Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung zur Unterdrückung von

Störsignalen bei Spannungsquellen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Aus der Praxis sind Filteranordnungen zur Störsignalunterdrückung für

Antriebsstränge für Fahrzeuge bekannt. Aufgrund der Anforderungen an den Frequenzgang und den vorherrschenden hohen Spannungen bzw. hohen Strömen werden hierfür in der Praxis fast ausschließlich passive Bauelemente eingesetzt, welche große Abmessungen besitzen und relativ teuer sind.

Ferner sind aktive Filterkonzepte bekannt, z.B. aus der WO 2003/005578 A1 . Diese Filterkonzepte werden aber in der Signalverarbeitung verwendet oder für Anwendungen eingesetzt, bei denen niedrigere Spannungen und/oder niedrigere Leistungen vorherrschen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte, kostengünstige und vorteilhafte Vorrichtung zum Unterdrücken von Gegentakt- und/oder Gleichtaktstörsignalen zur Verfügung zu stellen, die auch bei hohen Spannungen verwendbar ist und bei einer hohen Störsignalunterdrückung einen geringeren Platzbedarf aufweist. Insbesondere soll diese Vorrichtung auch bei Spannungsversorgungen in elektrischen Traktionsantrieben von Fahrzeugen verwendbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Gegenstand nach den

Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung handelt es sich um eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen bei Spannungsquellen, insbesondere für Hochvoltspannungsquellen in einem Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs, insbesondere für Gegentaktstörung und/oder Gleichtaktstörung. Die Vorrichtung umfasst einen Messbereich, einen Verstärkerbereich und einen

Einspeisungsbereich, wobei der Messbereich den Eingang des

Verstärkerbereichs galvanisch getrennt durch induktive Übertrager mit wenigstens zwei Versorgungsleitungen einer Spannungsquelle induktiv koppelt, um ein Signal abzugreifen, und wobei der Einspeisungsbereich den Ausgang des Verstärkerbereichs galvanisch getrennt durch induktive Übertrager mit den wenigstens zwei Versorgungsleitungen der Spannungsquelle induktiv koppelt, um ein Korrektursignal einzuspeisen, wobei der Verstärkerbereich mehrere Verstärkerpfade aufweist. Wesentlich dabei ist, dass der Verstärkerbereich mindestens zwei parallele, vorzugsweise voneinander unabhängige,

Verstärkerpfade aufweist, und dass der Messbereich nur einen induktiven Übertrager pro Versorgungsleitung aufweist, und dass der Einspeisungsbereich mindestens einen induktiven Übertrager pro Versorgungsleitung aufweist.

Über den Messbereich werden Signale aus der Versorgungsleitung,

insbesondere aus den wenigstens zwei Versorgungsleitungen, einer Spannungsquelle induktiv auskoppelt und auf die wenigstens zwei parallelen Verstärkerpfade aufgeteilt. Nachdem die Signale die Verstärkerpfade

durchlaufen haben, werden die Signale über den Einspeisebereich wieder in die Versorgungsleitung, vorzugsweise in die wenigstens zwei

Versorgungsleitungen, der Spannungsquelle induktiv eingekoppelt. Durch den Einspeisebereich erfolgt dabei eine Kombination der Signale der wenigstens zwei parallelen Verstärkerpfade derart, dass eine hohe Störsignalunterdrückung resultiert, vorzugsweise indem die Störsignale derart kombiniert bzw. in die Versorgungsleitung eingekoppelt werden, dass sie sich gegenseitig

abschwächen oder auslöschen.

Die Kombination der Signale im Einspeisebereich kann durch eine Invertierung und/oder Subtraktion und/oder Addition der jeweiligen Ausgangssignale der wenigstens zwei parallelen Verstärkerpfade erfolgen. Die Kombination der Signale im Einspeisebereich kann auch durch eine Einspeisung der Signale in nur eine Leitung oder wenige Leitungen der Versorgungsleitung erfolgen. Bei mehradrigen, insbesondere bei mehrphasigen Spannungsversorgungen, erfolgt üblicherweise eine Kombination oder Addition der einzelnen Phasen oder einzelnen Leitungen der Versorgungsleitung, beispielsweise im

angeschlossenen Antriebsmodul, so dass die in nur eine Leitung oder wenige Leitungen der Versorgungsleitung eingespeisten Signale letztlich ebenfalls kombiniert oder addiert werden und Störsignale abgeschwächt oder

ausgelöscht werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt insbesondere, dass sowohl

Gegentaktstörungen und/oder Gleichtaktstörungen unterdrückt werden.

Vorzugsweise können zeitgleich Gegentaktstörungen und Gleichtaktstörungen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterdrückt werden. Insbesondere ist dabei von Vorteil, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung pro

Versorgungsleitung nur an einem Punkt ein Signal abgegriffen wird. Dadurch ist es nicht mehr notwendig für unterschiedliche Störungen an mehreren

unterschiedlichen Punkten in den Versorgungsleitungen Signale abzugreifen.

Das Erzeugen des Korrektursignals erfolgt störsignalabhängig in den parallelen Verstärkerpfaden, vorzugsweise in voneinander unabhängigen

Verstärkerpfaden. In dem Einspeisungsbereich kann das Korrektursignal in die Versorgungsleitungen mit entgegengesetzter Polarität zum Störsignal eingespeist werden. Sowohl das Korrektursignal der Gegentaktstörungen als auch der Gleichtaktstörungen kann zusammen an einem Punkt je

Versorgungsleitung eingespeist werden. Alternativ ist es auch möglich, das Korrektursignal an verschiedenen Punkten je Versorgungsleitung einzuspeisen. Der Abgriff der Signale erfolgt aber vorzugsweise immer nur an einem einzigen räumlichen Punkt je Versorgungsleitung. Dadurch ergibt sich eine einfache Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Auch eine Nachrüstung bestehender Systeme kann dadurch auf einfache Art und Weise erfolgen.

Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als aktive

Filtervorrichtung für Spannungsversorgungen oder Stromversorgungen elektrischer Traktionsantriebe von Fahrzeugen zur Unterdrückung von

Gegentaktstörungen und Gleichtaktstörungen ausgebildet sein.

Unter galvanischer Trennung versteht man hier, dass zwei Stromkreise voneinander getrennt ausgebildet sind, d.h. es besteht dabei keine direkte galvanische Verbindung über eine Leitung. Die Stromkreise werden dabei durch elektrisch nicht leitfähige Kopplungsglieder, insbesondere induktive Übertrager, aufgetrennt. Bei galvanischer Trennung sind die elektrischen Potentiale der beiden Stromkreise voneinander getrennt und die Stromkreise sind dann untereinander potentialfrei. Die Übertragung von Strom oder Signalen geschieht über Induktion. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei

Verstärkerpfade gleich aufgebaut sind. Dadurch ergibt sich bei symmetrischer Signalverarbeitung ein einfacher konstruktiver Aufbau und eine kostengünstige Herstellung. Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei Verstärkerpfade jeweils zweistufig aufgebaut sind. D. h. jeder Verstärkerpfad weist eine Vorstufe, die als Spannungsverstärker ausgebildet ist und eine Endstufe, die als Stromverstärker ausgebildet ist, auf. Vorzugsweise versteht man unter parallelen

Verstärkerpfaden, dass die Eingänge der einzelnen Pfade von demselben Messbereich gespeist sind und die Ausgänge der einzelnen Pfade auf denselben Einspeisungsbereich wirken. Unter parallelen, vorzugsweise voneinander unabhängigen Verstärkerpfaden versteht man insbesondere, dass jeweils ein separater Spannungs- und/oder Stromverstärker pro Pfad

ausgebildet ist.

Es kann vorgesehen sein, dass jeder Verstärkerpfad mit einer Vorstufe und mit einer von der Vorstufe angesteuerten Endstufe ausgebildet ist, wobei der Eingang des Verstärkerbereichs der Eingang der Vorstufe ist und mit dem Messbereich verbunden ist, und wobei der Ausgang des Verstärkerbereichs der Ausgang der Endstufe ist und mit dem Einspeisungsbereich verbunden ist. Vorzugsweise sind die parallelen, vorzugsweise voneinander unabhängigen Verstärkerpfade mit schaltungstechnisch gleicher Vorstufe und Endstufe ausgebildet. In einer Ausgestaltung können die Verstärkerpfade, vorzugsweise alle

Verstärkerpfade, als diskrete Verstärker aufgebaut sein; also jeweils Verstärker mit diskreten Halbleitern aufweisen. Dies ermöglicht bei einem einfachen Aufbau eine kurze Signallaufzeit. Dadurch wird ein gutes Frequenzverhalten wie auch eine gute Phasentreue erzielt.

Bei der Unterdrückung von Störsignalen kann vereinfacht davon ausgegangen werden, dass in einem einfachen Modell eine Störquelle (Sender) eine Störung erzeugt. Diese Störung gelangt über einen Kopplungsweg zur Störsenke (Empfänger) und beeinfluss damit den Empfänger. Im Allgemeinen wird bei Störquellen zwischen Gleichtaktstörquellen und Gegentaktstörquellen unterschieden. Gleichtaktstörquellen treiben Gleichtaktstörströme, die in allen Leitern gleichsinnig zum Empfänger fließen. Gegentaktstörquellen treiben Gegentaktstörströme, die sich gleich ausbreiten wie die Nutzsignalströme.

Der Störstrom setzt sich zusammen aus einem symmetrischen und einem asymmetrischen Teil. Bei symmetrischem Störstrom befinden sich die Ströme in den Leitungen in Gegentakt und werden auch Gegentaktstörung oder DMN genannt. Bei asymmetrischem Störstrom befinden sich die Ströme in den Leitungen im Gleichtakt und Ground bildet den Rückleiter. Diese werden Gleichtaktstörung oder CMN genannt.

Gegentaktstörungen, oder auch Differential Mode (DM) Noise (DMN) (im folgenden DMN) genannt, werden im Stromkreis durch Gegentaktstörquellen erzeugt. Diese Gegentaktstörquellen können ihren Ursprung z.B. in

magnetischer Kopplung (oder auch induktiver Kopplung genannt) oder galvanischer Kopplung in dem Stromkreis (Leitungen) oder durch Gleichtakt/Gegentakt-Konversion haben. Gegentaktstörquellen sind in der Regel in Reihe mit der Nutzsignalquelle angeordnet. Gegentaktstörungen oder DMN können Gegentaktstörströme z.B. im Hin- und Rückleiter eines

Signal kreises in entgegengesetzte Richtungen bewirken.

Gleichtaktstörungen, oder auch Common Mode (CM) Noise (CMN) (im folgenden CMN) genannt, werden im Stromkreis durch Gleichtaktstörquellen erzeugt. Diese Gleichtaktstörquellen können ihren Ursprung z.B. in kapazitiver Kopplung, Potentialanhebung von Masse oder Erdungspunkten oder in

Potentialdifferenzen räumlich auseinander liegender Masse- und Erdklemmen haben. Gleichtaktstörquellen sind in der Regel zwischen einem Stromkreis und einem Bezugspotential angeordnet. Gleichtaktstörung oder CMN können Gleichtaktstörströme bewirken, die z.B. in allen Leitern eines Signalkerns gleichsinnig zum Empfänger fließen.

