WO2020049161A2 - Verfahren und verstärkerschaltung zum erhöhen einer induktivität - Google Patents

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WO2020049161A2
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Avl Software And Functions Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for suppressing interference signals in voltage sources, in particular in high-voltage sources for vehicles, with the features of the preamble of claim 1.
  • Active filter concepts are also known, e.g. from WO 2003/005578 A1, which, however, mainly for applications in signal processing or for applications in which lower voltages and / or lower
  • Services predominate can be used.
  • the object of the invention is to provide an improved, inexpensive and
  • the solution according to the invention is a method for suppressing interference signals in at least one supply line, in particular in at least one supply line for
  • the at least one supply line has at least two inductive ones
  • the at least two inductive transmitters each have a primary circuit and a secondary circuit, the at least one primary circuit being assigned to the supply line, and the at least one secondary circuit being assigned to the amplifier circuit, with an inductance of the at least one primary circuit of a first transformer in the at least one a supply line for suppressing interference signals is formed, and wherein a signal is tapped from the supply line by means of a second transformer and an input of the
  • Amplifier circuit is fed. It is essential that the inductance of the at least one primary circuit of the first transformer is increased by the amplifier circuit feeding a correction signal into the first transformer and the amplifier circuit forming the correction signal by amplification from the signal of the second inductive transmission, in particular by
  • the primary coil of the first inductive transmitter electronically. It can be provided that an interference voltage current is converted into a voltage by the second inductive transformer. This voltage is amplified via a pre-stage of the amplifier circuit or influenced in the frequency response. The voltage signal amplified by the preamplifier undergoes current amplification in a power amplifier and is fed into the supply line as a correction voltage via the first inductive transformer. In particular, the correction signal is not used to cancel an interference signal by superimposition, but rather to increase the inductance of the primary coil virtually.
  • the inductance of the at least one primary circuit of the first transformer is preferably increased by the amplifier circuit feeding a correction signal into the first transformer and the amplifier circuit doing this
  • Correction signal depends on the interference signal by amplification from the signal of the second inductive transmission.
  • the amplifier circuit is designed in particular in such a way that at the input of the amplifier voltage the one tapped off from the supply line
  • inductance In contrast to a real increase in inductance, which for example can only be achieved by more coil windings or another core material, the inductance is increased purely electronically. This has the advantage that there are no additional ohmic losses in the supply line.
  • the problem of saturation of the core material of an inductive transmitter is also reduced in the method according to the invention. This advantage is essential to high performance, such as in traction drives in vehicles are necessary to be able to transmit without loss and without interference. Furthermore, costs and space can also be saved by the method according to the invention.
  • a component or a component is preferably used under an inductive transmitter
  • Component arrangement understood, which is used for signal transmission and in which the primary side is galvanically isolated from the secondary side.
  • an inductive transformer has at least two inductively coupled coils, usually as a primary coil and
  • secondary coil With an inductive transformer, several primary coils and / or several secondary coils can also be present. In particular, in the case of an inductive transmitter, all of its coils are inductively coupled to one another. The inductive coupling of the coils of an inductive transmitter can be done, for example, by a common one
  • Coil core done.
  • all coils of an inductive transformer with the common coil core are magnetic
  • the coupling can also, for example in the case of
  • Air coils due to the spatial arrangement of the coils to each other or the design or alignment of the coil windings.
  • the first inductive transmitter is formed separately from the second inductive transmitter, ie the two inductive transmitters are not magnetically coupled to one another.
  • the first inductive transmitter can be magnetically shielded from the second inductive transmitter and / or magnetically separated by a corresponding spatial arrangement.
  • it is provided to suppress common-mode disturbances and / or push-pull disturbances.
  • Supply line for forming the correction signal can be a
  • Push-pull interference signal or a common-mode interference signal can be used to obtain a push-pull interference signal or a common-mode interference signal.
  • the signal can be read from the supply line using an inductive transmitter and then corresponds to the interference signal.
  • push-pull disorders it is also possible to use a
  • the signal can be read from a transmitter with one primary circuit per supply line and then corresponds to the interference signal.
  • common mode interference it is also possible to obtain a common mode interference signal by adding amplification of the signals from several transmitters from several supply lines.
  • an interference source transmitter
  • This interference reaches the interference sink (receiver) via a coupling path and thus influences the receiver.
  • common mode interference sources drive common mode interference currents, which flow in the same direction in all conductors to the receiver.
  • Push-pull interference sources drive push-pull interference currents that propagate in the same way as the useful signal currents.
  • the interference current can be composed of a symmetrical and / or an asymmetrical part. If there is a symmetrical interference current the currents in the lines in push-pull and are also called push-pull interference or DMN. In the case of an asymmetrical interference current, the currents in the lines are in common mode.
  • the ground line forms the
  • CMN common mode disturbances
  • Push-pull disturbances or also called differential mode (DM) noise (hereinafter DMN) (hereinafter DMN) (hereinafter DMN), are generated in the circuit by push-pull interference sources.
  • DMN differential mode noise
  • These push-pull interference sources can have their origin e.g. in
  • Push-pull interference sources are usually arranged in series with the useful signal source.
  • Push-pull interference or DMN can be push-pull interference currents, e.g. in the forward and return line one
  • Common mode interference or also called Common Mode (CM) Noise (hereinafter CMN) (hereinafter CMN) (hereinafter CMN)
  • CMN Common Mode Noise
  • Common mode interference sources can have their origin, for example, in capacitive coupling, raising the potential of ground / ground or grounding points or in potential differences between ground and ground terminals that are spatially separated.
  • Common mode interference sources are usually arranged between a circuit and a reference potential.
  • Common mode interference or CMN can cause common mode interference currents that, for example, flow in the same direction in all conductors of a signal core to the receiver.
  • the amplifier circuit with the inductive transmitters can be looped into or used between the battery or a rechargeable battery and a source of interference.
  • the degree of increase in inductance is determined by defining the
  • Voltage gain of the amplifier circuit is set. By determining a corresponding frequency response of the amplifier, a frequency-dependent increase in the inductance can also be achieved, for example in order to better suppress interference signals with specific frequencies.
  • the self-resonance frequency of the electrical system is reduced by feeding in the correction signal.
  • the radiation behavior of the electrical system is reduced by feeding in the correction signal.
  • An electrical system is preferably understood to mean a circuit comprising a voltage source, consumers and supply lines.
  • the electrical system preferably comprises a rechargeable battery, an electric motor operated via an inverter and intermediate supply lines, the supply lines connecting the rechargeable battery to the inverter and / or the electric motor.
  • the electrical system is a
  • the resulting coil is of high quality and can form an oscillatory resonant circuit with the capacities in the system. To the danger of
  • Interference signals are to be expected, enlarged, and reduced in a range in which the natural resonance frequency of the electrical system lies.
  • the interference signals are preferably to be expected in a higher frequency range than the resonance frequency of the electrical system, so that the increase in inductance is lower at low frequencies or can be eliminated entirely and only becomes effective at higher frequencies.
  • the increase in inductance can preferably be reduced or switched off below a frequency of 50 kFIz, preferably 20 kFIz, and can be correspondingly effective at a higher frequency.
  • the pre-stage can preferably be designed as a low pass or band pass or floch pass or band stop to determine the frequency response.
  • a frequency-dependent increase in the inductance can preferably be formed.
  • the amplifier circuit is designed as a low pass or floch pass or band pass or band stop.
  • Bandstop means the system's natural resonance frequency
  • Flochpass means the suppression of interference signals with higher frequencies than that
  • Low pass means the suppression of interference signals lower frequencies than the natural frequency.
  • Bandpass means the suppression of interference signals lower frequencies than the natural frequency.
  • the inductance of the primary circuit of the first transformer is increased by tapping an interference signal via the second inductive transformer in a first stage of the amplifier circuit and performing voltage amplification, and performing power amplification in a second stage of the amplifier circuit.
  • Supply line is coupled by the supply line is enclosed by a hinged transformer. It can be provided that the coil of a primary circuit of the first and / or further transformer each by a line section of the
  • the primary circuit is formed exclusively by a line section of the supply line. Coupling is thus possible in a simple manner even in the case of rigid bars, the inductance of the primary circuit then being determined by the extent of the ferrite core or the second coil. It can be provided that the amplifier circuit
  • Correction signal is formed by voltage amplification and inversion of the signal tapped by means of the second transformer. It can be provided that the amplifier circuit
  • Natural resonance frequency of the electrical system is reduced, in particular that the natural resonance frequency of the electrical system is determined by setting the gain factor of the amplifier circuit.
  • the second transformer taps the signal from the supply line and the first transformer, in series with the second transformer, feeds a correction signal into the supply line.
  • the object of the invention is further achieved by a device for suppressing interference signals in at least one supply line, preferably for using the method according to one of the
  • the at least one supply line has at least two inductive transmitters which couple an amplifier circuit in an electrically isolated manner to the supply line, the at least two inductive transmitters each having a primary circuit and a secondary circuit, and the at least one primary circuit each
  • the secondary circuit is assigned to the amplifier circuit, and an inductance of the at least one primary circuit of a first transformer is formed in the at least one supply line for suppressing interference signals. It is essential that the amplifier circuit as a discrete semiconductor amplifier, preferably as a two-stage discrete
  • Transistor amplifier is formed and increases the inductance of the at least one primary circuit of the first transformer, in that the amplifier circuit feeds a correction signal into the first transformer, which it by a Voltage amplification of a signal tapped by means of the second transformer forms, in particular around the inductance of the coil in the
  • the device according to the invention increases the inductance purely electronically, in contrast to the real increase in inductance, for example by means of more coil windings.
  • the purely electronic increase means that there are no additional ohmic losses in the supply line. This advantage is essential to be able to transmit high performance without loss.
  • the correction signal is not used to cancel an interference signal by superimposition, but rather to virtually increase the inductance of the primary coil.
  • Another advantage is that, unlike conventional active filters, their filter effect is based on the cancellation of signals based on a
  • Negative voltage feedback means that both at the input and at the output of the amplifier circuit Voltage signal is used.
  • an interference signal of the supply line is fed as voltage to the amplifier via the second inductive transmitter, and a correction signal in the form of a voltage is fed back inductively into the supply line at the output of the amplifier via the first inductive transmitter.
  • Interference signal suppression mainly takes place through a virtual increase in the longitudinal inductance of the first primary circuit in the supply line.
  • a virtual inductance with a higher inductance value is formed depending on the interference signal.
  • the filter effect of the solution according to the invention is preferably based less on extinguishing interference signals by adding an extinguishing signal, but in particular on filtering interference signals analogously to a passive first-order coil filter.
  • it is advantageous that in particular the effective inductance is increased electronically compared to the existing real coil of the first primary circuit. In particular, that their
  • Inductance value and preferably also its quality, is increased electronically. This virtual increase in the inductance of the first primary circuit, so to speak, brings about a passive coil filter of the first order. Depending on
  • Circuit design or wiring of the first primary circuit can also achieve a filter effect of a higher-order coil filter or a higher-order L / C filter.
  • a discrete amplifier is preferably understood to mean an amplifier which is constructed from discrete transistors. These discrete transistors usually have a delay or frequency response or
  • Discrete transistors can be transistors each with their own housing or transistors in which a plurality of transistors are accommodated in one housing, for example in the case of Darlington transistors or transistor arrays.
  • transistor is a collective term for bipolar transistors
  • galvanic isolation means that two circuits are designed separately from one another, i.e. there is no direct galvanic connection via a cable. The circuits are separated by electrically non-conductive coupling elements. With electrical isolation, the electrical potentials of the two circuits are separated from one another, and the circuits are then among themselves
  • the transmitter can preferably be constructed, for example, from two inductances coupled to one another similar to a transformer, the components of the transmitter being specified to ensure good information transmission over a relatively wide frequency range.
  • the preservation of the waveform is of great importance in a transmitter, i.e. a high linearity and as little distortion as possible is desirable for the transformer.
  • the transmitter has a core of punched individual sheets which are insulated from one another by insulating, chemically applied phosphating layers. The insulation drastically reduces eddy currents that would heat the core.
  • the core consists of a ferrite or a ferromagnetic material or an iron.
  • the core can be designed as a ring core or as a split ring core. The advantage of a toroid is that it forms an air-gap-free, closed magnetic circuit. U-cores or E-cores or similar embodiments are also possible.
  • the transmitter can also be designed as an air transmitter. This means that the transformer has two inductors which are inductively coupled to one another by their spatial proximity. A solid core for coupling the inductors is not necessary in this case.
  • Supply line of the voltage source with the amplifier circuit also via a coil, which in the region of the line section Supply line is wound, can be realized.
  • the coil and the line section of the supply line form the transformer.
  • high-voltage sources are voltage sources with voltages> 60 V, preferably> 120 V, most preferably> 240 V.
  • the voltage sources can deliver electrical powers of greater than 500 W, preferably greater than 1 kW, most preferably greater than 10 kW.
  • the device preferably works as follows:
  • the second inductive transformer converts an interference voltage current into a voltage. This voltage is amplified via a pre-stage of the amplifier circuit or influenced in the frequency response. The voltage signal amplified by the preamplifier experiences one in a power amplifier
  • the inductance is increased in the device in a frequency range in which interference signals are to be expected, and in a range in which the natural resonance frequency of the electrical system lies.
  • the interference signals are preferably to be expected in a higher frequency range than the resonance frequency of the electrical system, so that the increase in inductance is lower at low frequencies or can be eliminated entirely and only becomes effective at higher frequencies.
  • the increase in inductance can preferably be reduced or switched off below a frequency of 50 kHz, preferably 20 kHz, and can be correspondingly effective at a higher frequency.
  • the precursor can preferably be used as Low pass or band pass or high pass or bandstop can be designed to set the frequency response.
