschließend wieder geschlossenen Übertrager hergestellt wird.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Messbereich und der
Einspeisungsbereich jeweils eigene, insbesondere räumlich oder elektrisch voneinander getrennte, induktive Übertrager aufweisen. Weiter wird die Aufgabe gelöst durch einen Traktionsantrieb für ein Fahrzeug umfassend eine Traktionsbatterie, einen Elektromotor der aus der
Traktionsbatterie über einen Fahrtregler mit Energie versorgt wird sowie eine Versorgungsleitung, welche den Fahrtregler mit der Traktionsbatterie verbindet. Wesentlich dabei ist, dass die Versorgungsleitung eine Vorrichtung zur
Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ausführungen aufweist. Weiter wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Traktionsantriebs mit einer Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ausführungen, indem in einem ersten Schritt die Versorgungsleitung/en unterbrochen wird/werden und in einem zweiten Schritt in die Unterbrechungsstelle eine Vorrichtung gemäß der vorangehenden Ausführungen eingesetzt wird oder indem in einem ersten Schritt die zwei induktiven Übertrager mit einer Vorrichtung gemäß der vorangehenden
Ausführungen in die Versorgungsleitung/en eingeschleift werden. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und nachfolgend erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 Erfindungsgemäße Vorrichtung zur Unterdrückung von
Störsignalen;
Fig. 2 erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Messbereichs
2;
Fig. 3 zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des
Messbereichs 2 mit zwei Sekundärkreis-Spulen 8 in einem
Übertrager 6;
Fig. 4 erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des
Verstärkerbereichs 3, mit Summier- und Differenzverstärker, und des Einspeisungsbereichs 4;
Fig. 5 zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des
Verstärkerbereichs 3, mit Summier- und Differenzverstärker, und des Einspeisungsbereichs 4, mit zwei separaten Übertrager 6 für den ersten Verstärkerpfad 1 1 ;
Fig. 6 drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des
Verstärkerbereichs 3, mit Leitungsverschaltung, und des Einspeisungsbereichs 4, mit nur einem Übertrager für den ersten Verstärkerpfad 11 ;
Fig. 7 viertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des
Verstärkerbereichs 3, mit Leitungsverschaltung, und des
Einspeisungsbereichs 4, mit zwei Übertragern des ersten
Verstärkerpfads 11 ;
Fig. 8 fünftes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel wie Figur 7, mit zwei ersten Verstärkerpfaden 11 ;
Fig. 9 sechstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel wie Figur 8, mit nur einem Übertrager 6 je Versorgungsleitung 5 im
Einspeisungsbereich 4;
Fig. 10 siebtes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des
Verstärkerbereichs 3, mit Leitungsverschaltung, und des
Einspeisungsbereichs 4, mit nur einem Übertrager 6 je Versorgungsleitung 5 im Einspeisungsbereich 4;
Fig. 11 Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Unterdrückung von Störsignalen mit Messbereich 2 aus Figur 2 und Verstärkungsbereich 3 und Einspeisungsbereich 4 aus Figur 4;
Figur 1 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum
Unterdrücken von Störsignalen. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Messbereich 2, einen Verstärkerbereich 3 und einen Einspeisungsbereich 4. Der Ausgang des Messbereichs 2 ist über Leitungen mit dem Eingang des
Verstärkerbereichs 3 verbunden. Der Ausgang des Verstärkerbereichs 3 ist über Leitungen mit dem Eingang des Einspeisungsbereichs 4 verbunden. Die Vorrichtung 1 kann vorzugsweise in einem Antriebsstrang eines Elektrofahrzeuges angeordnet sein, um Gegentakt und Gleichtaktstörungen zu unterdrücken.
Wie in Figur 1 dargestellt, greift der Messbereich 2, welcher in den Figuren 2 und 3 in verschiedenen Ausführungen dargestellt ist, aus den
Versorgungsleitungen 5 ein Signal ab und speist das Signal in den Eingang des Verstärkerbereichs 3 ein. In dem Verstärkerbereich 3 wird aus dem Signal ein Korrektursignal generiert. Der Einspeisungsbereich 4, welcher zusammen mit dem Verstärkerbereich 3 in den Figuren 4 bis 10 in verschiedenen
Ausführungen dargestellt ist, speist das Korrektursignal in die
Versorgungsleitungen 5 ein. Die Kopplung der Versorgungsleitungen 5 mit dem Messbereich 2 und dem Einspeisungsbereich 4 erfolgt durch induktive
Übertrager 6, welche in der Figur 1 nicht dargestellt sind. Der Messbereich 2 und der Einspeisungsbereich 3 können nicht nur zwei, sondern beliebig viele Versorgungsleitungen 5 induktiv über Übertrager 6 mit dem Verstärkerbereich 3 koppeln.
