WO2011144662A1 - Active isolation filter - Google Patents

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WO2011144662A1
WO2011144662A1 PCT/EP2011/058050 EP2011058050W WO2011144662A1 WO 2011144662 A1 WO2011144662 A1 WO 2011144662A1 EP 2011058050 W EP2011058050 W EP 2011058050W WO 2011144662 A1 WO2011144662 A1 WO 2011144662A1
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circuit
differential amplifier
controllable
capacitor
resistor
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PCT/EP2011/058050
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Inventor
Stefan Lichterfeld
Original Assignee
Continental Teves Ag & Co. Ohg
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H1/00—Constructional details of impedance networks whose electrical mode of operation is not specified or applicable to more than one type of network
    • H03H1/0007—Constructional details of impedance networks whose electrical mode of operation is not specified or applicable to more than one type of network of radio frequency interference filters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00—Networks using active elements
    • H03H11/46—One-port networks
    • H03H11/48—One-port networks simulating reactances
    • H03H11/50—One-port networks simulating reactances using gyrators

Definitions

  • the invention relates to an active insulation filter according to the preamble of patent claim 1.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • FIG. 3 shows a LC low-pass filter in ⁇ -circuit as a conventional solution with a component consisting of an inductance L s and a first and second capacitor C 1 and C 2.
  • This low-pass filter is connected to a noise signal source Q of a DC voltage source of an on-board voltage network of a motor vehicle, which is generated by a control unit (ECU) ei ⁇ nes motor vehicle.
  • ECU control unit
  • the first capacitor Cl to a large capacity, so that a considerable part of the noise power is short-circuited to ground (indicated by arrow A).
  • a small noise signal (indicated by arrow B) remains on Output, here the terminal KL30.
  • the inductive resistance X L of the inductance L decreases, with the result that a significant part of the AC noise power from the noise signal source Q reaches the output KL30.
  • the second capacitor C2 it is also necessary to also form the second capacitor C2 with a large capacity, in order to ensure reaching from ⁇ AC attenuation. As a result, however, these components reach a size that insbesonde ⁇ re no longer suitable or unsuitable for automotive applications.
  • active filters which use transconductance elements such as transistors in combination with capacitors, which together form integrators or gyrators and emulate the resistance of inductors.
  • the series inductance is replaced by an actively controlled impedance element.
  • transconductance elements such as transistors in combination with capacitors, which together form integrators or gyrators and emulate the resistance of inductors.
  • the series inductance is replaced by an actively controlled impedance element.
  • the object of the invention is to provide an active insulation filter whose components have a small size, in particular for Strö ⁇ me lying above 10A and frequencies that are less than 1 MHz.
  • Such an inventive active insulation filter in ⁇ sbesondere in ⁇ circuit having a series arm and Wenig ⁇ least one transverse branch which comprises at least a first is arranged in the transverse branch capacitor and a valve disposed in the series arm inductive impedance element, is characterized according to the invention is characterized in that
  • controllable resistance as inductive impedance element in particular a controllable semiconductor resistor is arranged in the longitudinal ⁇ branch,
  • a differential amplifier circuit having a first and a second input for regulating the controllable resistance is provided for simulating a low-pass filter function
  • the first capacitor is connected to one end of the controllable resistor to form a first circuit node
  • the first input of the differential amplifier circuit is connected to the first circuit node
  • a differential amplifier circuit as the driver circuit follows the dynamic content of an interference signal generated by an interfering signal source and forms with the attiba ⁇ ren resistance a dynamic current source in the Störsig ⁇ nalpfad.
  • high dynamic inductive resistance is achieved with the inventive longitudinal regulator, whereby the isolation factor between an interfering signal source and connected to the active Isola ⁇ tion filter power supply network, in particular a vehicle electrical system is significantly improved. Thus only an insignificant amount of the remaining interference signal power reaches the vehicle consumers connected to such a power supply network.
  • the capacitance of the capacitor can be reduced so that its size is also reduced.
  • Another advantage to the series regulator of the invention shown SEN insulation active filter is given by the fact that the DC voltage drop across the controllable semiconductor resistor and the power consumption with respect to temperature requirements and other functional requirements are adjustable.
  • a second capacitor is provided to form a ⁇ -circuit in a further transverse branch, which is connected to form a second circuit node with the other end of the controllable resistor, so that preferably the
  • first circuit node is connected to a noise signal source and the second circuit node forms an output of the active isolation filter.
  • While only a first-order filter can be constructed with a classical coil, it is possible with such an active isolation filter in ⁇ -circuit obtained according to the invention to realize a higher-order filter.
  • a Feld spacer ⁇ tor in particular a MOS field effect transistor can be used.
  • a differential amplifier circuit which comprises at least one operational amplifier and, as a rule, further elements, such as resistors, capacitors and the like. includes.
