DE102017223764A1 - Active filter for the reduction of common-mode noise pulses on the high-voltage cables - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen aktiven Filter (1) zur Reduktion von Gleichtaktstörimpulsen auf Hochvoltleitungen (HV+, HV-), insbesondere auf Hochvoltleitungen (HV+, HV-) von Elektrofahrzeugen, umfassend ein Einkoppelglied (2) aus mindestens zwei Kondensatoren (C3, C5), die in Reihe geschaltet zwischen der positiven Hochvoltleitung (HV+) und der negativen Hochvoltleitung (HV-) angeordnet sind, einen Spannungsverstärker (3), einen Stromverstärker (4) und ein Auskoppelglied (5), wobei das Auskoppelglied (5) aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren (C12, C14) besteht, die zwischen der positiven Hochvoltleitung (HV+) und der negativen Hochvoltleitung (HV-) angeordnet sind, wobei der Stromverstärker (4) eine Transistor-Endstufe aufweist, dem mindestens einen Transistor (Q1-Q4) mindestens zwei Kondensatoren (C30, C29, C28, C26, C24, C17, C25, C22) zugeordnet sind, wobei die beiden Kondensatoren parallel geschaltet sind und zwischen Kollektor oder Drain und Masse angeordnet sind, wobei die Kapazität des einen Kondensators (C30, C28, C24, C25) ein Vielfaches kleiner als die Kapazität des anderen Kondensators (C29, C26, C17, C22) ist. The invention relates to an active filter (1) for reducing common-mode interference pulses on high-voltage lines (HV +, HV-), in particular on high-voltage lines (HV +, HV-) of electric vehicles, comprising a coupling element (2) comprising at least two capacitors (C3, C5), which are arranged in series between the positive high-voltage line (HV +) and the negative high-voltage line (HV-), a voltage amplifier (3), a current amplifier (4) and a decoupling member (5), wherein the decoupling member (5) of at least two in Series switched capacitors (C12, C14), which are arranged between the positive high-voltage line (HV +) and the negative high-voltage line (HV-), wherein the current amplifier (4) has a transistor output stage, the at least one transistor (Q1-Q4) at least two capacitors (C30, C29, C28, C26, C24, C17, C25, C22) are assigned, wherein the two capacitors are connected in parallel and arranged between collector or drain and ground s ind, wherein the capacitance of the one capacitor (C30, C28, C24, C25) is a multiple smaller than the capacitance of the other capacitor (C29, C26, C17, C22).
Description
Die Erfindung betrifft einen aktiven Filter zur Reduktion von Gleichstörimpulsen auf den Hochvoltleitungen, insbesondere den Hochvoltleitungen von Elektrofahrzeugen.The invention relates to an active filter for reducing Gleichstörimpuls on the high-voltage lines, in particular the high-voltage lines of electric vehicles.
Die hohe Spannungslage leistungselektronischer Komponenten in Elektrofahrzeugen bedingt eine erhöhte Störaussendung. Dabei sind insbesondere die Gleichtaktstörimpulse bzw. die Common-Mode-Störungen (CM) auf den Leitungen zwischen Wechselrichter und Hochvolt-Batterie für eine erhöhte Störaussendung verantwortlich. Dies ist vor allem kritisch, da auf der DC-Seite mehr abstrahlfähige Strukturen vorhanden sind.The high voltage level of power electronic components in electric vehicles causes an increased emission of interference. In particular, the common-mode interference pulses or the common-mode disturbances (CM) on the lines between the inverter and the high-voltage battery are responsible for an increased interference emission. This is especially critical because there are more radiant structures on the DC side.
Mit Hilfe von EMV-Filtern kann diesen Störungen entgegen gewirkt werden. Diese bestehen üblicherweise aus kapazitiven Elementen, welche die Störungen nahe der Quelle kurzschließen bzw. induktiven Elementen, welche die Impedanz des Störpfades erhöhen. Um CM-Störungen in Elektrofahrzeugen zu reduzieren, werden primär Y-Kondensatoren zwischen den HV-Leitungen und der Fahrzeugmasse eingesetzt. Da diese Bestandteile der Isolation des HV-Systems sind, sind sie sicherheitskritisch, sodass hier besondere Anforderungen gelten. Gemäß ISO 6469-3 ist die im Kondensator gespeicherte Energie auf einen Wert von 200 mJ zu begrenzen. Bei einem 400 V Hochvoltsystem entspricht dies einer gesamten Y-Kapazität im Fahrzeug von nur 2,5 µF.With the help of EMC filters, these disturbances can be counteracted. These usually consist of capacitive elements which short-circuit the disturbances near the source or inductive elements which increase the impedance of the disturbance path. To reduce CM disturbances in electric vehicles, primarily Y capacitors are used between the HV lines and the vehicle ground. Since these components are the insulation of the HV system, they are safety-critical, so that special requirements apply here. According to ISO 6469-3, the energy stored in the capacitor must be limited to a value of 200 mJ. For a 400 V high-voltage system, this equates to a total Y capacity in the vehicle of just 2.5 μF.