Der Übertrager 6 ist beispielsweise aus zwei miteinander gekoppelten
Induktivitäten ähnlich einem Transformator aufgebaut, wobei die Bauteile des Übertragers 6 darauf spezifiziert sind, über einen relativ breiten
Frequenzbereich eine gute Informationsübertragung zu gewährleisten.
Wie in der Figur 2 gezeigt, weist der Messbereich 2 für jede Versorgungsleitung 5 jeweils nur einen Übertrager 6 auf. Der Verstärkerbereich 3 ist mittels der beiden Übertrager 6 mit den beiden Versorgungsleitungen 5 induktiv gekoppelt und von diesen galvanisch getrennt. Bei weiteren Versorgungsleitungen 5 (nicht in der Figur 2 gezeigt) kann ein einziger weiterer Übertrager 6 je Versorgungsleitungen 5 im Messbereich 2 ausgebildet sein. Dies gilt für alle folgenden Ausführungsbeispiele.
Die Übertrager 6 in Figur 2 setzen sich zusammen aus einem Primärkreis, einen Sekundärkreis und einem Kern 9, welcher aus Ferrit oder einem ferromagnetischen Material oder aus Eisen bestehet. Der Primärkreis ist im dargestellten Fall der Figur 2 als eine Primärkreis-Spule 7 in den
Versorgungsleitungen 5 ausgebildet, wobei der Wicklungsanfang jeweils durch einen weißen Kreis in den Spulen dargestellt wird. Es ist auch möglich, dass die Primärkreis-Spule 7 nur aus einer Wicklung besteht, oder dass ein
Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung 5 die Induktivität des Primärkreises ausbildet. Die Sekundärkreise sind im dargestellten Fall der Figur 2 als
Sekundärkreis-Spulen 8 ausgebildet. Wie Figur 2 zeigt, ist der Eingang der Verstärkerschaltung 3 mit den Sekundärkreisen der Übertrager 6 verbunden.
Die in Figur 2 in den Übertragern 2 gezeigten weißen Punkte, welche den Wicklungsanfang darstellen, bedeuten einen gleichen Wicklungssinn, wenn die Punkte im Primärkreis und im Sekundärkreis auf derselben Seite angeordnet sind. Die Versetzung eines Punktes von links nach rechts entspricht dann einem entgegengesetzten Wicklungssinn. Dies gilt für alle folgenden
Ausführungsbeispiele.
Die Übertrager 6 sind über die Sekundärkreis-Spule 8 mit dem
Verstärkerbereich 3 verbunden. Wie in Figur 2 gezeigt, verlaufen für jede Sekundärkreis-Spule 8 jedes Übertragers 6 jeweils zwei Leitungen aus den Messbereich 2 zum Verstärkerbereich 3. Die Leitungen, die von dem
Messbereich 2 zu Verstärkerbereich 3 übergehen, werden in Figur 2 mit A1 bis A4 bezeichnet. Im Folgenden sind für die Ausführungsbeispiele der Figuren 2 bis 10 für jede Sekundärkreis-Spule 8 zwei Leitungen vom Messbereich 2 zum Verstärkerbereich 3 ausgebildet. Diese Leitungen sind mit der laufenden Bezeichnung A1 bis An nummeriert, wobei n die Anzahl der Sekundärkreis- Spule 8 des Messbereichs 2 multipliziert mit zwei ist. Diese Bezeichnungen werden auch für die Sekundärkreis-Spulen 8 im Einspeisungsbereich 4 verwendet, wobei hier die laufende Bezeichnung C1 bis Cm für alle
Ausführungsbeispiele der Figuren 4 bis 10 beibehalten wird, wobei m gleich der Anzahl der Sekundärkreis-Spule 8 des Einspeisungsbereichs 4 multipliziert mit 2 ist.
