Injektorkonzepte zur aktiven Unterdrückung der elektromagnetischen Störungen aller Klemmen eines stationär betriebenen DC/DC-Wandlers

Abstract

Die voranschreitende Elektrifizierung des Kfz erfordert den Einsatz verschiedener leistungselektronischer Konverter, die durch die funktionsbedingten Schaltvorgänge der Leistungstransistoren ein hohes Maß an elektromagnetischen Störungen verursachen können. Um andere elektronische Systeme nicht in ihrer Funktion zu beeinträchtigen, muss die Störaussendung begrenzt werden. Üblicherweise werden dazu passive Filterkomponenten eingesetzt. Diese können für hohe Störungen, Spannungen und Ströme jedoch groß, schwer und teuer werden. Um bauraumreduzierte Systeme zu ermöglichen, haben sich bereits verschiedene aktive Methoden zur Störunterdrückung etabliert [1]. Aktive EMV-Filter wurden z.B. in [2]-[5] vorgestellt. Diese Systeme nutzen das Prinzip der destruktiven Interferenz. Das Gegenstörsignal wird direkt durch Messung und Invertierung der Störungen generiert. Limitierte Verstärkungs-Bandbreiten-Produkte und unvermeidbare Verzögerungszeiten begrenzen hierbei die Filterleistung. Bei stationär betriebenen Systemen bestehen die Störungen aus diskreten Harmonischen, die sich auf die zugrundeliegende Schaltfrequenz zurückführen lassen. Damit ist es also möglich, ein Gegenstörsignal aus einzelnen Sinuswellen zu synthetisieren. Durch Synchronisation der Ansteuersignale und Einstellen der Amplituden und Phasen der einzelnen Sinussignale ist es beispielsweise möglich, systembedingte Verzögerungszeiten, Phasen- und Betragsgänge zu kompensieren. In diesem Beitrag wird die Methodik der aktiven Störunterdrückung mithilfe von synthetisierten und synchronisierten Gegenstörsignalen eingesetzt [6], [7]. Dadurch konnten bereits überzeugende Ergebnisse für einzelne Klemmen eines stationär betriebenen DC/DC-Wandlers erzielt werden. Diese Methode wurde in [8] erweitert, um die aktive Störunterdrückung an allen Klemmen (und damit für das Gesamtsystem) zu ermöglichen. In [8] wurden die Gegenstörsignale zwischen den Leitungen und der Referenzmasse über kapazitive Injektoren eingekoppelt. Diese führen allerdings zu einer Erhöhung der Y-Kapazitäten des Gesamtsystems, die es aufgrund von Sicherheitsvorschriften zu beschränken gilt. Dieses Problem kann beispielsweise durch den Einsatz induktiver Injektoren behoben werden. Im Rahmen dieses Beitrags werden verschiedene Injektoren hinsichtlich ihrer Möglichkeiten und Einschränkungen diskutiert.