WO2022111893A1 - Schaltungsanordnung zum reduzieren von gleichtaktstörungen eines leistungs-elektronischen geräts - Google Patents

Schaltungsanordnung zum reduzieren von gleichtaktstörungen eines leistungs-elektronischen geräts Download PDF

Info

Publication number
WO2022111893A1
WO2022111893A1 PCT/EP2021/077558 EP2021077558W WO2022111893A1 WO 2022111893 A1 WO2022111893 A1 WO 2022111893A1 EP 2021077558 W EP2021077558 W EP 2021077558W WO 2022111893 A1 WO2022111893 A1 WO 2022111893A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
transformer
common
circuit arrangement
power
connection
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/077558
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Illia Manushyn
Vitaliy Novik
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2022111893A1 publication Critical patent/WO2022111893A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/123—Suppression of common mode voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters

Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement for reducing common-mode interference in a power electronic device, a power electronic system with a power electronic device and such a circuit arrangement, a vehicle with such a power electronic system and the use of such a circuit arrangement.
  • WO 2020/114653 A1 discloses the use of common-mode chokes at the input and/or output of a power converter and a short-circuited additional line. This allows common-mode interference to be reduced.
  • the invention is concerned with reducing common-mode interference in a power electronic device that has input terminals and output terminals and that represents a source of common-mode interference during operation.
  • a power electronic device is, for example, a power converter (e.g. a pulse-controlled inverter, rectifier and the like) or a voltage converter (DC-DC converter or DC-AC converter).
  • a DC-DC converter has two input and two output terminals.
  • a DC-AC converter on the other hand, has, for example, two input terminals and two output terminals according to the number of AC phases.
  • Common-mode interference is based on common-mode currents and is the main source of EMC problems (EMC stands for "Electromagnetic Compatibility") in, for example, drive systems that are used in different areas.
  • EMC Electromagnetic Compatibility
  • These common-mode currents affect the interference voltages generated by a power electronic device.
  • a power converter or converter is a typical source of common mode noise.
  • this source can be coupled to ground, for example, through stray capacitances of a motor cable and the motor.
  • the common-mode currents close e.g. through the mains cable or flow into the mains. If a network simulation is set up between the power grid and the drive system, then there is a possibility of being able to measure these currents. Other electronic and electrical devices that are connected to the same power supply can be adversely affected by common-mode interference.
  • a network simulation (English: “Line Impedance Stabilization Network", LISN) is an electrotechnical device that is used to measure the line-bound interference emissions within the scope of measurements and tests for EMC as a simulation of supply networks.
  • Various technical solutions can be used to reduce the emitted common-mode interference voltage spectrum in a power electronic device. These can be, for example, common-mode chokes, as already mentioned, or Y-capacitors (so-called Y-capacitors are to be understood as meaning capacitors that are connected between the phase or neutral conductor and a touchable, protectively earthed apparatus housing and thus bridge the basic insulation).
  • Passive EMC filters in general can also be considered, as well as an optimized design of the load capacity (motor, cable, mains, etc.), specialized PWM methods for minimizing the common-mode voltages and optimized switching processes of the semiconductors.
  • a very effective EMC measure is the use of passive EMC filters.
  • Y-capacitors are typically required in the structure of the filter for efficient attenuation of common-mode interference.
  • the use of Y-capacitors increases the proportion of leakage currents. Leakage currents have a harmful effect on the human body, so they are legally limited. For this reason, the size of Y-capacitors is limited in most cases, and in some cases the use of Y-capacitors is also prohibited.
  • the proportion of leakage currents often increases so much that it leads to an undesirable Triggering of Fl switches (residual current switches) can come.
  • alternative filter topologies can be applied.
  • a power electronic device regularly represents a source of common-mode interference during operation.
  • Common-mode interference can spread through stray capacitances in the system (stray capacitances are inherently undesirable capacitances that are present in many components such as cables). To avoid this propagation, it is possible to short-circuit the source of common-mode noise. In this case, the effect of common mode noise on the power supply side (and those measured on the network) is much smaller.
  • additional components such as resistors (component) and/or capacitors to the path to connect the common mode currents.
  • both the common-mode interference source and the power supply network can be isolated with high-impedance components. Additional components can also provide an alternative low-impedance path for common-mode currents for better filtering.
  • a circuit arrangement for reducing common-mode interference in a power electronic device which has a transformer and a plurality of capacitors.
  • the transformer has in particular two coils, each with two connections, so the transformer has a total of four connections.
  • a first connection of the transformer is to be connected to the input connections of the electronic power device via a capacitor in each case, and a second connection of the transformer is to be connected to the output connections of the electronic power device via a capacitor in each case.
  • the input terminals are connected to one another via capacitors, and the output terminals are also connected to one another via capacitors.
  • Two further connections of the transformer - i.e. the two remaining connections - are to be connected to ground or to be placed on ground.
  • the transformer can be connected specifically.
  • the first connection and the second connection of the transformer are assigned to a common coil of the transformer.
  • the two coils are then wound in particular in opposite directions.
  • the transformer then serves to couple high-frequency common-mode currents caused by the power electronic device to ground.
  • the common-mode chokes already mentioned can also be provided for the input connections and/or output connections. However, due to the effect of the transformer, these can be reduced in their effect or omitted.
  • this principle ensures galvanic isolation between the power supply (input connections) and the further path (output connections) from the common-mode current.
  • the circuit arrangement also has a resistor (component) which is connected at the first connection or at the second connection of the transformer between the relevant connection and the capacitors connected thereto.
  • a resistor can also be provided, which is to be connected between one of the two other terminals of the transformer and ground.
  • the direct current path can be supported with damping resistors, which serves to reduce common-mode currents even better by converting them into thermal energy. This also reduces losses in the transformer and in the capacitors.
  • a particular advantage of this principle is that the capacitance of the Y-capacitors already mentioned can be reduced, and the Y-capacitors can even be dispensed with altogether.
  • the first connection and the second connection of the transformer are assigned to two different coils of the transformer. This then also means that the two other connections and thus both coils must be connected to ground on one side. The two coils are then wound in particular in the same direction.
  • the transformer acts as a galvanic decoupling between the input and output terminals of the power electronic device, e.g. between the primary and secondary side of a power converter.
  • high-frequency components of the common-mode current in the transformer are attenuated.
  • Common-mode currents on the input and output terminals of the power electronic device are mutually compensated.
  • a particular advantage of this variant is that the leakage currents from lines to ground are limited by the leakage inductance of the transformer.
  • the already mentioned common-mode chokes can also be provided in this variant.
  • the proposed circuit arrangement allows the construction of an EMC filter either without Y-capacitors or with Y-capacitors with a significantly lower capacitance while the damping effect remains the same.
  • Y-capacitors lead to an erroneous tripping of the switch.
  • the proposed concept avoids or reduces the leakage currents in the Y-capacitors.
  • the capacitance of the Y capacitors is limited for safety reasons.
  • the total energy that can be stored in all Y-capacitors is limited to approx. 0.2 J in a HV circuit . With the proposed circuit arrangement, this can be maintained much more easily.
  • the subject matter of the invention is also a use of the proposed circuit arrangement for reducing common-mode interference in a power electronic device which has input connections and output connections and which represents a common-mode interference source during operation.
  • the circuit arrangement must be appropriate for this, i.e. connected to the input and output terminals and to ground.
  • the subject matter of the invention is also a power electronic system with a power electronic device and a correspondingly connected circuit arrangement, as explained above.
  • the output connections can be used in particular to supply an electrical machine, in particular in a vehicle.
  • the invention also relates to a vehicle with an electrical machine and a power electronic system connected to it, as mentioned above.
  • FIG. 1 schematically shows a power electronic system according to the invention in a preferred embodiment.
  • FIG. 2 schematically shows a power electronic system according to the invention in a further preferred embodiment.
  • FIG. 1 shows a power electronic system 100 according to the invention in a preferred embodiment.
  • the power electronic system 100 has an electronic power device 130 , for example a DC-AC converter or power converter, and a circuit arrangement 110 .
  • the power converter 130 in turn has two input terminals 131, 132 and three output terminals 135, 136, 137.
  • the input connections are connected to a simulated network 120 whose housing is in turn connected to ground 154 .
  • This artificial network 120 (also referred to as LISN) is typically only used for measurement purposes; in practice, ie in the vehicle, an energy source such as a battery is usually provided instead.
  • the output terminals are connected to a load 140, which is exemplary an electric machine or an electric motor, represented by unspecified turns and capacitances.
  • the housing of the load 140 is also connected to ground 154.
  • the electric motor 140 can be used, for example, to drive a vehicle.
  • Both the input terminals 131, 132 and their connecting lines to the network simulation 120 and the output terminals 135, 136, 137 and their connecting lines to the load 140 each have a common-mode choke 150 and 152, respectively.
  • a common-mode choke typically has several identical windings through which an operating current flows in opposite directions, so that their magnetic fields cancel each other out in the core of the choke.
  • Such interference currents typically occur in the same direction in the forward and return lines (these are, for example, the two connecting lines between the network 120 and the power converter 130)).
  • the common-mode choke forms a very high inductance for this common-mode interference, since these interference currents do not compensate in it.
  • Common-mode chokes can be made, for example, from one-piece, closed ferrite cores in a toroidal, E-shaped, frame-shaped or so-called D-shape by threading the winding wires through the toroidal cores and winding them onto coil formers for the other core shapes.
  • the circuit arrangement 110 also has a transformer 160 and five capacitors 181, 182, 185, 186, 187.
  • the transformer 160 has two coils 166, 167, which are wound in opposite directions, and four connections 161, 162, 163, 164.
  • the two connections 161, 162 are assigned to the coil 166, while the two connections 163, 164 are assigned to the coil 167
  • Terminal 161 is now connected to input terminal 131 through capacitor 181, and to input terminal 132 through capacitor 182.
  • terminal 162 is connected to output terminal 135 through capacitor 185 with resistor 170 in between, through capacitor 185 186 to the output terminal 136, and via the capacitor 187 to the output terminal 137.
  • the two terminals 163, 164 are connected to ground 154, with a resistor 172 being connected in between at terminal 164.
  • the transformer 160 serves to couple high-frequency common-mode currents caused by the converter 130 to ground 154 .
  • a secondary common-mode current which flows via ground 154, then results in the coil 167.
  • This principle ensures galvanic isolation between the power supply (input connections) and the further path (output connections) from the common-mode current.
  • the common-mode chokes can be designed to be less effective or even omitted entirely.
  • a power electronic system 200 according to the invention is shown schematically in FIG. 2 in a further preferred embodiment.
  • the power electronic system 200 basically corresponds to the power electronic system 100 according to FIG. 1, with the difference that the circuit arrangement 210 is configured differently Ohmic resistances are not IN ANY, as will be explained below. For the rest, reference is made to the description of FIG. 1, the same components are provided with the same reference numbers.
  • the transformer 160 also has two coils 166, 167, which are wound in the same direction, as well as four terminals 161, 162, 163, 164.
  • the two terminals 161, 162 are assigned to the coil 166, the two terminals 163, 164 the coil 167.
  • the terminal 161 is also connected to the input terminal 131 via the capacitor 181, and to the input terminal 132 via the capacitor 182.
  • the terminal 163 is connected to the output terminal 135 via the capacitor 185 and to the output terminal 135 via the capacitor 186 the output connection 136, and via the capacitor 187 to the output connection 137.
  • the two connections 162, 164 are connected to ground 154 and are also connected to one another via this.
  • the transformer 160 acts as a galvanic decoupling between the input and output terminals or between the primary and secondary sides of the converter 130.
  • the common-mode current flows from the Output terminals 135, 136, 137 via the associated capacitors 185, 186, 187 and via the coil 167 to ground 154, from there again via the coil 166 and the capacitors 181, 182 to the input terminals 131, 132, or vice versa.
  • a particular advantage of this variant is that the leakage currents from lines to ground 154 are caused by the leakage inductance of the

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Filters And Equalizers (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (110) zum Reduzieren von Gleichtaktstörungen eines leistungselektronischen Geräts (130), das Eingangsanschlüsse (131, 132) und Ausgangsanschlüsse (135, 136, 137) aufweist, und das im Betrieb eine Gleichtaktstörquelle darstellt, mit einem Transformator (160) und mehreren Kondensatoren (181, 182, 185, 186, 187), wobei ein erster Anschluss (161) des Transformators (160) über jeweils einen Kondensator (181, 182) an jeweils einen Eingangsanschluss (131, 132) des leistungselektronischen Geräts (130) anzuschließen ist, wobei ein zweiter Anschluss (162, 163) des Transformators (160) über jeweils einen Kondensator (130) an jeweils einen Ausgangsanschluss (135, 136, 137) des leistungselektronischen Geräts (130) anzuschließen ist, und wobei zwei weitere Anschlüsse des Transformators (160) an Masse (154) anzuschließen sind, sowie eine Verwendung hiervon, ein leistungselektronisches System (100) mit einer solchen Schaltungsanordnung, und ein Fahrzeug mit einem solchen leistungselektronischen System (100).

Description

Beschreibung
Titel
Schaltungsanordnung zum Reduzieren von Gleichtaktstörungen eines leistungs elektronischen Geräts
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Reduzieren von Gleichtaktstörungen eines leistungselektronischen Geräts, ein leistungselekt ronisches System mit einem leistungselektronischen Gerät und einer solche Schaltungsanordnung, ein Fahrzeug mit einem solchen leistungselektronischen System sowie eine Verwendung einer solchen Schaltungsanordnung.
Hintergrund der Erfindung
Beim Betrieb von leistungselektronischen Geräten, wie z.B. Spannungswandlern bzw. Stromrichtern, treten Gleichtaktstörungen auf, die zu elektromagnetischen Emissionen führen. Solche sind beim Betrieb von elektrischen Systemen stets zu minimieren, damit diese Systeme andere Systeme in der Umgebung nicht beein flussen. Zur elektromagnetischen Filterung einzelner stromtragender Leitungen sind vielfältige Lösungen bekannt.
Die WO 2020/114653 A1 offenbart z.B. die Verwendung von Gleichtaktdrosseln an Ein- und/oder Ausgang eines Stromrichters sowie eine kurzgeschlossene Zu satzleitung. Damit können Gleichtaktstörungen reduziert werden.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden eine Schaltungsanordnung, ein leistungselektroni sches System, ein Fahrzeug sowie eine Verwendung einer solchen Schaltungs anordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschla- gen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Reduzieren von Gleichtaktstörungen ei nes leistungselektronischen Geräts, das Eingangsanschlüsse und Ausgangsan schlüsse aufweist und das im Betrieb eine Gleichtaktstörquelle darstellt. Ein sol ches leistungselektronisches Gerät ist z.B. ein Stromrichter (z.B. ein Pulswech selrichter, Gleichrichter und dergleichen) oder ein Spannungswandler (DC-DC- Wandler oder DC-AC-Wandler). Unter Eingangs- und Ausgangsanschlüssen - oder allgemein auch Eingang und Ausgang - sind dabei die mit Spannung ver sorgten oder beaufschlagten Anschlüsse zu verstehen. Ein DC-DC-Wandler weist z.B. zwei Eingangs- und zwei Ausgangsanschlüsse auf. Ein DC-AC- Wandler hingegen z.B. zwei Eingangsanschlüsse und Ausgangsanschlüsse ent sprechend der Anzahl der Wechselstromphasen auf.
Gleichtaktstörungen beruhen auf Gleichtaktströmen (engl.: "Common Mode Cur- rents") und sind die Hauptquelle von EMV-Problemen (EMV steht dabei für "Elektromagnetische Verträglichkeit") in z.B. Antriebssystemen, die in unter schiedlichen Bereichen genutzt werden. Diese Gleichtaktströme beeinflussen die Störspannungen, die von einem leistungselektronischen Gerät erzeugt werden. Ein Stromrichter oder Umrichter ist eine typische Quelle von Gleichtaktstörungen.
Auf einer Seite kann diese Quelle z.B. durch Streukapazitäten eines Motorkabels und des Motors mit Masse gekoppelt sein. Auf der anderen Seite schließen sich die Gleichtaktströme z.B. durch das Netzkabel oder fließen ins Stromnetz. Wenn zwischen dem Stromnetz und dem Antriebssystem eine Netznachbildung einge richtet wird, dann gibt es eine Möglichkeit, diese Ströme nachmessen zu können. Andere elektronische und elektrische Geräte, die am gleichen Stromnetz ange schlossen sind, können durch Gleichtaktstörungen negativ beeinflusst werden.
Eine Netznachbildung (engl.: "Line Impedance Stabilization Network", LISN) ist dabei eine elektrotechnische Vorrichtung, die zur Messung der leitungsgebunde nen Störaussendung im Rahmen von Messungen und Prüfungen zur EMV als Nachbildung von Versorgungsnetzen verwendet wird. Es können verschiedene technische Lösungen zur Reduzierung des emittierten Gleichtakt-Störspannungsspektrums bei einem leistungselektronischen Gerät eingesetzt werden. Dies können z.B. Gleichtaktdrosseln, wie eingangs schon er wähnt, oder Y-Kondensatoren sein (unter sog. Y-Kondensatoren sind Kondensa toren zu verstehen, die zwischen Phase bzw. Neutralleiter und berührbarem, schutzgeerdetem Apparategehäuse angeschlossen werden und somit die Ba sisisolierung überbrücken). Ebenso kommen ganz allgemein passive EMV-Filter, ggf. mit unterschiedlicher Stufenanzahl, in Betracht, ein optimiertes Design der Lastkapazität (Motor, Kabel, Netz etc.), spezialisierte PWM-Methoden zur Mini mierung der Gleichtaktspannungen sowie optimierte Schaltvorgänge der Halblei ter.