In der Figur 3 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Messbereichs 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Unterdrücken von Störsignalen dargestellt. Im Unterschied zur Figur 2 weist der obere Übertrager 6 der oberen Versorgungsleitung 5 zwei Sekundärkreis-Spulen 8 im
Sekundärkreis auf. Beide Sekundärkreis-Spulen 8 sind mit dem
Verstärkerbereich 3 verbunden. Für jede Versorgungsleitung 5 ist, wie in Figur 2, nur ein Übertrager 5 mit jeweils einem Primärkreis mit einer Primärkreis- Spule 7 vorgesehen. Die Nummerierung der Leitungen zwischen dem
Messbereich 2 und dem Verstärkerbereich 3 sind für den unteren Übertrager 6 der unteren Versorgungsleitung 5 mit A1 und A2 beschriftet. Für die Leitungen des oberen Übertragers 6 der oberen Versorgungsleitung 5 ist die
Nummerierung A3 bis A6, da beim oberen Übertrager 6 zwei Sekundärkreis- Spulen 8 ausgebildet sind. Analog zu Figur 3 ist es auch möglich, zusätzlich den unteren Übertrager 5 der unteren Versorgungsleitung 5 mit zwei Sekundärkreis-Spulen 8 auszubilden, wobei dann die Nummerierung A1 bis A4 für die Leitungen des unteren
Übertragers 5 der unteren Versorgungsleitung 5 und die Nummerierung A5 bis A8 für die Leitungen des oberen Übertragers 5 der oberen Versorgungsleitung 5 vorgesehen ist.
In der Figur 4 ist ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Verstärkerbereichs 3 und des Einspeisungsbereichs 4 dargestellt. Die
Leitungen A1 bis A4, welche vom Messbereich 2 (Messbereich 2 in Figur 4 nicht dargestellt) kommen, werden im Verstärkerbereich 3 derart verschalten, dass mit den Signalen der Übertrager im Messbereich 2 aus den
Versorgungsleitungen eine Addition 13 und eine Subtraktion 14 durchgeführt wird. Das Additions-Signal wird einem ersten Verstärkerpfad 11 übergeben und das Subtraktions-Signal wird einem zweiten Verstärkerpfad 12 übergeben. Jeder Verstärkerpfad 11 und 12 ist mit einer Vorstufe und einer von der
Vorstufe angesteuerten Endstufe ausgebildet. Unter parallelen, vorzugsweise voneinander unabhängigen Verstärkerpfaden versteht man, dass jeweils ein separater Spannungs- und/oder Stromverstärker pro Pfad ausgebildet ist.
Durch die Addition der Signale aus den Übertragern 5 des Messbereichs 2 werden Gleichtaktstörungen, welche auch Common Mode (CM) Noise (CMN) (im folgenden CMN) genannt werden, in den ersten Verstärkerpfad 11 eingespeist. Die Addition der Signale kann über einen in bekannter Weise ausgebildeten Summierverstärker 13 aus Operationsverstärkern erreicht werden. Der erste Verstärkerpfad 11 erzeugt ein entsprechendes
Korrektursignal für den CMN. Dieses Korrektursignal wird von dem ersten Verstärkerpfad 11 über die Leitungen C1 und C2 an den Einspeisungsbereich 4, und darin an den in Figur 4 rechten Übertrager 6 übergeben. Dieser
Übertrager 6 weist einen Kern 9 und auf seiner Sekundärseite eine
Sekundärkreis-Spule 8 auf und auf der Primärseite zwei Primärkreis-Spulen 7, wobei die Sekundärkreis-Spule 8 mit den Leitungen C1 und C2 zusammenwirkt und jeweils eine Primärkreisspule 7 mit einer der Versorgungsleitungen 5 zusammenwirkt. Bei weiteren Versorgungsleitungen 5 (nicht in der Figur 4 gezeigt) ist für jede weitere Versorgungsleitung 5 eine weitere Primärkreis- Spule 7 ausgebildet.