Reichen diese Maßnahmen nicht aus, kann die Störung mit Hilfe von induktiven Elementen in Form von CM-Drosseln entgegengewirkt werden. Diese Maßnahme ist aber sowohl kosten- als auch bauraumintensiv.If these measures are insufficient, the interference can be counteracted by means of inductive elements in the form of CM chokes. However, this measure is both cost and space intensive.
In dem Fachartikel „Aktive EMI-Filter zur Reduktion von CM-Störimpulsen auf den HV-Leitungen von Elektrofahrzeugen“, präsentiert auf der
Dabei wird insbesondere ein aktiver Filter vorgeschlagen, umfassend ein Einkoppelglied aus mindestens zwei Kondensatoren, die in Reihe geschaltet zwischen der positiven Hochvoltleitung und der negativen Hochvoltleitung angeordnet sind, einen Spannungsverstärker, einen Stromverstärker und ein Auskoppelglied. Das Auskoppelglied besteht aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren, die zwischen der positiven Hochvoltleitung und der negativen Hochvoltleitung angeordnet sind, wobei der Stromverstärker eine Push-Pull-Stufe aufweist, d.h. zwei komplementäre Transistoren am Ausgang aufweist.In particular, an active filter is proposed, comprising a coupling element of at least two capacitors, which are arranged in series between the positive high-voltage line and the negative high-voltage line, a voltage amplifier, a current amplifier and a decoupling element. The decoupling element consists of at least two capacitors connected in series, which are arranged between the positive high-voltage line and the negative high-voltage line, wherein the current amplifier has a push-pull stage, i. has two complementary transistors at the output.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen aktiven Filter zu schaffen, der ein verbessertes Frequenzverhalten aufweist.The invention is based on the technical problem of providing an active filter having an improved frequency response.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch einen aktiven Filter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the technical problem results from an active filter with the features of claim 1. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Hierzu umfasst das aktive Filter zur Reduktion von Gleichtaktstörimpulsen auf Hochvoltleitungen, insbesondere auf Hochvoltleitungen von Elektrofahrzeugen, ein Einkoppelglied aus mindestens zwei Kondensatoren, die in Reihe geschaltet zwischen der positiven Hochvoltleitung und der negativen Hochvoltleitung angeordnet sind, einen Spannungsverstärker, einen Stromverstärker und ein Auskoppelglied. Das Auskoppelglied besteht aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren, die zwischen der positiven Hochvoltleitung und der negativen Hochvoltleitung angeordnet sind. Weiter weist der Stromverstärker mindestens eine Transistor-Endstufe auf.For this purpose, the active filter for reducing common-mode interference pulses on high-voltage lines, in particular on high-voltage lines of electric vehicles, comprises a coupling element of at least two capacitors, which are arranged in series between the positive high-voltage line and the negative high-voltage line, a voltage amplifier, a current amplifier and a decoupling element. The decoupling member consists of at least two series-connected capacitors, which are arranged between the positive high-voltage line and the negative high-voltage line. Furthermore, the current amplifier has at least one transistor output stage.
Dabei sind dem mindestens einen Transistor (
In einer Ausführungsform ist die Transistor-Endstufe als Push-Pull-Stufe ausgebildet, wobei jedem Transistor der Push-Pull-Stufe ein Kondensatorpaar zugeordnet ist.In one embodiment, the transistor output stage is designed as a push-pull stage, wherein each transistor of the push-pull stage is associated with a capacitor pair.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Stromverstärker mindestens zwei parallele Push-Pull-Stufen auf.In a further embodiment, the current amplifier has at least two parallel push-pull stages.
Dabei kann vorgesehen sein, dass allen Transistoren aller Push-Pull-Stufen je ein Kondensatorpaar zugeordnet ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass jedem Transistor ein kleiner Kondensator zugeordnet ist, wobei der größere Kondensator bzw. Kondensatoren zusätzlich nur den Transistoren einer Push-Pull-Stufe zugeordnet sind. It can be provided that each transistor of all push-pull stages is assigned a respective capacitor pair. Alternatively it can be provided that each transistor is assigned a small capacitor, wherein the larger capacitor or capacitors are additionally associated only with the transistors of a push-pull stage.