Eine sehr effektive EMV-Maßnahme ist die Nutzung von passiven EMV-Filtern. Für eine effiziente Dämpfung der Gleichtaktstörungen sind typischerweise Y- Kondensatoren in der Struktur des Filters erforderlich. Der Einsatz von Y- Kondensatoren erhöht allerdings den Anteil von den Ableitströmen. Ableitströme haben eine schädliche Wirkung auf den menschlichen Körper, sodass sie gesetz lich limitiert sind. Deswegen ist die Größe von Y-Kondensatoren in den meisten Fällen eingeschränkt, teils ist die Verwendung von Y-Kondensatoren auch verbo ten. Wenn die gewünschte EMV-Filterdämpfung erreicht ist, steigt der Anteil der Ableitströme oft so stark an, dass es zu einer unerwünschten Auslösung von Fl- Schaltern (Fehlerstrom-Schalter) kommen kann. Um diese Probleme zu lösen, können alternative Filtertopologien angewendet werden.
Ein leistungselektronisches Gerät stellt im Betrieb regelmäßig eine Gleichtakt störquelle dar. Gleichtaktstörungen können sich durch Streukapazitäten des Sys tems ausbreiten (unter Streukapazitäten sind dabei an sich unerwünschte, aber in vielen Komponenten wie Kabeln vorhandene Kapazitäten zu verstehen). Um diese Ausbreitung zu vermeiden, ist es möglich, die Quelle von Gleichtaktstörun gen kurzzuschließen. In diesem Fall ist die Wirkung von Gleichtaktstörungen auf der Stromversorgungseite (und denjenigen, die an der Netznachbildung gemes sen werden) viel geringer. Denkbar ist es aber auch, noch zusätzliche Kompo nenten wie Widerstände (Bauelement) und/oder Kondensatoren mit dem Pfad der Gleichtaktströme zu verbinden. Außerdem können sowohl die Gleichtaktstör quelle als auch das Stromversorgungsnetz mit hochimpedanten Komponenten abgesondert werden. Für eine bessere Filterwirkung können auch zusätzliche Komponenten für einen alternativen niederimpedanten Weg für Gleichtaktströme sorgen.
Im Rahmen der Erfindung wird nun eine Schaltungsanordnung zum Reduzieren von Gleichtaktstörungen eines leistungselektronischen Geräts vorgeschlagen, die einen Transformator und mehrere Kondensatoren auf. Der Transformator weist dabei insbesondere zwei Spulen mit je zwei Anschlüssen auf, insgesamt weist der T ransformator also vier Anschlüsse auf.
Dabei ist ein erster Anschluss des Transformators über jeweils einen Kondensa tor an die Eingangsanschlüsse des leistungselektronischen Geräts anzuschlie ßen, und ein zweiter Anschluss des Transformators ist über jeweils einen Kon densator an die Ausgangsanschlüsse des leistungselektronischen Geräts anzu schließen ist. Die Eingangsanschlüsse werden untereinander über Kondensato ren verbunden, ebenso werden die Ausgangsanschlüsse untereinander über Kondensatoren verbunden. Zwei weitere Anschlüsse des Transformators - also die zwei verbleibenden Anschlüsse - sind an Masse anzuschließen bzw. auf Masse zu legen.
Dabei gibt es zwei bevorzugte Varianten, wie der Transformator konkret ange schlossen werden kann. In der ersten Variante sind der erste Anschluss und der zweite Anschluss des Transformators einer gemeinsamen Spule des Transfor mators zugeordnet. Die beiden Spulen sind dann insbesondere gegensinnig ge wickelt. Der Transformator dient dann dazu, vom leistungselektronischen Gerät verursachte hochfrequente Gleichtaktströme auf Masse zu koppeln. Zusätzlich können weiterhin die schon erwähnten Gleichtaktdrosseln für die Eingangsan schlüsse und/oder Ausganganschlüsse vorgesehen werden. Diese können aber - aufgrund der Wirkung des Transformators - in ihrer Wirkung geringer ausge legt werden oder auch entfallen. Außerdem sorgt dieses Prinzip für eine galvani sche Trennung zwischen der Stromversorgung (Eingangsanschlüsse) und dem weiteren Pfad (Ausgangsanschlüsse) vom Gleichtaktstrom. Vorteilhafterweise weist die Schaltungsanordnung auch einen Widerstand (Bau element) auf, der am ersten Anschluss oder am zweiten Anschluss des Trans formators zwischen den betreffenden Anschluss und die daran angeschlossenen Kondensatoren geschaltet ist. Ebenso kann ein Wderstand vorgesehen sein, der zwischen einen der zwei weiteren Anschlüsse des Transformators und Masse anzuschließen ist. Mit anderen Worten kann also der Gleichstrompfad mit Dämp fungswiderständen unterstützt werden, was einer noch besseren Reduktion von Gleichtaktströmen durch Umwandlung in thermische Energie dient. Damit wer den auch Verluste im Transformator und in den Kondensatoren reduziert. Ein be sonderer Vorteil dieses Prinzips ist dabei auch, dass die Kapazität der schon er wähnten Y-Kondensatoren reduziert werden kann, ggf. kann auf die Y- Kondensatoren sogar ganz verzichtet werden.
