DE202019102390U1 - Schaltzellenanordnung zur Reduktion des Funkstörspannungsspektrums einer elektronischen Kommutierungseinrichtung - Google Patents

Schaltzellenanordnung zur Reduktion des Funkstörspannungsspektrums einer elektronischen Kommutierungseinrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE202019102390U1
DE202019102390U1 DE202019102390.2U DE202019102390U DE202019102390U1 DE 202019102390 U1 DE202019102390 U1 DE 202019102390U1 DE 202019102390 U DE202019102390 U DE 202019102390U DE 202019102390 U1 DE202019102390 U1 DE 202019102390U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cell arrangement
switching cell
conduction path
conductor loop
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE202019102390.2U
Other languages
English (en)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Original Assignee
Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
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 Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG filed Critical Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority to DE202019102390.2U priority Critical patent/DE202019102390U1/de
Publication of DE202019102390U1 publication Critical patent/DE202019102390U1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • 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
    • 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • H02M3/1586—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel switched with a phase shift, i.e. interleaved

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Schaltzellenanordnung (1) zur Reduktion des Funkstörspannungsspektrums einer elektronischen Kommutierungseinrichtung mit einer Einrichtung um den Phasenversatz der Phasen von Wechselsströmen i1 bis in mit einer jeweiligen Phase aus n Schaltzellenschleifen zueinander dynamisch so zu verändern, dass sich das Funkstörspannungsspektrum reduziert, wobei n ∈ ℕ und n ≥ 2.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltzelle zur Reduktion der Funkstörspannung einer elektronischen Kommutierungseinrichtung.
  • Schaltnetzteile und Kommutierungseinrichtungen erzeugen infolge ihrer hochfrequenten Taktung Funkstörungen. Diese breiten sich mittels elektromagnetischer Felder im freien Raum, und leitungsgebunden über die Netzanschlussleitungen in Form von hochfrequenten Spannungen und Strömen aus. Hochfrequenzschaltgeräte senden eine Funkstörstrahlung aus. Diese wird als Funkstörfeldstärke in (µV/m) gemessen. Die Intensität der Funkstörstrahlung hängt zum Beispiel von der Flankensteilheit der geschalteten Ströme und Spannungen ab und ganz wesentlich vom Aufbau der Schaltung. Aus dem Stand der Technik sind hierzu Vorrichtungen und Lösungen bekannt geworden, welche die Störspannung zu verringern versuchen.
  • Im Bereich der Schaltnetzteile ist es zum Beispiel bekannt, zur Reduzierung der Verzerrungen des dem Netz entnommenen Stromes, d. h. zur Reduzierung der Harmonischen der Netzfrequenz in dem dem Netz entnommenen Strom, das Schaltnetzteil unmittelbar an den vom Netz gespeisten Brückengleichrichter ohne einen dazwischen geschalteten Siebkondensator anzuschließen. Durch entsprechende Steuerung der Ein- bzw. Ausschaltzeiten des hochfrequent getakteten Schalters im Schaltnetzteil kann ein wenigstens weitgehend oberwellenfreier, mit der Netzfrequenz sinusförmiger Strom aus dem Netz entnommen werden. Diese Schaltung hat jedoch den Nachteil, dass die von ihr aufgenommene Leistung außer einem konstanten Anteil auch einen mit der doppelten Netzfrequenz schwankenden Anteil enthält, was unerwünscht ist.
