Announcement: there is an English version of this forum on Hallo Leute, ich habe jetzt wirklich viel recherchiert und bin dennoch auf keinen grünen Nenner gekommen. Daher bitte ich um Hilfe. Vorab: Ich habe schon viele BLDC Treiberstufen für hochpräzise Anwendungen/Manipulation entwickelt und auch durch EMV-Tests (also mit Brief und Siegel nach allen erdenklichen Industrie/Medizin/... Normen) gebracht. Teils sogar mit GaN-FETs und > 100kHz PWM Frequenz. Diese waren alle <= 500W. Alle diese Endstufen hatten ordentlich ausgelegte Common Mode und Differential Mode Filter in der Versorgung, ordentlich bemessene Bulk/DC-Link-Kondensatoren, Snubber (RC oder RCD) und Ausgangs-Filter (je nachdem Ferrite, LC, oder bewickelte Ringkerne (als drei Phasen Common Mode)). Mein Problem: Jetzt soll ich aber einen 5-15kW Inverter für 48V entwickeln. Dieser soll eine u.A. eine spezielle Geometrie für eine Spezialanwendung/Einbauort bekommen. Mein Problem ist jetzt aber der EMV-Schutz. 5-15kW bei 48V sind schnell 100-300A. Dafür gibt es keine StroKos, Ferrite o.Ä. von der Stange... Gut dachte ich mir, ich bin ja nicht der erste, der sowas macht. Und siehe da, diverse kaufbare Inverter, die ich gefunden habe, besitzen keinen wirklichen EMV-Filter im Gerät, verweisen aber in ihrer Doku darauf, das man Chokes und Filter in die Versorgung und/oder Phase bringen muss. Also haben sie das Problem ausgelagert... Beispiel: OMROM MX2 - gleich schon im Schaubild auf der ersten Seite: https://files.omron.eu/downloads/latest/datasheet/en/i115e_mx2-ev2_-_variable_speed_drives_datasheet_en.pdf AC-Reaktor (also Drossel), Filter, Choke - alles in der externen Beschaltung. Ich habe auch diverse neumodische "Teardowns" von diversen Traktionsinvertern von E-Autos und BSG-Invertern (also diese aufgebohrten "Lichtmaschinen" aka 48V-Mild-Hybrid) mir angesehen. Und siehe da, auch diese haben keine Filter. Da kommt es aber sogar noch dicker: Die Kapazität ist oft wirklich klein bemessen für die Ausgangsleistung (der Tesla Model 3 (Nur als Beispiel, bin kein "Fanboy"!) hat zum Beispiel "nur" 550µF an Folie bei >=190kW Motorleistung). Ich habe damals mal gelernt (und die Tests haben das bestätigt), das dieser so bemessen sein muss, das der Rippel auf der Zuleitung "klein" bleibt und mind. 50% des Puls-Stroms tragen muss. Okay, die Folien-Kondensatoren haben einen irrsinnig hohen Peak-Strom so dass das vermutlich gegeben ist, aber der Rippel auf die HV-Versorgung wird doch sicherlich deutlich über 20% so liegen. Und Induktive Bauteile sind dort, oder besser im ganzen Auto zwischen Batterie und Motor nicht verbaut. Noch dazu sind die Geräte in Alu-Gehäusen und in keinen Mu-Metallen verpackt und die HV-Kabel sind nicht geschirmt... Wie bekommt man also ein EMV-gerechtes Produkt hin, wenn man auf diese Filter verzichtet? Das in der Industrie Filter und Co extern verbaut werden ist ja okay, aber im Auto wird darauf ja offensichtlich verzichtet.
Ralf H. schrieb: > hat zum Beispiel "nur" 550µF an Folie bei >=190kW Motorleistung). Der restliche Peak wird da eben durch die Batterie abgefangen. In netzgespeisten Frequenzumrichtern müssen ja die Eingangsseitigen Kondensatoren auch den verbleibenden Netzrippel mit ausgleichen.
Ralf H. schrieb: > die HV-Kabel sind nicht geschirmt Es sind auch geschirmte HV-Leitungen in Umlauf, kann mir vorstellen dass das ein wesentliches Element für die EMV ist.