In der zweiten Variante sind der erste Anschluss und der zweite Anschluss des Transformators zwei verschiedenen Spulen des Transformators zugeordnet. Dies bedingt dann auch, dass die zwei weiteren Anschlüsse und damit beide Spulen an einer Seite an Masse anzuschließen sind. Die beiden Spulen sind dann ins besondere gleichsinnig gewickelt. In diesem Fall wirkt der Transformator als gal vanische Entkopplung zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des leistungselektronischen Gerätes, also z.B. zwischen primärer und sekundärer Seite eines Stromrichters. Je nachdem, welche hochfrequenten Materialeigen schaften der Kern des Transformators aufweist, werden hochfrequente Kompo nenten des Gleichtaktstromes im Transformator abgedämpft. Gleichtaktströme auf den Eingangs und den Ausgangsanschlüssen des leistungselektronischen Geräts werden gegenseitig kompensiert. Ein besonderer Vorteil dieser Variante besteht darin, dass die Ableitströme von Leitungen nach Masse durch die Streuinduktivität des Transformators begrenzt werden. Auch in dieser Variante können die schon erwähnten Gleichtaktdrosseln vorgesehen sein.
Zusammenfassend ist zu sehen, dass die vorgeschlagene Schaltungsanordnung den Aufbau eines EMV-Filters entweder ohne Y-Kondensatoren oder mit Y- Kondensatoren mit wesentlich geringerer Kapazität bei gleichbleibender Dämp fungswirkung erlaubt. Beispielsweise können in einem stationären Antriebssys- tem, gesichert mit einem Fehlerstrom-Schutzschalter, Y-Kondensatoren zu einer fehlerhaften Auslösung des Schalters führen. Im vorgeschlagenen Konzept wer den Ableitströme bei den Y-Kondensatoren vermieden bzw. reduziert. Für die Anwendungen in der Automobilindustrie, also insbesondere in einem Fahrzeug, ist die Kapazität der Y-Kondensatoren aus Sicherheitsgründen eingeschränkt. Bei E-Fahrzeugen (also Fahrzeugen, bei denen ein Elektromotor als (einziger) Antrieb verwendet wird) ist z.B. die gesamte Energie, die in allen Y- Kondensatoren gemeinsam gespeichert sein darf, in einem HV-Stromkreis auf ca. 0,2 J begrenzt. Mit der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung kann dies deutlich einfacher eingehalten werden.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Verwendung der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung zum Reduzieren von Gleichtaktstörungen eines leistungs elektronischen Geräts, das Eingangsanschlüsse und Ausgangsanschlüsse auf weist und das im Betrieb eine Gleichtaktstörquelle darstellt. Hierzu ist die Schal tungsanordnung entsprechend, d.h. an die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse sowie an Masse anzuschließen.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein leistungselektronisches System mit einem leistungselektronischen Gerät und einer entsprechend angeschlossenen Schaltungsanordnung, wie sie vorstehend erläutert wurde. Die Ausgangsan schlüsse können dabei insbesondere zur Versorgung einer elektrischen Maschi ne, insbesondere in einem Fahrzeug, dienen.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Fahrzeug mit einer elektrischen Ma schine und einem daran angeschlossenen leistungselektronischen System, wie es vorstehend erwähnt wurde.
Hinsichtlich der Vorteile und weiterer Ausgestaltungen des leistungselektroni schen Systems sowie des Fahrzeugs sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf vorstehende Erläuterungen verwiesen, die hier entsprechend gelten.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und der beiliegenden Zeichnung. Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schema tisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes leistungselektronisches Sys tem in einer bevorzugten Ausführungsform.
Figur 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes leistungselektronisches Sys tem in einerweiteren bevorzugten Ausführungsform.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes leistungselektronisches Sys tem 100 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Das leistungselektro nische System 100 weist ein leistungselektronisches Gerät 130, beispielhaft ei nen DC-AC-Wandler oder Stromrichter, sowie eine Schaltungsanordnung 110 auf.
Der Stromrichter 130 wiederum weist zwei Eingangsanschlüsse 131, 132 sowie drei Ausgangsanschlüsse 135, 136, 137 auf. Die Eingangsanschlüsse sind bei spielhaft mit einer Netznachbildung 120 verbunden, deren Gehäuse wiederum auf Masse 154 liegt. Diese Netznachbildung 120 (auch als LISN bezeichnet) wird typischerweise nur für Messzwecke verwendet, in der Praxis, d.h. im Fahrzeug, ist stattdessen in der Regel eine Energiequelle wie eine Batterie vorgesehen. Die Ausgangsanschlüsse sind mit einer Last 140 verbunden, bei der es sich beispiel haft um eine elektrische Maschine oder einen Elektromotor handelt, dargestellt durch nicht näher bezeichnete Windungen und Kapazitäten. Auch das Gehäuse der Last 140 liegt auf Masse 154. Der Elektromotor 140 kann z.B. als Antrieb ei nes Fahrzeugs dienen. Sowohl bei den Eingangsanschlüssen 131, 132 bzw. deren Verbindungsleitun gen zur Netznachbildung 120 als auch bei den Ausgangsanschlüssen 135, 136, 137 bzw. deren Verbindungsleitungen zur Last 140 ist jeweils eine Gleichtakt drossel 150 bzw. 152 vorgesehen.