  • Aus der EP 0 223 315 B1 ist eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Gleichspannung aus einer sinusförmigen Eingangsspannung bekannt, durch die die Störspannungen bei niedrigen Frequenzen verringert werden. Die bekannte Schaltungsanordnung umfasst dazu ein eine Diode, eine Spule, einen Kondensator und einen Transistor umfassendes Schaltnetzteil, das über einen Gleichrichter mit der im wesentlichen sinusförmigen Eingangsspannung beaufschlagt wird und dessen Elemente so angeordnet sind, dass im leitenden Zustand des Transistors die Diode gesperrt ist und der Spulenstrom zumindest über den Transistor fließt und im gesperrten Zustand über die Diode und eine Parallelschaltung aus einer Last und dem Kondensator. In einem Impulsgenerator werden aus der Eingangsspannung Schaltimpulse für den Transistor erzeugt, deren Frequenz sich zeitlich stetig zwischen einer minimalen Frequenz beim Maximalwert der gleichgerichteten Eingangsspannung und einer maximalen Frequenz beim Minimalwert ändert. Bei dieser Schaltungsanordnung ist somit ein nicht galvanisch trennendes weiteres Schaltnetzteil zwischen den Gleichrichter und den Kondensator geschaltet, was einen hohen Schaltungsaufwand bedeutet.
  • Aus der DE 35 37 536 A sind Dämpfungsglieder bekannt, mit denen eine verlustbehaftete Dämpfung von Rückschwingimpulsen an Hochfrequenzschaltern vorgenommen werden kann. Derartige Schaltungen sind insbesondere für die Reduzierung von Hochfrequenzstörungen einsetzbar, da sie die Anstiegsgeschwindigkeit der Sperrspannung am Hochfrequenzschalter begrenzen. Je schneller nämlich die Spannung am Hochfrequenzschalter beim Umschalten in den gesperrten Zustand ansteigen kann, desto größer werden die kapazitiven Störströme, die in den stets vorhandenen parasitären Kapazitäten im Umfeld des Hochfrequenzschalters fließen, beispielsweise einem mit einem Kühlkörper verbundenen Anschluss des Hochfequenzschalters und Masse. Werden solche Störungen nicht von vornherein bekämpft, sind zu ihrer Unterdrückung gegebenenfalls aufwendige Netzfilter notwendig. Auch die beschriebenen Dämpfungsglieder stellen jedoch einen zusätzlichen Schaltungsaufwand dar. Besonders hoch wird der Schaltungsaufwand, wenn die beschriebenen, bekannten Maßnahmen zur Unterdrückung der niederfrequenten Störungen und der hochfrequenten Störungen gemeinsam in eine Stromversorgungsschaltung eingesetzt werden müssen.
  • Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung vorzusehen, die mit geringem Schaltungsaufwand zu einer Reduktion der Funkstörspannung und insbesondere der Harmonischen und Oberwellen der Schaltfrequenz führt.
  • Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass der Phasenversatz der Schaltung dynamisch verändert wird, insbesondere dadurch, dass wenigstens zwei getaktete leistungselektronische Schaltzellen im Parallelbetrieb durch eine gezielte dynamische Phasenverschiebung des die leistungselektronischen Schaltzellen modulierten Trägersignals betrieben werden und dadurch eine gezielte Reduzierung der Funkstörspannung erfolgt.
  • Durch die Verwendung des Interleavings (also das zeitversetzte Ansteuern von mindestens zwei Kommutierungszellen) reduzieren sich je nach Phasenverschiebung der Ansteuersignale einzelne harmonische im Spektrum, was durch die erfindungsgemäße dynamische Phasenverschiebung eine dynamische Beeinflussung der Harmonischen bedeutet, die dann aufgrund der begrenzten Impulsbandbreite des Messempfängers zur Folge hat, dass ein niedrigerer Pegel an dessen Detektorstufe gemessen wird.
  • Insbesondere erfolgt hierzu ein Phasenversatz des Trägers des Modulationsschemas von wenigstens einer Schaltzelle der Schaltzellenanordnung. In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass durch eine Variation des Phasenversatzes und durch ein Frequenzjittering des Modulationsschemata wenigstens einer Schaltzelle der Schaltzellenanordnung erfolgt.
  • Erfindungsgemäß wird hierzu eine Schaltzellenanordnung mit den folgenden Eigenschaften vorgeschlagen:
  • Der Phasenversatz der Schaltung wird dynamisch so verändert, dass sich das Funkstörspannungsspektrum (FSS) reduziert.