  • a frequency-dependent increase in the inductance can preferably be formed.
  • the amplifier circuit is designed as a low-pass or high-pass or bandpass or bandstop.
  • Bandstop means the system's natural resonance frequency
  • High pass means the suppression of interference signals with higher frequencies than that
  • Low pass means the suppression of interference signals with frequencies lower than the natural frequency.
  • Bandpass means the suppression of interference signals with frequencies lower than the natural frequency.
  • the resulting coil is of high quality and would form an oscillatory resonant circuit with the capacities in the system. To the danger of
  • the two-stage amplifier circuit has a preliminary stage for voltage amplification and an output stage for current amplification. It can be provided that the input of the amplifier is the input of the preamplifier and the output of the amplifier is the output of the output stage. It can be provided that the amplifier is designed as a discrete amplifier, in particular that the pre-stage and the final stage are formed from discrete semiconductors, preferably from transistors and / or field-effect transistors. This enables a short signal runtime with a simple structure. As a result, good frequency behavior and good phase fidelity are achieved.
  • the preliminary stage and the final stage can preferably have the same type of semiconductor.
  • the preliminary stage can be designed as a push-pull amplifier. This enables a very good signal fidelity and a wide one
  • the pre-stage can be constructed as a symmetrical push-pull amplifier.
  • the base current of the semiconductor amplifier preferably the transistors of the preamplifier of the amplifier circuit
  • a constant current source preferably that the constant current source has a field effect transistor or MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor).
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • Signal runtime between input and output which is less than or equal to 500 ns, preferably less than or equal to 20 ns, most preferably less than or equal to 6 ns. This means that both at low frequencies and at high ones
  • Frequencies allows good interference suppression.
  • Voltage gain can be, for example, 2 or 4 or 8 or 16 or 32 or an intermediate value.
  • a sufficient effect in terms of a virtual increase in the inductance of the coil of the primary circuit of the first transformer can already be achieved in the voltage amplification.
  • the frequency response or the phase fidelity or signal delay time of the amplifier can be positively influenced by a low amplification factor.
  • the output stage can be cascaded and the preliminary stage controls a number of cascadable output stages, in particular two cascaded output stages or four cascaded output stages or six cascaded output stages or eight cascaded output stages.
  • the preliminary stage controls a number of cascadable output stages, in particular two cascaded output stages or four cascaded output stages or six cascaded output stages or eight cascaded output stages.
  • the amplifier circuit increases the inductance of the first transformer by voltage amplification of the tapped signal in the amplifier.
  • the increase in inductance can be determined by the measure of the voltage amplification of the amplifier circuit.
  • Natural resonance frequency of the electrical system reduced. This will in particular the radiation behavior of the supply line is reduced in the case of interference signals.
  • Supply line are looped in, preferably form a line section of the supply line, and that the inductance of the primary circuits is designed for a power greater than or equal to 100 W, preferably 500 W, most preferably 1 kW.
  • the supply line has a voltage of greater than or equal to 60 V, preferably greater than or equal to 120 V, most preferably greater than or equal to 240 V.
  • the supply line is designed as a single-pole supply line.
  • Supply line have multiple lines, for example, be designed as a multi-pole or as a multi-phase power supply line with several individual lines. It can be provided that the two transmitters are serial in the
  • the coils of the primary circuits of the transformers are each formed by a line section of the supply line. This enables a particularly simple assembly, since a line section of the supply line does not have to be interrupted, but rather directly forms the inductance of the primary circuit.
  • a coil of the transformer can be inductively coupled to this line section, and / or a core of the inductive transformer can be connected to the line section of the
  • Supply line are coupled, for example by placing the core on the line section of the supply line. It can be provided that the core of the inductive transmitter is a
  • Has core material made of a ferrite or a ferromagnetic material or an iron.
  • the supply line is designed for the voltage or power supply of an electric motor, in particular a traction drive or an air conditioning compressor.
  • Supply line can be connected to a supply battery and have a y-capacitor for current buffering.
  • the inductive transformer is designed as a toroidal core transformer with one turn per line. It can also be provided that the inductive transformer has a ring core and the
  • Supply line is passed through the toroid, or that one turn is formed per supply line.
  • the inductance of the primary circuit has a single primary circuit coil.
  • the inductance of the primary circuit has a plurality of separate primary circuit coils or a primary circuit coil with a plurality of windings or taps.
  • the transmitter has a core material made of a ferrite or a ferromagnetic material or an iron.
  • the transformer is designed to be foldable in order to enclose the supply line and to connect it inductively to a line section of the supply line.
  • the transmitter from the primary circuit to the secondary circuit has a transmission ratio of greater than or equal to 1 to 1 or greater than or equal to 1 to 4, preferably greater than or equal to 1 to 10, most preferably greater than or equal to 1 to 100.
  • Suppression of interference signals for a plurality of supply lines or multiphase supply lines is formed by the device having an inductive transformer, the primary circuit of the inductive transformer having a plurality of coils, each of which is connected to one of the plurality of supply lines and the secondary circuit of the transformer being connected to the amplifier circuit.
  • the device for suppressing interference signals for several supply lines or for multi-phase can further be provided that the device for suppressing interference signals for several supply lines or for multi-phase
  • Supply lines is formed by the device having a plurality of transmitters corresponding to the number of supply lines, the primary circuit of an inductive transmitter having one of each
  • the device for suppressing interference signals in bipolar voltage sources is designed with a positive and a negative supply line, in that the device has two transmitters, a first transmitter with its primary circuit of the positive supply line and the second transmitter with its Primary circuit of the negative supply line are assigned and the secondary circuit of both transmitters are connected to the same amplifier circuit.
  • the voltage source has a battery or a rechargeable battery, in particular a traction battery, and supplies an electric motor with electrical energy
  • the interference to be filtered can, for example, from one to the
  • Supply line connected interference source which is a converter or a voltage converter or an inverter or a speed controller
  • the amplifier circuit has a
  • Has voltage supply which is derived from the supply line, preferably that the amplifier circuit has a symmetrical
  • Has voltage supply which is derived from a positive and a negative supply line, or that the amplifier circuit has a voltage supply, which consists of a separate
  • Low voltage source is derived. It can be provided that the preliminary stage and the final stage are one
  • an interference suppression module for retrofitting voltage sources, in particular high-voltage voltage sources, in one
  • Drive train of an electric vehicle comprising a housing in which a device for suppressing interference signals according to one of the
  • the interference source has a housing with an installation space for receiving the amplifier circuit or the interference suppression module, the amplifier circuit or the interference suppression module being accommodated in the installation space and being mechanically connected to the housing of the interference source.
  • the task is further solved by a traction drive for a
  • Electric vehicle comprising a traction battery, an electric motor which is supplied with energy from the traction battery via a speed controller, and a supply line which connects the speed controller to the traction battery. It is essential that the supply line is a device for suppressing interference signals according to one of the preceding
  • the object is further achieved by a method for producing a traction drive with a device for suppressing interference signals according to one of the preceding explanations, in that the supply line / s is / are interrupted in a first step and a device in accordance with
  • the object is further achieved by a method for suppressing DMN according to one of the preceding methods, in that the DMN interference signal is read out by placing the transmitter in only one supply line for reading out a signal, or by using a
  • a DMN interference signal is received. Then a correction signal is generated from the interference signal in the amplifier circuit, which feeds into the first transformer in a supply line in order to electronically increase the inductance of the coil in the supply line, preferably the primary coil of the first transformer, and thus to suppress the interference signal.
  • the object is further achieved by a method for suppressing CMN, in accordance with one of the preceding methods, in that the CMN interference signal is read out in a plurality of supply lines for reading out a signal by means of a plurality of primary circuit coils of the transformer, or by an addition amplification of the signals from a plurality Transmitters in several supply lines a CMN interference signal is obtained. Then it turns out the interference signal in the amplifier circuit generates a correction signal which feeds into a supply line in the first transformer, in particular in order to electronically increase the inductance of the coil in the supply line, preferably the primary coil of the first transformer, and thereby suppress the interference signal.
  • FIG. 1 shows the first exemplary embodiment according to the invention of a
  • FIG. 2 shows the first exemplary embodiment according to the invention of a device for suppressing interference signals in a supply line
  • 3a shows the voltage curve between the measuring points 6 from FIG. 1 with a passive filter in the supply line 8 without
  • FIG. 3d Fourier transformation of the voltage curve from FIG. 3c; Fig. 4 second embodiment of the invention
  • Fig. 5 First inventive embodiment of a device for suppressing interference signals in two
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a circuit arrangement such as can be used, for example, in an electric vehicle for a traction drive.
  • the circuit arrangement has a bipolar
  • Interference signals can preferably occur in the form of DMN (differential mode noise, also called push-pull interference) and can be suppressed by the device 1.
  • DMN differential mode noise, also called push-pull interference
  • the device 1 is arranged in the upper supply line 8 between a choke 3 and the frequency converter 5 and has one
  • Amplifier circuit 2 on. Between amplifier circuit 2 and High voltage source 4, two chokes 3 and an X capacitor 7 are arranged. In order to illustrate the effect of the interference voltage suppression, two measuring points 6 are shown in the circuit arrangement. At the measuring points 6, the voltage change between the
  • Supply lines 8 are measured, which provides information about interference signals between high-voltage source 4 and frequency converter 5.
  • the amplifier circuit 2 is over a first
  • Transmitter 9 through lines B1 and B2 and a second transmitter 10 through lines A1 and A2 are inductively coupled to supply line 8 and electrically isolated from it.
  • the transmitters 9 and 10 are
  • the transformers 9 and 10 are composed of a primary circuit with a primary circuit coil 11, which are arranged in the supply line 8, and a secondary circuit with a secondary circuit coil 12
  • the primary circuit and the secondary circuit can be coupled to one another via a core.
  • Supply line 8 two inductors are formed.
  • Primary circuit coils 11 must have the maximum power
  • Supply line 8 can be designed.
  • the white dots shown in FIG. 2 in the transformer 2, which represent the start of the winding, mean the same winding sense if the dots in the primary circuit and in the secondary circuit are arranged on the same side. Moving a point from left to right then corresponds to an opposite winding sense. This applies to all of the following
  • the primary circuit coils 11 in the supply line 8 already act by their inductance to suppress interference signals.
  • the inductance of the primary circuit coil 11 of the first transformer 9 is increased in that an interference signal is read out via the second transformer 10 and into the circuit via the lines A1 and A2
  • Amplifier circuit 2 is fed.
  • the amplifier circuit 2 forms a correction signal from this interference signal and feeds the correction signal via the lines B1 and B2 into the primary circuit coil 11 of the first transformer 9.
  • the correction signal fed in superimposes the interference signal and reduces it.
  • the fed correction signal is with a low
  • FIGS. 3a to 3c The change in voltage, measured between measuring points 6 in FIG. 1, is shown in FIGS. 3a to 3c.
  • Figure 3a shows the
  • FIG. 3b shows the Fourier transformation of the voltage curve from FIG. 3a.
  • no device 1 according to the invention for suppressing interference signals is interposed; only the primary circuit coil 11 is present in the supply line 8 as a purely passive choke.
  • FIGS. 3c and 3d show the voltage curve with the device 1 according to the invention, ie with an amplifier circuit 2 interposed.
  • FIG. 3c shows the voltage curve when a periodic trapezoidal interference signal occurs between the floch voltage source 4 and the frequency converter 5, the device 1 with the amplifier circuit 2 in FIG
  • FIGS. 7 and 7a each show an example of an amplifier circuit for implementing the method according to the invention for suppressing
  • Interference signals or for implementing the device according to the invention for suppressing interference signals are shown.
  • a simulation of the circuit arrangement from FIG. 1 with that of the device 1 from FIG. 2 results in a computational increase in the inductance of the inductor in the case of an intermediate amplifier circuit 2 from FIG. 7 or FIG
  • Primary circuit coil 11 in the first transformer 9 with a factor of approximately fifty. This means that with a passive primary circuit coil 11 in the first
  • a primary circuit coil 11 is achieved in the first transformer 9 with a virtual inductance of approximately 24 pH.
  • the amplifier circuit 2 acts like additional windings in the primary circuit coil 11. This can be expressed arithmetically by
  • N 2 (N + Videal) 2 with N equal to the number of windings in the primary circuit coil 1 1 and Videai equal to the gain factor.
  • the gain factor Vdeai also has a complex correction factor Vkorr and a normalization factor Vnorm, since the correction factor changes with the inductance behavior.
  • the increased inductance of the primary circuit coil 11 Lprim of the first transformer with an intermediate amplifier circuit 2 can thus be calculated as follows:
  • Figure 4 shows a circuit arrangement with a bipolar
  • High-voltage source 4 a frequency converter 5 and a device 1 for suppressing interference signals, preferably CMN (Common Mode Noise, also called common mode interference).
  • CMN Common Mode Noise, also called common mode interference.
  • the device 1 is in both
  • Supply line 8 is arranged and has an amplifier circuit 2.
  • An X capacitor 7 and a choke 3 are arranged between the amplifier circuit 2 and the high voltage source 4.
  • the change in voltage between the supply lines 8 can be measured at the measuring points 6, which provides information about interference signals between high-voltage source 4 and frequency converter 5. Between the high voltage source 4, the
  • Frequency converter 5 and the supply lines 8, Y capacitors 17 are arranged in the direction of the ground.
  • Figure 5 shows a further embodiment of the device 1 for
  • the exemplary embodiment in FIG. 5 differs from the exemplary embodiment in FIG. 2 only in that in FIG. 5 the transmitters 9 and 10 are inductively coupled to both supply lines 8. Both point to this
  • Supply lines 8 each have a primary circuit coil 11. As in FIG. 2, the inductivities of the primary circuit coils 11 already act in FIG. 5 as passive filters for suppressing interference signals against CMN.
