用于降低变流器的共模干扰的电路装置的制作方法

本发明涉及一种用于降低变流器的共模干扰的电路装置。此外，本发明涉及一种具有相应的电路装置的功率电子系统以及一种具有功率电子系统的电动车辆。

背景技术：

在变压器的运行中出现引起电磁辐射的共模干扰。这些电磁辐射必须在电系统的运行中始终予以最小化，以便这些系统不影响环境中的其他系统。已知有多种用于电磁屏蔽各条承载电流的线路的解决方案。例如，为此从de102014224267a1中已知一种用于包封电线路的电缆护套。替代地，已知由电容和电感组成滤波器组件，以使电磁辐射最小化。已知的解决方案借助分立的构件来实现，这些分立的构件被添加到实际的电路中、需要结构空间并且引起附加的成本。此外，还致力于寻求更简单的解决方案。

技术实现要素：

本发明涉及一种用于降低变流器的共模干扰的电路装置，其中变流器在运行中构成共模干扰源。电路装置包括至少一条短接的附加线路，该附加线路可以耦合到变流器的输入端和输出端。附加线路引导由共模干扰源产生的干扰电流并且将其引回到共模干扰源。

因此，提供一种用于降低变流器的共模干扰的电路装置，其中变流器在运行中构成共模干扰源。存在各种类型的变流器。用于将交流电转换为直流电的变流器被称为整流器。逆变器将直流电转换成交流电。为了将一种交流电转换成另一种交流电而使用换流器（umrichter）；因此，例如变频器用于改变交流电频率。直流变压器将第一直流电压转换成可以更高、更低或反向的第二直流电压。转换通常借助基于半导体的电子器件来实施，例如借助二极管、晶体管或晶闸管，在此尤其借助mosfet、igbt和igct来实施。以前也使用真空管、汞蒸汽整流器和闸流管。在此，在设备中通常使用电容器或电感作为能量中间存储器。

变流器优选是变压器、直流变压器、逆变器或电流转换器。变流器优选是至少一个或多个串联或并联连接的直流变压器、逆变器和/或变流器的组合。变流器优选具有不同数量的输入线路和输出线路。此外，变流器优选包括无源器件、优选二极管，或者包括有源器件、优选半导体开关元件。电路装置包括至少一条短接的附加线路，其可以耦合到变流器的输入端和输出端。短接的附加线路优选是环形线路，在该环形线路中可以在回路中引导电流、尤其是由共模干扰源产生的干扰电流。“可以耦合”在这些实施方案的范围内意味着，附加线路优选电感式地、例如借助共同的扼流圈电容式地或导电地能够附接到变流器的输入端和输出端上。变流器的输入端优选包括第一和第二输入线路。变流器的输出端优选在输出侧包括多条输出线路。优选地，变流器是逆变器。逆变器的输入端优选包括第一和第二直流电压线路作为输入线路。逆变器的输出端优选在输出侧包括多个相位、优选为例如用于供给电机的三个相位或多条相位线路作为在交流电压侧的输出线路。借助这种耦合，短接的附加线路引导由共模干扰源产生的干扰电流并且将其引回共模干扰源。共模干扰源尤其在变流器运行时在变流器内尤其基于半导体开关的开关过程产生，借助所述半导体开关优选地借助一个或多个半桥将输入电压转换成输出电压，其方式是至少一个半桥的开关被时钟控制地断开和闭合。在逆变器的运行中，尤其在逆变器内部产生共模干扰源，其中优选借助b6桥将输入直流电压转换为多相输出交流电压，其方式是b6桥的开关被时钟控制地断开和闭合。有利地，提供如下一种电路装置，所述电路装置吸收所产生的干扰电流，进而降低变流器的电磁辐射。

在本发明的另一种设计方案中，电路装置包括第一共模扼流圈，附加线路被引导穿过所述第一共模扼流圈。优选地，附加线路围绕第一共模扼流圈卷绕至少一次、优选十次。优选地，第一共模扼流圈布置在变流器的输入电压侧。

电路装置包括第一共模扼流圈，附加线路引导穿过所述第一共模扼流圈。这引起到也引导穿过所述共模扼流圈的线路上的感应耦合。为了提高感应作用并且因此增强感应耦合，将附加线路围绕第一共模扼流圈卷绕至少一次、优选十次。优选地，第一共模扼流圈布置在变流器的输入电压侧。这引起，附加线路能够耦合到变流器的输入端上。有利地，提供具有改进的耦合的电路装置，其吸收所产生的干扰电流，进而降低变流器的电磁辐射。

在本发明的另一种设计方案中，电路装置包括第二共模扼流圈，附加线路被引导穿过所述第二共模扼流圈。优选地，附加线路围绕第二共模扼流圈卷绕至少一次、优选十次。优选地，第二共模扼流圈布置在变流器的输出电压侧。

电路装置包括第二共模扼流圈，附加线路引导穿过所述第二共模扼流圈。这引起到也引导穿过所述共模扼流圈的线路上的感应耦合。为了提高感应作用并且因此增强感应耦合，将附加线路围绕第二共模扼流圈卷绕至少一次、优选十次。优选地，第二共模扼流圈布置在变流器的输出电压侧。这引起，附加线路能够耦合到变流器的输出端上。有利地，提供具有改进的耦合的电路装置，其吸收所产生的干扰电流，进而降低变流器的电磁辐射。

在本发明的另一种设计方案中，电路装置的附加线路能够与基准导体、或者借助电容器或线圈电连接。

电路装置的附加线路能够与基准导体电连接。在这些实施方案的范围内，基准导体理解为如下线路，变流器的接地端子附接到其上。优选地，基准导体仅在一个位置处与保护导体电连接。基准导体形成各个待连接的电部件的共同的返回导体并且也在电部件运行时引导电流。基准导体优选地是电系统的共同的接地端或例如车辆的底盘，或者基准导体与共同的接地端或底盘低阻抗地连接。保护导体仅在故障情况下引导电流，例如在供电线路和例如变流器的、与基准导体连接的电部件的壳体之间短接的情况下引导电流。有利地提供了一种用于提高电路装置的运行安全性的方案。

在本发明的另一种设计方案中，电路装置的附加线路包括至少一个衰减部件，所述衰减部件使附加线路上的干扰电流最小化。

电路装置的附加线路包括至少一个衰减部件。衰减部件影响附加线路上的干扰电流。优选地，干扰电流的电能被转换为热能。有利地提供如下一种电路装置，该电路装置加强地吸收所产生的干扰电流，进而降低变流器的电磁辐射。

在本发明的另一种设计方案中，衰减部件包括至少一个电阻。

作为衰减部件，使用将干扰电流的电能转换为热能的电阻。有利地，提供如下一种电路装置，该电路装置增强地吸收所产生的干扰电流，进而降低变流器的电磁辐射。

在本发明的另一种设计方案中，衰减部件包括将附加线路分成具有第一电阻的第一短接的附加线路和具有第二电阻的第二短接的附加线路的分离部（auftrennung）。优选地，第一短接的附加线路可以借助第一电容器和/或第二短接的附加线路借助第二电容器与基准导体能够电容式地连接。

衰减部件包括附加线路的分离部。干扰电流被阻止在附加线路内从变流器的输入端流向输出端并流回。取而代之，在输入侧产生具有第一电阻的第一短接的附加线路并且在输出侧产生具有第二电阻的第二短接的附加线路。电阻衰减第一和第二短接的附加线路中的干扰电流。因此，在变流器的输入端和输出端上的共模电流被衰减。优选地，第一短接的附加线路借助第一电容器和/或第二短接的附加线路借助第二电容器与基准导体可以电容式地连接。借助电容器的连接引起附加的高频的衰减。有利地提供一种替代的电路装置，所述电路装置吸收所产生的干扰电流，进而降低变流器的电磁辐射。

在本发明的另一种设计方案中，电路装置包括输入侧的电容器和输出侧的电容器。附加线路被设计为第一共模扼流圈、第一电阻、第二共模扼流圈和第二电阻的短接的串联电路。在第一电阻和第一共模扼流圈之间布置有输入侧的电容器，以用于在输入侧附接到变流器的输入线路上，并且在第一电阻和第二共模扼流圈之间布置有输出侧的电容器，以用于在输出侧附接到变流器的输出线路上。优选地，第一电阻比第二电阻大得多，优选地，电阻的值相差10倍。

电路装置包括输入侧的电容器和输出侧的电容器。在这些实施方案的范围中，输入侧的电容器是如下的电容器，所述电容器可以分别附接在变流器的输入线路和附加线路之间。在这些实施方案的范围中，输出侧的电容器是如下的电容器，所述电容器可以分别附接在变流器的输出线路和附加线路之间。附加线路被设计为第一共模扼流圈、第一电阻、第二共模扼流圈和第二电阻的短接的串联电路。在第一电阻和第一共模扼流圈之间布置有输入侧的电容器，以用于在输入侧附接到变流器的输入线路上。在第一电阻和第二共模扼流圈之间布置有输出侧的电容器，以用于在输出侧附接到变流器的输出线路上。借助电容器为共模电流提供低阻抗的路径。与共模扼流圈组合地，优选在输入侧和输出侧得出具有lc或cl拓扑结构的滤波器。优选地，第一电阻比第二电阻大得多，优选地，电阻的值相差10倍。由此，避免输入侧的电容器及输出侧的电容器的过热。有利地，提供一种替代的电路装置，所述电路装置吸收所产生的干扰电流，进而降低变流器的电磁辐射。

