Design eines EMV-optimierten HV/NV DC-DC-Wandlers für elektrifizierte Fahrzeuge

verfasst von: Achim Vedde

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Buchreihe : Wissenschaftliche Reihe Fahrzeugtechnik Universität Stuttgart

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

Inhaltsverzeichnis

Über dieses Buch

Achim Vedde befasst sich mit der Fragestellung, wie ein HV/NV DC-DC-Wandler für elektrifizierte Fahrzeuge derart ausgelegt werden kann, dass die entstehenden Emissionen minimal sind und der Bauteilaufwand für die notwendige Dämpfung gering ist. Der Autor zeigt, wie durch ein EMV-optimiertes Design des Schaltnetzteils der Filteraufwand zur Reduzierung der Emissionen gering gehalten werden kann. Das in dem Buch vorgestellte systematische Filterdesign gestattet die Ableitung eines geeigneten passiven EMV-Filters unter Berücksichtigung der Störpfade, wodurch eine Verringerung des Bauteilaufwandes ermöglicht wird. Neben der passiven Filterung zeigt Achim Vedde auf, wie diese durch eine Integration aktiver Filterelemente unterstützt werden kann.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Zusammenfassung

Es gibt einen anhaltenden Trend die Anzahl der elektronischen Komponenten in Kraftfahrzeugen zu erhöhen [1, 2]. Mit diesem höheren Grad der Elektrifizierung wird die Größe der Leistungselektronik immer kritischer. Aufgrund des begrenzten Platzes und des Bestrebens, das Gewicht der Fahrzeuge zu reduzieren, ist es notwendig, diese elektrischen Komponenten zu optimieren.

Achim Vedde

Kapitel 2. Bewertung der EMV von Fahrzeugkomponenten

Zusammenfassung

Durch den zunehmenden Einsatz von leistungselektronischen Geräten, welche Spannungswandlungen zwischen Gleich- und Wechselanteilen durch schnell schaltende Halbleiter realisieren, entstehen auf den Versorgungsleitungen viele hochfrequente Störungen. Solche leistungselektronische Geräte kommen in Fahrzeugen in vielfältiger Variation vor, von der Sitzverstellung über Fensterheber bis zur Ansteuerung der Traktionsmotoren. Dabei entstehen durch Schaltvorgänge der Halbleiter in solchen Systemen schnelle Strom- und Spannungsänderungen, die nicht vollständig im Gerät gehalten werden und sich in Form von Strom- oder Spannungsspitzen als Störemissionen entlang der Versorgungsleitungen ausbreiten.

Achim Vedde

Kapitel 3. Beschreibung des DC-DC-Wandlers und Prüfstands

Zusammenfassung

Um eine Spannungsquelle an eine Last mit geringerer Spannung anzupassen, kann ein Linearregler verwendet werden. Dies geschieht jedoch auf Kosten des Wirkungsgrades. Um eine effiziente Spannungswandlung zu erzielen, werden Schaltregler verwendet, bei denen durch periodisch schaltende Bauteile die Spannung angepasst werden kann [12]. Solche Spannungswandler stellen sicher, dass nur die für die Last benötigte Energie umgesetzt wird.

Achim Vedde

Kapitel 4. Konzepte zur Verringerung elektromagnetischer Störungen

Zusammenfassung

Die von leistungselektronischen Geräten ausgehenden Störemissionen müssen für eine sichere Koexistenz verschiedener elektronischer Gerätschaften im Umfeld der Emissionsquelle begrenzt werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es, neue Methoden zur EMV-Optimierung des DC-DC-Wandlers abzuleiten, um vorgegebene EMV-Grenzwerte möglichst kostengünstig, mit geringem Platzbedarf und minimalem Gewicht einzuhalten. Zur Erreichung der Ziele gibt es mehrere Möglichkeiten die Störungen des Wandlers zu verringern oder die Filterung überschüssiger Emissionen zu optimieren.

Achim Vedde

Kapitel 5. Störpfadoptimierung am Planartransformator

Zusammenfassung

Durch die steigende Anzahl von Schaltnetzteilen in Kraftfahrzeugen werden deren Größe und Gewicht immer wichtiger und sollten so gering wie möglich gehalten werden. Daher wird auf Schaltnetzteile mit hohen Schaltfrequenzen gesetzt, wodurch passive Bauelemente wie der Transformator sehr kompakt aufgebaut werden können. Allerdings ist der sinnvoll nutzbare Frequenzbereich durch steigende Verluste der passiven Bauteile bei Schaltfrequenzen im Megahertzbereich begrenzt.

Achim Vedde

Kapitel 6. Passive EMV-Filter zur Störungsdämpfung

Zusammenfassung

Trotz des Einsatzes von Maßnahmen zur Verringerung der im Betrieb von leistungselektronischen Komponenten anfallenden Störemissionen, liegen die Störungsaussendungen in der Regel weit über den einzuhaltenden Grenzwerten. Zur weiteren Verringerung von leitungsgebundenen Störungen werden meist passive EMV-Filter in die Versorgungsleitungen eingebracht. Da solche passive EMV-Filter einen erheblichen Anteil am Platzbedarf, Gewicht und Kosten eines leistungselektronischen Gerätes ausmachen, ist eine Optimierung hinsichtlich dieser Eigenschaften sinnvoll.

Achim Vedde

Kapitel 7. Aktive EMV-Filter zur Störungsdämpfung

Zusammenfassung

Neben den passiven EMV-Filtern, wie sie in Kapitel 6 beschrieben wurden, kann auch ein aktives Filter zur Reduzierung der elektromagnetischen Störungen eingesetzt werden. Unter einer aktiven EMV-Filterung versteht sich die Dämpfung der von einer Störquelle verursachten Störungen durch eine aktive Einprägung von Kompensationssignalen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten eine aktive Dämpfung zu realisieren.

Achim Vedde

Kapitel 8. Schlussfolgerung

Zusammenfassung

Diese Arbeit befasst sich mit der leitungsgebundenen EMV-Optimierung eines HV/LV DC-DC-Wandlers für elektrifizierte Fahrzeuge. Dabei wird neben der Störpfadoptimierung im Wandler auch die optimale Auslegung von passiven und aktiven EMV-Filtern behandelt.

Achim Vedde

Backmatter

Titel: Design eines EMV-optimierten HV/NV DC-DC-Wandlers für elektrifizierte Fahrzeuge
verfasst von: Achim Vedde
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-48333-3
Print ISBN: 978-3-658-48332-6
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-48333-3