Kondensatoren und Filter für E-Mobility
Referenzdesign für Umrichter
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Hohe EMV-Performance trotz ungeschirmter Leitung
TDK hat ergänzend dazu eine Serie von Zweileiter-Hochvolt-Gleichstrom-Filtern entwickelt, die speziell auf die Anforderungen von elektrischen Antrieben für Fahrzeuge zugeschnitten ist. Damit lassen sich auch die Forderungen an die EMV gemäß UN ECE Regulation No. 10 Rev.5 erfüllen.
Die Hochvolt-DC-Filter der Serie P100316* sind für eine maximale Gleichspannung von 600 V ausgelegt und entsprechen damit den typischen Spannungspegeln, die von Hochvolt-Batterien bereitgestellt werden. Die Stromtragfähigkeitswerte der Filter liegen bei 150 A (DC) oder 350 A (DC), wodurch selbst Antriebssysteme mit Leistungen bis etwa 100 kW befiltert werden können. Der Gleichstromwiderstand liegt für alle Filtertypen bei 0,05 mΩ, sodass auch bei hohen Strömen keine nennenswerten Verluste auftreten.
Die Wirksamkeit der Filter ist so hoch, dass auf den üblichen Einsatz geschirmter Leitungen zwischen Batterie und Inverter verzichtet werden kann (Bild 4). Dies bringt nicht nur Kosten- und Gewichtsvorteile mit sich, sondern es sorgt auch für höhere Langzeitstabilität, da eine aufwändige und störanfällige Schirmanbindung entfallen kann.
Trotz Verwendung einer ungeschirmten Leitung konnten mit Hilfe der neuen Hochvolt-Gleichstrom-EMV-Filter besonders die leitungsgebundenen Emissionen um bis zu 70 dB oder einen Faktor von 3000 reduziert werden. Doch das ist nicht der einzige Vorteil: Der bisher übliche Aufwand für EMV-Maßnahmen in den einzelnen Systemkomponenten kann ebenfalls gesenkt werden. Neben den elektrischen Werten überzeugen die Filter auch durch geringes Gewicht und kompakte Abmessungen. Letztere variieren typenabhängig zwischen 186 × 65 × 65 mm³ und 121 × 52 × 52 mm³. Neben den Ausführungen mit genereller Gleichtaktunterdrückung sind auch Typen verfügbar, die im Langwellenspektrum zwischen 150 kHz und 300 kHz eine besonders hohe Filterwirkung aufweisen.
Jobangebote+ passend zum Thema
Ferritkerne erhöhen die Lebensdauer von Motoren
Am Ausgang des Inverters treten durch die steilen Schaltflanken Spannungsspitzen auf, die durch die parasitäre Induktivität der Motorleitungen noch überhöht werden. Unter ungünstigen Umständen können die Spannungsspitzen zu Überschlägen in den Motorwicklungen führen und diese zerstören. Gleichzeitig führt die Schaltfrequenz des Inverters zu einer höherfrequenten Beaufschlagung der parasitären Kapazitäten zwischen den Wicklungen und dem Gehäuse (Massepotenzial) der Motoren. Dies wiederum führt zu Ableitströmen, die – wie bereits erwähnt – durch die Motorlager fließen und Funkenbildung verursachen.
Abhilfe schaffen Ferrit-Ringkerne am Ausgang des Inverters, durch welche die Motorleitungen geführt werden. Auch Gleichtaktstörungen werden durch ein verringertes dU/dt deutlich reduziert, und Ableitströme werden auf ein unkritisches Niveau gesenkt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Störgrenzen der Klassen I und III eingehalten werden (Bild 5). TDK bietet diesbezüglich ein breites Spektrum an Epcos-Ringkernen der Serie B64290L* in unterschiedlichen Abmessungen und Ferritmaterialien, die jeweils für bestimmte Frequenzbereiche und Temperaturen optimiert sind und auf jedes Antriebssystem abgestimmt werden können. Empfohlen werden hier Materialien wie T65, N30, N87, welche auch bei Epcos-EMV-Drosseln Anwendung finden.
Darüber hinaus wurde ein Treiber-Board für das Hy¬bridPACK1-DC6-Modul entwickelt, das auf den bewährten Infineon-Gate-Treibern der Serie 1ED020I12FA2 basiert und eine EMV-gerechte Ansteuerung bietet.
| Kommentar: Passive Komponenten – alles andere als passiv |
|---|
Wer um alles in der Welt ist dafür verantwortlich, dass bei den Elektronikbauteilen zwischen aktiven Bauteilen und passiven Komponenten unterschieden wird? Der Begriff „passiv“ wird im Wörterbuch mit „Zustand, in dem man nichts tut“ umschrieben. Doch dieser Zustand gilt für die klassischen Vertreter der passiven Komponenten – zum Beispiel Heiß- und Kaltleiter oder LC-Filter – in keinster Weise. Diese Bauteile zählen zur Analogtechnik und werden beim Studium zum Bachelor Elektrotechnik womöglich in den ersten Semestern bereits abgehandelt. Doch diese Bauteile als Elektronikentwickler für die jeweilige Applikation richtig auswählen zu können ist nicht ohne und erfordert ein fundiertes Fachwissen in Bezug auf analoge Schaltungstechnik. Verbesserungen an diesen Bauteilen sind natürlich nicht mit denen der Halbleiterschaltungen vergleichbar, aber doch von Bedeutung. Schlussendlich geht es bei Kondensatoren, Induktivitäten und Widerständen stets darum, diese noch kompakter gestalten zu können. Bei gleichbleibenden Abmessungen indes müssen diese Bauteile beispielsweise noch mehr Ladungen speichern oder noch höhere Nennströme verkraften können. Auf jeden Fall sollte man diese Elektronikbauteile endlich als analoge Schaltungskomponenten bezeichnen und deren „Stallgeruch der Passivität“ ein für allemal aus dem Sprachwortschatz eines Schaltungsentwicklers streichen! Schreiben Sie uns Ihre Meinung dazu an: |
- Referenzdesign für Umrichter
- Hohe EMV-Performance trotz ungeschirmter Leitung
Lesen Sie mehr zum Thema
Das könnte Sie auch interessieren
Interview Dr. Martin Schulz, Infineon
Power für Männerspielzeug
TDK präsentiert neue Induktivitäten
Kompakte Z-Transponderspulen für Fahrzeug-Zugangssysteme
Geschäftsausbau bei Sensoren
Epcos kündigt Übernahme von Tronics an
Interview mit TDK
»Das Internet ist wesentlicher Bestandteil für die Distribution«
Neuer Vertrieb
TDK fasst in Europa den Epcos und TDK Vertrieb zusammen
Zwischenkreiskondensator von Epcos
Neues Material für Umrichter