Der induktive Übertrager ist beispielsweise aus zwei miteinander gekoppelten Induktivitäten ähnlich einem Transformator aufgebaut, wobei die Bauteile des Übertragers darauf spezifiziert sind, über den relevanten, insbesondere einen relativ breiten Frequenzbereich eine gute Informationsübertragung zu gewährleisten. Vorzugsweise ist bei einem Übertrager der Erhalt der Signalform von großer Bedeutung, d.h. beim Übertrager ist eine große Linearität bei möglichst geringen Verzerrungen erwünscht.

Es kann dabei vorgesehen sein, dass der Übertrager einen Kern aus

gestanzten Einzelblechen aufweist, welche durch isolierende chemisch aufgebrachte Phosphatierungsschichten gegeneinander isoliert sind. Durch die Isolierung werden Wirbelströme, welche den Kern erhitzen würden, drastisch reduziert. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Kern aus einem Ferrit oder einem ferromagnetischen Material oder einem Eisen besteht. Der Kern kann als Ringkern oder als ein geteilter Ringerkern ausgebildet sein. Der Vorteil eines Ringkerns besteht darin, dass dieser einen luftspaltlosen geschlossenen Magnetkreis bildet. Weiter sind auch U-Kerne oder E-Kerne oder ähnliche Ausführungsformen möglich.

Alternativ kann der Übertrager auch als ein Luftübertrager ausgebildet sein. Das bedeutet der Übertrager weist zwei Induktivitäten auf, die miteinander durch ihre räumliche Nähe induktiv gekoppelt sind. Ein massiver Kern zur Kopplung der Induktivitäten ist in diesem Fall nicht notwendig.

Die induktive Kopplung der Versorgungsleitung der Spannungsquelle mit der Verstärkerschaltung kann auch über eine Spule, welche im Bereich des

Leitungsabschnitts der Versorgungsleitung gewickelt ist, realisiert werden.

Dabei bilden die Spule und der Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung den Übertrager aus.

Weiter ist durch die Nutzung des Übertragers bei einer Versorgungsleitung eine einfache Implementierung in schon bestehende Schaltungen möglich. Eine Unterbrechung oder Anpassung der bestehenden Versorgungsleitung ist nicht notwendig.

Insbesondere ist ein wesentlicher Punkt des induktiven Übertragers dessen ohmscher Widerstand in der Versorgungsleitung. Um die Verluste und die thermische Belastung des Übertragers klein zu halten, soll der ohmsche

Widerstand des induktiven Übertragers in der Versorgungsleitung der

Spannungsversorgung möglichst klein sein. Es kann vorgesehen sein, dass durch eine Verschaltung der Signale, welche im Messbereich aus einer Versorgungsleitung durch den induktiven Übertrager ausgelesen werden, jeweils unterschiedliche Störsignale in die mindestens zwei parallelen, vorzugsweise voneinander unabhängigen Verstärkerpfade

eingespeist werden.

Es kann vorgesehen sein, dass entweder induktiv in dem induktiven Übertrager, oder durch entsprechende Eingänge eines Operationsverstärkers oder

Transistoreingänge eine Subtraktion und/oder eine Addition der Signale, welche im Messbereich aus einer Versorgungsleitung durch den induktiven Übertrager ausgelesen werden, durchgeführt wird und dass die daraus resultierenden Störsignale jeweils in eine Verstärkerschaltung eingekoppelt werden.

In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass ein erster Verstärkerpfad nur für die Filterung von CMN und ein zweiter Verstärkerpfad nur für die

Filterung von DMN vorgesehen ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Messbereich die abgegriffenen Signale derart aufbereitet, dass CMN nur einem ersten Verstärkerpfad und DMN nur einem zweiten Verstärkerpfad zugeleitet werden. Um CMN zu filtern kann der Messbereich die abgegriffenen Signale aus beiden Versorgungsleitungen addieren und dem zweiten

Verstärkerpfad zuleiten. Durch die Addition beider Signale werden

Gegentaktstörungen ausgelöscht, so dass nur CMN dem zweiten

Verstärkerpfad zugeleitet wird. Um DMN zu filtern kann der Messbereich die abgegriffenen Signale aus beiden Versorgungsleitungen subtrahieren und dem ersten Verstärkerpfad zuleiten. Durch die Subtraktion beider Signale werden Gleichtaktstörungen ausgelöscht, so dass nur DMN dem zweiten

Verstärkerpfad zugeleitet wird. Alternativ kann der Messbereich dem ersten Verstärkerpfad auch nur ein Signal einer Versorgungsleitung zuleiten, um DMN zu filtern. Die Addition bzw. Subtraktion der Signale kann in dem Messbereich beispielsweise durch entsprechende Beschaltung der Sekundärspulen der induktiven Übertrager erfolgen, und/oder durch entsprechende Nutzung invertierender oder nicht invertierender Eingänge und/oder Ausgänge des jeweiligen Verstärkerpfades erfolgen.

Bei der Einspeisung der Korrektursignale der Verstärkerpfade kann der Einspeisungsbereich derart ausgebildet sein, dass das Signal des ersten Verstärkerpfades zur Unterdrückung von DMN nur in eine Versorgungsleitung eingespeist wird und das Signal des zweiten Verstärkerpfades zur

Unterdrückung von CMN in beide Versorgungsleitungen eingespeist wird. Die Signaladdition bzw. Subtraktion kann alternativ oder ergänzend auch im Einspeisungsbereich erfolgen, indem die Sekundärspulen der Übertrager entsprechend beschältet werden, und/oder durch entsprechende Nutzung von invertierenden und/oder nicht invertierenden Ausgängen des jeweiligen Verstärkerpfades.

Es kann vorgesehen sein, dass durch eine Verschaltung der Korrektursignale der mindestens zwei parallelen, vorzugsweise voneinander unabhängigen Verstärkerschaltungen unterschiedliche Korrektursignale in die induktiven Übertrager des Einspeisungsbereichs eingespeist werden.