  • FIG. 6 shows the voltage curve and the Fourier transformation of the voltage curve for a filter circuit from FIG. 5 with a
  • FIGS. 6a to 6c The change in the voltage, measured between the measuring points 6 in FIG. 4, is shown in FIGS. 6a to 6c.
  • Figure 6a shows the
  • Frequency converter 5 is fed a periodic trapezoidal interference signal.
  • FIG. 6b shows the Fourier transformation of the voltage curve from FIG. 6a.
  • FIGS. 6a and 6b show no device 1 according to the invention interposed to suppress interference signals, there are only the primary circuit coils 11 in the supply lines 8 as purely passive
  • FIG. 6a shows the voltage curve when a periodic trapezoidal interference signal is fed in between the floch voltage source 4 and the frequency converter 5, the device 1 with the amplifier circuit 2 being arranged in the supply lines 8.
  • FIG. 6d shows the Fourier transformation of the voltage curve from FIG. 6c.
  • a simulation of the circuit arrangement from FIG. 4 with that of the device 1 from FIG. 5 results in a computational increase in the inductance of the two primary circuit coils 11 in the first transformer 9 by a factor of approximately fifty in the case of an intermediate amplifier circuit 2 from FIG. 7 or FIG. 7a .
  • the amplifier circuit 2 acts like additional windings in the primary circuit coils 11. This can be expressed arithmetically by
  • N 2 (N + Videal) 2 with N equal to the number of windings in the primary circuit coils 11 and Videai equal to the gain factor.
  • the gain factor Videai also has a complex correction factor Vkorr and a normalization factor Vnorm, since the correction factor changes with the inductance behavior.
  • the increased inductance of the primary circuit coils 11 Lprim of the first transformer with an amplifier circuit 2 interposed can thus be calculated as follows:
  • FIG. 7 and FIG. 7a each show an embodiment of the
  • Amplifier circuit 2 with a preamplifier 14 and an output stage 15.
  • the input of the preamplifier 14 is connected to lines A1 and A2 from FIGS. 2 or 5 and reads an interference signal through the second transformer 10.
  • the output of the output stage 15 is connected to the first transformer 9 via the two lines B1 and B2 and feeds a correction signal into the
  • the amplifier circuit 2 is a two-stage discrete
  • Transistor gain formed This has the advantage that a very short signal runtime can be realized.
  • the separation into a first amplifier stage for voltage amplification and a second amplifier stage for power amplification also makes it easy to adapt the
  • the preliminary stage 14 the voltage is amplified and the signal is inverted.
  • the first stage is designed as a push-pull amplifier and has two transistors T1 and T2, one of which Carry out voltage amplification of the interference signal.
  • the base current of the transistors T1 and T2 is stabilized via a constant current source, each with a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) T5 and T6.
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the output stage 15 In a second stage of the amplifier circuit 2, the output stage 15, two transistors T3 and T4 are arranged which provide current amplification or
  • the base current of the output stage transistors T3 and T4 is also stabilized by means of a MOSFET (metal-oxide-flat conductor field-effect transistor) T 7 and T8. This allows particularly good stabilization even with large temperature fluctuations.
  • MOSFET metal-oxide-flat conductor field-effect transistor
  • a voltage of ⁇ 12V is applied to the transistors T1 and T2 and to the transistors T3 and T4 by means of a symmetrical low-voltage source U1 and U2 as well as U3 and U4.
  • the preliminary stage 13 and the final stage 13 can be fed from the same symmetrical low-voltage source.
  • U1 is U3 and U2 is U4.
  • separate symmetrical low-voltage sources U1, U2 or U3, U4 can be used for the preliminary stage 12 and the final stage 13.
  • the symmetrical low-voltage source U1, U2, or U3, U4 can be fed from the Flochvolts voltage source via a voltage converter.
  • the low-voltage source U1, U2, or U3, U4 can be fed from a separate network, for example a 12V or 24V electrical system of an electric vehicle.
  • the output stage has a cascaded push-pull output stage 16, only one in each of the exemplary embodiments shown in FIG. 7 or FIG. 7a Push-pull output stage 16 is shown.
  • a cascaded push-pull output stage 16 is shown.
  • up to eight push-pull output stages 16 can be cascaded. If the preliminary stage is designed accordingly, more push-pull stages 16 can also be cascaded.

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Abstract

Bei der erfindungsgemäßen Lösung handelt es sich um ein Verfahren zum Unterdrücken von Störsignalen in mindestens einer Versorgungsleitung, insbesondere in mindestens einer Versorgungsleitung für Hochvoltspannungsquellen in einem Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs. Die mindestens eine Versorgungsleitung weist wenigstens zwei induktive Übertrager auf, die eine Verstärkerschaltung galvanisch getrennt mit der Versorgungsleitung koppeln. Die wenigstens zwei induktiven Übertragerweisen jeweils einen Primärkreis und einen Sekundärkreis auf, wobei jeweils der mindestens eine Primärkreis der Versorgungsleitung zugeordnet ist und wobei jeweils der mindestens eine Sekundärkreis der Verstärkerschaltung (2) zugeordnet ist, wobei eine Induktivität des mindestens einen Primärkreises eines ersten Übertragers in der mindestens einen Versorgungsleitung zum Unterdrücken von Störsignalen ausgebildet ist, und wobei ein Signal aus der Versorgungsleitung mittels eines zweiten Übertragers abgegriffen und einem Eingang der Verstärkerschaltung (2) zugeleitet wird. Wesentlich dabei ist, dass die Induktivität des mindestens einen Primärkreises des ersten Übertragers erhöht wird, indem die Verstärkerschaltung (2) ein Korrektursignal in den ersten Übertrager einspeist und die Verstärkerschaltung (2) das Korrektursignal störsignalabhängig durch Verstärkung aus dem Signal des zweiten induktiven Übertrages bildet.

Description

Verfahren und Verstärkerschaltung zum Erhöhen einer Induktivität
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung von Störsignalen bei Spannungsquellen, insbesondere bei Hochspannungsquellen für Fahrzeuge, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus der Praxis sind Filteranordnungen zur Störsignalunterdrückung für
Antriebsstränge für Fahrzeuge bekannt. Aufgrund der Anforderungen an den Frequenzgang und den vorherrschenden hohen Spannungen, bzw. Strömen, werden hierfür fast ausschließlich passive Bauelemente eingesetzt, welche groß und teuer sind.
Ferner sind aktive Filterkonzepte bekannt, z.B. aus der WO 2003/005578 A1 , welche aber hauptsächlich für Anwendungen in der Signalverarbeitung oder für Anwendungen, bei denen niedrigere Spannungen und/oder niedrigere
Leistungen vorherrschen, verwendet werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes, kostengünstiges und
vorteilhaftes Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterdrücken von Störsignalen zur Verfügung zu stellen, welches auch bei höheren Spannungen und/oder Leistungen verwendbar ist und dabei einen geringeren Platzbedarf und eine hohe Störsignalunterdrückung aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren nach den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung handelt es sich um ein Verfahren zum Unterdrücken von Störsignalen in mindestens einer Versorgungsleitung, insbesondere in mindestens einer Versorgungsleitung für
Hochvoltspannungsquellen in einem Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs. Die mindestens eine Versorgungsleitung weist wenigstens zwei induktive
Übertrager auf, die eine Verstärkerschaltung galvanisch getrennt mit der Versorgungsleitung koppeln. Die wenigstens zwei induktiven Übertrager weisen jeweils einen Primärkreis und einen Sekundärkreis auf, wobei jeweils der mindestens eine Primärkreis der Versorgungsleitung zugeordnet ist, und wobei jeweils der mindestens eine Sekundärkreis der Verstärkerschaltung zugeordnet ist, wobei eine Induktivität des mindestens einen Primärkreises eines ersten Übertragers in der mindestens einen Versorgungsleitung zum Unterdrücken von Störsignalen ausgebildet ist, und wobei ein Signal aus der Versorgungsleitung mittels eines zweiten Übertragers abgegriffen und einem Eingang der
Verstärkerschaltung zugeleitet wird. Wesentlich dabei ist, dass die Induktivität des mindestens einen Primärkreises des ersten Übertragers erhöht wird, indem die Verstärkerschaltung ein Korrektursignal in den ersten Übertrager einspeist und die Verstärkerschaltung das Korrektursignal durch Verstärkung aus dem Signal des zweiten induktiven Übertrages bildet, insbesondere um die
Induktivität der Spule in der Versorgungsleitung, vorzugsweise der Primärspule des ersten induktiven Übertragers, elektronisch zu erhöhen. Es kann vorgesehen sein, dass durch den zweiten induktiven Übertrager ein Störspannungsstrom in eine Spannung gewandelt wird. Diese Spannung wird über eine Vorstufe der Verstärkerschaltung verstärkt bzw. im Frequenzgang beeinflusst. Das durch den Vorverstärker verstärke Spannungssignal erfährt in einem Endverstärker eine Stromverstärkung und wird über den ersten induktiven Übertrager als Korrekturspannung in die Versorgungsleitung einspeist. Insbesondere wird das Korrektursignal nicht zur Auslöschung eines Störsignales durch Überlagerung verwendet, sondern zur virtuellen Erhöhung der Induktivität der Primärspule verwendet.
Vorzugsweise wird die Induktivität des mindestens einen Primärkreises des ersten Übertragers erhöht, indem die Verstärkerschaltung ein Korrektursignal in den ersten Übertrager einspeist und die Verstärkerschaltung das
Korrektursignal störsignalabhängig durch Verstärkung aus dem Signal des zweiten induktiven Übertrages bildet.
Die Verstärkerschaltung ist insbesondere so ausgebildet, dass am Eingang der Verstärkerspannung die aus der Versorgungsleitung abgegriffene
Störspannung anliegt und die Verstärkerschaltung eine auf dieser
Störspannung basierende Korrekturspannung in die Versorgungsleitung zurückspeist. Die Erhöhung der Induktivität erfolgt dabei, im Gegensatz zu einer realen Erhöhung der Induktivität, die bspw. nur durch mehr Spulenwicklungen oder ein anderes Kernmaterial erfolgen kann, rein elektronisch. Das hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen ohmschen Verluste in der Versorgungsleitung entstehen. Auch das Problem einer Sättigung des Kernmaterials eines induktiven Übertragers wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verringert. Dieser Vorteil ist essentiell, um hohe Leistungen, wie sie in Traktionsantrieben bei Fahrzeugen notwendig sind, möglichst verlustfrei und ohne Störungen übertragen zu können. Weiter können durch das erfindungsgemäße Verfahren Kosten und auch Bauraum eingespart werden. Vorzugsweise wird unter induktivem Übertrager ein Bauteil oder eine
Bauteilanordnung verstanden, welches zur Signalübertragung dient und bei dem die Primärseite von der Sekundärseite galvanisch getrennt ist.
Insbesondere weist ein induktiver Übertrager wenigstens zwei miteinander induktiv gekoppelte Spulen auf, üblicherweise als Primärspule und
Sekundärspule bezeichnet. Es können bei einem induktiven Übertrager auch mehrere Primärspulen und/oder mehrere Sekundärspulen vorhanden sein. Insbesondere sind bei einem induktiven Übertrager dessen sämtliche Spulen untereinander induktiv gekoppelt. Die induktive Kopplung der Spulen eines induktiven Übertragers kann beispielsweise durch einen gemeinsamen
Spulenkern erfolgen. Insbesondere stehen alle Spulen eines induktiven Übertragers mit dem gemeinsamen Spulenkern in magnetischer
Wechselwirkung. Die Kopplung kann auch, beispielsweise im Falle von
Luftspulen, durch die räumliche Anordnung der Spulen zueinander oder der Ausgestaltung bzw. Ausrichtung der Spulenwicklungen erfolgen.
Insbesondere ist bei der erfindungsgemäßen Lösung der erste induktive Übertrager von dem zweiten induktiven Übertrager getrennt ausgebildet, d. h. die beiden induktiven Übertrager sind nicht magnetisch miteinander gekoppelt. Der erste induktive Übertrager kann von dem zweiten induktiven Übertrager magnetisch abgeschirmt sein, und/oder durch eine entsprechende räumliche Anordnung magnetisch getrennt sein. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorgesehen, Gleichtaktstörungen und/oder Gegentaktstörungen zu unterdrücken. Das Signal in der
Versorgungsleitung zum Ausbilden des Korrektursignals kann ein
Gegentaktstörsignal oder ein Gleichtaktstörsignal sein, oder kann genutzt werden, um ein Gegentaktstörsignal oder ein Gleichtaktstörsignal zu erhalten. Bei Gegentaktstörungen kann das Signal mittels eines induktiven Übertragers aus der Versorgungsleitung ausgelesen werden und entspricht dann dem Störsignal. Es ist bei Gegentaktstörungen auch möglich, durch eine
Differenzverstärkung der Signale aus mehreren Übertragern bei mehreren Versorgungsleitungen ein Gegentaktstörsignal zu erhalten. Beim
Gleichtaktstörungen kann das Signal bei mehreren Versorgungsleitungen aus einem Übertrager mit je einen Primärkreis je Versorgungsleitung ausgelesen werden und entspricht dann dem Störsignal. Es ist bei Gleichtaktstörungen auch möglich, durch eine Additionsverstärkung der Signale aus mehreren Übertragern aus mehreren Versorgungsleitungen ein Gleichtaktstörsignal zu erhalten.
