本发明涉及一种电压变换器和具有电压变换器的电驱动系统以及用于减少干扰电压的方法。本发明尤其是涉及减少电压变换器的干扰电压。
背景技术：
德国专利申请de4107391a1公开一种电动车辆，该电动车辆具有电池组供电的逆变器、尤其是具有脉冲逆变器。电动车辆的三相行走电动机在此通过逆变器供电。该逆变器从电池组取得其能量。
脉冲逆变器在电容性负荷的情况下可能引起共模干扰，其中所述电容性负荷例如由于在所连接的电机中的寄生电容而出现。在此值得期望的是：减少在电机的周围环境中所发射的干扰电压频谱，以便例如尤其是在中波频率范围中改善无线电广播接收。除了主动滤波器技术之外，在此例如已知将共模扼流圈集成到脉冲逆变器和电机之间的连接线路中。因为所连接的电机通常是多相电机，这种共模扼流圈必须包含全部的连接线路。
也已知如下滤波器结构，其部分地减少了基于通过电动机进行的功率电子装置开关过程的干扰输出耦合。干扰电流和干扰电压通过由电动机线圈至电动机壳体和至电动机转子的寄生电容而产生。在此，滤波器结构一方面正面地作用，因为减少了在转子上的干扰电压（车辆轴，机动车中的mw干扰），另一方面，负面地作用，因为在电动机线圈和定子（壳体）之间的寄生电容由于附加地装入的滤波器电容器而被提高。由此，进一步提高不期望的干扰电流。这例如在hv-dc馈线上的磁场发射和干扰电压或电流的情况下起不利作用。
由于电动车辆越来越重要，因此存在对于如下电压变换器的需求，该电压变换器实现对干扰电压的有效并且同时低成本的滤波。在此，应当减少用于滤波器构件的花费、实现关于频率范围的滤波作用的限制、限制流过所插入的电容器的电流、衰减滤波器谐振并且附加地减少对其他排放问题和测量过程的负面影响。
技术实现要素：
为此，本发明根据第一方面创建一种具有独立专利权利要求1点特征的电压变换器。
与此相应地，本发明在第一方面中创建一种电压变换器，该电压变换器具有逆变器和扼流圈、尤其是电流补偿的扼流圈。所述逆变器包括两相的直流电压输入端。该直流电压输入端能够与直流电压源连接。此外，逆变器还包括多相交变电压输出端。尤其是，交变电压输出端可以具有至少三个相端子。交变电压输出端能够与耗电器连接。电压变换器的扼流圈在此布置在逆变器的直流电压输入端和直流电压源之间。
逆变器的直流电压输入端包括第一端子和第二端子。电压变换器的扼流圈还包括第一线圈和第二线圈。扼流圈的第一线圈在此布置在逆变器的直流电压输入端的第一端子和直流电压源的第一端子之间。扼流圈的第二线圈布置在逆变器的直流电压输入端的第二端子和直流电压源的第二端子之间。此外，在扼流圈和直流电压源之间布置第一电容器，第一电容器在一侧与在直流电压源的第一端子和扼流圈的第一线圈之间的电流路径连接并且在另一侧与附加的电流导体连接。此外，布置第二电容器，第二电容器在一侧与在直流电压源的第二端子和扼流圈的第二线圈之间的电流路径连接并且在另一侧与所述附加的电流导体连接。
逆变器的交变电压输出端包括多个相端子。在此，在附加的电流导体与逆变器的每个相端子之间布置电容器。在相端子上能够连接多相耗电器。
附加的电流导体由导电材料组成，并且是去干扰电容器的第二端子的低欧姆电连接件。附加的电流导体是相对于另外的导电连接件或壳体绝缘的。
通过电容器的这种布置能够实现：将干扰从交变电压侧引导到逆变器的直流电压侧，其中这些干扰局部地在附加的电流导体上被隔离并且被滤波。尤其是，这些干扰不被传输到电压变换器的壳体上、所连接的直流电压源的壳体上、所连接的耗电器的壳体上或者例如电驱动的车辆的接地电端子上。