  • Der Phasenversatz kann dabei nach einer vorbestimmten Funktion variiert werden.
  • Die Schaltung ist dabei so ausgelegt, dass der Phasenversatz so schnell erfolgt, dass dies zu einer Reduktion des Funkstörspannungsspektrums (FSS) aufgrund einer begrenzten Impulsbreite eines Messempfängers führt.
  • Erfindungsgemäß weist die Schaltzellenanordnung hierzu folgendes auf:
    1. a. eine erste Leiterschleife mit mindestens zwei parallel angeordneten Leitungspfaden deren einer gemeinsamer Leitungsknoten mit jeweils einem gemeinsamen eingangsseitigen ersten Anschluss zur Einspeisung einer Eingangswechselspannung Uein und deren zweiter gemeinsamer Leitungsknoten mit jeweils einem ersten gemeinsamen ausgangsseitigen Anschluss zur Bereitstellung einer Ausgangswechselspannung Uaus verbunden sind und
    2. b. eine zweite Leiterschleife mit mindestens zwei parallel angeordneten Leitungspfaden deren einer gemeinsamer Leitungsknoten mit jeweils einem gemeinsamen eingangsseitigen zweiten Anschluss zur Einspeisung der Eingangswechselspannung Uein und deren zweiter gemeinsamer Leitungsknoten mit jeweils einem gemeinsamen zweiten ausgangsseitigen Anschluss zur Bereitstellung der Ausgangswechselspannung Uaus verbunden sind,
    3. c. zwischen den beiden Leiterschleifen sind Leitungspfade mit jeweils mindestens einem Schalter vorgesehen,
    4. d. eine Steuerschaltung, die ausgebildet ist, die Schalter derart zweitversetzt hintereinander zu öffnen und zu schließen, dass die Phasen der Ströme durch die Leitungspfade so zueinander versetzt sind, dass eine oder mehrere der in den Strömen i1 bis in enthaltenen Stromspitzen, Oberwellen oder Harmonischen im Gesamtstrom iges = i1 + i2 + ... + in durch Überlagerung der Teilströme reduziert oder eliminiert sind.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung, ausgebildet ist, neben der Phasenverschiebung φ der Ströme i1 ...in auch ein Frequenzjittering zur Veränderung der Frequenz der erzielten Phasenverschiebung zu überlagern.
  • Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn der erste Schalter hierzu in einem elektrischen Leitungspfad zwischen dem ersten Leitungspfad der ersten Leiterschleife und dem ersten Leitungspfad der zweiten Leiterschleife angeordnet ist.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der zweite Schalter hierzu in einem elektrischen Leitungspfad zwischen dem zweiten Leitungspfad der ersten Leiterschleife und dem zweiten Leitungspfad der zweiten Leiterschleife angeordnet ist.
  • Weiter vorteilhaft ist eine Ausgestaltung bei der eine erste Diode in dem ersten elektrischen Leitungspfad der zweiten Leiterschleife angeordnet ist und ferner eine zweite Diode in dem zweiten elektrischen Leitungspfad der zweiten Leiterschleife angeordnet ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schalter elektronische Schalter, insbesondere Leistungshalbleiterschalter sind.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft (neben der zuvor erläuterten Beschreibung zur Vorrichtung) die Nutzung der Anordnung zur Reduktion der Funkstörspannung einer elektronischen Kommutierungseinrichtung mittels einer wie zuvor beschriebenen Schaltzellenanordnung mit wenigstens dem folgenden Schritt. Die Steuerschaltung schaltet die beiden Schalter derart zeitversetzt (im schnellen Wechsel) hintereinander, dass die Phase des Stroms i1 durch den einen Leitungspfad und die Phase des Stroms i2 durch den zweiten Leitungspfad so zueinander phasenversetzt sind, dass eine oder mehrere der in den Strömen i1 bzw. i2 enthaltenen Stromspitzen oder Harmonischen im Gesamtstrom iges = i1 + i2 durch Überlagerung der Teilströme reduziert oder eliminiert sind.