Ralf H. schrieb: > Vorab: Ich habe schon viele BLDC Treiberstufen für hochpräzise > Anwendungen/Manipulation entwickelt und auch durch EMV-Tests (also mit > Brief und Siegel nach allen erdenklichen Industrie/Medizin/... Normen) > gebracht. Teils sogar mit GaN-FETs und > 100kHz PWM Frequenz. Diese > waren alle <= 500W. Klingt schon mal nach jemanden, der weiß was er tut. > Jetzt soll ich aber einen 5-15kW Inverter für 48V entwickeln. Dieser > soll eine u.A. eine spezielle Geometrie für eine > Spezialanwendung/Einbauort bekommen. > Mein Problem ist jetzt aber der EMV-Schutz. 5-15kW bei 48V sind schnell > 100-300A. Dafür gibt es keine StroKos, Ferrite o.Ä. von der Stange... Kann man bauen lassen, es gibt dafür viele Firmen. Kupferhochkantwicklung ist eines der Zauberwörter. Gibt es teilweise auch schon fertig, aber 300A vermutlich nicht. > Ich habe auch diverse neumodische "Teardowns" von diversen > Traktionsinvertern von E-Autos und BSG-Invertern (also diese > aufgebohrten "Lichtmaschinen" aka 48V-Mild-Hybrid) mir angesehen. Und > siehe da, auch diese haben keine Filter. Naja, scheint der Standardansatz zu sein. oder? > Da kommt es aber sogar noch > dicker: Die Kapazität ist oft wirklich klein bemessen für die > Ausgangsleistung (der Tesla Model 3 (Nur als Beispiel, bin kein > "Fanboy"!) hat zum Beispiel "nur" 550µF an Folie bei >=190kW > Motorleistung). Zum puffern der Schaltflanken reicht das. Der NF-Ripple der Schaltfrequenz geht 1:1 zum Akku. > Ich habe damals mal gelernt (und die Tests haben das > bestätigt), das dieser so bemessen sein muss, das der Rippel auf der > Zuleitung "klein" bleibt und mind. 50% des Puls-Stroms tragen muss. Du meinst wohl maximal. > Okay, die Folien-Kondensatoren haben einen irrsinnig hohen Peak-Strom so > dass das vermutlich gegeben ist, aber der Rippel auf die HV-Versorgung > wird doch sicherlich deutlich über 20% so liegen. Und Induktive Bauteile > sind dort, oder besser im ganzen Auto zwischen Batterie und Motor nicht > verbaut. Die Leitung ist die Drossel ;-) > Noch dazu sind die Geräte in Alu-Gehäusen und in keinen > Mu-Metallen verpackt und die HV-Kabel sind nicht geschirmt... Wozu Mu-Metall? Das braucht man bei den Frequenzen keine Sekunde. Wir reden übe kHz-MHz. Da braucht man (nur) gut leitfähige metalle und Kontaktierung. Alu reicht. Mu-Metall war mal in der Zeit der Röhrenmonitore für Spezialanwendungen und 50Hz Schirmung ein Thema. > Wie bekommt man also ein EMV-gerechtes Produkt hin, wenn man auf diese > Filter verzichtet? Kommt auf die Normvorgaben an. Wie lauten die? > Das in der Industrie Filter und Co extern verbaut > werden ist ja okay, aber im Auto wird darauf ja offensichtlich > verzichtet. Naja, du hast ja kein Netz, das dur stören kannst (leitungsgebundene Emission, 150kHz-30MHz). Und die feldgebundenen Störungen musst du so weit wie möglich an der Quelle (Inverter) abfangen. Gutes Gehäuse und Y-Kondensatoren. Ich hab aber exakt NULL Ahnung von EMV-Normen im Automotive-Bereich ;-)
Auf der Ausgangsseite ist bei E-Autos der Motor die Drossel. Der Motor an sich verhindert steile Flanken, weil da immer Induktivitäten drin sind und rundet die Flanken der PWM Steuerung.
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Matthias S. schrieb: > Auf der Ausgangsseite ist bei E-Autos der Motor die Drossel. Der Motor > an sich verhindert steile Flanken, weil da immer Induktivitäten drin > sind und rundet die Flanken der PWM Steuerung. Das ist nur die halbe Wahrheit. Denn die Drosseln verlangsamen nur den Stromanstieg. Der Spannungsanstieg ist ohne Zusatzmaßnahmen rattenschnell, vor allem bei modernen Leitungshalbleitern, und koppelt massiv kapazitiv überall hin aus, wenn man nix dagegen tut!
Falk B. schrieb: > Matthias S. schrieb: >> Auf der Ausgangsseite ist bei E-Autos der Motor die Drossel. Der Motor >> an sich verhindert steile Flanken, weil da immer Induktivitäten drin >> sind und rundet die Flanken der PWM Steuerung. > > Das ist nur die halbe Wahrheit. Denn die Drosseln verlangsamen nur den > Stromanstieg. Der Spannungsanstieg ist ohne Zusatzmaßnahmen > rattenschnell, vor allem bei modernen Leitungshalbleitern, und koppelt > massiv kapazitiv überall hin aus, wenn man nix dagegen tut! Vor allem macht die wicklungskapazität für die Flanke die induktivität unwirksam... Vor allem wenn du etwas schnelleres als alte igbt verwendest, ist das ein Problem. Ralf H. schrieb: > Wie bekommt man also ein EMV-gerechtes Produkt hin, wenn man auf diese > Filter verzichtet? Filter sind nicht immer notwendig.... Es darf halt nicht abstrahlen. Da kann die Geometrie schon reichen. Ansonsten musst du dir eben die Komponenten ansehen und ünerlegen ob du überhaupt eine stroko brauchst (du hast ja nur 48V und keine 600.. damit ist das dU/dt potentiell gemütlich). Du kannst als stroko auch einfach passende Kerne auf die Zuleitung schieben...ist halt nicht günstig. 73
Es hat aber gar keinen Sinn, die PWM Frequenz unnötig hochzutreiben. Damit steigen die Verluste und die EMI und Vorteile hat es so gut wie gar keine. Die alten DC-Controller z.B., wie in meinem E-Auto, arbeiten knapp unter 20kHz und deswegen hält sich dort die EMI in engen Grenzen. Also nicht 'rattenschnell', sondern einen vernünftigen Kompromiss nehmen.
Wie ich mitbekommen habe, verteilt man die Funktionalitaet. Es geht darum, dass das Gesammtsystem micht mehr als (...) abstrahlen darf, resp (...) Einstrahlung vertragen muss. Der Ansatz, dass jede Gruppe besser als (...) sein muss, und somit Alles zusammen genuegt reicht nicht. Man muss das gesammte System betrachten. Das kann man auch so simulieren. CST, zusammen mit den ergaenzenden Tools von Dassault laesst ein ganzes Auto am Stueck simulieren. Es geht dabei auch darum, dass der Drive Train mit 3x1000A die Sensorleitungen in der Naehe nicht stoert. In welcher Naehe. Resp die Sensorleitungen, welche die Motorsignale aufnehmen, sollen nicht das System negativ beeinflussen. Es geht vereinfacht darum, sowenig wie moeglich zu machen, indem man's am optimalen Ort macht. Das beinhaltet zB auch die Shield wirkung eines 3fach Drahtschirms zu einem Folienschirm zu vergleichen. Zur Frage. Ich habe schon Ring-Ferrite mit Armdurchmesser, gestackt, mit 100^2 Litze drauf gesehen,
Matthias S. schrieb: > Die alten DC-Controller z.B., wie in meinem E-Auto, arbeiten knapp unter > 20kHz und deswegen hält sich dort die EMI in engen Grenzen. > Also nicht 'rattenschnell', sondern einen vernünftigen Kompromiss > nehmen. Tja, dann denk mal über den Unterschied zwischen Taktfrequenz und Anstiegszeit nach.
Matthias S. schrieb: > die PWM Frequenz unnötig hochzutreiben Naja, die PWM Frequenz ist nicht alles. Du musst auch die Flanken berücksichtigen. Je schneller du die Transistoren schalten kannst, desto weniger Verluste hast du üblicherweise. Gut, direkt auf die wicklungskapazität schalten ist dann kontraproduktiv - aber man kann da ja was machen... Übrigens: höhere Schaltfrequenz und schnelles schalten kann dir bei der EMV durchaus auch helfen. Doppelte Frequenz bedeutet halber induktivitätswert für die filterdrossel bei gleicher Impedanz. Matthias S. schrieb: > sondern einen vernünftigen Kompromiss > nehmen. So ist es! 73
Matthias S. schrieb: > Auf der Ausgangsseite ist bei E-Autos der Motor die Drossel. Der Motor > an sich verhindert steile Flanken, weil da immer Induktivitäten drin > sind und rundet die Flanken der PWM Steuerung. Der Strom im Motor ist nicht der Strom zwischen Batterie und B6 Brücke, der Motorstrom fließt ja auch im Freilaufpfad der B6
Hans W. schrieb: > > Übrigens: höhere Schaltfrequenz und schnelles schalten kann dir bei der > EMV durchaus auch helfen. Doppelte Frequenz bedeutet halber > induktivitätswert für die filterdrossel bei gleicher Impedanz. > Nicht wirklich, die Filter sind für die Schaltflanken, doppelte Frequenz verdoppelt die Anzahl der Schaltflanken, damit erhöhte EMV Was hilft sind diese Frequenzshiftverfahren, wo die PWM nicht fix ist sondern variiert, dann verschleift die Messung in die Breite und wird niedriger Aber es sind stromkompensierte Drossel im Inverter, allerdings nicht als Bauteil, sie sind Bestandteil vom design, d.h. die Bus Bars vom Stecker zum DC Link das sind kerne drüber, ist aber nichts von der Stange sondern immer angepasst auf die jeweilige Anwendung, zum Testen haben die Hersteller aber immer etwas womit man mal anfangen kann ohne direkt Werkzeuge erstellen zu lassen. Passt aber nicht für ein Seriendesign.