由此，滤波器的构造在直流电压侧由在逆变器和第一和第二电容器之间的扼流圈构成，所述电容器尤其是具有中间抽头的x电容器。可替代地，滤波器的构造在直流电压侧上尤其是由在中间电路电容器和第一和第二电容器之间的扼流圈构成。一侧，尤其是以中间抽头，这两个电容器引导到附加的电流导体上。在直流电压导体之间的中间抽头电容式地实现。这两个电容器的电容值一般而言是相同大的。然而，视应用而定地，电容器的不同大小的电容值也是可能的，尤其是在电压变换器的高频特性或电压变换器的和所连接的组件不对称的情况下。
在逆变器的交变电压侧或电动机侧，滤波器由尤其小的电容器、尤其是去干扰电容器构成，它们引导到交变电压导体之间的星形点上。该星形点与附加的电流导体连接。这种附加的电流导体在避开在前面描述的缺点的情况下引导干扰电流。
有利地，在滤波器的这种构造的情况下，借助附加的电流导体，直流电压侧的电容器、尤其是x电容器的滤波作用与逆变器的尤其是在电动机侧上的交变电压侧的滤波器相结合。由此，可以最小化用于所需构件的花费。尤其是，利用中间抽头也同时提供了x去干扰，从而为此无需构件的双重实施。
按照另一方面，本发明创建一种具有并列专利权利要求7的特征的、用于减少干扰电压的方法。
相应地，本发明创建一种用于减少电压变换器的干扰电压的方法，其具有如下步骤：提供具有两相直流电压输入端和多相交变电压输出端的逆变器；将扼流圈与逆变器的直流电压输入端耦合；以及布置第一电容器，所述第一电容器在一侧与在直流电压源的第一端子和扼流圈的第一线圈之间的电流路径连接并且在另一侧与附加的电流导体连接；和布置第二电容器，其中所述第二电容器在一侧与在直流电压源的第二端子和扼流圈的第二线圈之间的电流路径连接并且在另一侧与所述附加的电流导体连接；和分别将电容器或者由电容器、电阻和/或电感组成的串联电路布置在所述附加的电流导体和逆变器的多相交变电压输出端的每个相之间。
本发明的优点
本发明所基于的思想是，在逆变器的输入端上设置扼流圈，以便通过这种方式将逆变器的共模干扰最小化。优选地，在逆变器的直流电压侧，将为此所需的扼流圈设置在逆变器和输入侧的第一和第二电容器之间。第一和第二电容器分别布置在所述附加的电流导体和逆变器的直流电压输入端的端子之间。可选的中间电路电容器可以布置在逆变器的两个输入端子和扼流圈之间。
通过将扼流圈布置在逆变器的输入侧，可以非常好地将逆变器的共模干扰最小化。因此，可以在输出侧在逆变器和耗电器之间的多相连接中弃用扼流圈，尤其是电流补偿的扼流圈，其由于在逆变器和耗电器之间的更高的相数目而原本是非常耗费的。根据本发明的电压变换器因此能够实现简单并且低成本地对干扰进行抑制。通过设置附加的电流导体，经滤波的干扰有利地不被导回到该结构（例如接地板或车辆结构）上，而是在围绕干扰源（功率电子装置、尤其是逆变器）的单独的路径上被引导，其中在扼流圈和直流电压源之间的第一和第二电容器、以及在逆变器的相端子上的电容器在一侧与所述附加的电流导体连接。这防止开始所描述的负面的副作用。此外有利的是，在电机的三个相上所插入的三个电容器不再相对壳体或者参考电势来被引导。由此，较小的耐压强度就是足够的。相应地，这些构件可以被选择得更低成本和更小，并且也可以被实施为陶瓷构件而不是被实施为膜构件。
按照另一实施方式，在附加的电流导体和逆变器的每个相端子之间布置由电容器和电阻和/或电感组成的串联电路。电容器和电阻和/或电感因此构成rc或rcl环节。通过这种方式能够实现，使得由逆变器所发射的干扰电压频谱有针对性地针对预先给定的频率范围被衰减。通过引入电阻/欧姆电阻可以最小化输出耦合的共模电流。