  • Ein Kern der Erfindung betrifft den Aspekt, dass die Phasenverschiebung φ dynamisch verändert wird.
  • Dies wird erreicht indem mittels der Steuerschaltung der Phasenverschiebung φ ein Frequenzjittering zur schnellen Veränderung der Frequenz überlagert wird. Die dabei verwendete Änderung der Phasenverschiebung wird dabei besonders wirksam, wenn die Änderung im Bereich von 13kHz liegt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels Phasenjittering die Phasenlage von 180° auf 90° oder von 90° auf 45° geändert wird.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
  • Es zeigen:
    • 1 eine beispielhafte Schaltzellenanordnung;
    • 2 eine schematische Darstellung des Summenstroms iges;
    • 3 eine Ansicht einer ersten Messkurve (Interleaved 180°);
    • 4 eine Ansicht einer zweiten Messkurve (Interleaved 90°);
    • 5 eine Ansicht einer dritten Messkurve (Interleaved 45°);
    • 6 eine Ansicht einer vierten Messkurve (Interleaved gejittert).
  • Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 6 näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.
  • Die 1 zeigt eine beispielhafte Schaltzellenanordnung 1. Diese Schaltzellenanordnung 1 besteht aus eine erste Leiterschleife LS1 mit zweit parallel angeordneten Leitungspfaden 12, 13 deren einer gemeinsamer Leitungsknoten 10 mit jeweils einem gemeinsamen eingangsseitigen ersten Anschluss Ue1 zur Einspeisung einer Eingangswechselspannung Uein verbunden ist. Ein zweiter gemeinsamer Leitungsknoten 11 ist mit jeweils einem ersten gemeinsamen ausgangsseitigen Anschluss Ua1 zur Bereitstellung einer Ausgangswechselspannung Uaus verbunden.
    Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Eingangsspannung kleiner als die Ausgangsspannung und wird die Anordnung analog einem Hochsetzsteller verwendet.
  • Eine zweite Leiterschleife LS2 besitzt zwei parallel angeordnete Leitungspfade 22, 23 deren einer gemeinsamer Leitungsknoten 20 mit jeweils einem gemeinsamen eingangsseitigen zweiten Anschluss Ue2 zur Einspeisung der Eingangswechselspannung Uein verbunden ist.
  • Deren zweiter gemeinsamer Leitungsknoten 21, ist wie in der 1 ersichtlich, mit jeweils einem gemeinsamen zweiten ausgangsseitigen Anschluss Ua2 zur Bereitstellung der besagten Ausgangswechselspannung Uaus verbunden.
  • Zwischen den beiden Leiterschleifen LS1, LS2 sind Leitungspfade 30, 31 mit jeweils einem Schalter S1, S2 vorgesehen.
  • Ferner ist eine erste Diode D1 in dem ersten elektrischen Leitungspfad 22 der zweiten Leiterschleife LS2 nach dem Abzweigknoten zum Leitungspfad 30 angeordnet und gleichermaßen eine zweite Diode D2 in dem zweiten elektrischen Leitungspfad 23 der zweiten Leiterschleife LS2 nach dem Abzweigknoten 25 zum Leitungspfad 31 angeordnet. In dem ersten Leitungspfad 22 der zweiten Leiterschleife LS2 ist ferner vor dem Abzweigknoten zum Leitungspfad 30 eine Spule L1 und in dem zweiten Leitungspfad 22 der zweiten Leiterschleife LS2 ist ferner vor dem Abzweigknoten zum Leitungspfad 31 eine Spule L2 angeordnet.