Es kann vorgesehen sein, dass der Einspeisungsbereich für jede

Verstärkerschaltung nur einen induktiven Übertrager pro Versorgungsleitung aufweist oder für jede Versorgungsleitung pro Verstärkerpfad einen induktiven Übertrager aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass der induktive Übertrager einen Ringkern aufweist und die Versorgungsleitung durch den Ringkern hindurchgeführt ist, oder dass eine Windung pro Versorgungsleitung ausgebildet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der induktive Übertrager wenigstens zwei gekoppelte Induktivitäten aufweist, wobei eine Induktivität einem der Versorgungsleitung zugeordneten Primärkreis des Übertragers zugeordnet ist und die zweite Induktivität dem Sekundärkreis des Übertragers zugeordnet ist und wenigstens eine Sekundärkreis-Spule aufweist.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der induktive Übertrager als Transformator mit einem Primärkreis und einem Sekundärkreis ausgebildet ist.

Die Induktivität des Primärkreises kann insbesondere als eine Primärkreis- Spule ausgebildet sein.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass ein Leitungsabschnitt der

Versorgungsleitung die Induktivität des Primärkreises bildet. Dies ermöglicht eine besonders einfache Montage, da ein Leitungsabschnitt der

Versorgungsleitung nicht unterbrochen werden muss, sondern direkt die

Induktivität des Primärkreises bildet. Beispielsweise kann die zweite Spule des Übertragers induktiv mit diesem Leitungsabschnitt gekoppelt werden, und/oder ein Kern des induktiven Übertragers kann an den Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung angekoppelt werden, beispielsweise durch Aufsetzen des Kerns auf den Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung. Es kann vorgesehen sein, dass der Kern des induktiven Übertragers ein Kernmaterial aus einem Ferrit oder einem ferromagnetischen Material oder einem Eisen aufweist. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Übertrager oder der Kern des Übertragers aufklappbar ausgebildet ist, um die Versorgungsleitung zu umschließen und induktiv an einen Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung anzukoppeln. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Primärkreis und/oder

Sekundärkreis des Transformators eine oder mehrere Windungen aufweist. Über die Anzahl der Windungen kann der Fachmann das

Übertragungsverhältnis und/oder die Polarität der Signalübertragung festlegen. Es kann vorgesehen sein, dass die Induktivität des Sekundärkreises mehrere Sekundär-Spulen oder eine Sekundär-Spule mit mehreren Anzapfungen aufweist.

Es kann vorgesehen sein, dass der Übertrager von dem Primärkreis auf den Sekundärkreis ein Übertragungsverhältnis von größer gleich 1 zu 1 oder größer gleich 1 zu 4, vorzugsweise größer gleich 1 zu 10, höchst vorzugsweise größer gleich 1 zu 100 aufweist.

Es kann vorgesehen sein, dass der Verstärkerpfad eine Signallaufzeit zwischen Eingang und Ausgang aufweist, die kleiner gleich 50 ns, vorzugsweise kleiner gleich 20 ns, höchst vorzugsweise kleiner gleich 6 ns ist. Dadurch wird sowohl bei niedrigen Frequenzen, als auch bei hohen Frequenzen eine gute

Störsignalunterdrückung ermöglicht. Beispielsweise können Störsignale im Bereich von 1 Hz bis zu 10 MHz, vorzugsweise im Bereich von 10 Hz bis zu 2 MHz wirkungsvoll unterdrückt werden.

Insbesondere kann in der Vorstufe eines Verstärkerpfades der Frequenzgang und die Spannungsversorgung eines Verstärkerpfades festgelegt werden. In der Endstufe kann dabei eine Leistungsverstärkung oder eine Stromverstärkung des Signales der Vorstufe erfolgen. Vorzugsweise ohne, dass die Endstufe die Spannungsamplitude oder den Frequenzgang wesentlich ändert. In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Vorstufe des

Verstärkerpfads als einstufiger oder zweistufiger, insbesondere diskreter, Verstärker aufgebaut ist, vorzugsweise dass die Vorstufe einen Bandpass ausbildet. In einer Ausgestaltung kann die Vorstufe eines Verstärkerpfads als

Gegentaktverstärker ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine sehr gute

Signaltreue und einen breiten Frequenzgang der Spannungsverstärkung.

Es kann vorgesehen sein, dass der Basisstrom der Transistoren der Vorstufe der Verstärkerschaltung über eine Konstantstromquelle mit einem Transistor stabilisiert ist, vorzugsweise dass die Konstantstromquelle einen

Feldeffekttransistor oder MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) aufweist. Dadurch wird eine einfach zu realisierende und dennoch exakte Festlegung des Arbeitspunktes der Vorstufe ermöglicht. Durch Abgleich der Temperaturkennlinien der Konstantstromquelle mit dem Transistor der Vorstufe kann die Verstärkung über einen großen Temperaturbereich hinweg konstant gehalten werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Endstufe des Verstärkerpfads kaskadierbar ist und die Vorstufe mehrere kaskadierbare Endstufen ansteuert, insbesondere zwei kaskadierte Endstufen oder vier kaskadierte Endstufen oder sechs kaskadierte Endstufen oder acht kaskadierte Endstufen ansteuert. Vor allem eine Ansteuerung mehrerer Spulen des induktiven Übertragers der Einspeisungsvorrichtung kann dadurch optimal erfolgen.

Es kann vorgesehen sein, dass die Vorstufe und die Endstufe aus diskreten Halbleitern, vorzugsweise aus Transistoren und/oder Feldeffekttransistoren ausgebildet sind, vorzugsweise dass die Vorstufe und die Endstufe den gleichen Typ Halbleiter aufweisen.

Es kann vorgesehen sein, dass die Spannungsquelle eine Batterie oder einen aufladbaren Akku, insbesondere eine Traktionsbatterie aufweist die einen Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt, vorzugsweise einen

Traktionsmotor in einem Fahrzeug mit elektrischer Energie versorgt.

Es kann vorgesehen sein, dass die Versorgungsleitung eine Spannung von größer gleich 60 V, vorzugsweise größer gleich 120 V, höchst vorzugsweise größer gleich 240 V aufweist.

Insbesondere ist die Versorgungsleitung zur Übertragung einer elektrischen Leistung von größer als 500 W, vorzugsweise größer 1 kW oder höchst vorzugsweise größer als 10 kW ausgebildet. Dabei ist insbesondere

vorgesehen, dass die Primärspule des induktives Übertragers des

Messbereichs und/oder die Primärspule des induktive Übertragers des

Einspeisungsbereichs von demselben elektrischen Strom durchflossen werden wie die Leitung der Versorgungsleitung selbst. Insbesondere wird die Primärspule des induktiven Übertragers des Messbereichs und/oder die

Primärspule des induktive Übertragers seriell in eine Leitung der

Versorgungsleitung eingeschleift und muss auf dieselbe zu übertragende elektrische Leistung ausgelegt sein.

Beispielsweise kann die Störquelle insbesondere ein an die Versorgungsleitung angeschlossener Umrichter oder ein Spannungswandler oder ein Inverter oder ein Fahrtregler eines Elektroantriebs sein. Störsignale können jedoch auch über andere Wege, beispielsweise durch Störstrahlungen entstehen.

Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei parallelen Verstärkerpfade eine gemeinsame Spannungsversorgung aufweisen, die aus der

Versorgungsleitung abgeleitet ist. Vorzugsweise können die wenigstens zwei parallelen Verstärkerpfade eine symmetrische Spannungsversorgung

aufweisen, die aus einer positiven und einer negativen Versorgungsleitung abgeleitet ist, oder die wenigstens zwei parallelen Verstärkerpfade können eine Spannungsversorgung aufweisen, die aus einer separaten

Niederspannungsquelle abgeleitet ist. Die Aufgabe der Erfindung wird weiter gelöst durch ein Entstörmodul zum

Nachrüsten für Spannungsquellen, insbesondere Hochvoltspannungsquellen in einem Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs, umfassend ein Gehäuse, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen aufgenommen ist.

Es kann vorgesehen sein, dass die Störquelle ein Gehäuse mit einem Bauraum zur Aufnahme des Verstärkerbereichs oder des Entstörmoduls aufweist, wobei der Verstärkerbereich oder das Entstörmodul in dem Bauraum aufgenommen und mit dem Gehäuse der Störquelle mechanisch verbunden ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiter gelöst durch ein Verfahren zum

Entstören einer Spannungsquelle, welche eine Versorgungsleitung umfasst, wobei eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird und mittels induktiven Übertragers eine induktive Kopplung mit den Versorgungsleitungen hergestellt wird. Es kann in einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die induktive Kopplung durch Aufsetzen der Übertrager auf die Versorgungsleitungen oder durch Ansetzen der Übertrager an die Versorgungsleitungen oder durch Aufklappen der Übertrager und Umschließen der Versorgungsleitungen durch die anschließend wieder geschlossenen Übertrager hergestellt wird.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Messbereich und der

Einspeisungsbereich jeweils eigene, insbesondere räumlich oder elektrisch voneinander getrennte, induktive Übertrager aufweisen. Weiter wird die Aufgabe gelöst durch einen Traktionsantrieb für ein Fahrzeug umfassend eine Traktionsbatterie, einen Elektromotor der aus der

Traktionsbatterie über einen Fahrtregler mit Energie versorgt wird sowie eine Versorgungsleitung, welche den Fahrtregler mit der Traktionsbatterie verbindet. Wesentlich dabei ist, dass die Versorgungsleitung eine Vorrichtung zur

Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ausführungen aufweist. Weiter wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Traktionsantriebs mit einer Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen nach einem der vorangehenden Ausführungen, indem in einem ersten Schritt die Versorgungsleitung/en unterbrochen wird/werden und in einem zweiten Schritt in die Unterbrechungsstelle eine Vorrichtung gemäß der vorangehenden Ausführungen eingesetzt wird oder indem in einem ersten Schritt die zwei induktiven Übertrager mit einer Vorrichtung gemäß der vorangehenden

Ausführungen in die Versorgungsleitung/en eingeschleift werden. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und nachfolgend erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 Erfindungsgemäße Vorrichtung zur Unterdrückung von

Störsignalen;

Fig. 2 erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Messbereichs

2;

Fig. 3 zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des

Messbereichs 2 mit zwei Sekundärkreis-Spulen 8 in einem

Übertrager 6;

Fig. 4 erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des

Verstärkerbereichs 3, mit Summier- und Differenzverstärker, und des Einspeisungsbereichs 4;

Fig. 5 zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des

Verstärkerbereichs 3, mit Summier- und Differenzverstärker, und des Einspeisungsbereichs 4, mit zwei separaten Übertrager 6 für den ersten Verstärkerpfad 1 1 ;

Fig. 6 drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des

Verstärkerbereichs 3, mit Leitungsverschaltung, und des Einspeisungsbereichs 4, mit nur einem Übertrager für den ersten Verstärkerpfad 11 ;

Fig. 7 viertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des

Verstärkerbereichs 3, mit Leitungsverschaltung, und des

Einspeisungsbereichs 4, mit zwei Übertragern des ersten

Verstärkerpfads 11 ;

Fig. 8 fünftes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel wie Figur 7, mit zwei ersten Verstärkerpfaden 11 ;

Fig. 9 sechstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel wie Figur 8, mit nur einem Übertrager 6 je Versorgungsleitung 5 im

Einspeisungsbereich 4;

Fig. 10 siebtes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des

Verstärkerbereichs 3, mit Leitungsverschaltung, und des

Einspeisungsbereichs 4, mit nur einem Übertrager 6 je Versorgungsleitung 5 im Einspeisungsbereich 4;