  • FIG. 1 shows a block diagram as an exemplary embodiment of an active insulation filter according to the invention in a ⁇ -circuit
  • Figure 2 shows the principal amplitude curve of the filter of Figure 1 as a function of frequency
  • FIG. 1 shows a typical application situation for the active isolation filter according to the invention in a motor vehicle.
  • interference signals are generated during the generation of pulse-shaped signals, such as, for example, in the PWM.
  • Such internal PWM source of interference is shown as an interference signal source ⁇ Q in FIG. 1
  • an active insolation filter according to the invention is connected, which has the task of keeping away from the on-board voltage network of the motor vehicle or isolating the AC interference signals generated by the interference signal source Q, in particular, this Störsch moralen on this board voltage network to a predetermined degree to re ⁇ cute.
  • the active isolation filter in ⁇ -circuit of Figure 1 comprises in a longitudinal branch a driver circuit consisting of a MOS field effect transistor T as an inductive impedance element Z, said MOS field effect transistor T is controlled by a differential amplifier circuit V with two inputs and together with the Capacitors Cl and C2 represents a gyrator for simulating an inductive resistance.
  • This principle illustrated differential amplifier circuit ⁇ V comprises at least an operational amplifier and additional further electronic components, such as Wi ⁇ resistors, capacitors and the like.
  • At the entrance E to an interference signal-providing noise ⁇ source Q is connected to ground and to form a first circuit node Sl of the MOS field ⁇ effect transistor T and a first capacitor Cl, which lies in a first transverse branch, connected to the input.
  • a second capacitor C2 is connected in a second shunt branch to the output of the MOS field-effect transistor T to form a second circuit node S2, wherein the ⁇ ser second circuit node S2 is on terminal KL30 of the power ⁇ vehicle on-board voltage network as the output of the active Isola ⁇ tion filter.
  • the ground potential is known wei ⁇ se vehicle mass (terminal 31).
  • the differential amplifier circuit V On the input side, the differential amplifier circuit V is supplied with the voltage difference which arises across the MOS field-effect transistor T.
  • the first or second input of the differential amplifier circuit V is connected to the first and second circuit nodes Sl and S2.
  • the active insulation filter SPU ⁇ le commonly used in such a circuit is replaced by a power transistor T in the series arm, which is driven by the differential amplifier circuit so as to simulate an ideal large inductance.
  • ⁇ men with the capacitors Cl and C2 in the shunt arms there is provided a typical low pass filter structure, with an equivalent low-pass behavior is achieved.
  • the majority of the noise power and the Störsig ⁇ nals the noise signal source Q is dissipated to ground potential (indicated with arrow A), leaving only a residual stress ripple remains.
  • the dynamic portion of the Störsig ⁇ nals is controlled by the differential amplifier circuit V comprehensive driver circuit by the saturation of the MOS field effect transistor T is controlled to form a dynamic current source in the Störpfad accordingly. Since ⁇ with a high dynamic inductive resistance X s is achieved with falling to be attenuated frequency, so that only an insignificant proportion of the interference signal arrives at the terminal 30.
  • the transfer function of the differential amplifier circuit V can be set so that sets a defined DC voltage drop across the MOS field effect transistor T and can produce a first or higher order filter behavior for setting the cutoff frequency and the settling time.
  • specific Dämpfungsei ⁇ properties can be set.
  • the diagram of Figure 2 shows the flamiel ⁇ len amplitude response of the active filter according insulation Fi gur ⁇ 1 as a function of a frequency range between 1 MHz and 0,1kHz, wherein the limit frequency f G is approximately 1 kHz.
  • the simulated inductance ⁇ tivity has a high dynamic resistance X s and thus provides the AC noise component damping frequency range.
  • An advantageous application of the active isolation filter of the invention is in the automotive sector, in particular ⁇ sondere related to PWM stages that have to meet high requirements in terms of noise suppression EMC conditions.

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  • Networks Using Active Elements (AREA)

Abstract

The invention relates to an active isolation filter, in particular in Π-connection with a series arm and at least one shunt arm, comprising at least one first capacitor (C1) disposed in the shunt arm and an inductive impedance element (Z) disposed in the series arm. According to the invention, a controllable resistor (T), in particular a controllable semi-conductor resistor, is disposed in the series arm as the inductive impedance element, - a differential amplifier circuit (V) having a first and a second input for regulating the controllable resistor (T) is provided for reproducing a low-pass filter function, - the first capacitor (C1) is connected to an end of the controllable resistor (T) forming a first circuit node (S1), - the first input of the differential amplifier (V) is connected to the first circuit node (S1), and - the second input of the differential amplifier (V) is connected to the other end of the controllable resistor (T).

