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EMV 2018

Die Award-Gewinner stehen fest

22. Februar 2018, 18:00 Uhr | Nicole Wörner

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Best Paper Award, EMV 2018: Automatisierte Filteroptimierung für Hochvoltbordnetze basierend auf Simulationen zur Störspannungsvorhersage

Denis Müller, Universität Stuttgart

Der Einsatz von Wide-Bandgap-Leistungshalbleitern in Traktionsinverter für Elektrofahrzeuge bietet deutliche Vorteile beim benötigten Bauraum gegenüber konventionellen Silizium-Leistungshalbleitern. Weil diese Halbleiter steilflankige Schaltvorgänge zum Ziel haben, die jedoch ein hohes Störpotential bieten, muss die Dimensionierung der notwendigen Filter größer ausfallen. Damit wird der eigentliche Nutzen, die Einsparung von Bauraum, reduziert. Gleichzeitig sollen durch den Wegfall der Kabelschirmung Gewicht und Kosten reduziert werden. Diese Mechanismen führen zu immer härteren Anforderungen an die Filterbaugruppen hinsichtlich Einfügedämpfung, Kosten und Gewicht.

Ziel der Entwicklung war es, einen möglichst kompakten und Bauteileffizienten Filter zu konstruieren, der die benötigte Einfügedämpfung zur Entstörung des Traktionsinverters aufweist. Um diesen Entwicklungsprozess zu beschleunigen und gleichzeitig ein Optimum hinsichtlich der genannten Rahmenbedingungen zu finden, wurde ein Tool entwickelt und getestet, das auf evolutionären Optimierungsalgorithmen basiert.

Zunächst wurde die Filtertopologie anhand eines einphasigen Ersatzschaltbilds vorgegeben. Die Optimierung betrachtete sowohl Bauteilwerte als auch den entsprechenden Bauteilaufwand. Die zweistufige Verifikation der optimierten Filter erfolgte im ersten Schritt mittels einer 3D-Simulation des gesamten Prüfaufbaus. Bewertet wurden die zu erwartenden, leitungsgebundenen Störungen. Im zweiten Schritt wurde die Einfügedämpfung durch Messungen am realen Aufbau betrachtet. Abschließend wurde die Eignung des Differential Evolution Algorithmus zur elektrischen Auslegung und Optimierung von Filterstrukturen bewertet.