  • Durch das Einschalten des Schalters S1 steigt der Strom i1 in der Spule L1 an. Wird im genannten Hochsetzsteller-Betrieb anschließend der Schalter S1 wieder geöffnet, so fließt der Strom i1 stetig durch die Spule L1 und durch die Diode D1 und sinkt dabei wieder ab. Durch das Einschalten des Schalters S2 steigt der Strom i2 in der Spule L2 an. Wird im genannten Hochsetzsteller-Betrieb anschließend der Schalter S2 wieder geöffnet, so fließt der Strom i2 stetig durch die Spule L2 und durch die Diode D2 und sinkt dabei wieder ab.
  • Werden nun weitere identische Kommutierungszellen verwendet, so teilt sich der Eingangsstrom zwischen den einzelnen Stufen auf.
  • Verschiebt man die Steuersignale der Schalter S1 und S2 um die Phasenlage φ zueinander, so heben sich die hochfrequenten Stromrippel, wie in gezeigt, teilweise gegenseitig auf.
  • Diese Maßnahmen zeigen folgende Auswirkung auf die EMV. Für das Spektrum der Funkstörspannung sind dabei insbesondere Frequenzen ab 150 kHz von besonderem Interesse. Bei einer Taktfrequenz fPWM von 130 kHz sind dies somit alle Frequenzen ab der zweiten Harmonischen.
  • Zerlegt man den Summenstrom iges in seine spektralen Komponenten, so zeigt sich, dass je nach Phasenlage bestimmte Harmonische und ihre Vielfachen sich im Spektrum gegenseitig aufheben. Bei 180° Phasenverschiebung sind dies die 1, 3, 5, ... Harmonischen. Bei 90° Phasenverschiebung heben sich die 2, 5, 7, ... Harmonischen auf. Mit jeder zusätzlichen Kommutierungszelle kann je nach Phasenversatz eine weitere Harmonische und ihre Vielfache ausgeblendet werden.
  • Hierzu können jeweils weitere erste und zweite Leiterschleifen vorgesehen sein, die gemeinsam mit der jeweils benachbarten Leiterschleife zwei parallel angeordneten Leitungspfade ausbilden, deren einer gemeinsamer Leitungsknoten mit jeweils dem gemeinsamen eingangsseitigen Anschluss zur Einspeisung einer Eingangswechselspannung und deren zweiter gemeinsamer Leitungsknoten mit jeweils dem gemeinsamen ausgangsseitigen Anschluss verbunden sind und zwischen den Leiterschleifen jeweils ein weiterer Leitungspfad mit jeweils einem weiteren Schalter vorgesehen sind, so dass sich eine kaskadenartige Parallelschaltung solcher Schaltzellen ergibt.
  • Zum Schalten der Schalter S1, S2 ist eine Steuerschaltung vorgesehen, die ausgebildet ist, die beiden Schalter S1, S2 derart zeitversetzt hintereinander zu öffnen und zu schließen, dass die Phase des Stroms i1 durch den einen Leitungspfad 22 und den Strom i2 durch den zweiten Leitungspfad 23 so zueinander versetzt sind, dass eine oder mehrere der in den Strömen i1 bzw. i2 enthaltenen Stromspitzen, Oberwellen oder Harmonischen im Gesamtstrom iges = i1 + i1 durch Überlagerung der Teilströme reduziert oder eliminiert sind.
  • Jedoch ist eine komplette Ausblendung einer einzelnen Harmonischen nicht sinnvoll, da dann die jeweils höher, bzw. niederfrequenten harmonischen für die Einhaltung des Grenzwerts entscheidend sein würde.
  • Betrachtet man den für die Messung der Funkstörspannung nach CISPR16 verwendete Funkstörmessempfänger, so weist dieser eine definierte Impulsbandbreite auf, die sich je nach Messfrequenz in verschiedene Bereiche aufteilt und im Bereich 150kHz-30MHz eine Bandbreite von 9KHz aufweist. Werden von der Schaltung Impulse erzeugt, deren Frequenz größer 9kHz ist, so werden diese aufgrund der mangelnden Impulsbandbreite vom Empfänger nur teilweise wahrgenommen.