Hi Leute,
Danke für eure konstruktiven Tipps! Ich war ein paar Tage "offline"
unterwegs (muss auch mal sein), daher kann ich erst heute antworten.
Ich habe ein paar weitere Vorgaben bezüglich des Motors und der
Anordnung bekommen - aber noch kein Pflichtenheft.
Ich kann scheinbar im 5kW_nenn Bereich bleiben! Also nur 1/3 des
zunächst befürchteten Stroms bei bis zu 15kW. Der ist damit aber noch
immer ca. 100A_nom. Zuleitungslänge zwischen Netzteil und Inverter ca.
5m und zwischen Inverter und Motor ca. 1,5m. Da weitere Geräte an der
DC-Versorgung hängen, darf der Rippel der Versorgung max. 5% betragen.
Noch dazu ist es ein Motor mit niedriger Induktivität (<< 100µH), also
kann ich die PWM-Frequenz nicht all zu klein machen.
Ich werde versuchen die FETs so langsam wie möglich (ohne das diese mir
thermisch) durchgehen zu schalten und eine große Summen-Kapazität aus
vielen kleineren Kondensatoren vorsehen um den ESR klein zu halten.
Ich habe zwar bei Vishay ein paar "von der Stange" Induktivitäten (ca.
0,5-4µ) gefunden, die Ströme im 100A Bereich tragen, aber eben nur
Induktivitäten. Damit kann ich zwar ein paar Tiefpassfilter aufbauen,
aber für den Common-Mode muss ich mir noch was einfallen lassen. - Ich
seh mich schon selber mit 25mm² Common-Mode Spulen wickeln
("Ahhhhh!!!"). Klappferrite für 2x 25mm² (ggf. mehrere Windungen) habe
ich noch nicht gefunden. Würth hat nicht mal Ringferrite mit wesentlich
mehr als 30mm Innenmaß
(https://www.we-online.com/de/components/products/WE-TOF), da kann ich
die +48V und GND Leitung mit jeweils 25mm² (also jeweils max. 15mm
Durchmesser mit Isolierung) genau ein mal durchfädeln. Wickeln ich da
nicht! Und für die drei Phasen am Ausgang wird das auch nichts. Da hätte
ich gerne eine Bifilare Wicklung mit 3-5 Windungen mit allen drei
Leitungen zum ersten testen.
Zur EMV-Vorgabe:
Leider habe ich da noch keine Norm Namentlich bekommen, nur Grenzwerte
für den Lastfall:
Diff. Mode:
30Hz - 30kHz < 80dBµA
30kHz - 150kHz < 60dBµA
^^ Das wäre der Bereich in dem die PWM, ihre harmonischen und die
Motorrotation am meisten zuschlägt.
Mit ordentlich Kapazität sollte das in den Griff zu bekommen sein
Bei höherer Frequenz:
100kHz (70dBµA) bis (linear fallend) 10MHz (30dBµA) und bis 100MHz max.
30dBµA.
^^ Das wäre der Bereich von in dem die Schaltregler auf der Baugruppe
aber auch das FET-Ringing der Leistungsstufe zuschlagen.
Ein potenter Tiefpass mit einer Eckfrequenz von 1/10 PWM-Frequenz sollte
da schon wunder bewirken...
Der Common Mode ist so beschrieben und macht mir am meisten Angst, weil
ich nicht weiß wie ich ihn befiltern soll außer mit Y-Kondensatoren:
100kHz (70dBµA) bis (linear fallend) 10MHz (30dBµA) und bis 100MHz max
30dBµA.
Danke für eure Hilfe und weiterhin einen schönen Sonntag :)
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