Description

Aktives Isolationsfilter Active insulation filter
Die Erfindung betrifft ein aktives Isolationsfilter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to an active insulation filter according to the preamble of patent claim 1.
Mit der zunehmenden Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen steigen die Anforderungen an die Qualität der Spannungsversorgung, insbesondere hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) . Herkömmliche passive Filter zur Dämp¬ fung von EMV-Störungen benötigen verhältnismäßig viel Bauraum im Kraftfahrzeug und sind außerdem in ihrer Effizienz begrenzt . With the increasing electrification of motor vehicles, the demands on the quality of the power supply, in particular with regard to electromagnetic compatibility (EMC), are increasing. Conventional passive filters for Dämp ¬ tion of EMC interference require relatively much space in the vehicle and are also limited in their efficiency.
Die erforderliche Dämpfung zwischen einem Steuergerät und den versorgenden Bordspannungsnetzen von Kraftfahrzeugen wird in der Regel mit klassischen Tiefpass-Filtern mit geeigneten Kapazitäten und Induktivitäten erreicht. Bei Frequenzen unterhalb von 1 MHz und einer Stromstärke von mehr als 10A nimmt die Baugröße dieser einzelnen Komponenten sowie deren Gewicht und Kosten erheblich zu, wobei mit abnehmender Frequenz sich zusätzlich auch der Dämpfungsfaktor verschlechtert. Dies trifft insbesondere auf Leistung-PWM- Endstufen zu. The required damping between a control unit and the supplying on-board voltage networks of motor vehicles is usually achieved with classic low-pass filters with suitable capacities and inductances. At frequencies below 1 MHz and a current greater than 10A, the size of these individual components as well as their weight and cost increases significantly, and as the frequency decreases, the attenuation factor also deteriorates. This is especially true for power PWM amplifiers.
Figur 3 zeigt ein LC-Tiefpassfilter in Π-Schaltung als konventionelle Lösung mit einer aus einer Induktivität Ls und einem ersten und zweiten Kondensator Cl und C2 bestehende Komponenten. Dieses Tiefpassfilter ist an eine Rauschsignalquelle Q einer DC-Spannungsquelle eines Bordspannungsnetzes eines Kraftfahrzeugs, die von einer Steuereinheit (ECU) ei¬ nes Kraftfahrzeugs erzeugt wird, angeschlossen. Zur Reduzie¬ rung von Störsignalen, wie bspw. periodische Motor- oder PWM-Störungen, weist der erste Kondensator Cl eine große Kapazität auf, so dass ein erheblicher Teil der Rauschleistung auf Masse kurzgeschlossen wird (angedeutet mit Pfeil A) . Ein kleines Rauschsignal (angedeutet mit Pfeil B) verbleibt am Ausgang, hier der Klemme KL30. Mit fallender Grenzfrequenz nimmt auch der induktive Widerstand XL der Induktivität L ab, mit der Folge, dass ein erheblicher Teil der AC-Störleistung aus der Störsignalquelle Q den Ausgang KL30 erreicht. Damit ist es auch erforderlich, den zweiten Kondensator C2 ebenfalls mit einer großen Kapazität auszubilden, um eine aus¬ reichende AC-Dämpfung zu gewährleisten. Infolgedessen erreichen jedoch diese Komponenten eine Baugröße, die insbesonde¬ re für Kfz-Anwendungen nicht mehr geeignet bzw. untauglich ist . FIG. 3 shows a LC low-pass filter in Π-circuit as a conventional solution with a component consisting of an inductance L s and a first and second capacitor C 1 and C 2. This low-pass filter is connected to a noise signal source Q of a DC voltage source of an on-board voltage network of a motor vehicle, which is generated by a control unit (ECU) ei ¬ nes motor vehicle. For Reduzie ¬ tion of interfering signals, such as, periodic PWM motor or disorders, the first capacitor Cl to a large capacity, so that a considerable part of the noise power is short-circuited to ground (indicated by arrow A). A small noise signal (indicated by arrow B) remains on Output, here the terminal KL30. With falling cut-off frequency, the inductive resistance X L of the inductance L decreases, with the result that a significant part of the AC noise power from the noise signal source Q reaches the output KL30. Thus, it is also necessary to also form the second capacitor C2 with a large capacity, in order to ensure reaching from ¬ AC attenuation. As a result, however, these components reach a size that insbesonde ¬ re no longer suitable or unsuitable for automotive applications.
