20. - 22.02.2018
Düsseldorf
EMV 2018
Internationale Fachmesse und Kongress für Elektromagnetische Verträglichkeit

 
 
 

Session 4b

Entstörmaßnahmen

Termin

Mittwoch, 21.02.2018, 15:00 - 17:00 Uhr

Chairperson

Dr. Holger Altmaier

Beschreibung

15:00 Stromkompensierte Drosseln in der Leistungselektronik: fairer praxisorientierter Vergleich zwischen Ferrit- und nanokristallinen Materialien
Dipl.-Ing. Christian Paulwitz, EPCOS AG, Regensburg, Deutschland
In der Leistungselektronik hält der Trend zu immer kompakterer Bauweise und dadurch immer höherer Leistungsdichte in Frequenzumrichtern weiter an. Dies gilt natürlich auch für den Aufbau der EMV-Filter, in denen für den Aufbau stromkompensierter Drosseln hohe magnetische Flussdichten bei geringer Baugröße gefragt sind, um hohe Induktivitäten zu realisieren. Dies hilft allerdings zunächst nur der Filterung von Gleichtaktstörungen, während für die Gegentaktstörungen eine hohe Streuinduktivität der Drossel gefragt ist. Diese ist bei sehr hochpermeablen Materialien generell kleiner als bei weniger hoher Permeabilität der magnetischen Drosselmaterialien. Hier wird anhand eines praktischen Beispiels die Auswirkung auf die Entstörung der Anwendung untersucht und der Frage nachgegangen, ob die Erwartung an die hochpermeablen nanokristallinen Materialien erfüllt werden kann.
15:30 Stromkompensierte Drosseln mit hochpermeablen nanokristallinen Kernen für den 1000 A - Bereich
Dipl.-Ing. Stefan Becker, Sekels GmbH, Ober-Mörlen, Deutschland
Nanokristalline Ringbandkerne sind das ideale Kernmaterial für stromkompensierte Entstördrosseln. Ihre hohen Permeabilitäten ermöglichen volumenoptimierte Designs mit wenigen Windungszahlen und einem sehr breitbandigen Dämpfungsverhalten in einem weiten Temperaturbereich.
Bekannt sind die Grenzen von hochpermeablen Kernen bei Anwendungen mit unsymmetrischen Lastströmen. Hochpermeable Kerne werden durch kleine Stromdifferenzen in den einzelnen Wicklungen schneller gesättigt. Lösungsansätze sind nanokristalline Kernvarianten mit gezielt eingestellten niedrigeren Permeabilitätsniveaus.
Bei Anwendungen von einigen 100 Ampere wurde ein weitere ?Besonderheit? von hochpermeablen Kernen festgestellt. Auch bei sehr geringen Unsymmetrieströmen bricht die Induktivität bei sehr hohen Nennströmen signifikant ein. Festgestellt wurde der Effekt zunächst bei Varianten mit Streusteg, der zur Verbesserung der Differential Mode Dämpfung verwendet wurde.
Streuflussbedingten Sättigungseffekte treten bei entsprechend hohen Strömen auch bei Drosseln mit hochpermeablen Kernen ohne Streusteg auf.
Ziel unserer Untersuchungen war ein Lösungsansatz ohne Verzicht auf das hochpermeable Kernmaterial, also eine hochstromfeste Drossel mit allen Vorteilen von hochpermeablen nanokristallinen Ringbandkernen. Dies gelingt mit Hilfe einer streuarmen Wickeltechnologie, die partielle Sättigung im Kernmaterial vermeidet.
16:00 Breitbandiger aktiver Hybrid-Filter für Kfz-Anwendungen
Dr. Bastian Arndt, AVL Trimerics GmbH, Regensburg, Deutschland
Aktuelle EMV-Filter für automobile Anwendungen weisen im Hochvoltbereich deutliche Einschränkungen auf. Für ausreichende Filterleistungen werden Bauteilgrößen notwendig, die technisch nicht verfügbar sind. So können für Kfz-Hochvoltsysteme Isolationsspannungen bis 3000V gefordert werden, was für übliche Bauteilwerte schwer bzw. nur kostenintensiv umsetzbar ist. Des Weiteren sind Filtertopologien mit Y-Kondensatoren aufgrund von Sicherheitsvorschriften stark in den Kapazitätswerten limitiert und damit für den MHz-Bereich (AM) kaum anwendbar. Filtertopologien, basierend auf magnetischen Bauteilen werden aufgrund der hohen Ströme groß, schwer und teuer. In der bisherigen gängigen Praxis werden insbesondere im automobilen Bereich meist passive Bauteile zur Filterung von leitungsgebundenen Störungen verwendet. Bei aktuellen Kfz-Hochvoltsystemen stoßen diese Filterstrategien an ihre Grenzen. Abhilfe können aktive Filterschaltungen schaffen. Diese sind jedoch für höhere Frequenzen kaum mehr anwendbar. In diesem Beitrag wird daher eine Filterstrategie mithilfe einer Kombination aus aktiven und passiven Filter vorgestellt, die die Vorteile beider Topologien vereint bzw., deren Nachteile kompensiert. Hierbei wird ein hybrider Filter aufgezeigt, der aus aufeinander abgestimmte Filter besteht. Die Kombination und deren Abstimmung aufeinander ist hilfreich, um kleinere und kostengünstigere EMV-Filter zu konzipieren. Der Aufbau der aktiven Filterstrukturen mit dem Augenmerk auf schnelle Laufzeiten durch bipolare Verstärker ermöglicht den Einsatz zur Unterdrückung von transienten Störungen bis in den MHz-Bereich. Dies stellt für Kfz-Hochvoltsysteme eine Neuerung dar.
16:30 Einsatz eines iterativen Nahfeldscanverfahrens zur Ermittlung der Stromverteilung von Leiterplatten anhand eines Multi-Dipol-Modells
M.Sc. Robert Jan Nowak, Technische Universität Dortmund, Dortmund, Deutschland
Nahfeldscans können bei der Untersuchung von Störquellen ein wichtiges Hilfsmittel sein. Identifizierte Stromverteilungen können konkrete Aussagen zu dem Charakter einer Störquelle erlauben. Dieser Beitrag behandelt die Optimierung des Messprozesses von Nahfeldern um anhand dieser die Stromverteilung von Leiterplatten zu identifizieren.

