Spread-Spectrum bei Invertern
Einfache Inverter-Schaltung mit 40 kHz Taktfrequenz (Takt = 40 kHz, DSS = 0 kHz)
Beim Inverter mit 10 kHz Taktfrequenz hatte die Spread-Spectrum-Modulation wegen der geringen Abstände zwischen den Spektrallinien keine deutliche Verbesserung oberhalb von 150 kHz ergeben. Die einzelnen Spektallinien waren zwar niedriger, aber die Summation im 10-kHz-Messfenster ergab wieder den gleichen Pegel wie zuvor. Bei einer Taktfrequenz von 40 kHz sind die Abstände zwischen den Spektrallinien wesentlich größer, so dass eine positive Auswirkung der Spread-Spectrum-Modulation wahrscheinlicher ist.
Die höhere Taktfrequenz erfordert eine kürzere Schaltzeit - und verursacht so höhere Stör-Spikes beim Schalten.
Der Inverter mit festem Takt ist wieder die Vergleichsreferenz für die Schaltungen mit Spread-Spectrum-Modulation.
Das Diagramm zeigt das Hochlaufen des Stroms in den 3 Phasen
Nach etwa 3 ms ist ein ausreichend eingeschwungener Zustand erreicht (der Innenwiderstand der HV-Spannung wurde dafür besonders hoch gewählt)
Die kürzeren Schaltzeiten verursachen höhere Schalt-Spikes im Vergleich zur Simulation mit 10 kHz Takt
Störspektrum mit festem Takt (40 kHz) an der BNN (HV+)
CM-Störspektrum der Phasenströme bei festem Takt (40 kHz)
Hochlaufen des Stroms in den 3 Phasen mit Spread-Spectrum-Modulation (Dreieck-Modulation, Delta-Frequenz DSS = 2 kHz)
Im Vergleich zum Phasen-Strom bei festem Takt ist kein wesentlicher Unterschied im Stromverlauf zu erkennen.
Nachfolgend sind die Störspektren mit Dreieck-Verschiebung des Taktes, mit festem Takt und mit Random-Verschiebung abgebildet:
Störspektrum mit Dreieck-Modulation (2 kHz) an der BNN (HV+)
CM-Störspektrum der Phasenströme mit Dreieck-Modulation (2 kHz)
Störspektrum mit festem Takt (40 kHz) an der BNN (HV+)
CM-Störspektrum der Phasenströme bei festem Takt (40 kHz)
Störspektrum mit Random-Modulation (2 kHz) an der BNN (HV+)
CM-Störspektrum der Phasenströme mit Random-Modulation (2 kHz)
Störspektrum mit Random-Modulation (4 kHz) an der BNN (HV+)
CM-Störspektrum der Phasenströme mit Random-Modulation (4 kHz)
Störspektrum mit festem Takt (40 kHz) an der BNN (HV+)
CM-Störspektrum der Phasenströme bei festem Takt (40 kHz)
Die größere Spreizung der Spektrallinien bei 40 kHz Takt ist klar zu erkennen. Durch die höhere Taktfrequenz und die kürzeren Schaltzeiten ergeben sich höhere Stör-Pegel im Vergleich zur Simulation mit 10 kHz.
Das Common-Mode-Spektrum (CM) der Phasenströme ähnelt dem Spektrum auf der HV-DC-Seite. Der Störstromkreis für die Schalterstörungen wird dabei über die Kondensatoren in der Netznachbildung zur Masse und über die Wicklungskapazitäten der Motor-Nachbildung zur Masse geschlossen.
Die grünen Grenzwert-Kurven dienen auch hier lediglich zur besseren Orientierung und zum leichteren Vergleich.
Einfache Inverter-Schaltung (40 kHz Takt) mit Dreieck-Modulation (DSS = 2 kHz)
Der Spread-Spectrum-Modulator arbeitet hier mit Dreiecks-Modulation und 2 kHz Frequenzverschiebung des Taktes - von 38 kHz bis 42 kHz
Die Änderung der Frequenzverschiebung erfolgt mit 3 kHz (FSS=3k)
Im Gegensatz zur Simulation mit 10 kHz, ergibt sich bei 40 kHz Takt auch oberhalb von 150 kHz eine Reduzierung der Störpegel.
Durch die größere Spreizung der Spektrallinien ergeben sich nicht so schnell überlappende Bereiche - und damit auch mit einer Mess-Bandbreite von
10 kHz eine Reduzierung.
Einfache Inverter-Schaltung (40 kHz Takt) mit Random-Modulation (DSS = 4 kHz)
Der Spread-Spectrum-Modulator arbeitet hier mit Random-Modulation und 4 kHz Frequenzverschiebung des Taktes - von 36 kHz bis 44 kHz
Die Änderung der Frequenzverschiebung erfolgt mit 5 kHz (FSS=5k)
Hochlaufen des Stroms in den 3 Phasen mit Spread-Spectrum-Modulation (Random-Modulation, Delta-Frequenz DSS = 4 kHz)
Im Vergleich zum Phasen-Strom bei festem Takt ist auch mit 4 kHz Takt-Verschiebung kein wesentlicher Unterschied im Stromverlauf zu erkennen -
die relative Verschiebung ist bei 40 kHz wesentlich geringer als mit 10 kHz
Nachfolgend sind die Störspektren mit Random-Verschiebung des Taktes und mit festem Takt abgebildet:
Im Vergleich zur Modulation mit 2 kHz reduziert sich der Störpegel mit 4 kHz im unteren Frequenzbereich bis 300 kHz noch etwas weiter.
Oberhalb von 150 kHz ergibt sich durch die größere Verschiebung ein etwas gleichmäßigerer Verlauf und auch ein etwas geringerer Störpegel bis etwa 500 kHz. Von da ab besteht kein wesentlicher Unterschied mehr zu 2 kHz.
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