Als eine Alternative werden aktive Filter verwendet, die Transkonduktanz-Elemente wie Transistoren in Kombination mit Kondensatoren verwenden, welche zusammen Integratoren oder Gyratoren bilden und den Widerstand von Induktivitäten nachbilden. Dabei wird die Serieninduktivität durch ein aktiv gesteuertes Impedanzelement ersetzt. Beispielhaft wird auf die DE 24 30 106 C2 oder die DE 199 36 430 AI verwiesen. As an alternative, active filters are used which use transconductance elements such as transistors in combination with capacitors, which together form integrators or gyrators and emulate the resistance of inductors. The series inductance is replaced by an actively controlled impedance element. For example, reference is made to DE 24 30 106 C2 or DE 199 36 430 AI.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein aktives Isolationsfilter anzugeben, dessen Komponenten eine geringe Baugröße aufweisen, insbesondere für über 10A liegende Strö¬ me und Frequenzen, die kleiner als 1 MHz sind. The object of the invention is to provide an active insulation filter whose components have a small size, in particular for Strö ¬ me lying above 10A and frequencies that are less than 1 MHz.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merk¬ malen des Patentanspruchs 1. This object is achieved by a method with the Merk ¬ paint of claim 1.
Ein solches erfindungsgemäßes aktives Isolationsfilter, in¬ sbesondere in Π-Schaltung mit einem Längszweig und wenigs¬ tens einem Querzweig, das wenigstens einen ersten in dem Querzweig angeordneten Kondensator und ein im Längszweig angeordnetes induktives Impedanzelement umfasst, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass Such an inventive active insulation filter, in ¬ sbesondere in Π circuit having a series arm and Wenig ¬ least one transverse branch which comprises at least a first is arranged in the transverse branch capacitor and a valve disposed in the series arm inductive impedance element, is characterized according to the invention is characterized in that
- als induktives Impedanzelement ein steuerbarer Widerstand, insbesondere ein steuerbarer Halbleiterwiderstand im Längs¬ zweig angeordnet ist, a controllable resistance as inductive impedance element, in particular a controllable semiconductor resistor is arranged in the longitudinal ¬ branch,
- zur Nachbildung einer Tiefpassfilterfunktion eine Differenzverstärkerschaltung mit einem ersten und zweiten Eingang zur Regelung des steuerbaren Widerstandes vorgesehen ist, a differential amplifier circuit having a first and a second input for regulating the controllable resistance is provided for simulating a low-pass filter function,
- der erste Kondensator unter Ausbildung eines ersten Schaltungsknotens mit einem Ende des steuerbaren Widerstandes verbunden ist, the first capacitor is connected to one end of the controllable resistor to form a first circuit node,
- der erste Eingang der Differenzverstärkerschaltung mit dem ersten Schaltungsknoten verbunden ist, und  - The first input of the differential amplifier circuit is connected to the first circuit node, and
- der zweite Eingang der Differenzverstärkerschaltung mit dem anderen Ende des steuerbaren Widerstandes (T) verbunden ist .  - The second input of the differential amplifier circuit to the other end of the controllable resistor (T) is connected.
Hiernach wird erfindungsgemäß die Abkopplung einer Störsig¬ nalquelle mittels wenigstens eines Kondensators und eines einen induktiven Widerstand nachbildenden Längsreglers erreicht. Eine Differenzverstärkerschaltung als Treiberschaltung folgt dem dynamischen Inhalt eines von einer Störsignalquelle erzeugten Störsignals und bildet mit dem steuerba¬ ren Widerstand eine dynamische Stromquelle in dem Störsig¬ nalpfad. Bei fallender zu dämpfender Frequenz wird mit dem erfindungsgemäßen Längsregler ein hoher dynamischer induktiver Widerstand erzielt, wodurch der Isolationsfaktor zwischen einer Störsignalquelle und einem an das aktive Isola¬ tionsfilter angeschlossenen Spannungsversorgungsnetz, insbesondere ein Kfz-Bordspannungsnetz wesentlich verbessert wird. Damit erreicht nur noch ein unwesentlicher Betrag der verbleibenden Störsignalleistung die an einem solchen Spannungsversorgungsnetz angeschlossenen Kfz-Verbraucher . Thereafter, according to the invention, the decoupling of a Störsig ¬ nalquelle by means of at least one capacitor and an inductive resistance simulating longitudinal regulator is achieved. A differential amplifier circuit as the driver circuit follows the dynamic content of an interference signal generated by an interfering signal source and forms with the steuerba ¬ ren resistance a dynamic current source in the Störsig ¬ nalpfad. When falling to be damped frequency high dynamic inductive resistance is achieved with the inventive longitudinal regulator, whereby the isolation factor between an interfering signal source and connected to the active Isola ¬ tion filter power supply network, in particular a vehicle electrical system is significantly improved. Thus only an insignificant amount of the remaining interference signal power reaches the vehicle consumers connected to such a power supply network.