在本发明的另一种设计方案中，电路装置包括输出侧的电容器。附加线路被设计为第一共模扼流圈和第一电阻的短接的串联电路。在第一电阻和第一共模扼流圈之间布置有输出侧的电容器，以用于在输出侧附接到变流器的输出线路上。优选地，附加线路借助第一电容器与基准导体能够电容式地连接。这种电容式的附加连接提供比纯电感式的连接带宽更大的作用。

有利地提供一种替代的电路装置，所述电路装置吸收所产生的干扰电流，进而降低变流器的电磁辐射。

此外，本发明涉及一种具有变流器和所附接的所描述的电路装置的功率电子系统。

提供了一种由变流器和所附接的电路装置组成的功率电子系统。有利地提供一种功率电子系统，其中实现电磁辐射的降低。

在本发明的另一种设计方案中，功率电子系统包括所附接的直流电压源和/或所附接的多相电机。

提供一种功率电子系统，该功率电子系统包括所附接的直流电压源、优选高压电池、燃料电池和/或光伏系统，和/或所附接的多相电机、优选同步或异步电机。有利地提供一种功率电子系统，其中实现电磁辐射的降低。

此外，本发明涉及一种具有功率电子系统的电动车辆。

电动车辆、尤其是机动车、轿车或载重汽车或水上运载工具或在空气中的运载工具被提供有功率电子系统。有利地提供一种运载工具，在该运载工具中实现电磁辐射的降低。

因此，优选地，电路装置或功率电子系统被提供用于在机动车领域中、在48v机动车驱动系统中、在所有电压等级的工业驱动装置中、在电能供给领域中、尤其也在光伏逆变器中的换流器系统中或在直流变压器中的所有屏蔽的和未屏蔽的电动和混合驱动系统中使用。

优选地，共模干扰源和附接在变流器上的电部件、如电能源或能量吸收器附加地可以与高阻抗的部件电磁解耦。优选地，为了改进的滤波作用，也可以为共模电流提供用于替代的低阻抗路径的附加部件。

应理解的是，电路装置的特征、特性和优点相应地适用于或可应用于功率电子系统或电动车辆，并且反之亦然。

本发明的实施方式的其他特征和优点从以下参照附图的描述中得出。

附图说明

下面应借助附图详细来解释本发明，对此示出：

图1以电路装置和功率电子系统的示意图示出了第一实施例；

图2以电路装置和功率电子系统的示意图示出了第二实施例；

图3以电路装置和功率电子系统的示意图示出了第三实施例；

图4以电路装置和功率电子系统的示意图示出了第四实施例；

图5以电路装置和功率电子系统的示意图示出了第五实施例；

图6以具有带电路装置的功率电子系统的电动车辆的示意图示出了第六实施例。

具体实施方式

图1以电路装置100和功率电子系统200的示意图示出第一实施例。电路装置100包括短接的附加线路50，该附加线路可以耦合到变流器60的、优选地具有输入侧的输入线路10、15的输入端和优选地具有输出侧的输出线路20、25、30的输出端。变流器60、优选电路和/或作为变流器60的接地端子的壳体与基准导体65电连接。为了将附加线路50耦合到变流器60的输入端上，电路装置100优选地包括至少一个第一共模扼流圈75，通过所述第一共模扼流圈引导或卷绕输入线路10、15和附加线路50。此外，电路装置100为了将附加线路50耦合到变流器60的输出端优选地包括第二共模扼流圈70，通过该第二共模扼流圈引导或卷绕输出线路20、25、30和附加线路50。变流器60在运行中产生共模干扰并且尤其是构成共模电压源。该共模电压源导致如下共模电流，所述共模电流优选经由第一和第二共模扼流圈70、75耦合输出并且经由附加线路50从共模干扰源传输回到共模干扰源。优选地，附加线路50包括衰减部件80、尤其是电阻，以用于衰减附加线路50中的共模电流。共模电流的电能能够经由例如是电阻的衰减元件80转换成热能。优选地，附加线路50同样与基准导体65电连接，以用于实现较高频率的带宽更大的滤波。基准导体65在一个位置处与保护导体67或接地端、或者与车辆接地端连接或接地。变流器60与耦合的电路装置100构成功率电子系统200。