按照另一实施方式，电容器或由电容器和电阻和/或电感组成的串联电路连同逆变器被布置在共同的功率模块中。通过逆变器和电容器或rc或rcl环节在共同的模块中的集成，能够实现紧凑的构造。此外，可以为了逆变器的散热和rc或rcl环节的电损耗功率的导出而设置共同的冷却件。
按照另一实施方式，电容器或由电容器和电阻和/或电感组成的串联电路布置在耗电器的端子元件上。例如电容器或者rc或rcl环节在耗电器侧可以布置在耗电器的端子夹附近。
按照另一实施方式，电压变换器还包括中间电路电容器。该中间电路电容器布置在逆变器的直流电压输入端的第一端子和第二端子之间。尤其是，中间电路电容器布置在扼流圈和逆变器的直流电压输入端之间。
按照用于减少干扰电压的方法的另一实施例，该方法包括如下步骤：分别将电容器或由电容器和电阻和/或电感组成的串联电路（rc或rc环节）布置在附加的电流导体和逆变器的多相交变电压输出端的每个相之间。
按照另一方面本发明创建具有直流电压源、电动机和根据本发明的电压变换器的电驱动系统。
附图说明
本发明的另外的实施方式和优点从下面参照所附附图的描述中得到。
其中，
图1示出根据一种实施例的具有电压变换器的电驱动系统的示意图；
图2示出根据另一种实施例的具有电压变换器的电驱动系统的示意图；和
图3示出流程图的示意图，如按照一种实施例的用于减少干扰电压的方法所基于的那样。
具体实施方式
图1示出按照一种实施方式的电驱动系统的示意图。该电驱动系统包括直流电压源2、耗电器3以及电压变换器1。此外，该电驱动系统必要时可以视需求而定地还包括另外的组件。然而为了更好地理解本发明，这里没有示出电驱动系统的可能的另外的组件。直流电压源2例如可以是电池组。尤其是，例如电动车辆的牵引电池组可以作为直流电压源2。然而，此外任意其他直流电压源作为直流电压源2也是可能的。耗电器3如这里所示地例如可以是三相电动机。例如任意的电动机可以作为耗电器3。尤其是，电动机3可以是异步电机或同步电机。这里针对耗电器3所示的三个电相的数目在此同样应仅仅应理解为示例性的。此外，具有的相的数目不同于三个的任意电动机、或者任意其他耗电器同样是可能的。尤其是，具有六个相的耗电器也是可能的。
如果在下面如下地描述电驱动系统：电压变换器1由直流电压源2馈电并且逆变器1在输出端与耗电器3连接，那么驱动系统此外可以在必要时以另一运行模式也将在发电机运行中由该电动机所提供的电能量通过逆变器1变换为直流电压。该直流电压于是可以被馈入到直流电压源2中，以便例如通过这种方式对电池组充电。
电压变换器1在此包括逆变器10。逆变器10例如可以是脉冲逆变器（pwr）。尤其是，逆变器10如在图1中示意性示出那样例如可以包括多个开关元件s1至s6。开关元件例如可以是igbt或mosfet形式的半导体开关元件。然而，逆变器、尤其是脉冲逆变器的基本结构是已知的，从而该结构这里不必被详细地描述。
在直流电压侧，逆变器10具有两相直流电压输入端110。直流电压输入端100的第一端子111在此与直流电压源2的端子21连接。逆变器10的直流电压输入端110的另外的端子112与直流电压源2的另外的端子22连接。在直流电压源2和逆变器10之间，电压变换器1此外包括扼流圈11，尤其是电流补偿的扼流圈11。扼流圈这里包括两个线圈11a和11b。扼流圈11的第一线圈11a布置在直流电压源2的第一端子21和逆变器10的第一端子111之间。扼流圈11的第二线圈11b布置在直流电压源2的第二端子22和逆变器10的直流电压输入端110的第二端子112之间。