Bei der Unterdrückung von Störsignalen kann vereinfacht davon ausgegangen werden, dass in einem einfachen Modell eine Störquelle (Sender) eine Störung erzeugt. Diese Störung gelangt über einen Kopplungsweg zur Störsenke (Empfänger) und beeinfluss damit den Empfänger. Im Allgemeinen wird bei Störquellen zwischen Gleichtaktstörquellen und Gegentaktstörquellen unterschieden. Gleichtaktstörquellen treiben Gleichtaktstörströme, die in allen Leitern gleichsinnig zum Empfänger fließen. Gegentaktstörquellen treiben Gegentaktstörströme, die sich gleich ausbreiten wie die Nutzsignalströme.
Der Störstrom kann sich zusammensetzen aus einem symmetrischen und/oder einem asymmetrischen Teil. Bei einem symmetrischen Störstrom befinden sich die Ströme in den Leitungen in Gegentakt und werden auch Gegentaktstörung oder DMN genannt. Bei einem asymmetrischen Störstrom befinden sich die Ströme in den Leitungen im Gleichtakt. Die Ground-Leitung bildet den
Rückleiter. Diese Störungen werden Gleichtaktstörung oder CMN genannt.
Gegentaktstörungen, oder auch Differential Mode (DM) Noise (DMN) (im folgenden DMN) genannt, werden im Stromkreis durch Gegentaktstörquellen erzeugt. Diese Gegentaktstörquellen können ihren Ursprung z.B. in
magnetischer Kopplung (oder auch induktiver Kopplung genannt) oder galvanischer Kopplung in den Stromkreis (Leitungen) oder durch
Gleichtakt/Gegentakt-Konversion haben. Gegentaktstörquellen sind in der Regel in Reihe mit der Nutzsignalquelle angeordnet. Gegentaktstörungen oder DMN können Gegentaktstörströme, z.B. im Hin- und Rückleiter eines
Signalkreises, in entgegengesetzte Richtungen bewirken.
Gleichtaktstörungen, oder auch Common Mode (CM) Noise (CMN) (im folgenden CMN) genannt, werden im Stromkreis durch Gleichtaktstörquellen erzeugt. Diese Gleichtaktstörquellen können ihren Ursprung z.B. in kapazitiver Kopplung, Potentialanhebung von Masse/Ground oder Erdungspunkten oder in Potentialdifferenzen räumlich auseinander liegender Masse- und Erdklemmen haben. Gleichtaktstörquellen sind in der Regel zwischen einem Stromkreis und einem Bezugspotential angeordnet. Gleichtaktstörung oder CMN können Gleichtaktstörströme bewirken, die z.B. in allen Leitern eines Signalkerns gleichsinnig zum Empfänger fließen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Verstärkerschaltung mit den induktiven Übertragern zwischen einer Batterie oder einem Akku und einer Störquelle in die Versorgungsleitung eingeschleift, bzw. eingesetzt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass das Maß der Erhöhung der Induktivität gezielt über die Festlegung der
Spannungsverstärkung der Verstärkerschaltung festgelegt wird. Über die Festlegung eines entsprechenden Frequenzganges des Verstärkers kann zudem eine frequenzabhängige Erhöhung der Induktivität erzielt werden, beispielsweise um gezielt Störsignale mit bestimmten Frequenzen besser zu unterdrücken.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass durch das Einspeisen des Korrektursignals die Eigenresonanzfrequenz des elektrischen Systems verringert wird. Dadurch kann insbesondere das Abstrahlverhalten der
Versorgungsleitung verbessert und dadurch die elektromagnetische Belastung der umgebenden Systeme verringert werden.
Unter einem elektrischen System wird vorzugsweise ein Stromkreis aus Spannungsquelle, Verbraucher und Versorgungsleitungen verstanden.
Vorzugsweise umfasst das elektrische System einen wiederaufladbaren Akku, einen über einen Inverter betriebenen Elektromotor und zwischenliegende Versorgungsleitungen, wobei die Versorgungsleitungen den wiederaufladbaren Akku mit dem Inverter und/oder dem Elektromotor verbinden. Flöchst vorzugsweise handelt es sich bei dem elektrischen System um ein
Spannungsversorgungssystem für einen Traktionsantrieb für ein
Elektrofahrzeug. Die resultierende Spule hat eine hohe Güte und kann mit den Kapazitäten im System einen schwingfähigen Schwingkreis bilden. Um die Gefahr des
Auftretens von Eigenschwingungen zu verringern, ist es von Vorteil, die Spule entsprechend selektiv zu dämpfen, bzw. die Verstärkung des Verstärkers frequenzabhängig zu reduzieren.
Insbesondere wird die Induktivität in einem Frequenzbereich, in dem
Störsignalen zu erwarten sind, vergrößert, und in einem Bereich, in dem die Eigenresonanzfrequenz des elektrischen Systems liegt, verringert.
Vorzugsweise sind die Störsignale in einem höheren Frequenzbereich zu erwarten als die Resonanzfrequenz des elektrischen Systems, so dass die Erhöhung der Induktivität bei niedrigen Frequenzen niedriger ist oder ganz entfallen kann und erst bei höheren Frequenzen wirksam wird. Vorzugsweise kann die Erhöhung der Induktivität unterhalb einer Frequenz von 50 kFIz, vorzugsweise 20 kFIz reduziert oder ausgeschaltet sein und bei einer höheren Frequenz entsprechend wirksam sein. Vorzugsweise kann die Vorstufe als Tiefpass oder Bandpass oder Flochpass oder Bandsperre ausgebildet sein, um den Frequenzgang festzulegen. Vorzugsweise kann eine frequenzabhängige Erhöhung der Induktivität gebildet werden. Insbesondere indem die Verstärkerschaltung als Tiefpass oder Flochpass oder Bandpass oder Bandsperre ausgebildet ist.
Bandsperre bedeutet, die Eigenresonanzfrequenz des Systems wird
ausgespart, vorzugsweise indem der Verstärker die Induktivität im Bereich der Eigenresonanzfrequenz nicht oder nur geringfügig erhöht. Flochpass bedeutet die Unterdrückung von Störsignalen mit höheren Frequenzen als der
Eigenfrequenz. Tiefpass bedeutet die Unterdrückung von Störsignalen mit niedrigeren Frequenzen als der Eigenfrequenz. Bandpass bedeutet
Unterdrückung von Störsignalen in einem definierten Bereich, der vorzugsweise außerhalb der Eigenresonanzfrequenz liegt. Es kann vorgesehen sein, dass die Induktivität des Primärkreises des ersten Übertragers erhöht wird, indem in einer ersten Stufe der Verstärkerschaltung ein Störsignal über den zweiten induktiven Übertrager abgegriffen wird und eine Spannungsverstärkung durchgeführt wird, und in einer zweiten Stufe der Verstärkerschaltung eine Leistungsverstärkung durchgeführt wird.
Es kann vorgesehen sein, dass die Verstärkerschaltung an die
Versorgungsleitung angekoppelt wird, indem die Versorgungsleitung von einem aufklappbaren Übertrager umschlossen wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Spule eines Primärkreises des ersten und/oder weiterer Übertrager jeweils durch ein Leitungsstück der
Versorgungsleitung gebildet wird.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Primärkreis ausschließlich durch ein Leitungsstück der Versorgungsleitung ausgebildet ist. Die Ankopplung ist dadurch auch bei starren Bars in einfacher Weise möglich, wobei dann die Induktivität des Primärkreises durch die Erstreckung des Ferritkerns, bzw. der zweiten Spule, festgelegt wird. Es kann vorgesehen sein, dass durch die Verstärkerschaltung das
Korrektursignal durch Spannungsverstärkung und Invertierung des mittels des zweiten Übertragers abgegriffenen Signals gebildet wird. Es kann vorgesehen sein, dass durch die Verstärkerschaltung die
Eigenresonanzfrequenz des elektrischen Systems verringert wird, insbesondere dass durch Festlegen des Verstärkungsfaktors der Verstärkerschaltung die Eigenresonanzfrequenz des elektrischen Systems festgelegt wird.
Es kann vorgesehen sein, dass der zweite Übertrager das Signal aus der Versorgungsleitung abgreift und der erste Übertrager, in Reihe mit dem zweiten Übertrager, ein Korrektursignal in die Versorgungsleitung einspeist. Die Aufgabe der Erfindung wird weiter gelöst durch eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen in mindestens einer Versorgungsleitung, vorzugsweise zur Anwendung des Verfahrens nach einer der
erfindungsgemäßen Ausführungen, insbesondere in mindestens einer
Versorgungsleitung für Hochvoltspannungsquellen in einem Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs. Die mindestens eine Versorgungsleitung weist wenigstens zwei induktive Übertrager auf, die eine Verstärkerschaltung galvanisch getrennt mit der Versorgungsleitung koppeln, wobei die wenigstens zwei induktiven Übertrager jeweils einen Primärkreis und einen Sekundärkreis aufweisen, und wobei der mindestens eine Primärkreis jeweils der
Versorgungsleitung zugeordnet ist, und wobei der mindestens eine
Sekundärkreis jeweils der Verstärkerschaltung zugeordnet ist, und wobei eine Induktivität des mindestens einen Primärkreises eines ersten Übertragers in der mindestens einen Versorgungsleitung zum Unterdrücken von Störsignalen ausgebildet ist. Wesentlich dabei ist, dass die Verstärkerschaltung als ein diskreter Halbleiterverstärker, vorzugsweise als ein zweistufiger diskreter
Transistorverstärker, ausgebildet ist und die Induktivität des mindestens einen Primärkreises des ersten Übertragers erhöht, indem die Verstärkerschaltung ein Korrektursignal in den ersten Übertrager einspeist, welches er durch eine Spannungsverstärkung eines mittels des zweiten Übertragers abgegriffenen Signals bildet, insbesondere um die Induktivität der Spule in der
Versorgungsleitung, vorzugsweise der Primärspule des ersten Übertragers, elektronisch zu erhöhen, um die Störsignale anhand der virtuell erhöhten Induktivität zu unterdrücken.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erfolgt die Erhöhung der Induktivität rein elektronisch, im Gegensatz zu der realen Erhöhung der Induktivität, bspw. durch mehr Spulenwicklungen. Durch die rein elektronische Erhöhung entstehen keine zusätzlichen ohmschen Verluste in der Versorgungsleitung. Dieser Vorteil ist essentiell, um hohe Leistungen verlustfrei übertragen zu können. Insbesondere wird das Korrektursignal nicht zur Auslöschung eines Störsignales durch Überlagerung verwendet, sondern zur virtuellen Erhöhung der Induktivität der Primärspule.
Weiter ist von Vorteil, dass es im Gegensatz zu herkömmlichen aktiven Filtern, deren Filterwirkung auf der Auslöschung von Signalen anhand einer
Überlagerung der Störsignale mit einem Löschsignal basiert, bei der erfindungsgemäßen Lösung insbesondere nicht zu einer Verschlechterung des Störverhaltens kommen kann. Beispielsweise können die von einem
herkömmlichen aktiven Filter erzeugten Löschsignale von den tatsächlich vorhandenen Störsignalen in ungünstigen Fällen abweichen, also diese Störsignale nicht vollständig kompensieren oder gar im ungünstigen Fall noch verstärken.
Insbesondere erfolgt bei der erfindungsgemäßen Lösung eine
Spannungsgegenkopplung. Spannungsgegenkopplung bedeutet, dass sowohl am Eingang wie auch am Ausgang der Verstärkerschaltung ein Spannungssignal verwendet wird. Insbesondere dass am Eingang der erfindungsgemäßen Vorrichtung über den zweiten induktiven Übertrager ein Störsignal der Versorgungsleitung als Spannung dem Verstärker zugeführt wird und am Ausgang des Verstärkers über den ersten induktiven Übertrager induktiv ein Korrektursignal in Form einer Spannung in die Versorgungsleitung zurückgespeist wird.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass die
Störsignalunterdrückung hauptsächlich durch eine virtuelle Erhöhung der Längsinduktivität des ersten Primärkreises in der Versorgungsleitung erfolgt. Insbesondere wird erfindungsgemäß basierend auf der realen Induktivität des ersten Primärkreises störsignalabhängig eine virtuelle Induktivität mit einem höheren Induktivitätswert ausgebildet. Vorzugsweise beruht die Filterwirkung der erfindungsgemäßen Lösung weniger auf einer Auslöschung von Störsignalen durch Addition eines Löschsignales, sondern insbesondere auf einer Filterung von Störsignalen analog eines passiven Spulen-Filters 1. Ordnung. Von Vorteil ist jedoch, dass insbesondere die wirksame Induktivität elektronisch gegenüber der vorhandenen realen Spule des ersten Primärkreises erhöht wird. Insbesondere, dass deren
Induktivitätswert, und vorzugsweise auch deren Güte, elektronisch vergrößert wird. Diese virtuelle Erhöhung der Induktivität des ersten Primärkreises bewirkt sozusagen ein passives Spulen-Filter 1. Ordnung. Je nach
Schaltungsauslegung bzw. Beschaltung des ersten Primärkreises kann auch eine Filterwirkung eines Spulen-Filters höherer Ordnung, bzw. eines L/C-Filters höherer Ordnung erzielt werden. Vorzugsweise wird unter einem diskreten Verstärker ein Verstärker verstanden, der aus diskreten Transistoren aufgebaut ist. Diese diskreten Transistoren haben üblicherweise hinsichtlich Laufzeit bzw. Frequenzverhalten bzw.