Durch die Subtraktion der Signale aus den Übertragern 5 des Messbereichs 2 werden Gegentaktstörungen, welche auch Differential Mode (DM) Noise (DMN) (im folgenden DMN) genannt werden, in den zweiten Verstärkerpfad 12 eingespeist. Die Subtraktion der Signale kann über einen in bekannter Weise ausgebildeten Differenzverstärker 14 aus Operationsverstärkern erreicht werden. Der zweite Verstärkerpfad 12 erzeugt daraus ein entsprechendes Korrektursignal für den DMN. Dieses Korrektursignal wird von dem zweiten Verstärkerpfad 12 über die Leitungen C3 und C4 an den Einspeisungsbereich 4, und darin an den in Figur 4 linken Übertrager 6 übergeben. Dieser Übertrager 6 weist auf seiner Sekundärseite eine Sekundärkreisspule 8 auf, welche mit den
Leitungen C3 und C4 zusammenwirkt, und auf der Primärseite eine
Primärkreisspule 7 auf, welche mit einer der Versorgungsleitungen 5
zusammenwirkt. In Figur 4 ist für den DMN im Einspeisungsbereich 4 der Übertrager mit der oberen Versorgungsleitung 5 gekoppelt. Es ist auch möglich, den Übertrager mit der unteren Versorgungsleitung 5 zu koppeln. Auch bei mehr als zwei Versorgungsleitungen 5 ist nur das Korrektursignal für die DMN in eine Versorgungsleitung 5 einzukoppeln.
In der Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verstärkerbereichs 3 und des Einspeisungsbereichs 4 dargestellt. Dieses
Ausführungsbeispiel der Figur 5 unterscheidet sich zu dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 nur darin, dass im Einspeisungsbereich 4 für das Korrektursignal, welches aus dem ersten Verstärkerpfad 1 1 an den Einspeisungsbereich 4 durch die Leitungen C1 bis C4 übergeben wird, für jede Versorgungsleitung 5 ein separater rechter Übertrager 6 ausgebildet ist. Das Korrektursignal aus dem zweiten Verstärkerpfad 12 wird über die Leitungen C5 und C6 an den
Einspeisungsbereich 4, und darin an den in Figur 5 linken Übertrager 6 übergeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann bei mehr als zwei
Versorgungsleitungen 5 jeweils ein weiterer rechter Übertrager 6 für jede weitere Versorgungsleitung 5 ausgebildet sein, welcher dann auch vom ersten Verstärkerpfad 11 mit einem Korrektursignal gespeist wird. Analog zum Ausführungsbeispiel der Figur 5 ist es möglich, im
Einspeisungsbereich 4 nur jeweils einen Übertrager 6 je Versorgungsleitung 5 auszubilden. In diesem Fall wird das Korrektursignal aus dem ersten
Verstärkerpfad 11 und dem zweiten Verstärkerpfad 12 für den oberen
Übertrager 6 der oberen Versorgungsleitung 5 durch einen in der Figur 5 nicht dargestellten Summierverstärker zwischen den Leitungen C3 und C5 und einen zweiten Summierverstärker zwischen den Leitungen C4 und C6 summiert. Dadurch ist nur noch ein Übertrager 6 je Versorgungsleitung 5 notwendig.
In den Figuren 6 und 7 werden zwei weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verstärkerbereiche 3 und der Einspeisungsbereiche 4 dargestellt.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 6 unterscheidet sich zum
Ausführungsbeispiel der Figur 4 nur darin, dass anstelle der Verschaltung der Addition und der Subtraktion im Verstärkerbereich 3 das Signal aus den
Übertragern des Messbereichs 2 für den ersten Verstärkerpfad 11 durch die Leitungen A1 und A4 erhalten wird, wobei das Signal der beiden Übertrager 6 in den beiden Versorgungsleitungen 5 im Messbereich 2 (nicht dargestellt in Figur 6) durch eine Verbindung der Leitungen A2 und A3 aufaddiert wird. Der zweite Verstärkerpfad 12 erhält sein Signal aus den Leitungen A1 und A2 oder, wenn ein Messbereich 2 analog zur Figur 3 verwendet wird, aus den Leitungen A5 und A6.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 7 unterscheidet sich zum
Ausführungsbeispiel der Figur 5 oder dem oben beschriebenen analogen Beispiel der Figur 5 nur darin, dass der Verstärkerbereich 3 und die Verbindung mit dem Messbereich 2 wie im Ausführungsbeispiel der Figur 6 ausgebildet ist.