Eine Gleichtaktdrossel (engl. "Common Mode Choke", CMC, oder auch strom kompensierte Drossel) weist typischerweise mehrere gleiche Wicklungen auf, die gegensinnig von einem Arbeitsstrom durchflossen werden, sodass sich deren magnetische Felder im Kern der Drossel aufheben. Solche Störströme treten ty pischerweise gleichsinnig in Hin- und Rückleitung (das sind z.B. die beiden Ver bindungsleitungen zwischen der Netznachbildung 120 und dem Stromrichter 130) auf). Für diese Gleichtaktstörungen bildet die Gleichtaktdrossel eine sehr hohe Induktivität, da sich diese Störströme in ihr nicht kompensieren. Gleichtakt drosseln können z.B. aus einteiligen, geschlossenen Ferritkernen in Ringform, E- Form, Rahmenform oder sogenannter D-Form gefertigt werden, indem die Wick lungsdrähte bei Ringkernen hindurchgefädelt und bei den anderen Kernformen auf Spulenkörpern aufgewickelt werden.
Die Schaltungsanordnung 110 weist weiterhin einen Transformator 160 sowie fünf Kondensatoren 181, 182, 185, 186, 187 auf. Der Transformator 160 weist zwei Spulen 166, 167 auf, die gegensinnig gewickelt sind, sowie vier Anschlüsse 161 , 162, 163, 164. Dabei sind die beiden Anschlüsse 161 , 162 der Spule 166 zugeordnet, die beiden Anschlüsse 163, 164 hingegen der Spule 167. Der An schluss 161 ist nun über den Kondensator 181 an den Eingangsanschluss 131 angeschlossen, und über den Kondensator 182 an den Eingangsanschluss 132. Vergleichbar ist der Anschluss 162 mit einem zwischengeschalteten Widerstand 170 über den Kondensator 185 an den Ausgangsanschluss 135 angeschlossen, über den Kondensator 186 an den Ausgangsanschluss 136, und über den Kon densator 187 an den Ausgangsanschluss 137. Die beiden Anschlüsse 163, 164 liegen auf Masse 154, wobei am Anschluss 164 ein Widerstand 172 zwischenge schaltet ist.
Der Transformator 160 dient hierbei dazu, vom Stromrichter 130 verursachte hochfrequente Gleichtaktströme auf Masse 154 zu verkoppeln. Dabei fließt der primäre Gleichtaktstrom von den Ausgangsanschlüssen 135, 136, 137 über die zugehörigen Kondensatoren 185, 186, 187 über die Spule 166 und die Konden satoren 181, 182 zu den Eingangsanschlüssen 131, 132, bzw. umgekehrt. In der Spule 167 ergibt sich dann ein sekundärer Gleichtaktstrom, der über Masse 154 fließt. Dieses Prinzip sorgt für eine galvanische Trennung zwischen der Strom versorgung (Eingangsanschlüsse) und dem weiteren Pfad (Ausgangsanschlüs se) vom Gleichtaktstrom. Die Gleichtaktdrosseln können, wie schon erwähnt, in ihrer Wirkung gering ausgelegt werden oder sogar völlig entfallen.
In Figur 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßes leistungselektronisches Sys tem 200 in einerweiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Das leis tungselektronische System 200 entspricht im Grunde dem leistungselektroni schen System 100 gemäß Figur 1, mit dem Unterschied einer anders ausgestal teten Schaltungsanordnung 210. Die Schaltungsanordnung 210 wiederum ent spricht der Schaltungsanordnung 110 aus Figur 1 , jedoch ist der T ransformator 160 anders angeschlossen und die ohmschen Widerstände sind nicht vorhan den, wie nachfolgend erläutert werden soll. Im Übrigen sei auf die Beschreibung zu Figur 1 verwiesen, gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Transformator 160 weist auch hier zwei Spulen 166, 167 auf, die aber gleichsinnig gewickelt sind, sowie vier Anschlüsse 161, 162, 163, 164. Dabei sind die beiden Anschlüsse 161, 162 der Spule 166 zugeordnet, die beiden Anschlüs se 163, 164 hingegen der Spule 167. Der Anschluss 161 ist auch hier über den Kondensator 181 an den Eingangsanschluss 131 angeschlossen, und über den Kondensator 182 an den Eingangsanschluss 132. Allerdings der Anschluss 163 über den Kondensator 185 an den Ausgangsanschluss 135 angeschlossen, über den Kondensator 186 an den Ausgangsanschluss 136, und über den Kondensa tor 187 an den Ausgangsanschluss 137. Die beiden Anschlüsse 162, 164 liegen auf Masse 154 und sind darüber auch miteinander verbunden.
In diesem Fall wirkt der Transformator 160 als galvanische Entkopplung zwi schen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen bzw. zwischen primärer und sekundärer Seite des Stromrichters 130. Dabei fließt der Gleichtaktstrom von den Ausgangsanschlüssen 135, 136, 137 über die zugehörigen Kondensatoren 185, 186, 187 und über die Spule 167 nach Masse 154, von dort dann wieder über die Spule 166 und die Kondensatoren 181, 182 zu den Eingangsanschlüssen 131, 132, bzw. umgekehrt. Ein besonderer Vorteil dieser Variante besteht darin, dass die Ableitströme von Leitungen nach Masse 154 durch die Streuinduktivität des
Transformators 160 begrenzt werden.