Rauschverhalten Vorteile gegenüber integrierten Schaltungen wie
beispielsweise integrierten OP-Amps. Diskrete Transistoren können dabei Transistoren mit je einem eigenen Gehäuse oder Transistoren, bei denen mehrere Transistoren in einem Gehäuse untergebracht sind, wie beispielsweise bei Darlington-Transistoren oder Transistor Arrays sein. Allgemein wird Transistor als Sammelbegriff für Bipolar-Transistoren,
Feldeffekttransistoren, MOS-FET, NIG-FET oder Junction FET, FIEX-FET und weitere Transistortypen verwendet. Diese Aufzählung ist lediglich beispielhaft und nicht als Einschränkung zu verstehen. Die nachfolgend beschriebenen Merkmale und Vorteile stellen optionale
Ausgestaltungen dar und beziehen sich sowohl auf das erfindungsgemäße Verfahren als auch auf die erfindungsgemäße Vorrichtung, ohne dabei einschränkend zu wirken. Insbesondere gilt, dass man unter galvanischer Trennung hier versteht, dass zwei Stromkreise voneinander getrennt ausgebildet sind, d.h. es besteht dabei keine direkte galvanische Verbindung über eine Leitung. Die Stromkreise werden dabei durch elektrisch nicht leitfähige Kopplungsglieder aufgetrennt. Bei galvanischer Trennung sind die elektrischen Potentiale der beiden Stromkreise voneinander getrennt, und die Stromkreise sind dann untereinander
potentialfrei. Die Übertragung von Strom oder Signalen geschieht über
Induktion. Vorzugsweise kann der Übertrager beispielsweise aus zwei miteinander gekoppelten Induktivitäten ähnlich einem Transformator aufgebaut sein, wobei die Bauteile des Übertragers darauf spezifiziert sind, über einen relativ breiten Frequenzbereich eine gute Informationsübertragung zu gewährleisten.
Vorzugsweise ist bei einem Übertrager der Erhalt der Signalform von großer Bedeutung, d.h. beim Übertrager ist eine große Linearität und möglichst geringe Verzerrungen erwünscht.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der Übertrager einen Kern aus gestanzten Einzelblechen aufweist, welche durch isolierende chemisch aufgebrachte Phosphatierungsschichten gegeneinander isoliert sind. Durch die Isolierung werden Wirbelströme, welche den Kern erhitzen würden, drastisch reduziert. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Kern aus einem Ferrit oder einem ferromagnetischen Material oder einem Eisen besteht. Der Kern kann als ein Ringkern oder als ein geteilter Ringkern ausgebildet sein. Der Vorteil eines Ringkerns besteht darin, dass dieser einen luftspaltlosen geschlossenen Magnetkreis bilden. Weiter sind auch U-Kerne oder E-Kerne oder ähnliche Ausführungsformen möglich. Weiter kann es vorgesehen sein, dass alternativ der Übertrager auch als ein Luftübertrager ausgebildet sein kann. Das bedeutet, der Übertrager weist zwei Induktivitäten auf, die miteinander durch ihre räumliche Nähe induktiv gekoppelt sind. Ein massiver Kern zur Kopplung der Induktivitäten ist in diesem Fall nicht notwendig.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die induktive Kopplung der
Versorgungsleitung der Spannungsquelle mit der Verstärkerschaltung auch über eine Spule, welche im Bereich des Leitungsabschnitts der Versorgungsleitung gewickelt ist, realisiert werden kann. Dabei bilden die Spule und der Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung den Übertrager aus.
Vorzugsweise kann es vorgesehen sein, dass Hochvoltspannungsquellen hier Spannungsquellen mit Spannungen > 60 V, vorzugswiese > 120 V, höchst vorzugsweise > 240 V sind. Dabei können die Spannungsquellen elektrische Leistungen von größer 500 W, vorzugsweise größer 1 kW, höchst vorzugsweise größer 10 kW liefern. Vorzugsweise funktioniert die Vorrichtung wie folgt: Durch den zweiten induktiven Übertrager wird ein Störspannungsstrom in eine Spannung gewandelt. Diese Spannung wird über eine Vorstufe der Verstärkerschaltung verstärkt, bzw. im Frequenzgang beeinflusst. Das durch den Vorverstärker verstärke Spannungssignal erfährt in einem Endverstärker eine
Stromverstärkung und wird über den ersten induktiven Übertrager als
Korrekturstrom in die Versorgungsleitung einspeist.
Insbesondere wird in der Vorrichtung die Induktivität in einem Frequenzbereich, in dem Störsignale zu erwarten sind, vergrößert, und in einem Bereich, in dem die Eigenresonanzfrequenz des elektrischen Systems liegt, verringert.
Vorzugsweise sind die Störsignale in einem höheren Frequenzbereich zu erwarten als die Resonanzfrequenz des elektrischen Systems, so dass die Erhöhung der Induktivität bei niedrigen Frequenzen niedriger ist oder ganz entfallen kann und erst bei höheren Frequenzen wirksam wird. Vorzugsweise kann die Erhöhung der Induktivität unterhalb einer Frequenz von 50 kHz, vorzugsweise 20 kHz reduziert oder ausgeschaltet sein und bei einer höheren Frequenz entsprechend wirksam sein. Vorzugsweise kann die Vorstufe als Tiefpass oder Bandpass oder Hochpass oder Bandsperre ausgebildet sein, um den Frequenzgang festzulegen.
Vorzugsweise kann eine frequenzabhängige Erhöhung der Induktivität gebildet werden. Insbesondere indem die Verstärkerschaltung als Tiefpass oder Hochpass oder Bandpass oder Bandsperre ausgebildet ist.
Bandsperre bedeutet, die Eigenresonanzfrequenz des Systems wird
ausgespart, vorzugsweise indem der Verstärker die Induktivität im Bereich der Eigenresonanzfrequenz nicht oder nur geringfügig erhöht. Hochpass bedeutet die Unterdrückung von Störsignalen mit höheren Frequenzen als der
Eigenfrequenz. Tiefpass bedeutet die Unterdrückung von Störsignalen mit niedrigeren Frequenzen als der Eigenfrequenz. Bandpass bedeutet
Unterdrückung von Störsignalen in einem definierten Bereich, der vorzugsweise außerhalb der Eigenresonanzfrequenz liegt.
Die resultierende Spule hat eine hohe Güte und würde mit den Kapazitäten im System einen schwingfähigen Schwingkreis bilden. Um die Gefahr des
Auftretens von Eigenschwingungen zu verringern, ist es notwendig die Spule entsprechend selektiv zu dämpfen, bzw. die Verstärkung des Verstärkers frequenzabhängig zu reduzieren
Zudem kann vorgesehen sein, dass die zweistufige Verstärkerschaltung eine Vorstufe zur Spannungsverstärkung und eine Endstufe zur Stromverstärkung aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass der Eingang des Verstärkers der Eingang der Vorstufe ist und der Ausgang des Verstärkers der Ausgang der Endstufe ist. Es kann vorgesehen sein, dass der Verstärker als diskreter Verstärker ausgebildet ist, insbesondere dass die Vorstufe und die Endstufe aus diskreten Halbleitern, vorzugsweise aus Transistoren und/oder Feldeffekttransistoren ausgebildet sind. Dies ermöglicht bei einem einfachen Aufbau eine kurze Signallaufzeit. Dadurch wird ein gutes Frequenzverhalten wie auch eine gute Phasentreue erzielt. Vorzugsweise können die Vorstufe und die Endstufe den gleichen Typ Halbleiter aufweisen.
In einer Ausgestaltung kann die Vorstufe als Gegentaktverstärker ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine sehr gute Signaltreue und einen breiten
Frequenzgang der Spannungsverstärkung. Insbesondere kann die Vorstufe als symmetrischer Gegentaktverstärker aufgebaut sein.
Es kann vorgesehen sein, dass der Basisstrom des Halbleiterverstärkers, vorzugswiese der T ransistoren der Vorstufe der Verstärkerschaltung über eine Konstantstromquelle mit einem Transistor stabilisiert ist, vorzugsweise dass die Konstantstromquelle einen Feldeffekttransistor oder MOSFET (Metall-Oxid- Halbleiter-Feldeffekttransistor) aufweist. Dadurch wird eine einfach zu realisierende und dennoch exakte Festlegung des Arbeitspunktes der Vorstufe ermöglicht. Durch Abgleich der Temperaturkennlinien der Konstantstromquelle mit dem Transistor der Vorstufe kann die Verstärkung über einen großen Temperaturbereich hinweg konstant gehalten werden.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Verstärkerschaltung eine
Signallaufzeit zwischen Eingang und Ausgang aufweist, die kleiner gleich 500 ns, vorzugsweise kleiner gleich 20 ns, höchst vorzugsweise kleiner gleich 6 ns ist. Dadurch wird sowohl bei niedrigen Frequenzen als auch bei hohen
Frequenzen eine gute Störsignalunterdrückung ermöglicht. Beispielsweise können Störsignale im Bereich von 1 Hz bis zu 10 MHz, vorzugsweise im Bereich von 10 Hz bis zu 2 MHz, wirkungsvoll unterdrückt werden.
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass die Spannungsverstärkung der Verstärkerschaltung relativ gering ausfallen kann. Der Wert der
Spannungsverstärkung kann beispielsweise 2 oder 4 oder 8 oder 16 oder 32 oder einen Zwischenwert betragen. Bereits mit einer moderaten
Spannungsverstärkung kann bereits eine ausreichende Wirkung im Sinne einer virtuellen Erhöhung der Induktivität der Spule des Primärkreises des ersten Übertragers erzielt werden. Durch einen geringen Verstärkungsfaktor kann der Frequenzgang bzw. die Phasentreue oder Signallaufzeit des Verstärkers positiv beeinflusst werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Endstufe kaskadierbar ist und die Vorstufe mehrere kaskadierbare Endstufen ansteuert, insbesondere zwei kaskadierte Endstufen oder vier kaskadierte Endstufen oder sechs kaskadierte Endstufen oder acht kaskadierte Endstufen ansteuert. Dadurch können höhere Leistungen erzielt werden, bzw. es können mehrere Spulen getrennt
angesteuert werden.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Verstärkerschaltung die Induktivität des ersten Übertragers durch Spannungsverstärkung des abgegriffenen Signals in dem Verstärker erhöht. Insbesondere kann durch das Maß der Spannungsverstärkung der Verstärkerschaltung die Erhöhung der Induktivität festgelegt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Verstärkerschaltung die
Eigenresonanzfrequenz des elektrischen Systems verringert. Dadurch wird insbesondere das Abstrahlverhalten der Versorgungsleitung bei Störsignalen verringert.
Es kann vorgesehen sein, dass die Primärkreise der Übertrager in die
Versorgungsleitung eingeschleift sind, vorzugsweise einen Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung bilden, und dass die Induktivität der Primärkreise für eine Leistung größer oder gleich 100 W, vorzugsweise 500 W, höchst vorzugsweise 1 kW ausgelegt ist. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Versorgungsleitung eine Spannung von größer gleich 60 V, vorzugsweise größer gleich 120 V, höchst vorzugsweise größer gleich 240 V aufweist.
In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Versorgungsleitung als einpolige Versorgungsleitung ausgebildet ist. Alternativ kann die
Versorgungsleitung mehrere Leitungen aufweisen, bspw. als mehrpolige oder als mehrphasige Spannungsversorgungsleitung mit mehreren einzelnen Leitungen ausgebildet sein. Es kann vorgesehen sein, dass die beiden Übertrager seriell in der
Versorgungsleitung geschalten sind.
Es kann vorgesehen sein, dass die Spulen der Primärkreise der Übertrager jeweils durch ein Leitungsstück der Versorgungsleitung gebildet werden. Dies ermöglicht eine besonders einfache Montage, da ein Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung nicht unterbrochen werden muss, sondern direkt die Induktivität des Primärkreises bildet. Beispielsweise kann eine Spule des Übertragers induktiv mit diesem Leitungsabschnitt gekoppelt werden, und/oder ein Kern des induktiven Übertragers kann an den Leitungsabschnitt der
Versorgungsleitung angekoppelt werden, beispielsweise durch Aufsetzen des Kerns auf den Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung. Es kann vorgesehen sein, dass der Kern des induktiven Übertragers ein
Kernmaterial aus einem Ferrit oder einem ferromagnetischen Material oder einem Eisen aufweist.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Verstärkerschaltung das
Korrektursignal durch Spannungsverstärkung und Invertierung des Störsignals in der ersten Verstärkerstufe bildet.
In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Versorgungsleitung zur Spannungs- oder Stromversorgung eines Elektromotors, insbesondere eines Traktionsantriebes oder eines Klimakompressors, ausgebildet ist. Die
Versorgungsleitung kann an eine Versorgungsbatterie angeschlossen sein und einen y-Kondensator zur Strompufferung aufweisen.
Es kann vorgesehen sein, dass der induktive Übertrager als Ringkernübertrager mit einer Windung pro Leitung ausgebildet ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass der induktive Übertrager einen Ringkern aufweist und die
Versorgungsleitung durch den Ringkern hindurchgeführt ist, oder dass eine Windung pro Versorgungsleitung ausgebildet ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Induktivität des Primärkreises eine einzige Primärkreis-Spule aufweist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Induktivität des Primärkreises mehrere getrennte Primärkreis-Spulen oder eine Primärkreisspule mit mehreren Wicklungen oder Anzapfungen aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass der Übertrager ein Kernmaterial aus einem Ferrit oder einem ferromagnetischen Material oder einem Eisen aufweist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Übertrager aufklappbar ausgebildet ist, um die Versorgungsleitung zu umschließen und induktiv an einen Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung anzukoppeln.
Es kann vorgesehen sein, dass der Übertrager von dem Primärkreis auf den Sekundärkreis ein Übertragungsverhältnis von größer gleich 1 zu 1 oder größer gleich 1 zu 4, vorzugsweise größer gleich 1 zu 10, höchst vorzugsweise größer gleich 1 zu 100 aufweist.