Häufig wird das Magnetfeld mit einem äquidistanten Gitter abgetastet. Dies führt bei einem feinen Raster zur hohen Messzeiten. Dieser Beitrag diskutiert, inwieweit die Messzeit reduziert werden kann, indem die Feldverteilung iterativ gemessen wird. Ziel dabei ist, die Anzahl der Messpunkte zu reduzieren, ohne dass es zu nennenswerten Qualitätsverlusten in der Stromidentifikation kommt. In diesem Beitrag wird eine neue Messmethode vorgestellt. Hierbei wird auf Basis einer groben Abtastung des magnetischen Nahfeldes zunächst eine Schätzung der Stromverteilung durchgeführt. Anschließend wird das Resultat bewertet. Zur Bewertung diskutiert dieser Beitrag verschiedene Gütemaße, um die Qualität einer Stromrekonstruktion zu bewerten. Anhand eines geeigneten Gütekriteriums wird sukzessiv das Messgitter lokal verfeinert, bis die Stromrekonstruktion die gewünschte Qualität erreicht hat.

Referenten

Herr Dr. Bastian Arndt
Dr. Bastian Arndt
AVL Trimerics GmbH, Regensburg, Deutschland
Herr Arndt arbeitete ab 2003 bei der Firma Continental als Schaltungs- und ASIC-Entwickler für Automotive-Anwendungen und beschäftigte sich dort zusätzlich mit ESD Design und EMV-Simulationen. Im Jahr 2010 übernahm er das Aufgabengebiet EMV-Simulation mit dem Schwerpunkt analog und nichtlineare Simulation, ESD und Pulse bei der AVL Trimerics GmbH in Regensburg.
Dipl.-Ing. Stefan Becker
Sekels GmbH, Ober-Mörlen, Deutschland
Stefan Becker studierte an der THM Elektrische Energie und Automatisierungstechnik.
Er beschäftigt sich seit 18 Jahren mit der Entwicklung von Transformatoren und Hochstrom-Drosseln in Raum/Luftfahrt-, Automotive-, Medizin- und Industrieapplikationen. Seit 2006 ist er in der Sekels GmbH tätig und hat die Entwicklungsabteilung maßgeblich aufgebaut und ist seitdem Leiter des Bereiches Sensoren und Systeme.
Herr Robert Jan Nowak
M.Sc. Robert Jan Nowak
Technische Universität Dortmund, Dortmund, Deutschland
Robert Nowak erwarb die Abschlüsse B.Sc. und M.Sc. in Elektrotechnik und Informationstechnik an der Technischen Universität Dortmund in den Jahren 2014 und 2016. Derzeit ist er Doktorand am Arbeitsgebiet Bordsysteme der Technischen Universität Dortmund. Dort beschäftigt er sich unter anderem mit der Identifikation von Stromverteilungen auf Leiterplatten anhand von Nahfeldscans.
Herr Christian Paulwitz
Dipl.-Ing. Christian Paulwitz
EPCOS AG, Regensburg, Deutschland
1989-1996: Studium der Elektrotechnik an der TU München; Studienschwerpunkt: Hochfrequenztechnik

1996-2001: Tätigkeit als EMV-Ingenieur im EMV-Labor Regensburg der EPCOS AG (bis 1999: Siemens Matsushita Components GmbH & Co. KG).

seit 9/2001: Leiter des EPCOS EMV-Labors in Regensburg. Labor überwiegend entwicklungsbegleitend tätig, Zusammenarbeit mit der Entwicklung von EMV-Filtern der EPCOS AG in Heiden­heim. Dabei werden für Applikationen von Bauelemente-Kun­den Filterbeschaltungen angepaßt, aber auch die Entwicklung von Stan­dardfiltern unterstützt. Schwerpunkt in der Entstö­rung von Frequenzumrichtern und Wechselrichtern, es werden aber auch Untersuchungen im Automotive-Bereich durchgeführt.


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