与图1不同，图2以电路装置100和功率电子系统200的示意图示出第二实施例。电路装置100包括具有最大程度发挥作用的衰减元件、即附加线路50的分离部的短接的附加线路50的一种特别的实施方式。这导致了具有第一电阻53的第一短接的附加线路52和具有第二电阻55的第二短接的附加线路54。第一附加线路52在输入侧可耦合到变流器60上。第二附加线路54在输出侧可耦合到变流器60上。为了耦合附加线路52，电路装置100优选地包括至少一个第一共模扼流圈75，通过所述第一共模扼流圈引导或卷绕输入线路10、15和附加线路52。此外，电路装置100为了耦合附加线路54优选包括第二共模扼流圈70，通过所述第二共模扼流圈引导或卷绕输出线路20、25、30和附加线路54。优选地，第一短接的附加线路52借助第一电容器56和/或第二短接的附加线路54借助第二电容器58与基准导体65能够电容式地连接。由此可以单独地优化输入侧和输出侧。变流器60在运行中产生共模干扰并且尤其是构成共模电压源。该共模电压源导致如下共模电流，所述共模电流经由第一和第二共模扼流圈70、75耦合输出并且经由附加线路52、54、优选经由第一和第二电容器56、58和基准导体65从共模干扰源传输回到共模干扰源。附加线路52和54包括电阻53和55作为用于衰减附加线路52、54中的共模电流的衰减部件80。变流器60与所耦合的电路装置100构成功率电子系统200。

与图1不同，图3以电路装置100和功率电子系统200的示意图示出了第三实施例。电路装置100包括短接的附加线路50，该附加线路可以耦合到变流器60的、优选具有输入侧的输入线路10、15的输入端和优选具有输出侧的输出线路20、25、30的输出端。电路装置100包括输入侧的电容器110、120和输出侧的电容器130、140、150。附加线路被设计为第一共模扼流圈75、第一电阻160、第二共模扼流圈70和第二电阻170的短接的串联电路。在第一电阻160和第一共模扼流圈75之间布置有输入侧的电容器110、120，以用于在输入侧附接到变流器60的输入线路上。在第一电阻160和第二共模扼流圈70之间布置有输出侧的电容器130、140、150，以用于在输出侧附接到变流器60的输出线路上。优选地，第一电阻160比第二电阻170大得多。第一电阻160与第二电阻170的比优选地约为10。变流器60在运行中产生共模干扰并且尤其是构成共模电压源。该共模电压源导致如下共模电流，所述共模电流经由第一和第二共模扼流圈70、75和输入侧的电容器110、120和输出侧的电容器130、140、150耦合输出并且经由附加线路50从共模干扰源传输回到共模干扰源。优选地，附加线路50不与基准导体65电连接。基准导体65在一个位置处与保护导体67连接或接地。变流器60与所耦合的电路装置100构成功率电子系统200。

与图1不同，图4以电路装置100和功率电子系统200的示意图示出第四实施例。电路装置100包括短接的附加线路50，该附加线路可以耦合到变流器60的、优选地具有输入侧的输入线路10、15的输入端和优选地具有输出侧的输出线路20、25、30的输出端。变流器60、优选电路和/或作为变流器60的接地端子的壳体与基准导体65电连接。为了耦合附加线路50，电路装置100优选地包括至少一个第一共模扼流圈75，通过所述第一共模扼流圈引导或卷绕输入线路10、15和附加线路50。此外，电路装置100为了耦合附加线路50而包括输出侧的电容器130、140、150。附加线路50设计为第一共模扼流圈75和第一电阻160的短接的串联电路。在第一电阻160和第一共模扼流圈75之间布置有输出侧的电容器130、140、150，以用于在输出侧附接到变流器60的输出线路上。优选地，附加线路50借助第三电容器175与基准导体65能够电容式地连接。这种拓扑结构具有特别高的功率密度。变流器60在运行中产生共模干扰并且尤其是构成共模电压源。该共模电压源导致如下共模电流，所述共模电流经由第一共模扼流圈75和输出侧的电容器130、140、150耦合输出并且经由附加线路50由共模干扰源传输回到共模干扰源。优选地，附加线路50包括作为衰减部件的第一电阻160，以用于衰减附加线路50中的共模电流。变流器60与所耦合的电路装置100构成功率电子系统200。

与迄今为止的附图不同，附图5以电路装置100和功率电子系统200的示意图示出第五实施例。变流器60与所耦合的电路装置100构成功率电子系统200。此外，功率电子系统200包括所附接的直流电压源180和/或所附接的多相电机190。直流电压源180示例性地在正极和负极处导电地分别与变流器60的输入线路10、15中的一条连接。示例性示出的电机190导电地在其三个相端子处示例性地分别附接在变流器60的输出线路20、25、30中的一条上。变流器60优选是用于将直流电压源180（优选是电池）的直流电压转换成多相交流电压的逆变器，以用于为电机、优选为三相电机190供电。变流器60、直流电压源180和/或电机190、优选其电路和/或其作为接地端子的壳体与基准导体65电连接。基准导体65在一个位置处与保护导体67连接或接地。

图6以具有带电路装置100的功率电子系统200的电动车辆300的示意图示出了第六实施例。电驱动车辆300优选是机动车。该电驱动车辆包括具有电路装置100的功率电子系统200，该电路装置引起降低的电磁辐射。