Im Vergleich zur klassischen Filterschaltung nach Figur 3 kann die Kapazität des Kondensators reduziert werden, so dass sich auch dessen Baugröße verkleinert. Ein weiterer Vorteil mit dem Längsregler des erfindungsgemä¬ ßen aktiven Isolationsfilters ist dadurch gegeben, dass der DC-Spannungsabfall über dem steuerbaren Halbleiterwiderstand und der Energieverbrauch hinsichtlich Temperaturanforderungen und anderen funktionalen Anforderungen einstellbar sind. Compared to the classic filter circuit according to FIG. 3, the capacitance of the capacitor can be reduced so that its size is also reduced. Another advantage to the series regulator of the invention shown SEN insulation active filter is given by the fact that the DC voltage drop across the controllable semiconductor resistor and the power consumption with respect to temperature requirements and other functional requirements are adjustable.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zur Bildung einer Π-Schaltung in einem weiteren Querzweig ein zweiter Kondensator vorgesehen, der unter Ausbildung eines zweiten Schaltungsknotens mit dem anderen Ende des steuerbaren Widerstandes verbunden ist, so dass vorzugsweise der According to an advantageous embodiment of the invention, a second capacitor is provided to form a Π-circuit in a further transverse branch, which is connected to form a second circuit node with the other end of the controllable resistor, so that preferably the
erste Schaltungsknoten mit einer Rauschsignalquelle verbunden ist und der zweite Schaltungsknoten einen Ausgang des aktiven Isolationsfilters bildet. first circuit node is connected to a noise signal source and the second circuit node forms an output of the active isolation filter.
Während mit einer klassischen Spule nur ein Filter 1. Ordnung aufgebaut werden kann, ist es mit einem solchen erfindungsgemäß erhaltenen aktiven Isolationsfilter in Π- Schaltung möglich, ein Filter höherer Ordnung zu realisieren . While only a first-order filter can be constructed with a classical coil, it is possible with such an active isolation filter in Π-circuit obtained according to the invention to realize a higher-order filter.
Weiterhin kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als steuerbarer Widerstand ein Feldeffekttransis¬ tor, insbesondere ein MOS-Feldeffekttransistor eingesetzt werden . Furthermore, according to an advantageous embodiment of the invention as a controllable resistor a Feldeffekttransis ¬ tor, in particular a MOS field effect transistor can be used.
Schließlich ist gemäß einer letzten Weiterbildung der Erfindung eine Differenzverstärkerschaltung vorgesehen, die wenigstens einen Operationsverstärker und in der Regel weitere Elemente, wie Widerstände, Kondensatoren und dgl . umfasst. Finally, according to a last development of the invention, a differential amplifier circuit is provided which comprises at least one operational amplifier and, as a rule, further elements, such as resistors, capacitors and the like. includes.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße aktive Isolationsfil- ters unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert und beschrieben. Es zeigen: In the following, the active insulation film according to the invention is Ters explained and described with reference to the accompanying figures. Show it:
Figur 1 ein Prinzipschaltbild als Ausführungsbeispiel ei¬ nes erfindungsgemäßen aktiven Isolationsfilters in Π-Schaltung, FIG. 1 shows a block diagram as an exemplary embodiment of an active insulation filter according to the invention in a Π-circuit,
Figur 2 den prinzipiellen Amplitudenverlauf des Filters nach Figur 1 in Abhängigkeit der Frequenz, und Figure 2 shows the principal amplitude curve of the filter of Figure 1 as a function of frequency, and
Figur 3 ein LC-Tiefpassfilter in Π-Schaltung mit einer 3 shows an LC low-pass filter in Π-circuit with a
Spule als Induktivität Ls gemäß Stand der Technik. Coil as inductance L s according to the prior art.
Figur 1 zeigt eine typische Anwendungssituation für das erfindungsgemäße aktive Isolationsfilter in einem Kraftfahrzeug . FIG. 1 shows a typical application situation for the active isolation filter according to the invention in a motor vehicle.
Von Kfz-Verbrauchern, insbesondere elektronischen Steuereinheiten, wie Steuergeräte und dgl . zur Steuerung bspw. von induktiven Lasten entstehen Störsignale bei der Erzeugung von pulsförmigen Signalen, wie bspw. bei der PWM. Eine solche interne PWM-Störquelle ist in Figur 1 als Störsignal¬ quelle Q dargestellt. Zwischen dieser Störsignalquelle Q und dem Bordspannungsnetz eines Kraftfahrzeugs, dargestellt durch die Klemmen KL30 und KL31 ist ein erfindungsgemäßes aktives Insolationsfilter geschaltet, das die Aufgabe hat, die von der Störsignalquelle Q erzeugten AC-Störsignale von dem Bordspannungsnetz des Kraftfahrzeugs fernzuhalten bzw. hiervon zu isolieren, insbesondere diese Störrückwirkungen auf dieses Bordspannungsnetz auf ein vorgegebenes Maß zu re¬ duzieren . Of motor vehicle consumers, in particular electronic control units, such as control units and the like. For example, for the purpose of controlling inductive loads, interference signals are generated during the generation of pulse-shaped signals, such as, for example, in the PWM. Such internal PWM source of interference is shown as an interference signal source ¬ Q in FIG. 1 Between this interference signal source Q and the on-board voltage network of a motor vehicle, represented by the terminals KL30 and KL31, an active insolation filter according to the invention is connected, which has the task of keeping away from the on-board voltage network of the motor vehicle or isolating the AC interference signals generated by the interference signal source Q, in particular, this Störrückwirkungen on this board voltage network to a predetermined degree to re ¬ duce.