In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zur
Unterdrückung von Störsignalen für mehrere Versorgungsleitungen oder mehrphasige Versorgungsleitungen ausgebildet ist, indem die Vorrichtung einen induktiven Übertrager aufweist, wobei der Primärkreis des induktiven Übertragers mehrere Spulen aufweist, die jeweils mit einer der mehreren Versorgungsleitungen verbunden sind und der Sekundärkreis des Übertragers mit der Verstärkerschaltung verbunden ist.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen für mehrere Versorgungsleitungen oder für mehrphasige
Versorgungsleitungen ausgebildet ist, indem die Vorrichtung mehrere der Anzahl von Versorgungsleitungen entsprechende Übertrager aufweist, wobei jeweils der Primärkreis eines induktiven Übertragers mit einer der
Versorgungsleitungen verbunden ist und der Sekundärkreis aller induktiven Übertrager mit derselben Verstärkerschaltung verbunden ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen bei bipolaren Spannungsquellen mit einer positiven und einer negativen Versorgungsleitung ausgebildet ist, indem die Vorrichtung zwei Übertrager aufweist, wobei ein erster Übertrager mit seinem Primärkreis der positiven Versorgungsleitung, und der zweite Übertrager mit seinem Primärkreis der negativen Versorgungsleitung zugeordnet sind und dem Sekundärkreis beider Übertrager mit derselben Verstärkerschaltung verbunden sind. In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Spannungsquelle eine Batterie oder einen aufladbaren Akku, insbesondere eine Traktionsbatterie aufweist, und einen Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt,
vorzugsweise einen Elektromotor in einem Elektrofahrzeug mit elektrischer Energie versorgt.
Die zu filternden Störungen können beispielsweise aus einer an die
Versorgungsleitung angeschlossenen Störquelle stammen, die ein Umrichter oder ein Spannungswandler oder ein Inverter oder ein Fahrtregler eines
Elektroantriebs ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Verstärkerschaltung eine
Spannungsversorgung aufweist, die aus der Versorgungsleitung abgeleitet ist, vorzugsweise dass die Verstärkerschaltung eine symmetrische
Spannungsversorgung aufweist, die aus einer positiven und einer negativen Versorgungsleitung abgeleitet ist, oder dass die Verstärkerschaltung eine Spannungsversorgung aufweist, die aus einer separaten
Niederspannungsquelle abgeleitet ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Vorstufe und die Endstufe eine
gemeinsame Spannungsversorgung aufweisen, die aus der Versorgungsleitung abgeleitet ist, vorzugsweise dass die Vorstufe und die Endstufe eine
gemeinsame symmetrische Spannungsversorgung aufweisen, die aus einer positiven und einer negativen Versorgungsleitung abgeleitet ist, oder dass die Vorstufe und die Endstufe eine gemeinsame Spannungsversorgung aufweisen, die aus einer separaten Niederspannungsquelle abgeleitet ist.
Weiter wird die Aufgabe gelöst durch ein Entstörmodul zum Nachrüsten für Spannungsquellen, insbesondere Hochvoltspannungsquellen in einem
Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs, umfassend ein Gehäuse, in dem eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der
vorhergehenden Ausführungen aufgenommen ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Störquelle ein Gehäuse mit einem Bauraum zur Aufnahme der Verstärkerschaltung oder des Entstörmoduls aufweist, wobei die Verstärkerschaltung oder das Entstörmodul in dem Bauraum aufgenommen und mit dem Gehäuse der Störquelle mechanisch verbunden ist. Weiter wird die Aufgabe gelöst durch einen Traktionsantrieb für ein
Elektrofahrzeug umfassend eine Traktionsbatterie, einen Elektromotor der aus der Traktionsbatterie über einen Fahrtregler mit Energie versorgt wird, sowie eine Versorgungsleitung, welche den Fahrtregler mit der Traktionsbatterie verbindet. Wesentlich dabei ist, dass die Versorgungsleitung eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen nach einer der vorangehenden
Ausführungen aufweist. Weiter wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Traktionsantriebs mit einer Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen nach einer der vorangehenden Ausführungen, indem in einem ersten Schritt die Versorgungsleitung/en unterbrochen wird/werden und in einem zweiten Schritt in die Unterbrechungsstelle eine Vorrichtung gemäß der
vorangehenden Ausführungen eingesetzt wird, oder indem in einem ersten Schritt die zwei induktiven Übertrager mit einer Vorrichtung gemäß der vorangehenden Ausführungen in die Versorgungsleitung/en eingeschleift werden.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren zum Unterdrücken von DMN gemäß einem der vorangehenden Verfahren, indem durch Platzierung des Übertragers in nur einer Versorgungsleitung zum Auslesen eines Signals das DMN-Störsignal ausgelesen wird, oder indem durch eine
Differenzverstärkung der Signale aus mehreren Übertragern bei mehreren
Versorgungsleitungen ein DMN-Störsignal erhalten wird. Anschließend wird aus dem Störsignal in der Verstärkerschaltung ein Korrektursignal generiert, welches in den ersten Übertrager in eine Versorgungsleitung einspeist, um die Induktivität der Spule in der Versorgungsleitung, vorzugsweise der Primärspule des ersten Übertragers, elektronisch zu erhöhen und so das Störsignal zu unterdrücken.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren zum Unterdrücken von CMN, gemäß einem der vorangehenden Verfahren, indem durch mehrere Primärkreis-Spulen des Übertragers in mehreren Versorgungsleitungen zum Auslesen eines Signals das CMN-Störsignal ausgelesen wird, oder indem durch eine Additionsverstärkung der Signale aus mehreren Übertragern in mehreren Versorgungsleitungen ein CMN-Störsignal erhalten wird. Anschließend wird aus dem Störsignal in der Verstärkerschaltung ein Korrektursignal generiert, welches in den ersten Übertrager in eine Versorgungsleitung einspeist, insbesondere um die Induktivität der Spule in der Versorgungsleitung, vorzugsweise der Primärspule des ersten Übertragers, elektronisch zu erhöhen und dadurch das Störsignal zu unterdrücken.
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und nachfolgend erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 Erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer
Schaltungsanordnung einer Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen, vorzugsweise zum Unterdrücken von Gegentaktstörungen;
Fig. 2 Erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen in einer Versorgungsleitung;
Fig. 3a Spannungsverlauf zwischen den Messpunkten 6 aus Figur 1 mit passivem Filter in der Versorgungsleitung 8 ohne
zwischengeschaltete erfindungsgemäße Vorrichtung zum
Unterdrücken von Störsignalen;
Fig. 3b Fouriertransformation des Spannungsverlaufes aus Figur 3a; Fig. 3c Spannungsverlauf zwischen den Messpunkten 6 aus Figur 1 mit zwischengeschalteter erfindungsgemäßer Vorrichtung zum Unterdrücken von Störsignalen aus Figur 2;
Fig. 3d Fouriertransformation des Spannungsverlaufes aus Figur 3c; Fig. 4 Zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer
Schaltungsanordnung einer Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen, vorzugsweise zum Unterdrücken von Gleichtaktstörungen; Fig. 5 Erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen in zwei
Versorgungsleitungen;
Fig. 6a Spannungsverlauf zwischen den Messpunkten 6 aus Figur 4 mit passivem Filter in der Versorgungsleitung 8 ohne
zwischengeschaltete erfindungsgemäße Vorrichtung zum
Unterdrücken von Störsignalen;
Fig. 3b Fouriertransformation des Spannungsverlaufes aus Figur 6a; Fig. 6c Spannungsverlauf zwischen den Messpunkten 6 aus Figur 4 mit zwischengeschalteter erfindungsgemäßer Vorrichtung zum
Unterdrücken von Störsignalen aus Figur 5;
Fig. 6d Fouriertransformation des Spannungsverlaufes aus Figur 6c; Fig. 7, 7a Darstellung jeweils eines schematischen Schaltungsbeispiels
einer Verstärkerschaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen.
Figur 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel eine Schaltungsanordnung, wie sie beispielsweise bei einem Elektrofahrzeug für einen Traktionsantrieb verwendet werden kann. Die Schaltungsanordnung weist eine bipolare
Flochspannungsquelle 4, einen Frequenzumrichter 5 und eine
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Unterdrückung von Störsignalen auf. Störsignale können vorzugsweise in Form von DMN (Differential Mode Noise, auch Gegentaktstörung genannt) auftreten und durch die Vorrichtung 1 unterdrückt werden.
Die Vorrichtung 1 ist in der oberen Versorgungsleitung 8 zwischen einer Drossel 3 und dem Frequenzumrichter 5 angeordnet und weist eine
Verstärkerschaltung 2 auf. Zwischen Verstärkerschaltung 2 und Hochspannungsquelle 4 sind zwei Drosseln 3 und ein X-Kondensator 7 angeordnet. Um die Wirkung der Störspannungsunterdrückung darzustellen, sind in der Schaltungsanordnung zwei Messpunkte 6 eingezeichnet. An den Messpunkten 6 kann die Spannungsänderung zwischen den
Versorgungsleitungen 8 gemessen werden, welche Aufschluss auf Störsignale zwischen Hochspannungsquelle 4 und Frequenzumrichter 5 gibt.
Wie in Figur 2 gezeigt, ist die Verstärkerschaltung 2 über einen ersten
Übertrager 9 durch die Leitungen B1 und B2 und einen zweiten Übertrager 10 durch die Leitungen A1 und A2 mit der Versorgungsleitung 8 induktiv gekoppelt und von diesen galvanisch getrennt. Die Übertrager 9 und 10 sind
beispielsweise aus zwei miteinander gekoppelten Induktivitäten ähnlich einem Transformator aufgebaut, wobei die Bauteile der Übertrager 9 und 10 darauf spezifiziert sind, über einen relativ breiten Frequenzbereich eine gute
Informationsübertragung zu gewährleisten.
Die Übertrager 9 und 10 setzen sich zusammen aus einem Primärkreis mit einer Primärkreis-Spule 11 , welche in der Versorgungsleitung 8 angeordnet sind, und einem Sekundärkreis mit einer Sekundärkreis-Spule 12. Der
Primärkreis und der Sekundärkreis können über einen Kern miteinander gekoppelt sein. Durch die beiden Primärkreis-Spulen 11 in der
Versorgungsleitung 8 werden zwei Induktivitäten ausgebildet. Der
Wicklungsanfang der Spulen ist jeweils durch einen weißen Punkt dargestellt. Die von der Versorgungsleitung 8 übertragene elektrische Leistung fließt vollständig durch beide Primärkreis-Spulen 11. Das bedeutet, diese
Primärkreis-Spulen 11 müssen auf die maximale Leistung der
Versorgungsleitung 8 ausgelegt sein. Die in Figur 2 in dem Übertrager 2 gezeigten weißen Punkte, welche den Wicklungsanfang darstellen, bedeuten einen gleichen Wicklungssinn, wenn die Punkte im Primärkreis und im Sekundärkreis auf derselben Seite angeordnet sind. Die Versetzung eines Punktes von links nach rechts entspricht dann einem entgegengesetzten Wicklungssinn. Dies gilt für alle folgenden
Ausführungsbeispiele.
Die Primärkreis-Spulen 11 in der Versorgungsleitung 8 wirken durch ihre Induktivität bereits zum Unterdrücken von Störsignalen. Um die Unterdrückung von Störsignalen zu verbessern, wird die Induktivität der Primärkreis-Spule 11 des ersten Übertragers 9 erhöht, indem über den zweiten Übertrager 10 ein Störsignal ausgelesen und über die Leitungen A1 und A2 in die
Verstärkerschaltung 2 eingespeist wird. Die Verstärkerschaltung 2 bildet aus diesem Störsignal ein Korrektursignal und speist das Korrektursignal über die Leitungen B1 und B2 in die Primärkreis-Spule 11 des ersten Übertragers 9 ein. Das eingespeiste Korrektursignal überlagert das Störsignal und reduziert dieses. Das eingespeiste Korrektursignal wird mit einer geringen
Signalverzögerung eingespeist und bewirkt dadurch eine Erhöhung der
Induktivität der Primärkreis-Spule 11 des ersten Übertragers 9.