  • Die Lösung besteht nun darin, die Phasenlage der einzelnen Kommutierungszellen (bestehend aus jeweils einem Leitungspfad in der oberen und unteren Leiterschleife, der jeweiligen Spule und der Diode im oberen Pfad und dem Schalter mit dem Verbindungspfad) zueinander so schnell zu verändern, dass die durch das phasenversetzte Takten auftretenden Harmonischen stets abwechseln. Dabei wird die Phasenlage so schnell verändert, dass diese Änderung über der halben Impulsbandbreite des Messempfängers liegt, wodurch sich die gemessene Störung verringert. Vorzugsweise entspricht der Quotient aus der Taktfrequenz und Phasenlagenänderungsfrequenz einem ganzzahligen Vielfachen, was sich positiv auf das Regelverhalten auswirkt.
  • Beispielsweise wird bei einer Taktfrequenz von 130 kHz mit einer Phasenlagenänderungsfrequenz von 13 kHz eine Phasenlage von 180° auf 90° (oder wie in den Messungen gezeigt von 90° auf 45°) und wieder zurück verändert. Die dadurch auftretenden Harmonischen die durch das jeweilige Interleaving beeinflusst werden, reduzieren sich somit und das für das Erfüllen der EMV-Normen notwendige Filter kann reduziert werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Konzept kann nun gleichzeitig auf mehrere Harmonische sowie deren Amplitudenverteilung Einfluss genommen werden. Die folgenden Abbildungen in den 3 bis 6 zeigen beispielhaft das Spektrum eines normierten mittelwertfreien Stromes, der über einen Signalgenerator auf den Eingang des Messempfängers ausgegeben wird. Bei der 3 mit Interleaved Wert 180° fehlt die zweite Harmonische, da nur die 130 kHz und Vielfache davon ausgeblendet werden. Bei der 4 mit Interleaved Wert 90° fehlt die dritte Harmonische bei 260 kHz. Bei der 5 mit Interleaved Wert 45° fehlt die vierte Harmonische. Der Vorteil der dynamischen Phasenlagenänderung zeigt sich deutlich durch die geringsten Amplituden in der 6 bei der ein Modus „Interleaved gejittert von 45° auf 90° mit 13 kHz Phasenlagenveränderungsfrequenz“ dargestellt ist.
  • Das Konzept kann auch in Kombination mit einer Frequenzvariation betrieben werden um ein weiteres Verschleifen des Spektrums zu erreichen. Das beschriebene Konzept kann auch beim Parallelbetrieb von bspw. zwei oder mehreren Wechselrichtern für die Motorkommutierung verwendet werden. Die Veränderung der Phasenlage kann mittels einer mathematischen Funktion gesteuert werden, so können dabei mehrere Phasenlagen mit unterschiedlichen Übergängen (Sprung, stetiger Wechsel, usw.) sowie eine sich kontinuierlich verändernde Phase verwendet werden. Dabei können auch die jeweiligen Zeitspannen in den jeweiligen Phasenlagen unterschiedlich lang gewählt sein. Das erfindungsgemäße Konzept hat dabei nicht nur Auswirkungen auf den Eingangsstrom, sondern auch auf die von den Schaltzellen gemeinsam verursachten Störungen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 0223315 B1 [0004]
    • DE 3537536 A [0005]

Claims (10)

  1. Schaltzellenanordnung (1) zur Reduktion des Funkstörspannungsspektrums einer elektronischen Kommutierungseinrichtung mit einer Einrichtung um den Phasenversatz der Phasen von Wechselsströmen i1 bis in mit einer jeweiligen Phase aus n Schaltzellenschleifen zueinander dynamisch so zu verändern, dass sich das Funkstörspannungsspektrum reduziert, wobei n ∈ ℕ und n ≥ 2.
  2. Schaltzellenanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenversatz nach einer festen Funktion variiert wird.
  3. Schaltzellenanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Änderung des Phasenversatzes so schnell erfolgt, dass dies zu einer Reduktion des Funkstörspannungsspektrums aufgrund einer begrenzten Impulsbreits eines Messempfängers führt.