Hierzu wird mit dem aktiven Isolationsfilter nach Figur 1 ein induktives Impedanzelement Z mit einer seriellen Impe- danz Xs verwendet. 1, an inductive impedance element Z with a serial impedance danz X s used.
Das aktive Isolationsfilter in Π-Schaltung nach Figur 1 um- fasst in einem Längszweig eine Treiberschaltung, bestehend aus einem MOS-Feldeffekttransistor T als induktives Impedanzelement Z, wobei dieser MOS-Feldeffekttransistor T von einer Differenzverstärkerschaltung V mit zwei Eingängen geregelt wird und zusammen mit den Kondensatoren Cl und C2 einen Gyrator zur Nachbildung eines induktiven Widerstands darstellt. Diese prinzipiell dargestellte Differenzverstärker¬ schaltung V umfasst wenigstens einen Operationsverstärker und zusätzliche weitere elektronische Bauelemente, wie Wi¬ derstände, Kondensatoren und dgl . The active isolation filter in Π-circuit of Figure 1 comprises in a longitudinal branch a driver circuit consisting of a MOS field effect transistor T as an inductive impedance element Z, said MOS field effect transistor T is controlled by a differential amplifier circuit V with two inputs and together with the Capacitors Cl and C2 represents a gyrator for simulating an inductive resistance. This principle illustrated differential amplifier circuit ¬ V comprises at least an operational amplifier and additional further electronic components, such as Wi ¬ resistors, capacitors and the like.
Am Eingang E ist die ein Störsignal liefernde Störsignal¬ quelle Q gegen Masse geschaltet und unter Ausbildung eines ersten Schaltungsknotens Sl mit dem Eingang des MOS-Feld¬ effekttransistors T und einem ersten Kondensator Cl, der in einem ersten Querzweig liegt, verbunden. At the entrance E to an interference signal-providing noise ¬ source Q is connected to ground and to form a first circuit node Sl of the MOS field ¬ effect transistor T and a first capacitor Cl, which lies in a first transverse branch, connected to the input.
Ein zweiter Kondensator C2 ist in einem zweiten Querzweig an den Ausgang des MOS-Feldeffekttransistors T unter Ausbildung eines zweiten Schaltungsknotens S2 angeschlossen, wobei die¬ ser zweite Schaltungsknoten S2 auf Klemme KL30 des Kraft¬ fahrzeug-Bordspannungsnetzes als Ausgang des aktiven Isola¬ tionsfilters liegt. Das Massepotential stellt bekannter wei¬ se die Fahrzeugmasse (Klemme 31) dar. A second capacitor C2 is connected in a second shunt branch to the output of the MOS field-effect transistor T to form a second circuit node S2, wherein the ¬ ser second circuit node S2 is on terminal KL30 of the power ¬ vehicle on-board voltage network as the output of the active Isola ¬ tion filter. The ground potential is known wei ¬ se vehicle mass (terminal 31).
Der Differenzverstärkerschaltung V wird eingangsseitig die über dem MOS-Feldeffekttransistors T entstehende Spannungs¬ differenz zugeführt. So ist der erste bzw. zweite Eingang der Differenzverstärkerschaltung V mit dem ersten bzw. zweiten Schaltungsknoten Sl bzw. S2 verbunden. Mit diesem erfindungsgemäßen aktiven Isolationsfilter wird die in einer solchen Schaltung üblicherweise verwendete Spu¬ le durch einen Leistungstransistor T im Längszweig ersetzt, der von der Differenzverstärkerschaltung derart angesteuert wird, um eine ideale große Induktivität nachzubilden. Zusam¬ men mit den Kondensatoren Cl und C2 in den Querzweigen wird eine typische Tiefpassfilter-Struktur geschaffen, mit der ein äquivalentes Tiefpass-Verhalten erzielt wird. On the input side, the differential amplifier circuit V is supplied with the voltage difference which arises across the MOS field-effect transistor T. Thus, the first or second input of the differential amplifier circuit V is connected to the first and second circuit nodes Sl and S2. With this invention the active insulation filter SPU ¬ le commonly used in such a circuit is replaced by a power transistor T in the series arm, which is driven by the differential amplifier circuit so as to simulate an ideal large inductance. Together ¬ men with the capacitors Cl and C2 in the shunt arms, there is provided a typical low pass filter structure, with an equivalent low-pass behavior is achieved.