此外，电压变换器1在扼流圈11和逆变器10的直流电压输入端110之间包括中间电路电容器12。中间电路电容器12在此以一个端子与在扼流圈11的第一线圈11a和逆变器10的直流电压输入端110的第一端子111之间的电流路径连接。中间电路电容器12的另一端子与在扼流圈11的第二线圈11b和逆变器10的直流电压输入端110的第二端子112之间的电流路径连接。
此外，电压变换器1在扼流圈11和直流电压源2之间包括第一和第二电容器13-1和13-2。在此，第一电容器13-1在一侧与在直流电压源的第一端子21和扼流圈11的第一线圈11a之间的电流路径连接。第一电容器13-1的另一端子与附加的电流导体16连接。类似地，第二电容器13-2在一侧与在直流电压源2的第二端子22和扼流圈11的第二线圈11b之间的电流路径连接。第二电容器13-2的另一端子同样与附加的电流导体16连接。
为了电压变换器1与直流电压源2的连接，电压变换器1可以经由合适的线缆连接20与直流电压源2连接。
在电压变换器1的逆变器10的输出侧上，逆变器10在交变电压输出端120上提供多相交变电压。如前面已描述地，这里示出的三相交变电压输出端仅仅应理解为示例性的。此外，与三不同的数目的交变电压的相也是可能的。
在这里所示的实施例中，交变电压输出端120包括三个端子121、122和123。这些端子121至123其中的每个都与耗电器3的对应端子连接。这里，也可以在电压变换器1和耗电器3之间设置合适的线缆连接30。
在这里所示的实施例中，尤其示出电驱动系统的共同的参考电势40、或者接地线路。例如，接地线路40将直流电压源2的、所连接的耗电器3的、电压变换器1的壳体连接（该连接出于一目了然的原因而未被示出）和/或将线缆连接20、30的屏蔽导体相互连接。
在各个相端子之间、也即在逆变器10的端子121至123在一侧与耗电器3之间的连接之间以及在另一侧与附加的电流导体16之间的连接之间分别设置输出侧的电容器14-1、14-2和14-3。第一电容器14-1的第一端子在此与在逆变器的交变电压输出端120的第一端子121以及耗电器3的第一相端子之间的电流路径电连接。第一电容器14-1的另一端子与附加的电流导体16电连接。类似地，第二电容器14-2在一侧与在交变电压输出端120的第二端子122和耗电器3的第二相端子之间的电流路径连接并且在另一侧与附加的电流导体16连接。第三电容器14-3同样在一侧与在交变电压输出端120的第三端子123和耗电器3的第三相端子之间的电流路径连接并且在另一侧与附加的电流导体16连接。
在附加的电流导体16和交变电压输出端120上的端子121、122和123之间的输出侧电容器14-i在此例如可以与逆变器110一同布置在共同的功率模块中。尤其是在此可能的是，将逆变器10和电容器14-i例如布置在共同的载体衬底上。可替代地，布置在逆变器10的交变电压输出端120上的端子121、122和123与附加的电流导体16之间的电容器14-i也可以连同耗电器3一起被布置在一个单元中。例如，电容器14-i可以布置在耗电器3的端子接线柱上。
图2示出具有按照一种实施方式的电压变换器1的电驱动系统的另一实施方式。该实施方式在此很大程度上与前面描述的实施方式相同。这两个实施方式的区别仅仅在于，在按照图2的实施方式中，在交变电压输出端120的端子121、122和123与附加的电流导体16之间，代替电容器14-i，现在设置分别由电容器14-i和电阻/欧姆电阻15-1、15-2、15-3和/或电感17-1、17-2、17-3组成的串联电路。在此，不重要的是：电阻15-i和/或电感17-i是否布置在附加的电流导体16与相应的电容器14-i之间，或者可替代地电阻和/或电感是否布置在电容器14-i与交变电压输出端120的各个端子121、122和123之间并且由此全部三个电容器14-i在该一侧是否与共同的附加的电流导体16连接。