Die Änderung der Spannung, gemessen zwischen den Messpunkten 6 in der Figur 1 , wird in den Figuren 3a bis 3c dargestellt. Figur 3a zeigt den
Spannungsverlauf, wenn zwischen Hochspannungsquelle 4 und
Frequenzumrichter 5 ein periodisches trapezförmiges Störsignal auftritt. Figur 3b zeigt die Fouriertransformation des Spannungsverlaufes aus Figur 3a. In den Figuren 3a und 3b ist keine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Unterdrücken von Störsignalen zwischengeschaltet, es ist nur die Primärkreis-Spule 11 in der Versorgungsleitung 8 als reine passive Drossel vorhanden. In den Figuren 3c und 3d wird der Spannungsverlauf mit erfindungsgemäßer Vorrichtung 1 , d.h. mit zwischengeschalteter Verstärkerschaltung 2, dargestellt. Figur 3c zeigt den Spannungsverlauf, wenn zwischen Flochspannungsquelle 4 und Frequenzumrichter 5 ein periodisches trapezförmiges Störsignal auftritt, wobei die Vorrichtung 1 mit der Verstärkerschaltung 2 in der
Versorgungsleitung 8 angeordnet und aktiv ist. Figur 3d zeigt die
Fouriertransformation des Spannungsverlaufes aus Figur 3c. Durch Vergleich der Figuren 3a mit 3c und den Figuren 3b mit 3d wird die zusätzliche
Unterdrückung des Störsignals in der Versorgungsleitung 8 bei
zwischengeschalteter Verstärkerschaltung 2 ersichtlich. Es wird die Amplitude des Störsignals reduziert, und außerdem wird das resultierende Störspektrum zu niedrigeren Frequenzen hin verschoben. In den Figuren 7 und 7a ist jeweils ein Beispiel einer Verstärkerschaltung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Unterdrücken von
Störsignalen oder zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen gezeigt. Eine Simulation der Schaltungsanordnung aus Figur 1 mit der der Vorrichtung 1 aus Figur 2 ergibt bei einer zwischengeschalteten Verstärkerschaltung 2 aus Figur 7 bzw. Figur 7a eine rechnerische Erhöhung der Induktivität der
Primärkreis-Spule 11 im ersten Übertrager 9 mit einem Faktor von ca. fünfzig. Dies bedeutet, dass bei einer passiven Primärkreis-Spule 11 im ersten
Übertrager 9 mit einer realen Induktivität von ca. 500 nH durch die
zwischengeschaltete Verstärkerschaltung 2 eine Primärkreis-Spule 11 im ersten Übertrager 9 mit einer virtuellen Induktivität von ca. 24 pH erzielt wird. Anders ausgedrückt wirkt die Verstärkerschaltung 2 wie zusätzliche Wicklungen in der Primärkreis-Spule 11. Dies kann rechnerisch ausgedrückt werden durch
N2 = (N + Videal)2 mit N gleich der Anzahl der Wicklungen in der Primärkreis-Spule 1 1 und Videai gleich dem Verstärkungsfaktor. Der Verstärkungsfaktor Vdeai besitzt zusätzlich einen komplexen Korrekturfaktor Vkorr und einen Normierungsfaktor Vnorm, da sich der Korrekturfaktor mit dem Induktivitätsverhalten ändert. Damit kann die erhöhte Induktivität erst der Primärkreis-Spule 11 Lprim des ersten Übertragers mit zwischengeschalteter Verstärkerschaltung 2 wie folgt berechnet werden:
Lverst = Lprim * Vnorm * (1 + Videal + Vkorr)2 Die Erhöhung der Induktivität erfolgt dabei im Gegensatz zu der realen
Erhöhung der Induktivität, bspw. durch mehr Spulenwicklungen, rein
elektronisch, so dass keine zusätzlichen ohmschen Verluste in der
Versorgungsleitung 8 entstehen. Dieser Vorteil ist essentiell, um hohe
Leistungen verlustfrei übertragen zu können.
Figur 4 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einer bipolaren
Hochspannungsquelle 4, einem Frequenzumrichter 5 und einer Vorrichtung 1 zur Unterdrückung von Störsignalen, vorzugsweise von CMN (Common Mode Noise, auch Gleichtaktstörung genannt). Die Vorrichtung 1 ist in beiden
Versorgungsleitung 8 angeordnet und weist eine Verstärkerschaltung 2 auf. Zwischen Verstärkerschaltung 2 und Hochspannungsquelle 4 ist ein X- Kondensator 7 und eine Drossel 3 angeordnet. An den Messpunkten 6 kann die Spannungsänderung zwischen den Versorgungsleitungen 8 gemessen werden, welche Aufschluss auf Störsignale zwischen Hochspannungsquelle 4 und Frequenzumrichter 5 gibt. Zwischen der Hochspannungsquelle 4, dem
Frequenzumrichter 5 und den Versorgungsleitungen 8 sind Y-Kondensatoren 17 in Richtung Ground angeordnet.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 zum
Unterdrücken von Störsignalen mit der Verstärkerschaltung 2, welche über einen ersten Übertrager 9 durch die Leitungen B1 und B2 und einen zweiten Übertrager 10 durch die Leitungen A1 und A2 mit den Versorgungsleitungen 8 induktiv gekoppelt und von diesen galvanisch getrennt sind. Das
Ausführungsbeispiel der Figur 5 unterscheidet sich zum Ausführungsbeispiel der Figur 2 nur darin, dass in Figur 5 die Übertrager 9 und 10 mit beiden Versorgungsleitung 8 induktiv gekoppelt sind. Dazu weisen beide
Versorgungsleitungen 8 jeweils eine Primärkreis-Spule 11 auf. Wie in der Figur 2 wirken bereits auch in der Figur 5 die Induktivitäten der Primärkreis-Spulen 11 als passive Filter zum Unterdrücken von Störsignalen gegen CMN.
Die Figuren 6 zeigen den Spannungsverlauf und die Fouriertransformation des Spannungsverlaufes für eine Filterschaltung aus Figur 5 mit einer
Verstärkerschaltung aus Figur 7 bzw. Figur 7a in einer Schaltungsanordnung aus Figur 4.
Die Änderung der Spannung, gemessen zwischen den Messpunkten 6 in der Figur 4, wird in den Figuren 6a bis 6c dargestellt. Figur 6a zeigt den
Spannungsverlauf, wenn zwischen Hochspannungsquelle 4 und
Frequenzumrichter 5 ein periodisches trapezförmiges Störsignal eingespeist wird. Figur 6b zeigt die Fouriertransformation des Spannungsverlaufes aus Figur 6a. In den Figuren 6a und 6b ist keine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Unterdrücken von Störsignalen zwischengeschaltet, es sind nur die Primärkreis-Spulen 11 in den Versorgungsleitungen 8 als reine passive
Drosseln vorhanden. In den Figuren 6c und 6d wird der Spannungsverlauf mit erfindungsgemäßer Vorrichtung 1 , d.h. mit zwischengeschalteter Verstärkerschaltung 2, dargestellt. Figur 6a zeigt den Spannungsverlauf, wenn zwischen Flochspannungsquelle 4 und Frequenzumrichter 5 ein periodisches trapezförmiges Störsignal eingespeist wird, wobei die Vorrichtung 1 mit der Verstärkerschaltung 2 in den Versorgungsleitungen 8 angeordnet ist. Figur 6d zeigt die Fouriertransformation des Spannungsverlaufes aus Figur 6c. Durch Vergleich der Figuren 6a mit 6c und den Figuren 6b mit 6d wird die zusätzliche Unterdrückung des Störsignals in den Versorgungsleitungen 8 bei zwischengeschalteter Verstärkerschaltung 2 ersichtlich. Auch hier sieht man deutlich die Verschiebung des resultierenden Störspektrums hin zu niedrigeren Frequenzen.
Eine Simulation der Schaltungsanordnung aus Figur 4 mit der der Vorrichtung 1 aus Figur 5 ergibt bei einer zwischengeschalteten Verstärkerschaltung 2 aus Figur 7 bzw. Figur 7a eine rechnerische Erhöhung der Induktivität der beiden Primärkreis-Spulen 11 im ersten Übertrager 9 mit einem Faktor von ca. fünfzig. Dies bedeutet, dass bei passiven Primärkreis-Spulen 11 im ersten Übertrager 9 mit einer realen Induktivität von ca. 500 nH durch die zwischengeschalteten Verstärkerschaltung 2 eine Primärkreis-Spule 11 im ersten Übertrager 9 mit einer virtuellen Induktivität von ca. 24 pH erzielt wird. Anders ausgedrückt wirkt die Verstärkerschaltung 2 wie zusätzliche Wicklungen in den Primärkreis- Spulen 11. Dies kann rechnerisch ausgedrückt werden durch
N2 = (N + Videal)2 mit N gleich der Anzahl der Wicklungen in den Primärkreis-Spulen 11 und Videai gleich dem Verstärkungsfaktor. Der Verstärkungsfaktor Videai besitzt zusätzlich einen komplexen Korrekturfaktor Vkorr und einen Normierungsfaktor Vnorm, da sich der Korrekturfaktor mit dem Induktivitätsverhalten ändert. Damit kann die erhöhte Induktivität erst der Primärkreis-Spulen 11 Lprim des ersten Übertragers mit zwischengeschalteter Verstärkerschaltung 2 wie folgt berechnet werden:
Lverst = Lprim * Vnorm * (1 + Videai + Vk orr)^
Figur 7 bzw. Figur 7a zeigt jeweils ein Ausführungsbeispiel der
Verstärkerschaltung 2 mit einer Vorstufe 14 und einer Endstufe 15. Der Eingang der Vorstufe 14 ist mit den Leitungen A1 und A2 aus den Figuren 2 oder 5 verbunden und liest durch den zweiten Übertrager 10 ein Störsignal ein. Der Ausgang der Endstufe 15 ist über die zwei Leitungen B1 und B2 mit dem ersten Übertrager 9 verbunden und speist ein Korrektursignal in die
Versorgungsleitungen 8 über die Primärkreis-Spulen 11 ein.
Die Verstärkerschaltung 2 ist als eine zweistufige diskrete
Transistorverstärkung ausgebildet. Das hat den Vorteil, dass eine sehr kurze Signallaufzeit realisiert werden kann. Durch die Auftrennung in eine erste Verstärkerstufe zur Spannungsverstärkung und eine zweite Verstärkerstufe zur Leistungsverstärkung wird zudem eine einfache Anpassung des
Frequenzgangs der Verstärkerschaltung 2 ermöglicht.
In einer ersten Stufe, der Vorstufe 14, erfolgt eine Spannungsverstärkung und eine Invertierung des Signals. Dazu ist die erste Stufe als Gegentaktverstärker ausgeführt und weist zwei Transistoren T1 und T2 auf, welche eine Spannungsverstärkung des Störsignals durchführen. Der Basisstrom der Transistoren T1 und T2 wird über je eine Konstantstromquelle mit jeweils einem MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) T5 und T6 stabilisiert.
Dies erlaubt eine besonders gute Stabilisierung des Arbeitspunktes auch bei großen Temperaturschwankungen.
In einer zweiten Stufe der Verstärkerschaltung 2, der Endstufe 15, sind zwei Transistoren T3 und T4 angeordnet, welche eine Stromverstärkung, bzw.
Impedanzanpassung des Korrektursignals durchführen. Auch der Basisstrom der Endstufentransistoren T3 und T4 wird über je einen MOSFET (Metall-Oxid- Flalbleiter-Feldeffekttransistor) T 7 und T8 stabilisiert. Dies erlaubt eine besonders gute Stabilisierung auch bei großen Temperaturschwankungen.
Durch je eine symmetrische Niederspannungsquelle U1 und U2 sowie U3 und U4 wird an den Transistoren T1 und T2, sowie an den Transistoren T3 und T4 eine Spannung von ±12V angelegt. Der Einfachheit halber können die Vorstufe 13 und die Endstufe 13 aus derselben symmetrischen Niederspannungsquelle gespeist werden. In diesem Fall ist U1 gleich U3 sowie U2 gleich U4. Alternativ können für die Vorstufe 12 und die Endstufe 13 jeweils eigene symmetrische Niederspannungsquellen U1 , U2, bzw. U3, U4 verwendet werden. Die symmetrische Niederspannungsquelle U1 , U2, bzw. U3, U4 kann über einen Spannungswandler aus der Flochvoltspannungsquelle gespeist sein. Alternativ kann die Niederspannungsquelle U1 , U2, bzw. U3, U4 aus einem separaten Netz, beispielsweise einem 12V- oder 24V-Bordnetz eines Elektrofahrzeugs gespeist werden.
Die Endstufe weist eine kaskadierte Gegentaktendstufe 16 auf, wobei in den in Figur 7 bzw. Figur 7a dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils nur eine Gegentaktendstufe 16 dargestellt ist. Um höhere Leistungen zu treiben, können beispielsweise bis zu acht Gegentaktendstufen 16 kaskadiert werden. Bei entsprechender Ausbildung der Vorstufe können auch mehr Gegentaktstufen 16 kaskadiert werden.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen 2 Verstärkerschaltung
3 Drossel
4 Hochspannungsquelle
5 Frequenzumrichter
6 Messpunkt
7 X-Kondensator
8 Versorgungsleitung
9 Erster Übertrager
10 Zweiter Übertrager
1 1 Primärkreis-Spule
12 Sekundärkreis-Spule
13 Kern
14 Vorstufe
15 Endstufe
16 Gegentaktendstufe
17 Y-Kondensator
T1 bis T8 Transistor

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Unterdrücken von Störsignalen in mindestens einer
Versorgungsleitung (8), insbesondere in mindestens einer
Versorgungsleitung (8) für Hochvoltspannungsquellen in einem
Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs,
wobei die mindestens eine Versorgungsleitung (8) wenigstens zwei induktive Übertrager (9, 10) aufweist, die eine Verstärkerschaltung (2) galvanisch getrennt mit der Versorgungsleitung (8) koppeln,
wobei die wenigstens zwei induktiven Übertrager (9, 10) jeweils einen Primärkreis und einen Sekundärkreis aufweisen,
wobei jeweils der mindestens eine Primärkreis der Versorgungsleitung (8) zugeordnet ist, und wobei jeweils der mindestens eine Sekundärkreis der Verstärkerschaltung (2) zugeordnet ist,
wobei eine Induktivität des mindestens einen Primärkreises eines ersten Übertragers (9) in der mindestens einen Versorgungsleitung (8) zum Unterdrücken von Störsignalen ausgebildet ist,
wobei ein Signal aus der Versorgungsleitung (8) mittels eines zweiten
Übertragers (10) abgegriffen und einem Eingang der Verstärkerschaltung (2) zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Induktivität des mindestens einen Primärkreises des ersten Übertragers (9) erhöht wird,
indem über die Verstärkerschaltung (2) durch Verstärkung aus dem Signal des zweiten induktiven Übertrages (10) ein Korrektursignal gebildet und in den ersten Übertrager (9) eingespeist wird.
2 Verfahren zur Unterdrückung von Störsignalen nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch den zweiten induktiven Übertrager (10) ein
Störspannungsstrom in eine Spannung gewandelt wird, wobei diese Spannung über einen Vorverstärker (14) oder eine Vorstufe (14) der Verstärkerschaltung (2) verstärkt wird und/oder im Frequenzgang beeinflusst wird, und das durch den Vorverstärker (14) oder die Vorstufe (14) verstärke Spannungssignal in einer Endstufe (15), vorzugsweise einem Endverstärker eine Stromverstärkung erfährt und über den ersten induktiven Übertrager (9) als Korrekturstrom in die Versorgungsleitung (8) eingespeist wird. 3 Verfahren zur Unterdrückung von Störsignalen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Induktivität in einem Frequenzbereich, in dem Störsignale zu erwarten sind, vergrößert wird, und in einem Bereich, in dem die
Eigenresonanzfrequenz des elektrischen Systems liegt, verringert wird.