Fig. 11 Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur

Unterdrückung von Störsignalen mit Messbereich 2 aus Figur 2 und Verstärkungsbereich 3 und Einspeisungsbereich 4 aus Figur 4;

Figur 1 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum

Unterdrücken von Störsignalen. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Messbereich 2, einen Verstärkerbereich 3 und einen Einspeisungsbereich 4. Der Ausgang des Messbereichs 2 ist über Leitungen mit dem Eingang des

Verstärkerbereichs 3 verbunden. Der Ausgang des Verstärkerbereichs 3 ist über Leitungen mit dem Eingang des Einspeisungsbereichs 4 verbunden. Die Vorrichtung 1 kann vorzugsweise in einem Antriebsstrang eines Elektrofahrzeuges angeordnet sein, um Gegentakt und Gleichtaktstörungen zu unterdrücken.

Wie in Figur 1 dargestellt, greift der Messbereich 2, welcher in den Figuren 2 und 3 in verschiedenen Ausführungen dargestellt ist, aus den

Versorgungsleitungen 5 ein Signal ab und speist das Signal in den Eingang des Verstärkerbereichs 3 ein. In dem Verstärkerbereich 3 wird aus dem Signal ein Korrektursignal generiert. Der Einspeisungsbereich 4, welcher zusammen mit dem Verstärkerbereich 3 in den Figuren 4 bis 10 in verschiedenen

Ausführungen dargestellt ist, speist das Korrektursignal in die

Versorgungsleitungen 5 ein. Die Kopplung der Versorgungsleitungen 5 mit dem Messbereich 2 und dem Einspeisungsbereich 4 erfolgt durch induktive

Übertrager 6, welche in der Figur 1 nicht dargestellt sind. Der Messbereich 2 und der Einspeisungsbereich 3 können nicht nur zwei, sondern beliebig viele Versorgungsleitungen 5 induktiv über Übertrager 6 mit dem Verstärkerbereich 3 koppeln.

Der Übertrager 6 ist beispielsweise aus zwei miteinander gekoppelten

Induktivitäten ähnlich einem Transformator aufgebaut, wobei die Bauteile des Übertragers 6 darauf spezifiziert sind, über einen relativ breiten

Frequenzbereich eine gute Informationsübertragung zu gewährleisten.

Wie in der Figur 2 gezeigt, weist der Messbereich 2 für jede Versorgungsleitung 5 jeweils nur einen Übertrager 6 auf. Der Verstärkerbereich 3 ist mittels der beiden Übertrager 6 mit den beiden Versorgungsleitungen 5 induktiv gekoppelt und von diesen galvanisch getrennt. Bei weiteren Versorgungsleitungen 5 (nicht in der Figur 2 gezeigt) kann ein einziger weiterer Übertrager 6 je Versorgungsleitungen 5 im Messbereich 2 ausgebildet sein. Dies gilt für alle folgenden Ausführungsbeispiele.

Die Übertrager 6 in Figur 2 setzen sich zusammen aus einem Primärkreis, einen Sekundärkreis und einem Kern 9, welcher aus Ferrit oder einem ferromagnetischen Material oder aus Eisen bestehet. Der Primärkreis ist im dargestellten Fall der Figur 2 als eine Primärkreis-Spule 7 in den

Versorgungsleitungen 5 ausgebildet, wobei der Wicklungsanfang jeweils durch einen weißen Kreis in den Spulen dargestellt wird. Es ist auch möglich, dass die Primärkreis-Spule 7 nur aus einer Wicklung besteht, oder dass ein

Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung 5 die Induktivität des Primärkreises ausbildet. Die Sekundärkreise sind im dargestellten Fall der Figur 2 als

Sekundärkreis-Spulen 8 ausgebildet. Wie Figur 2 zeigt, ist der Eingang der Verstärkerschaltung 3 mit den Sekundärkreisen der Übertrager 6 verbunden.

Die in Figur 2 in den Übertragern 2 gezeigten weißen Punkte, welche den Wicklungsanfang darstellen, bedeuten einen gleichen Wicklungssinn, wenn die Punkte im Primärkreis und im Sekundärkreis auf derselben Seite angeordnet sind. Die Versetzung eines Punktes von links nach rechts entspricht dann einem entgegengesetzten Wicklungssinn. Dies gilt für alle folgenden

Ausführungsbeispiele.

Die Übertrager 6 sind über die Sekundärkreis-Spule 8 mit dem

Verstärkerbereich 3 verbunden. Wie in Figur 2 gezeigt, verlaufen für jede Sekundärkreis-Spule 8 jedes Übertragers 6 jeweils zwei Leitungen aus den Messbereich 2 zum Verstärkerbereich 3. Die Leitungen, die von dem

Messbereich 2 zu Verstärkerbereich 3 übergehen, werden in Figur 2 mit A1 bis A4 bezeichnet. Im Folgenden sind für die Ausführungsbeispiele der Figuren 2 bis 10 für jede Sekundärkreis-Spule 8 zwei Leitungen vom Messbereich 2 zum Verstärkerbereich 3 ausgebildet. Diese Leitungen sind mit der laufenden Bezeichnung A1 bis An nummeriert, wobei n die Anzahl der Sekundärkreis- Spule 8 des Messbereichs 2 multipliziert mit zwei ist. Diese Bezeichnungen werden auch für die Sekundärkreis-Spulen 8 im Einspeisungsbereich 4 verwendet, wobei hier die laufende Bezeichnung C1 bis Cm für alle

Ausführungsbeispiele der Figuren 4 bis 10 beibehalten wird, wobei m gleich der Anzahl der Sekundärkreis-Spule 8 des Einspeisungsbereichs 4 multipliziert mit 2 ist.