Claims

Ansprüche
1. Schaltungsanordnung (110, 210) zum Reduzieren von Gleichtaktstörungen eines leistungselektronischen Geräts (130), das Eingangsanschlüsse (131, 132) und Ausgangsanschlüsse (135, 136, 137) aufweist, und das im Betrieb eine Gleichtaktstörquelle darstellt, mit einem Transformator (160) und mehreren Kondensatoren (181, 182, 185, 186, 187), wobei ein erster Anschluss (161) des Transformators (160) über jeweils einen Kondensator (181, 182) an die Eingangsanschlüsse (131, 132) des leistungselektronischen Geräts (130) anzuschließen ist, wobei ein zweiter Anschluss (162, 163) des Transformators (160) über jeweils einen Kondensator (185, 186, 187) an die Ausgangsanschlüsse (135, 136, 137) des leistungselektronischen Geräts (130) anzuschließen ist, und wobei zwei weitere Anschlüsse des Transformators (160) an Masse (154) anzuschließen sind.
2. Schaltungsanordnung (110) nach Anspruch 1 , wobei der erste Anschluss
(161) und der zweite Anschluss (162) des Transformators (160) einer ge meinsamen Spule (166) des Transformators (160) zugeordnet sind.
3. Schaltungsanordnung (110) nach Anspruch 2, weiterhin mit einem Wider stand (170), der zwischen den ersten Anschluss oder zweiten Anschluss
(162) des Transformators (160) und die daran angeschlossenen Kondensa toren geschaltet ist.
4. Schaltungsanordnung (110) nach Anspruch 2 oder 3, weiterhin mit einem Widerstand (172), der zwischen einen (164) der zwei weiteren Anschlüsse des Transformators (160) und Masse (154) anzuschließen ist. 5. Schaltungsanordnung (210) nach Anspruch 1, wobei der erste Anschluss (161) und der zweite Anschluss (163) des Transformators zwei verschiede nen Spulen (166, 167) des Transformators (160) zugeordnet sind.
6. Schaltungsanordnung (110, 210) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei an den Eingangsanschlüssen (131, 132) und/oder an den Ausgangs anschlüssen (135, 136, 137) des leistungselektronischen Geräts (130) je weils eine Gleichtaktdrossel (150, 152) vorgesehen ist.
7. Schaltungsanordnung (110, 210) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das leistungselektronische Gerät (130) als Stromrichter ausgebildet ist.
8. Verwendung einer Schaltungsanordnung (110, 210) nach einem der vorste henden Ansprüche zum Reduzieren von Gleichtaktstörungen eines leis tungselektronischen Geräts (130), das Eingangsanschlüsse (131, 132) und Ausgangsanschlüsse (135, 136, 137) aufweist, und das im Betrieb eine Gleichtaktstörquelle darstellt.
9. Leistungselektronisches System (100, 200), mit einem leistungselektroni schen Gerät (130) und einer angeschlossenen Schaltungsanordnung (110, 210) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
10. Leistungselektronisches System (100, 200) nach Anspruch 9, wobei das leis tungselektronische Gerät (130) als Stromrichter ausgebildet ist.
11. Leistungselektronisches System (100, 200) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Ausgangsanschlüsse (135, 136, 137) zur Versorgung einer elektrischen Maschine (140), insbesondere in einem Fahrzeug, dienen.
12. Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine (130) und einem daran ange schlossenen leistungselektronischen System (100, 200) nach Anspruch 11.
PCT/EP2021/077558 2020-11-30 2021-10-06 Schaltungsanordnung zum reduzieren von gleichtaktstörungen eines leistungs-elektronischen geräts WO2022111893A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020215055.9A DE102020215055A1 (de) 2020-11-30 2020-11-30 Schaltungsanordnung zum Reduzieren von Gleichtaktstörungen eines leistungs-elektronischen Geräts
DE102020215055.9 2020-11-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022111893A1 true WO2022111893A1 (de) 2022-06-02