  4. Schaltzellenanordnung (1) zur Reduktion der Funkstörspannung einer elektronischen Kommutierungseinrichtung vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit den folgenden Merkmalen: a. wenigstens eine erste Leiterschleife (LS1) mit mindestens zweit parallel angeordneten Leitungspfaden (12, 13) deren einer gemeinsamer Leitungsknoten (10) mit jeweils einem gemeinsamen eingangsseitigen ersten Anschluss (Ue1) zur Einspeisung einer Eingangswechselspannung Uein und deren zweiter gemeinsamer Leitungsknoten (11) mit jeweils einem ersten gemeinsamen ausgangsseitigen Anschluss (Ua1) zur Bereitstellung einer Ausgangswechselspannung Uaus verbunden sind und b. wenigstens eine zweite Leiterschleife (LS2) mit mindestens zweit parallel angeordneten Leitungspfaden (22, 23) deren einer gemeinsamer Leitungsknoten (20) mit jeweils einem gemeinsamen eingangsseitigen zweiten Anschluss (Ue2) zur Einspeisung der Eingangswechselspannung Uein und deren zweiter gemeinsamer Leitungsknoten (21) mit jeweils einem gemeinsamen zweiten ausgangsseitigen Anschluss (Ua2) zur Bereitstellung der Ausgangswechselspannung Uaus verbunden sind, c. zwischen den Leiterschleifen (LS1, LS2) sind Leitungspfade (30, 31) mit jeweils mindestens einem Schalter (S1, S2) vorgesehen, d. eine Steuerschaltung, die ausgebildet ist, die Schalter derart zweitversetzt hintereinander zu öffnen und zu schließen, dass die Phasen der Ströme durch die Leitungspfade so zueinander versetzt sind, dass eine oder mehrere der in den Strömen i1 bis in enthaltenen Stromspitzen, Oberwellen oder Harmonischen im Gesamtstrom iges = i1 + i2 + ...+ in durch Überlagerung der Teilströme reduziert oder eliminiert sind.
  5. Schaltzellenanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung, ausgebildet ist, neben der Phasenverschiebung φ der Ströme i1...in auch ein Frequenzjittering zur Veränderung der Frequenz der Phasenverschiebung zu überlagern.
  6. Schaltzellenanordnung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schalter (S1) in einem elektrischen Leitungspfad (30) zwischen dem ersten Leitungspfad (12) der ersten Leiterschleife (LS1) und dem ersten Leitungspfad (22) der zweiten Leiterschleife (LS2) angeordnet ist.
  7. Schaltzellenanordnung (1) nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schalter (S2) in einem elektrischen Leitungspfad (31) zwischen dem zweiten Leitungspfad (13) der ersten Leiterschleife (LS1) und dem zweiten Leitungspfad (23) der zweiten Leiterschleife (LS2) angeordnet ist.
  8. Schaltzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Diode (D1) in dem ersten elektrischen Leitungspfad (22) der zweiten Leiterschleife (LS2) angeordnet ist.
  9. Schaltzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Diode (D2) in dem zweiten elektrischen Leitungspfad (23) der zweiten Leiterschleife (LS2) angeordnet ist.
  10. Schaltzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (S1, S2) elektronische Schalter, insbesondere Leistungshalbleiterschalter sind.