In der Figur 3 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Messbereichs 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Unterdrücken von Störsignalen dargestellt. Im Unterschied zur Figur 2 weist der obere Übertrager 6 der oberen Versorgungsleitung 5 zwei Sekundärkreis-Spulen 8 im

Sekundärkreis auf. Beide Sekundärkreis-Spulen 8 sind mit dem

Verstärkerbereich 3 verbunden. Für jede Versorgungsleitung 5 ist, wie in Figur 2, nur ein Übertrager 5 mit jeweils einem Primärkreis mit einer Primärkreis- Spule 7 vorgesehen. Die Nummerierung der Leitungen zwischen dem

Messbereich 2 und dem Verstärkerbereich 3 sind für den unteren Übertrager 6 der unteren Versorgungsleitung 5 mit A1 und A2 beschriftet. Für die Leitungen des oberen Übertragers 6 der oberen Versorgungsleitung 5 ist die

Nummerierung A3 bis A6, da beim oberen Übertrager 6 zwei Sekundärkreis- Spulen 8 ausgebildet sind. Analog zu Figur 3 ist es auch möglich, zusätzlich den unteren Übertrager 5 der unteren Versorgungsleitung 5 mit zwei Sekundärkreis-Spulen 8 auszubilden, wobei dann die Nummerierung A1 bis A4 für die Leitungen des unteren

Übertragers 5 der unteren Versorgungsleitung 5 und die Nummerierung A5 bis A8 für die Leitungen des oberen Übertragers 5 der oberen Versorgungsleitung 5 vorgesehen ist.

In der Figur 4 ist ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Verstärkerbereichs 3 und des Einspeisungsbereichs 4 dargestellt. Die

Leitungen A1 bis A4, welche vom Messbereich 2 (Messbereich 2 in Figur 4 nicht dargestellt) kommen, werden im Verstärkerbereich 3 derart verschalten, dass mit den Signalen der Übertrager im Messbereich 2 aus den

Versorgungsleitungen eine Addition 13 und eine Subtraktion 14 durchgeführt wird. Das Additions-Signal wird einem ersten Verstärkerpfad 11 übergeben und das Subtraktions-Signal wird einem zweiten Verstärkerpfad 12 übergeben. Jeder Verstärkerpfad 11 und 12 ist mit einer Vorstufe und einer von der

Vorstufe angesteuerten Endstufe ausgebildet. Unter parallelen, vorzugsweise voneinander unabhängigen Verstärkerpfaden versteht man, dass jeweils ein separater Spannungs- und/oder Stromverstärker pro Pfad ausgebildet ist.

Durch die Addition der Signale aus den Übertragern 5 des Messbereichs 2 werden Gleichtaktstörungen, welche auch Common Mode (CM) Noise (CMN) (im folgenden CMN) genannt werden, in den ersten Verstärkerpfad 11 eingespeist. Die Addition der Signale kann über einen in bekannter Weise ausgebildeten Summierverstärker 13 aus Operationsverstärkern erreicht werden. Der erste Verstärkerpfad 11 erzeugt ein entsprechendes

Korrektursignal für den CMN. Dieses Korrektursignal wird von dem ersten Verstärkerpfad 11 über die Leitungen C1 und C2 an den Einspeisungsbereich 4, und darin an den in Figur 4 rechten Übertrager 6 übergeben. Dieser

Übertrager 6 weist einen Kern 9 und auf seiner Sekundärseite eine

Sekundärkreis-Spule 8 auf und auf der Primärseite zwei Primärkreis-Spulen 7, wobei die Sekundärkreis-Spule 8 mit den Leitungen C1 und C2 zusammenwirkt und jeweils eine Primärkreisspule 7 mit einer der Versorgungsleitungen 5 zusammenwirkt. Bei weiteren Versorgungsleitungen 5 (nicht in der Figur 4 gezeigt) ist für jede weitere Versorgungsleitung 5 eine weitere Primärkreis- Spule 7 ausgebildet.

Durch die Subtraktion der Signale aus den Übertragern 5 des Messbereichs 2 werden Gegentaktstörungen, welche auch Differential Mode (DM) Noise (DMN) (im folgenden DMN) genannt werden, in den zweiten Verstärkerpfad 12 eingespeist. Die Subtraktion der Signale kann über einen in bekannter Weise ausgebildeten Differenzverstärker 14 aus Operationsverstärkern erreicht werden. Der zweite Verstärkerpfad 12 erzeugt daraus ein entsprechendes Korrektursignal für den DMN. Dieses Korrektursignal wird von dem zweiten Verstärkerpfad 12 über die Leitungen C3 und C4 an den Einspeisungsbereich 4, und darin an den in Figur 4 linken Übertrager 6 übergeben. Dieser Übertrager 6 weist auf seiner Sekundärseite eine Sekundärkreisspule 8 auf, welche mit den

Leitungen C3 und C4 zusammenwirkt, und auf der Primärseite eine

Primärkreisspule 7 auf, welche mit einer der Versorgungsleitungen 5

zusammenwirkt. In Figur 4 ist für den DMN im Einspeisungsbereich 4 der Übertrager mit der oberen Versorgungsleitung 5 gekoppelt. Es ist auch möglich, den Übertrager mit der unteren Versorgungsleitung 5 zu koppeln. Auch bei mehr als zwei Versorgungsleitungen 5 ist nur das Korrektursignal für die DMN in eine Versorgungsleitung 5 einzukoppeln.