Family

ID=78085704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/077558 WO2022111893A1 (de) 2020-11-30 2021-10-06 Schaltungsanordnung zum reduzieren von gleichtaktstörungen eines leistungs-elektronischen geräts

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020215055A1 (de)
WO (1) WO2022111893A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0888936A (ja) * 1994-09-14 1996-04-02 Mitsubishi Electric Corp 電気機器の漏洩電圧補償装置
JP2007089381A (ja) * 2005-04-20 2007-04-05 Fuji Electric Systems Co Ltd 交流−交流変換装置
DE102007008765A1 (de) * 2006-03-01 2007-09-06 Rockwell Automation Technologies, Inc., Mayfield Heights Verbesserter Stromrichter mit reduzierter Gleichtaktspannung
JP2011223667A (ja) * 2010-04-06 2011-11-04 Toshiba Corp 系統連系インバータ
US20150381136A1 (en) * 2013-02-13 2015-12-31 Valeo Systemes De Controle Moteur Device and method for filtering electromagnetic interference
WO2020114653A1 (de) 2018-12-05 2020-06-11 Robert Bosch Gmbh Schaltungsvorrichtung zur reduktion von gleichtaktstörungen eines stromrichters

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0888936A (ja) * 1994-09-14 1996-04-02 Mitsubishi Electric Corp 電気機器の漏洩電圧補償装置
JP2007089381A (ja) * 2005-04-20 2007-04-05 Fuji Electric Systems Co Ltd 交流−交流変換装置
DE102007008765A1 (de) * 2006-03-01 2007-09-06 Rockwell Automation Technologies, Inc., Mayfield Heights Verbesserter Stromrichter mit reduzierter Gleichtaktspannung
JP2011223667A (ja) * 2010-04-06 2011-11-04 Toshiba Corp 系統連系インバータ
US20150381136A1 (en) * 2013-02-13 2015-12-31 Valeo Systemes De Controle Moteur Device and method for filtering electromagnetic interference
WO2020114653A1 (de) 2018-12-05 2020-06-11 Robert Bosch Gmbh Schaltungsvorrichtung zur reduktion von gleichtaktstörungen eines stromrichters

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020215055A1 (de) 2022-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112011101193B4 (de) Leckstrom-Reduzierungsvorrichtung
EP2530841B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Schutz eines Netzfilters
DE102013100246A1 (de) Stromsensor- und Entstörfilteranordnung, insbesondere für transformatorlose Photovoltaik-Wechselrichter
DE102019106485A1 (de) Weissach-Gleichrichteranordnung
DE102018008603A1 (de) Schaltungsanordnung und Verfahren zum Laden einer Batterieanordnung mit mehreren Batteriemodulen
WO2017102296A1 (de) Spannungsumrichter, elektrisches antriebssystem und verfahren zum reduzieren von störspannungen
WO2016066484A2 (de) Wechselrichter und drossel zur unterdrückung von gleichtaktstörungen
DE102018221032A1 (de) Schaltungsvorrichtung zur Reduktion von Gleichtaktstörungen eines Stromrichters
DE102017213543B4 (de) Filteranordnung, Spannungswandler mit einer Filteranordnung
DE102010039697A1 (de) Mehrsystem-Traktionsstromrichter
EP2362514B1 (de) Vorrichtung zur Fehlerstromreduktion
DE102017216468A1 (de) Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs
DE102020111355A1 (de) Ladevorrichtung und Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mittels eines Gleichspannungswandlers, welcher verschiedene Betriebsmodi aufweist
WO2022111893A1 (de) Schaltungsanordnung zum reduzieren von gleichtaktstörungen eines leistungs-elektronischen geräts
DE102020001308A1 (de) Schaltanordnung und Verfahren zum Steuern von Rippelströmen in einem elektrisch betreibbaren Fahrzeug
DE102020109426A1 (de) Ladevorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einem Gleichspannungswandler
EP3526889B1 (de) Umrichteranordnung mit sternpunktbildner
DE202009013362U1 (de) Filter und Anordnung mit einem Filter bei einem Frequenzumrichter
DE102011083645A1 (de) Batterie-Ladegerät
DE102014212842A1 (de) Vorrichtung zum induktiven Laden eines elektrischen Speichers
DE102018212841A1 (de) Elektrisches Bordnetz für ein zumindest teilweise elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug mit zwei elektrischen Verbrauchern und einer Entstöreinrichtung, sowie Kraftfahrzeug
DE102018208309A1 (de) Gleichspannungsfiltervorrichtung und elektrischer Stromrichter
DE102020106349A1 (de) Elektrische Schaltungsanordnung und Kraftfahrzeug
DE102019008785A1 (de) Leistungswandlereinheit, Leistungswandler, Leiterkarte und Leiterkartenanordnung sowie Verwendung derselben
DE102010010782A1 (de) Anordnung aus Gleichrichter und elektrischer Maschine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21787429

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21787429

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1