DE202019102390.2U 2019-04-29 2019-04-29 Schaltzellenanordnung zur Reduktion des Funkstörspannungsspektrums einer elektronischen Kommutierungseinrichtung Active DE202019102390U1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202019102390.2U DE202019102390U1 (de) 2019-04-29 2019-04-29 Schaltzellenanordnung zur Reduktion des Funkstörspannungsspektrums einer elektronischen Kommutierungseinrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202019102390.2U DE202019102390U1 (de) 2019-04-29 2019-04-29 Schaltzellenanordnung zur Reduktion des Funkstörspannungsspektrums einer elektronischen Kommutierungseinrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE202019102390U1 true DE202019102390U1 (de) 2019-05-06

Family

ID=66629886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202019102390.2U Active DE202019102390U1 (de) 2019-04-29 2019-04-29 Schaltzellenanordnung zur Reduktion des Funkstörspannungsspektrums einer elektronischen Kommutierungseinrichtung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE202019102390U1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115668721A (zh) * 2020-05-20 2023-01-31 思睿逻辑国际半导体有限公司 功率转换器中的电流的随机化

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3537536A1 (de) 1985-10-22 1987-04-23 Walter Hirschmann Eintakt- sperr- oder durchflusswandler mit geringer sperrspannung fuer den schaltertransistor
EP0223315A2 (de) 1985-11-22 1987-05-27 Philips Patentverwaltung GmbH Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Gleichspannung aus einer sinusförmigen Eingangsspannung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3537536A1 (de) 1985-10-22 1987-04-23 Walter Hirschmann Eintakt- sperr- oder durchflusswandler mit geringer sperrspannung fuer den schaltertransistor
EP0223315A2 (de) 1985-11-22 1987-05-27 Philips Patentverwaltung GmbH Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Gleichspannung aus einer sinusförmigen Eingangsspannung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115668721A (zh) * 2020-05-20 2023-01-31 思睿逻辑国际半导体有限公司 功率转换器中的电流的随机化
CN115668721B (zh) * 2020-05-20 2023-08-15 思睿逻辑国际半导体有限公司 功率转换器中的电流的随机化

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007059289B4 (de) Vorrichtung zur Prüfung von Transformatoren
DE112011102817T5 (de) Vorrichtung zum Vermindern eines Leckstroms
DE102017120924A1 (de) EMV-Filter zur Unterdrückung von Störsignalen
DE202011102068U1 (de) Hochsetzsteller
DE102009030029A1 (de) Mehrfrequenz-Sendevorrichtung für einen Metalldetektor
DE102012216691A1 (de) Stromrichterschaltung und Verfahren zur Steuerung der Stromrichterschaltung
DE102014116594A1 (de) Spannungssteuerschaltkreis für einen Feldgerätekoppler
DE102014115782A1 (de) Wechselrichter und Drossel zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen
DE102017212462A1 (de) Galvanisch gekoppelter elektrischer Wandler
DE102018216236A1 (de) Ladeschaltung für einen fahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher
DE102017215133A1 (de) Inverter und Photovoltaikanlage
WO2020064429A1 (de) Ladeschaltung für einen fahrzeugseitigen elektrischen energiespeicher
DE102019005476A1 (de) Ladevorrichtung und Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs
DE202019102390U1 (de) Schaltzellenanordnung zur Reduktion des Funkstörspannungsspektrums einer elektronischen Kommutierungseinrichtung
DE102009047632A1 (de) Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer LED
DE102015205459B4 (de) Potentialfreies Gleichspannungsnetz
DE102019110988A1 (de) Schaltzellenanordnung zur reduktion des funkstörspannungsspektrums einer elektronischen kommutierungseinrichtung
DE102016224310A1 (de) Hocheffizienter Stromrichter für einphasige Systeme
DE102012005854A1 (de) Elektrische Versorgungsvorrichtung
DE102016224312A1 (de) Hocheffizienter Stromrichter für dreiphasige Systeme
EP3799284A1 (de) Gleichstromwandler
DE102015003225A1 (de) Wechselrichter
DE102011082531A1 (de) Filterung breitbandiger Gleich- und Gegentaktentstörung mit bedrahteten Bauteilen
DE102019201630A1 (de) Hocheffizienter Stromrichter für einphasige und dreiphasige Systeme
DE19929841C2 (de) Getakteter Verstärker, insbesondere zur Verstärkung von Audiosignalen

Legal Events

Date Code Title Description
R207 Utility model specification
R150 Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years