Mittels des mit dem ersten Schaltungsknoten Sl verbundenen ersten Kondensators Cl von mittlerer Kapazität, die kleiner als diejenige in einem klassischen LC-Tiefpass gemäß Figur 3 ist, wird der größte Teil der Störleistung bzw. des Störsig¬ nals der Störsignalquelle Q auf Massepotential abgeführt (angedeutet mit Pfeil A) , wobei nur noch eine Spanungs- Restwelligkeit verbleibt. Der dynamische Anteil des Störsig¬ nals wird von der die Differenzverstärkerschaltung V umfassende Treiberschaltung kontrolliert, indem die Sättigung des MOS-Feldeffekttransistors T zur Bildung einer dynamischen Stromquelle in dem Störpfad entsprechend gesteuert wird. Da¬ mit wird mit fallender zu dämpfender Frequenz ein hoher dynamischer induktiver Widerstand Xs erzielt, so dass nur noch ein unwesentlicher Anteil des Störsignals an der Klemme 30 ankommt . By means of the first capacitor node S1 connected to the first capacitor Cl of average capacity, which is smaller than that in a classic LC low-pass filter according to Figure 3, the majority of the noise power and the Störsig ¬ nals the noise signal source Q is dissipated to ground potential (indicated with arrow A), leaving only a residual stress ripple remains. The dynamic portion of the Störsig ¬ nals is controlled by the differential amplifier circuit V comprehensive driver circuit by the saturation of the MOS field effect transistor T is controlled to form a dynamic current source in the Störpfad accordingly. Since ¬ with a high dynamic inductive resistance X s is achieved with falling to be attenuated frequency, so that only an insignificant proportion of the interference signal arrives at the terminal 30.
Daher ist nur noch ein Kondensator C2 mit mittlerer Kapazität, die kleiner als diejenige in einem klassischen LC- Tiefpass gemäß Figur 3 ist, erforderlich, um den verbleibenden kleinen Rest (dargestellt mit Pfeil B) des Störsignals zu dämpfen. Therefore, only a medium capacity capacitor C2 smaller than that in a classical LC low-pass filter of Figure 3 is required to attenuate the remaining small remainder (shown by arrow B) of the noise signal.
Mit einer solchen aus der Differenzverstärkerschaltung V und dem MOS-Feldeffekttransistor T nachgebildeten Induktivität wird der Isolationsfaktor zwischen der Störsignalquelle Q und dem Ausgang (KL30) innerhalb eines vorgegebenen Fre¬ quenzbereichs wesentlich verbessert. With such from the differential amplifier circuit V and the MOS field effect transistor T simulated inductance of the isolation factor between the noise source Q and the output (KL30) within a given Fre ¬ frequency range significantly improved.
Die Übertragungsfunktion der Differenzverstärkerschaltung V kann so eingestellt werden, dass sich ein definierter DC- Spannungsabfall über dem MOS-Feldeffekttransistor T einstellt und ein Filterverhalten erster oder höherer Ordnung zur Einstellung der Grenzfrequenz und der Einschwingzeit erzeugen lässt. Außerdem können auch spezifische Dämpfungsei¬ genschaften eingestellt werden. The transfer function of the differential amplifier circuit V can be set so that sets a defined DC voltage drop across the MOS field effect transistor T and can produce a first or higher order filter behavior for setting the cutoff frequency and the settling time. In addition, specific Dämpfungsei ¬ properties can be set.
Beispielhaft zeigt das Diagramm nach Figur 2 den prinzipiel¬ len Amplitudenverlauf des aktiven Isolationsfilters nach Fi¬ gur 1 in Abhängigkeit eines Frequenzbereichs zwischen 0,1kHz und 1 MHz, wobei die Grenzfrequenz fG bei ca. 1 kHz liegt. By way of example, the diagram of Figure 2 shows the prinzipiel ¬ len amplitude response of the active filter according insulation Fi gur ¬ 1 as a function of a frequency range between 1 MHz and 0,1kHz, wherein the limit frequency f G is approximately 1 kHz.
Unterhalb dieser Grenzfrequenz fG liegt der DC-Bereich, bei dem die nachgebildete Induktivität eine geringe serielle Im¬ pedanz Xs darstellt und somit unter den gegebenen Bedingungen des Bordspannungsnetzes arbeitet. Below this limit frequency f G is the DC range in which the reproduced low inductance serial represents the impedance ¬ X s and thus operates under the given conditions of the on-board voltage network.