由电阻15-i和/或电感17-i和对应的电容器14-i组成的每个串联电路由此构成rc或rcl环节。附加的欧姆电阻15-i在此用作阻尼电阻。附加的电感17-i用于滤波器的频率特定的调谐。
在确定电阻15-i和/或电感17-i的参数时，在此可以优化各个rc或rcl环节，用于滤波预先给定的频率范围、用于谐振抑制和/或用于限流。
尤其是，作为待滤波的频率范围例如可以选择用于无线电广播接收的频段、例如在中波带的频段。这样附加地引入的电阻15-i和/或电感17-i在此能够实现：最小化附加输出耦合的共模电流和衰减由逆变器10所发射的干扰电压频谱，尤其是有针对性地预先给定的频率范围的干扰电压频谱。
如果在此电阻15-i和/或电感17-i或者由电阻15-i和/或电感17-i和电容器14-i组成的串联电路的rc或rcl环节连同逆变器10的器件一起布置在共同的功率模块中，那么在此情况下能实现特别有效的结构。尤其可能的是，为了冷却逆变器10所设置的冷却部也同时被设置用于rc或rcl环节的散热，尤其是在欧姆电阻15-i和/或电感17-i上被转化为热的电能量的散热。可替代地，类似于在图1中描述的实施例，这里由电阻14-i和15-i或17-组成的rc或rcl环节也可以布置在耗电器3中。
作为电阻15-i、电感17-i或者作为电容器14-i在此原则上可以选择任意实施方式。尤其可能的例如是陶瓷的smd电容器和smd芯片电阻。
具有在逆变器10的直流电压输入端上的扼流圈11的根据本发明的电压变换器1在此可以被用于任意的应用。因此，例如用于电动车辆或混合动力车辆的电驱动系统是可能的。此外，逆变器馈电的工业驱动设备同样也是可以设想的。此外，根据本发明的电压变换器例如也可以用于工业逆变器、例如用于太阳能设备等等中。
图3示出用于减少电压变换器1的干扰电压的方法的流程图的示意图，如一种实施方式所基于的那样。在步骤s1中，提供具有两相直流电压输入端110和多相交变电压输出端120的逆变器10。在步骤s2中，所提供的该逆变器10在直流电压输入端110与扼流圈11耦合。在步骤s3中，在附加的电流导体16和逆变器的多相交变电压输出端120的各一个相端子121、122和123之间分别布置电容器14-i或者可替代地布置由电容器14-i和电阻15-i和/或电感17-i所组成的串联电路；并且布置第一电容器13-1，第一电容器在一侧与在直流电压源2的第一端子21和扼流圈11的第一线圈11a之间的电流路径连接并且在另一侧与附加的电流导体16连接；并且布置第二电容器13-2，第二电容器在一侧与在直流电压源2的第二端子22和扼流圈11的第二线圈11b之间的电流路径连接并且在另一侧与附加的电流导体16连接。
总而言之，本发明涉及低成本并且高效地对来自逆变器的干扰信号进行去干扰。为此，在逆变器、尤其是在脉冲逆变器上，在输入侧设置扼流圈、尤其是电流补偿的扼流圈。该扼流圈优选布置在直流电压源和逆变器的中间电路电容器之间。通过这种方式，可以取消在逆变器的交变电压输出端上的多相扼流圈。此外，通过设置附加的电流导体，经滤波的干扰有利地不被导回到该结构（例如地或接地线路或接地板或车辆结构）上，而是被导向围绕干扰源（功率电子装置、尤其是逆变器）的单独的路径，其中在扼流圈和直流电压源之间的第一和第二电容器、以及在逆变器的相端子上的电容器在一侧与所述附加的电流导体连接。