In den Figuren 8 und 9 werden zwei weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verstärkerbereiche 3 und der Einspeisungsbereiche 4 dargestellt. Das Ausführungsbeispiel der Figur 8 unterscheidet sich zum
Ausführungsbeispiel der Figur 7 nur darin, dass zwei erste parallele
Verstärkerpfade 11 ausgebildet sind, welche von den Leitungen A1 und A4 ein Signal aus dem Messbereich 2 erhalten. Jeder dieser ersten Verstärkerpfade 11 erzeugt ein Korrektursignal, welches jeweils über einen Übertrager 6 in die Versorgungsleitungen 5 eingespeist wird.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 9 unterscheidet sich zum
Ausführungsbeispiel der Figur 8 nur darin, dass nur ein Übertrager 6 je
Versorgungsleitung 5 im Einspeisungsbereich 4 ausgebildet ist. Dabei werden die Korrektursignale aus einen der ersten Verstärkerpfade 11 mit den
Korrektursignalen aus dem zweiten Verstärkerpfad 12 durch zwei
Summierverstärker addiert. Es werden die Korrektursignale aus den Leitungen C3 und C5 sowie aus den Leitungen C4 und C6 addiert und in den oberen Übertrager 6 der oberen Versorgungsleitung 5 eingespeist.
In der Figur 10 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verstärkerbereichs 3 und des Einspeisungsbereichs 4 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel kann mit dem Messbereich 2 der Figur 3 kombiniert werden. Im Verstärkerbereich sind zwei parallele dritte
Verstärkerpfade ausgebildet. Der obere dritte Verstärkerpfad 15 erzeugt durch ein Signal aus den Leitungen A3 und A2 ein Korrektursignal und speist dieses in den unteren Übertrager 6 der unteren Versorgungsleitung 5 ein. Wie in Figur 10 gezeigt, sind für den oberen dritten Verstärkerpfad 15 die Leitungen A4 und A5 sowie die Leitungen A6 und A1 verbunden. Der untere dritte Verstärkerpfad 15 greift ein Signal durch die Leitungen A4 und A2 ab, generiert ein
Korrektursignal und speist dieses in den oberen Übertrager 6 der oberen Versorgungsleitung 5 ein. Wie in Figur 10 gezeigt, sind für den unteren dritten Verstärkerpfad 15 die Leitungen A3 und A5 sowie die Leitungen A6 und A1 verbunden.
Figur 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Unterdrücken von Störsignalen. Dabei setzt sich das Ausführungsbeispiel der Figur 11 aus einem Messbereich 2 der Figur 2 und einem Verstärkerbereich 3 und Einspeisungsbereich 4 der Figur 4 zusammen.
Bezugszeichenliste
I Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen
2 Messbereich
3 Verstärkerbereich
4 Einspeisungsbereich
5 Versorgungsleitung
6 Übertrager
7 Primärkreis-Spule
8 Sekundärkreis-Spule
9 Kern
I I erster Verstärkerpfad
12 zweiter Verstärkerpfad
13 Summier-Verstärker
14 Differenz-Verstärker
15 dritter Verstärkerpfad
A1 bis An Leitungen vom Messbereich 2 zum Verstärkerbereich 3
C1 bis Cm Leitungen vom Verstärkerbereich 3 zum Einspeisungsbereich 4

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen bei
Spannungsquellen, insbesondere für Hochvoltspannungsquellen in einem Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs, insbesondere zur
Unterdrückung von Gegentaktstörungen und/oder Gleichtaktstörungen umfassend einen Messbereich (2), einen Verstärkerbereich (3) und einen Einspeisungsbereich (4),
- wobei der Messbereich (2) den Eingang des Verstärkerbereichs (3) galvanisch getrennt durch einen oder mehrere induktive Übertrager (6) mit wenigstens zwei Versorgungsleitungen (5) einer
Spannungsquelle induktiv koppelt, um ein Signal abzugreifen, und
- wobei der Einspeisungsbereich (4) den Ausgang des
Verstärkerbereichs (3) galvanisch getrennt durch einen oder mehrere induktive Übertrager (6) mit den wenigstens zwei
Versorgungsleitungen (5) der Spannungsquelle induktiv koppelt, um ein Korrektursignal einzuspeisen, - wobei der Verstärkerbereich (3) mehrere Verstärkerpfade (11 , 12, 15) aufweist
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verstärkerbereich (3) mindestens zwei parallele
Verstärkerpfade (11 , 12, 15) aufweist, und
dass der Messbereich (2) nur einen induktiven Übertrager (6) pro
Versorgungsleitung (5) aufweist, und
dass der Einspeisungsbereich (4) mindestens einen induktiven
Übertrager (6) pro Versorgungsleitung (5) aufweist.
2. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die Verstärkerpfade (11 , 12, 15) zweistufig aufgebaut sind und jeweils eine Vorstufe mit einem Spannungsverstärker und eine Endstufe mit einem Stromverstärker aufweisen.
3. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Verstärkerpfad (11 , 12, 15) mit einer Vorstufe und mit einer von der Vorstufe angesteuerten Endstufe ausgebildet ist, wobei der Eingang des Verstärkerbereichs (3) der Eingang der Vorstufe ist und mit dem Messbereich (2) verbunden ist, und wobei der Ausgang des
Verstärkerbereichs (3) der Ausgang der Endstufe ist und mit dem
Einspeisungsbereich (4) verbunden ist.
4. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass durch eine Verschaltung der Signale der induktiven Übertrager (6) des Messbereichs (2) jeweils unterschiedliche, aus den aus der
Versorgungsleitung abgegriffenen Störsignalen abgeleitete Signale in die mindestens zwei parallelen, vorzugsweise voneinander unabhängigen
Verstärkerpfade (11 , 12, 15) eingespeist werden.
5. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch Operationsverstärker oder Transistoren eine Subtraktion und/oder eine Addition der Signale der induktiven Übertrager (6) des Messbereichs (2) im Verstärkerbereich (3) durchgeführt werden und dass die daraus resultierenden Störsignale jeweils in eine Verstärkerschaltung (11 , 12, 15) eingekoppelt werden.
6. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch eine Verschaltung der Korrektursignale der mindestens zwei parallelen, vorzugsweise voneinander unabhängigen
Verstärkerschaltungen (11 , 12, 15) unterschiedliche Korrektursignale in die induktiven Übertrager (6) des Einspeisungsbereichs (4) eingespeist werden.
7. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Einspeisungsbereich (4) für jede Verstärkerschaltung (11 , 12, 15) nur einen induktiven Übertrager pro Versorgungsleitung (5) aufweist.
8. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein erster Verstärkerpfad nur für die Filterung von Gegentaktstörung (CMN) und ein zweiter Verstärkerpfad nur für die Filterung von
Gegentaktstörungen (DMN) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
dass der Einspeisungsbereich derart ausgebildet sein, dass das
Korrektursignal des ersten Verstärkerpfades zur Unterdrückung von Gegentaktstörungen (DMN) nur in eine Versorgungsleitung eingespeist wird und das Korrektursignal des zweiten Verstärkerpfades zur
Unterdrückung von Gegentaktstörung (CMN) in beide
Versorgungsleitungen eingespeist wird.
10. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der/die induktive/n Übertrager (6) einen Ferritkern, insbesondere einen Ringkern oder einen Eisenkern aufweisen.
11. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der/die induktive/n Übertrager (6) wenigstens zwei gekoppelte Induktivitäten aufweist, wobei eine Induktivität einem der
Versorgungsleitung (5) zugeordneten Primärkreis des Übertragers zugeordnet ist und die zweite Induktivität dem Sekundärkreis des
Übertragers zugeordnet ist und wenigstens eine Sekundärkreis-Spule (8) aufweist.
12. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der/die induktive/n Übertrager (6) als Transformatoren mit einem Primärkreis und einem Sekundärkreis ausgebildet ist.
13. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Induktivität des Primärkreises als eine Primärkreis-Spule (7) ausgebildet ist.
14. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der
Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Induktivität des Primärkreises mehrere Primärkreis-Spulen (7) aufweist.
15. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung (5) die Induktivität des Primärkreises bildet.
1 Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Übertrager (6) ein Kernmaterial aus einem Ferrit oder einem ferromagnetischen Material oder einem Eisen aufweist. 1 Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Übertrager (6) aufklappbar ausgebildet ist, um die
Versorgungsleitung (5) zu umschließen.
1 Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 11 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Primärkreis und/oder Sekundärkreis des Transformators eine oder mehrere Windungen aufweist.
1 Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Übertrager (6) von dem Primärkreis auf den Sekundärkreis ein Übertragungsverhältnis von größer gleich 1 zu 1 oder größer gleich 1 zu 4, vorzugsweise größer gleich 1 zu 10, höchst vorzugsweise größer gleich 1 zu 100 aufweist.
20. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verstärkerpfad (11 , 12, 15) eine Signallaufzeit zwischen
Eingang und Ausgang aufweist, die kleiner gleich 40 ns, vorzugsweise kleiner gleich 20 ns, höchst vorzugsweise kleiner gleich 6 ns ist.
21. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorstufe des Verstärkerpfads (11 , 12, 15) als einstufiger oder zweistufiger Verstärker aufgebaut ist, vorzugsweise dass die Vorstufe einen Bandpass ausbildet.
22. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Endstufe des Verstärkerpfads (11 , 12, 15) kaskadierbar ist und die Vorstufe mehrere kaskadierbare Endstufen ansteuert, insbesondere zwei kaskadierte Endstufen oder vier kaskadierte Endstufen oder sechs kaskadierte Endstufen oder acht kaskadierte Endstufen ansteuert; dass die Vorstufe und die Endstufe aus diskreten Halbleitern, vorzugsweise aus Transistoren und/oder Feldeffekttransistoren ausgebildet sind, vorzugsweise dass die Vorstufe und die Endstufe den gleichen Typ Halbleiter aufweisen.
23. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spannungsquelle eine Batterie oder einen aufladbaren Akku, insbesondere eine Traktionsbatterie aufweist und einen Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt, vorzugsweise einen Elektromotor in einem Fahrzeug mit elektrischer Energie versorgt.
24. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Versorgungsleitung (5) eine Spannung von größer gleich 60 V, vorzugsweise größer gleich 120 V, höchst vorzugsweise größer gleich 240 V aufweist.
25. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Störquelle ein Umrichter oder ein Spannungswandler oder ein Inverter oder ein Fahrtregler eines Elektroantriebs ist.
26. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verstärkerpfade (11 , 12, 15) eine Spannungsversorgung aufweisen, die aus der Versorgungsleitung (5) abgeleitet ist,
vorzugsweise dass die Verstärkerpfade (11 , 12, 15) eine symmetrische Spannungsversorgung aufweisen, die aus einer positiven und einer negativen Versorgungsleitung (5) abgeleitet ist, oder
dass die Verstärkerpfade (11 , 12, 15) eine Spannungsversorgung aufweisen, die aus einer separaten Niederspannungsquelle abgeleitet ist.
27. Entstörmodul zum Nachrüsten für Spannungsquellen, insbesondere
Hochvoltspannungsquellen in einem Antriebsstrang eines
Elektrofahrzeugs, umfassend ein Gehäuse, in dem eine Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufgenommen ist.
28. Entstörmodul nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Störquelle ein Gehäuse mit einem Bauraum zur Aufnahme des Verstärkerbereichs oder des Entstörmoduls aufweist, wobei der
Verstärkerbereich oder das Entstörmodul in dem Bauraum
aufgenommen und mit dem Gehäuse der Störquelle mechanisch verbunden ist.
29. Verfahren zum Entstören einer Spannungsquelle, welche eine
Versorgungsleitung umfasst, wobei eine Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird und mittels induktiven Übertragers (6) eine induktive Kopplung mit den Versorgungsleitungen (5) hergestellt wird.
30. Verfahren zum Entstören einer Spannungsquelle nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Kopplung durch Aufsetzen des Kerns (9) des
Übertragers (6) auf die Versorgungsleitungen (5) oder durch Ansetzen der Übertrager (6) an die Versorgungsleitungen (5) oder durch
Aufklappen der Übertrager (6) und Umschließen der
Versorgungsleitungen (5) durch die anschließend wieder geschlossenen
Übertrager (6) hergestellt wird.
31. Traktionsantrieb für ein Fahrzeug umfassend eine Traktionsbatterie, einen Elektromotor der aus der Traktionsbatterie über einen Fahrtregler mit Energie versorgt wird sowie eine Versorgungsleitung (5) welche den
Fahrtregler mit der Traktionsbatterie verbindet,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Versorgungsleitung (5) eine Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 1 bis 28 aufweist.
32. Verfahren zur Herstellung eines Traktionsantriebs mit einer Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in einem ersten Schritt die Versorgungsleitung/en (5) unterbrochen wird/werden und in einem zweiten Schritt in die Unterbrechungsstelle eine Vorrichtung (1 ) gemäß einer Ausführung der vorangehenden
Ansprüche eingesetzt wird, oder
dass in einem ersten Schritt die induktiven Übertrager (6), mit einer Vorrichtung (1 ) gemäß einer Ausführung der vorangehenden Ansprüche in die Versorgungsleitung/en (5) eingeschleift werden.
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