Vorzugsweise sind die Transistoren des Spannungsverstärkers und des Stromverstärkers als Bipolartransistoren ausgebildet, da diese eine große Steilheit aufweisen und so gegenüber FETs Dynamikvorteile aufweisen. Allerdings sind auch Schaltungen mit Bipolar- und Feldeffekttransistoren möglich.Preferably, the transistors of the voltage amplifier and the current amplifier are designed as bipolar transistors, since they have a large slope and thus have dynamic advantages over FETs. However, circuits with bipolar and field effect transistors are also possible.
In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen den Emittern der Transistoren der Push-Pull-Stufen und einem Mittelabgriff zwischen den Kondensatoren des Auskoppelgliedes jeweils mindestens ein ohmscher Widerstand angeordnet. Hierdurch wird die Schwingungsanfälligkeit reduziert.In a further embodiment, in each case at least one ohmic resistor is arranged between the emitters of the transistors of the push-pull stages and a center tap between the capacitors of the coupling-out element. As a result, the susceptibility to vibration is reduced.
In einer weiteren Ausführungsform ist an einer Verbindungsleitung zwischen einem Ausgang des Spannungsverstärkers und einem Eingang des Stromverstärkers ein Widerstand angeordnet, der gegen Masse geschaltet ist. Hierdurch wird das Potential an diesem Punkt stabilisiert und somit verhindert, dass das Potential „floaten“ kann, was zu Unsymmetrien in der Stromverstärkung führen könnte.In a further embodiment, a resistor is arranged on a connecting line between an output of the voltage amplifier and an input of the current amplifier, which is connected to ground. This stabilizes the potential at this point and thus prevents the potential from "floating", which could lead to asymmetries in the current gain.
In einer weiteren Ausführungsform ist an Versorgungsspannungsanschlüssen des Spannungsverstärkers jeweils mindestens ein Kondensator angeordnet, der gegen Masse geschaltet ist und somit auch als schnelle Energiequelle wirkt.In a further embodiment, in each case at least one capacitor is arranged at supply voltage terminals of the voltage amplifier, which is connected to ground and thus also acts as a fast energy source.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
-
1 eine erste Schaltungsanordnung eines aktiven Filters, -
2 eine alternative Schaltungsanordnung für einen Spannungsverstärker und -
3 eine alternative Schaltungsanordnung zur Einstellung der Arbeitspunkte der Push-Pull-Stufen des Stromverstärkers.
-
1 a first circuit arrangement of an active filter, -
2 an alternative circuit arrangement for a voltage amplifier and -
3 an alternative circuit arrangement for adjusting the operating points of the push-pull stages of the current amplifier.
Das aktive Filter
Der Spannungsverstärker
Die Kondensatoren
In der
In der
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017223764.3A DE102017223764A1 (en) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | Active filter for the reduction of common-mode noise pulses on the high-voltage cables |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102017223764.3A DE102017223764A1 (en) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | Active filter for the reduction of common-mode noise pulses on the high-voltage cables |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102017223764A1 true DE102017223764A1 (en) | 2019-01-03 |
Family
ID=64662136
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102017223764.3A Ceased DE102017223764A1 (en) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | Active filter for the reduction of common-mode noise pulses on the high-voltage cables |
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Country | Link |
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DE (1) | DE102017223764A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4115739A (en) * | 1976-04-28 | 1978-09-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Power amplifier |
US6639461B1 (en) * | 2001-08-30 | 2003-10-28 | Sierra Monolithics, Inc. | Ultra-wideband power amplifier module apparatus and method for optical and electronic communications |
-
2017
- 2017-12-22 DE DE102017223764.3A patent/DE102017223764A1/en not_active Ceased
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4115739A (en) * | 1976-04-28 | 1978-09-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Power amplifier |
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Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
WALDERA, Christian [u.a.]: Aktive EMI-Filter zur Reduktion von CM-Störimpulsen auf den HV-Leitungen von Elektrofahrzeugen. In: Elektromagnetische Verträglichkeit in der Kfz-Technik - 7. GMM-Fachtagung 20.09.2017 - 21.09.2017. Würzburg [u.a.] : VDE Verlag, 2017 (GMM-Fb. 88). S. 33-37. - ISBN 978-3-8007-4460-2 * |
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