4 Verfahren zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Maß der Erhöhung der Induktivität über die
Spannungsverstärkung der Verstärkerschaltung (2) festgelegt wird.
5 Verfahren zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch das Einspeisen des Korrektursignals die
Eigenresonanzfrequenz des elektrischen Systems verringert wird. 6 Verfahren zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Induktivität des Primärkreises des ersten Übertragers (9) erhöht wird, indem in einer ersten Stufe der Verstärkerschaltung (2) ein
Störsignal über den zweiten induktiven Übertrager (10) abgegriffen wird und eine Spannungsverstärkung durchgeführt wird und in einer zweiten Stufe der Verstärkerschaltung (2) eine Leistungsverstärkung
durchgeführt wird, um ein Korrektursignal zu erhalten, welches an den ersten Übertrager (9) übergeben wird.
7 Verfahren zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verstärkerschaltung (2) an die Versorgungsleitung (8) angekoppelt wird, indem die Versorgungsleitung (8) von einen
aufklappbaren Übertrager (9, 10) umschlossen wird.
8. Verfahren zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spule (11 ) eines Primärkreises des ersten und/oder weiterer Übertrager (9, 10) jeweils durch ein Leitungsstück der
Versorgungsleitung (8) gebildet werden.
9. Verfahren zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch die Verstärkerschaltung (2) das Korrektursignal durch Spannungsverstärkung und Invertierung des mittels des zweiten
Übertragers (10) abgegriffenen Signals gebildet wird. 10. Verfahren zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch die Verstärkerschaltung (2) die Eigenresonanzfrequenz des elektrischen Systems verringert wird, insbesondere dass durch Festlegen des Verstärkungsfaktors der Verstärkerschaltung (2) die
Eigenresonanzfrequenz des elektrischen Systems festgelegt wird.
11. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen in mindestens einer Versorgungsleitung (8), vorzugsweise zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüch 1 bis 8, insbesondere in mindestens einer
Versorgungsleitung (8) für Hochvoltspannungsquellen in einem
Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs, wobei die mindestens eine Versorgungsleitung (8) wenigstens zwei induktive Übertrager (9, 10) aufweist, die eine Verstärkerschaltung (2) galvanisch getrennt mit der Versorgungsleitung (8) koppeln,
wobei die wenigstens zwei induktiven Übertrager (9, 10) jeweils einen Primärkreis und einen Sekundärkreis aufweisen,
wobei der mindestens eine Primärkreis jeweils der Versorgungsleitung
(8) zugeordnet ist und wobei der mindestens eine Sekundärkreis jeweils der Verstärkerschaltung (2) zugeordnet ist,
wobei eine Induktivität des mindestens einen Primärkreises eines ersten Übertragers (10) in der mindestens einen Versorgungsleitung (8) zum
Unterdrücken von Störsignalen ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verstärkerschaltung (2) als ein diskreter Halbleiterverstärker (T1 -T4) ausgebildet ist und die Induktivität des mindestens einen Primärkreises des ersten Übertragers (9) erhöht, indem
die Verstärkerschaltung (2) ein Korrektursignal in den ersten Übertrager
(9) einspeist, welches er durch eine Spannungsverstärkung eines mittels des zweiten Übertragers (10) abgegriffenen Signals bildet. 12. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet,
dass die zweistufige Verstärkerschaltung (2) eine Vorstufe (14) zur Spannungsverstärkung und eine Endstufe (15) zur Stromverstärkung aufweist.
13. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorstufe (14) als Gegentaktverstärker, insbesondere als symmetrischer Gegentaktverstärker, aufgebaut ist.
14. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Endstufe (15) kaskadierbar ist und die Vorstufe (14) mehrere kaskadierbare Gegentaktendstufen (15) ansteuert, insbesondere zwei kaskadierte Gegentaktendstufen (15) oder vier kaskadierte
Gegentaktendstufen (15) oder sechs kaskadierte Gegentaktendstufen
(15) oder acht kaskadierte Gegentaktendstufen (15) ansteuert.
15. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Basisstrom des Halbleiterverstärkers, vorzugsweise des Transistors der Vorstufe oder der Transistoren (T1 -T4) der Vorstufe der Verstärkerschaltung über eine Konstantstromquelle mit einem Transistor (T5-T6) stabilisiert ist, vorzugsweise dass die Konstantstromquelle einen Feldeffekttransistor oder MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-
Feldeffekttransistor) aufweist.
16. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der
Ansprüche 11 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verstärkerschaltung (2) eine Signallaufzeit zwischen Eingang und Ausgang aufweist, die kleiner gleich 50 ns, vorzugsweise kleiner gleich 20 ns, höchst vorzugsweise kleiner gleich 6 ns ist. 1 Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 11 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verstärkerschaltung (2) die Induktivität des ersten Übertragers (9) erhöht, vorzugsweise dass durch das Maß der
Spannungsverstärkung der Verstärkerschaltung (2) die Erhöhung der Induktivität festgelegt wird. 1 Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 11 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verstärkerschaltung (2) die Eigenresonanzfrequenz des elektrischen Systems verringert.
1 Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 11 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Primärkreise der Übertrager (9, 10) in die Versorgungsleitung (8) eingeschleift sind, vorzugsweise einen Leitungsabschnitt der
Versorgungsleitung (8) bilden, und dass die Induktivität der Primärkreise für eine Leistung größer oder gleich 100 W, vorzugsweise 500 W, höchst vorzugsweise 1 kW ausgelegt sind. 20. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 11 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitung (8) als einpolige Versorgungsleitung ausgebildet ist oder dass die Versorgungsleitung (8) als mehrpolige oder mehrphasige Versorgungsleitung (8) mit mehreren einzelnen Leitungen ausgebildet ist.
21. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 11 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Übertrager (9, 10) seriell in der Versorgungsleitung (8) geschalten sind.
22. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 11 bis 21 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spulen (11 ) der Primärkreise der Übertrager (9, 10) jeweils durch ein Leitungsstück der Versorgungsleitung (8) gebildet werden.
23. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 11 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verstärkerschaltung (2) das Korrektursignal durch
Spannungsverstärkung und Invertierung des Störsignals in der ersten Verstärkerstufe bildet. 24. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der
Ansprüche 11 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitung (8) zur Spannungs- oder Stromversorgung eines Elektromotors, insbesondere eines Traktionsantriebes oder eines Klimakompressors, ausgebildet ist. 25. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der
Ansprüche 11 bis 24,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Versorgungsleitung (8) an eine Versorgungsbatterie
angeschlossen ist und einen y-Kondensator zur Strompufferung aufweist.
26. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der
Ansprüche 11 bis 25,
dadurch gekennzeichnet,
dass der induktive Übertrager (9, 10) als Ringkernübertrager mit einer Windung pro Leitung der Versorgungsleitung (8) ausgebildet ist.
27. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der
Ansprüche 11 bis 26,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Induktivität des Primärkreises als eine einzige Primärkreis-Spule
(11 ) ausgebildet ist.
28. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der
Ansprüche 11 bis 26,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Induktivität des Primärkreises mehrere getrennte Primärkreis- Spulen (11 ) oder eine Primärkreisspule (11 ) mit mehreren Wicklungen oder Anzapfungen aufweist.
29. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 11 bis 28,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung (8) die Induktivität des
Primärkreises bildet.
30. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 11 bis 29,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Übertrager (9, 10) aufklappbar ausgebildet ist, um die
Versorgungsleitung (8) zu umschließen.
31. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 11 bis 30,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Übertrager (9, 10) von dem Primärkreis auf den Sekundärkreis ein Übertragungsverhältnis von größer gleich 1 zu 1 oder größer gleich 1 zu 4, vorzugsweise größer gleich 1 zu 10, höchst vorzugsweise größer gleich 1 zu 100 aufweist.
32. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 11 bis 31 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen für mehrere Versorgungsleitungen (8) oder mehrphasige Versorgungsleitungen (8) ausgebildet ist, indem die Vorrichtung einen induktiven Übertrager (9, 10) aufweist, wobei der Primärkreis des induktiven Übertragers (9, 10) mehrere Spulen (11 ) aufweist, die jeweils mit einer der mehreren
Versorgungsleitungen (8) verbunden sind und der Sekundärkreis des Übertragers mit der Verstärkerschaltung (2) verbunden ist. 33. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der
Ansprüche 11 bis 31 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen für mehrere Versorgungsleitungen (8) oder für mehrphasige Versorgungsleitungen (8) ausgebildet ist, indem die Vorrichtung (1 ) mehrere der Anzahl von
Versorgungsleitungen (8) entsprechende Übertrager (9, 10) aufweist, wobei jeweils der Primärkreis eines induktiven Übertragers (9, 10) mit einer der Versorgungsleitungen (8) verbunden ist und der Sekundärkreis aller induktiven Übertrager mit derselben Verstärkerschaltung (2) verbunden ist.
34. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 11 bis 33,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen bei bipolaren
Spannungsquellen mit einer positiven und einer negativen
Versorgungsleitung (8) ausgebildet ist, indem die Vorrichtung zwei Übertrager (9, 10) aufweist, wobei ein erster Übertrager (9) mit seinem Primärkreis der positiven Versorgungsleitung (8) und der zweite
Übertrager (10) mit seinem Primärkreis der negativen
Versorgungsleitung (8) zugeordnet sind und dem Sekundärkreis beider Übertrager (9, 10) mit derselben Verstärkerschaltung (2) verbunden sind.
35. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 11 bis 34,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spannungsquelle (4) eine Batterie oder einen aufladbaren Akku, insbesondere eine Traktionsbatterie aufweist und einen Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt, vorzugsweise einen Elektromotor in einem Elektrofahrzeug mit elektrischer Energie versorgt.
36. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der
Ansprüche 11 bis 35,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Versorgungsleitung (8) eine Spannung von größer gleich 60 V, vorzugsweise größer gleich 120 V, höchst vorzugsweise größer gleich 240 V aufweist.
37. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der
Ansprüche 11 bis 36,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Störungen hauptsächlich aus einer an die Versorgungsleitung (8) angeschlossenen Störquelle stammen, die ein Umrichter (5) oder ein
Spannungswandler oder ein Inverter oder ein Fahrtregier eines
Elektroantriebs ist.
38. Entstörmodul zum Nachrüsten für Spannungsquellen (4), insbesondere Hochvoltspannungsquellen in einem Antriebsstrang eines
Elektrofahrzeugs, umfassend ein Gehäuse, in dem eine Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufgenommen ist.
39. Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet,
dass die Störquelle (5) ein Gehäuse mit einem Bauraum zur Aufnahme der Verstärkerschaltung (2) oder des Entstörmoduls aufweist, wobei die
Verstärkerschaltung (2) oder das Entstörmodul in dem Bauraum aufgenommen und mit dem Gehäuse der Störquelle mechanisch verbunden ist. 40. Traktionsantrieb für ein Fahrzeug umfassend eine Traktionsbatterie, einen Elektromotor der aus der Traktionsbatterie über einen Fahrtregler mit Energie versorgt wird sowie eine Versorgungsleitung (8), welche den Fahrtregler mit der Traktionsbatterie verbindet,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Versorgungsleitung (8) eine Vorrichtung (1 ) zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der Ansprüche 9 bis 37 aufweist.
41. Verfahren zur Herstellung eines Traktionsantriebs mit einer Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
dass in einem ersten Schritt die Versorgungsleitung/en (8) unterbrochen wird/werden und in einem zweiten Schritt in die Unterbrechungsstelle eine Vorrichtung (1 ) gemäß einer Ausführung der vorangehenden
Ansprüche eingesetzt wird, oder
dass in einem ersten Schritt die induktiven Übertrager (9, 10), mit einer Vorrichtung (1 ) gemäß einer Ausführung der vorangehenden Ansprüche in die Versorgungsleitung/en (8) eingeschleift werden.
42. Verfahren zum Unterdrücken von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 41
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren zum Unterdrücken von Gegentaktstörungen (DMN) ausgebildet ist, indem durch Platzierung des zweiten Übertragers (10) in nur einer Versorgungsleitung (8) zum Auslesen eines Signals, das DMN Störsignal ausgelesen wird, oder indem durch eine Differenzverstärkung der Signale aus mehreren Übertragern bei mehreren
Versorgungsleitungen (8) ein DMN Störsignal erhalten wird und anschließend aus dem Störsignal im der Verstärkerschaltung (2) ein Korrektursignal generiert wird, welches in den ersten Übertrager (9) in die Versorgungsleitung (8) eingespeist wird um das Störsignal zu unterdrücken.
43. Verfahren zum Unterdrücken von Störsignalen nach einem der
vorangehenden Ansprüche 1 bis 41
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren zum Unterdrücken von Gleichtaktstörungen (CMN) ausgebildet ist, indem durch mehrere Primärkreis-Spulen (11 ) des
Übertragers (10) in mehreren Versorgungsleitungen zum Auslesen eines Signals, das CMN Störsignal ausgelesen wird, oder indem durch eine Additionsverstärkung der Signale aus mehreren Übertragern (10) in mehreren Versorgungsleitungen (8) ein CMN Störsignal erhalten wird, und anschließend aus dem Störsignal in der Verstärkerschaltung (2) ein
Korrektursignal generiert wird, welches in den ersten Übertrager (9) in die Versorgungsleitungen (8) eingespeist wird um das Störsignal zu unterdrücken.
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