In der Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verstärkerbereichs 3 und des Einspeisungsbereichs 4 dargestellt. Dieses

Ausführungsbeispiel der Figur 5 unterscheidet sich zu dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 nur darin, dass im Einspeisungsbereich 4 für das Korrektursignal, welches aus dem ersten Verstärkerpfad 1 1 an den Einspeisungsbereich 4 durch die Leitungen C1 bis C4 übergeben wird, für jede Versorgungsleitung 5 ein separater rechter Übertrager 6 ausgebildet ist. Das Korrektursignal aus dem zweiten Verstärkerpfad 12 wird über die Leitungen C5 und C6 an den

Einspeisungsbereich 4, und darin an den in Figur 5 linken Übertrager 6 übergeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann bei mehr als zwei

Versorgungsleitungen 5 jeweils ein weiterer rechter Übertrager 6 für jede weitere Versorgungsleitung 5 ausgebildet sein, welcher dann auch vom ersten Verstärkerpfad 11 mit einem Korrektursignal gespeist wird. Analog zum Ausführungsbeispiel der Figur 5 ist es möglich, im

Einspeisungsbereich 4 nur jeweils einen Übertrager 6 je Versorgungsleitung 5 auszubilden. In diesem Fall wird das Korrektursignal aus dem ersten

Verstärkerpfad 11 und dem zweiten Verstärkerpfad 12 für den oberen

Übertrager 6 der oberen Versorgungsleitung 5 durch einen in der Figur 5 nicht dargestellten Summierverstärker zwischen den Leitungen C3 und C5 und einen zweiten Summierverstärker zwischen den Leitungen C4 und C6 summiert. Dadurch ist nur noch ein Übertrager 6 je Versorgungsleitung 5 notwendig.

In den Figuren 6 und 7 werden zwei weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verstärkerbereiche 3 und der Einspeisungsbereiche 4 dargestellt.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 6 unterscheidet sich zum

Ausführungsbeispiel der Figur 4 nur darin, dass anstelle der Verschaltung der Addition und der Subtraktion im Verstärkerbereich 3 das Signal aus den

Übertragern des Messbereichs 2 für den ersten Verstärkerpfad 11 durch die Leitungen A1 und A4 erhalten wird, wobei das Signal der beiden Übertrager 6 in den beiden Versorgungsleitungen 5 im Messbereich 2 (nicht dargestellt in Figur 6) durch eine Verbindung der Leitungen A2 und A3 aufaddiert wird. Der zweite Verstärkerpfad 12 erhält sein Signal aus den Leitungen A1 und A2 oder, wenn ein Messbereich 2 analog zur Figur 3 verwendet wird, aus den Leitungen A5 und A6.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 7 unterscheidet sich zum

Ausführungsbeispiel der Figur 5 oder dem oben beschriebenen analogen Beispiel der Figur 5 nur darin, dass der Verstärkerbereich 3 und die Verbindung mit dem Messbereich 2 wie im Ausführungsbeispiel der Figur 6 ausgebildet ist.

In den Figuren 8 und 9 werden zwei weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verstärkerbereiche 3 und der Einspeisungsbereiche 4 dargestellt. Das Ausführungsbeispiel der Figur 8 unterscheidet sich zum

Ausführungsbeispiel der Figur 7 nur darin, dass zwei erste parallele

Verstärkerpfade 11 ausgebildet sind, welche von den Leitungen A1 und A4 ein Signal aus dem Messbereich 2 erhalten. Jeder dieser ersten Verstärkerpfade 11 erzeugt ein Korrektursignal, welches jeweils über einen Übertrager 6 in die Versorgungsleitungen 5 eingespeist wird.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 9 unterscheidet sich zum

Ausführungsbeispiel der Figur 8 nur darin, dass nur ein Übertrager 6 je

Versorgungsleitung 5 im Einspeisungsbereich 4 ausgebildet ist. Dabei werden die Korrektursignale aus einen der ersten Verstärkerpfade 11 mit den

Korrektursignalen aus dem zweiten Verstärkerpfad 12 durch zwei

Summierverstärker addiert. Es werden die Korrektursignale aus den Leitungen C3 und C5 sowie aus den Leitungen C4 und C6 addiert und in den oberen Übertrager 6 der oberen Versorgungsleitung 5 eingespeist.

In der Figur 10 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verstärkerbereichs 3 und des Einspeisungsbereichs 4 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel kann mit dem Messbereich 2 der Figur 3 kombiniert werden. Im Verstärkerbereich sind zwei parallele dritte

Verstärkerpfade ausgebildet. Der obere dritte Verstärkerpfad 15 erzeugt durch ein Signal aus den Leitungen A3 und A2 ein Korrektursignal und speist dieses in den unteren Übertrager 6 der unteren Versorgungsleitung 5 ein. Wie in Figur 10 gezeigt, sind für den oberen dritten Verstärkerpfad 15 die Leitungen A4 und A5 sowie die Leitungen A6 und A1 verbunden. Der untere dritte Verstärkerpfad 15 greift ein Signal durch die Leitungen A4 und A2 ab, generiert ein

Korrektursignal und speist dieses in den oberen Übertrager 6 der oberen Versorgungsleitung 5 ein. Wie in Figur 10 gezeigt, sind für den unteren dritten Verstärkerpfad 15 die Leitungen A3 und A5 sowie die Leitungen A6 und A1 verbunden.

Figur 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Unterdrücken von Störsignalen. Dabei setzt sich das Ausführungsbeispiel der Figur 11 aus einem Messbereich 2 der Figur 2 und einem Verstärkerbereich 3 und Einspeisungsbereich 4 der Figur 4 zusammen.

Bezugszeichenliste

I Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen

2 Messbereich

3 Verstärkerbereich

4 Einspeisungsbereich

5 Versorgungsleitung

6 Übertrager

7 Primärkreis-Spule

8 Sekundärkreis-Spule

9 Kern

I I erster Verstärkerpfad

12 zweiter Verstärkerpfad

13 Summier-Verstärker

14 Differenz-Verstärker

15 dritter Verstärkerpfad

A1 bis An Leitungen vom Messbereich 2 zum Verstärkerbereich 3

C1 bis Cm Leitungen vom Verstärkerbereich 3 zum Einspeisungsbereich 4