Im Frequenzbereich des AC-Störsignals , der wesentlich über dieser Grenzfrequenz fG liegt, weist die nachgebildete Induk¬ tivität einen hohen dynamischen Widerstand Xs auf und stellt damit den AC-Störanteil dämpfenden Frequenzbereich dar. Damit ist auch eine Rückwirkung des die Störquelle Q aufwei¬ senden Verbrauchers auf das DC-Bordspannungsnetz minimiert. In the frequency range of the AC interference signal, which is substantially above this cut-off frequency f G , the simulated inductance ¬ tivity has a high dynamic resistance X s and thus provides the AC noise component damping frequency range. Thus, a reaction of the source of interference Q aufwei ¬ Send consumer to the DC on-board voltage network minimized.
Ein vorteilhafter Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen aktiven Isolationsfilters liegt im Automotivbereich, insbe¬ sondere im Zusammenhang mit PWM-Stufen, die hinsichtlich der EMV-Bedingungen hohe Anforderungen an die Störsignalunterdrückung erfüllen müssen. An advantageous application of the active isolation filter of the invention is in the automotive sector, in particular ¬ sondere related to PWM stages that have to meet high requirements in terms of noise suppression EMC conditions.

Claims

Patentansprüche claims
1. Aktives Isolationsfilter, insbesondere in Π-Schaltung mit einem Längszweig und wenigstens einem Querzweig, um¬ fassend 1. Active insulation filter, in particular in Π-circuit with a longitudinal branch and at least one transverse branch to ¬ summarizes
- wenigstens einen ersten in dem Querzweig angeordneten Kondensator (Cl), und  - At least a first arranged in the transverse branch capacitor (Cl), and
- ein im Längszweig angeordnetes induktives Impedanzele¬ ment (Z) , - a valve disposed in the series arm inductive Impedanzele ¬ ment (Z)
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
- als induktives Impedanzelement ein steuerbarer Wider¬ stand (T) , insbesondere ein steuerbarer Halbleiterwiderstand im Längszweig angeordnet ist, - as an inductive impedance element, a controllable abutment ¬ was (T), particularly a controllable semiconductor resistor is arranged in the series arm,
- zur Nachbildung einer Tiefpassfilterfunktion eine Differenzverstärkerschaltung (V) mit einem ersten und zweiten Eingang zur Regelung des steuerbaren Widerstandes (T) vorgesehen ist,  a differential amplifier circuit (V) having a first and a second input for regulating the controllable resistor (T) is provided for simulating a low-pass filter function,
- der erste Kondensator (Cl) unter Ausbildung eines ersten Schaltungsknotens (Sl) mit einem Ende des steuerba¬ ren Widerstandes (T) verbunden ist, - The first capacitor (Cl) to form a first circuit node (Sl) is connected to one end of the steuerba ¬ ren resistor (T),
- der erste Eingang des Differenzverstärkers (V) mit dem ersten Schaltungsknoten (Sl) verbunden ist, und  - The first input of the differential amplifier (V) to the first circuit node (Sl) is connected, and
- der zweite Eingang des Differenzverstärkers (V) mit dem anderen Ende des steuerbaren Widerstandes (T) verbunden ist.  - The second input of the differential amplifier (V) to the other end of the controllable resistor (T) is connected.
2. Aktives Isolationsfilter nach Anspruch 1, 2. Active insulation filter according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
in einem weiteren Querzweig ein zweiter Kondensator (C2) vorgesehen ist, der unter Ausbildung eines zweiten  in a further transverse branch, a second capacitor (C2) is provided, which forms a second
Schaltungsknotens (S2) mit dem anderen Ende des steuer¬ baren Widerstandes (T) verbunden ist. Circuit node (S2) is connected to the other end of the controllable resistance ¬ (T).
3. Aktives Isolationsfilter nach Anspruch 1 oder 2, 3. Active insulation filter according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schaltungsknoten (Sl) mit einer Störsignalquelle (Q) verbunden ist. characterized in that the first circuit node (S1) is connected to a noise source (Q).
4. Aktives Isolationsfilter nach Anspruch 2 oder 3, 4. Active insulation filter according to claim 2 or 3,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der zweite Schaltungsknoten (S2) einen Ausgang (KL30) des aktiven Isolationsfilters bildet.  the second circuit node (S2) forms an output (KL30) of the active isolation filter.
5. Aktives Isolationsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Active insulation filter according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
als steuerbarer Widerstand (T) ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein MOS-Feldeffekttransistor vorgesehen ist .  as a controllable resistor (T) a field effect transistor, in particular a MOS field effect transistor is provided.
6. LC-Tiefpassfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. LC low-pass filter according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Differenzverstärkerschaltung (V) wenigstens einen Operationsverstärker umfasst.  the differential amplifier circuit (V) comprises at least one operational amplifier.
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