FPGA-basierte aktive Unterdrückung der elektromagnetischen Störungen einer aktiven Leistungsfaktorkorrektur (PFC) durch die Injektion von modulierten Sinussignalen

Abstract

Eine aktive Leistungsfaktorkorrektur (englisch: Power Factor Correction, PFC) ist eine typische Eingangsstufe vieler am Stromnetz betriebenen Geräte. Die aktive PFC sorgt durch geeignete Regelkreise für eine Stromentnahme, welche die gleiche Kurvenform und Phasenlage wie die Netzspannung besitzt. Dadurch kommt es zu einer Minimierung der Blind- und Verzerrungsleistung und zu einer Maximierung des namensgebenden Leistungsfaktors. Der Ausgang der PFC ist dabei in der Regel eine Gleichspannung. In aktiven PFCs werden üblicherweise hochfrequent schaltende Transistoren eingesetzt. Diese Schaltvorgänge sorgen für elektromagnetische Störungen, welche sich sowohl leitungsgebunden als auch abgestrahlt ausbreiten können. Die daraus resultierende Störemission muss reduziert werden, damit es zu keinen Funktionsbeeinträchtigungen anderer Geräte kommt. Zur Reduktion der ins Netz einkoppelnden leitungsgebundenen Störungen werden üblicherweise passive Filterstrukturen eingesetzt, welche jedoch häufig groß, schwer und teuer sind. Aktive Verfahren zur Störunterdrückung können zu einer Reduktion des Filteraufwands beitragen und damit bauraum- und gewichtsreduzierte Systeme ermöglichen. Im Rahmen des Beitrags wird ein neues aktives Verfahren vorgestellt, um gezielt einzelne Schaltharmonische mithilfe von jeweils einem modulierten Sinussignal zu unterdrücken. Einleitend werden aktive EMV-Filter und die Störunterdrückung mithilfe von synthetisierten und synchronisierten Gegenstörsignalen als zwei Verfahren zur aktiven Störunterdrückung vorgestellt. Das zweite Verfahren wird im Rahmen dieses Beitrags erstmalig auf eine PFC angewendet. Es wird herausgearbeitet, dass die Störungen der betrachteten PFC aus modulierten Schaltharmonischen bestehen. Damit kann eine aktive Störunterdrückung durch eine Injektion von modulierten Sinussignalen erfolgen. Zur Realisierung wird eine selbstadaptierende Methode aus der aktiven Lärmkompensation (Akustik) auf einem FPGA-System implementiert und systematisch für die Anwendung auf die PFC untersucht. Die optimierte Implementierung wird anhand einer realen PFC evaluiert. Der Beitrag endet mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick.