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Aktuelles vom Arbeitsgebiet Bordsysteme

Erfolgreicher Abschluss des Promotionsverfahrens von Andreas Bendicks

Foto von Andreas Bendicks und Prof. Dr.-Ing. Stephan Frei © AGBS​/​TU Dortmund

Andreas Bendicks hat am 30.06.2020 die Prüfung zu seiner Doktorarbeit mit dem Titel "Active Cancellation of Electromagnetic Emissions of Power Electronic Systems by Injecting Synthesized and Synchronized Signals" erfolgreich bestanden.

Andreas Bendicks hat sich im Rahmen seiner Doktorarbeit am Arbeitsgebiet Bordsysteme mit der aktiven Unterdrückung der elektromagnetischen Störungen von leistungselektronischen Systemen beschäftigt. Im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen werden in seiner Arbeit künstlich erzeugte (synthetisierte) Gegenstörsignale mithilfe eines digitalen Signalverarbeitungssystems erzeugt, um eine destruktive Interferenz mit den Störungen zu erzielen. Die Doktorarbeit wird in Kürze online bei der Hochschulbibliothek verfügbar sein.

Zusammenfassung der Arbeit:

In this thesis, a new method is developed for the active cancellation of predictable EMI by injecting synthesized and synchronized signals. At first, a generic description is derived for the active cancellation of conducted EMI of arbitrary single- and multi-port electronic systems. From the mathematical description, important requirements for the overall system and the cancellation signals are found.

Analog active EMI filters as an established method for active EMI cancellation are discussed. These use analog circuitry to generate the cancellation signals from a measured quantity by a feedback or feedforward approach. It is shown that the performance of these structures is systematically limited by the amplifiers' gain-bandwidth products (that can also be interpreted as time constants) and the finite propagation speed of electrical signals.

Digital active EMI filters use digital signal processing hardware instead of analog amplifiers in the feedback or feedforward structures. By doing so, restricting gain-bandwidth products are avoided. However, the signal processing causes significant delay times that limit the performance of these systems.

Active cancellation methods and systems in the fields of power quality and acoustics are reviewed for their applicability to active EMI cancellation. The most promising approaches are applicable to periodic disturbances. These synthesize artificial cancellation signals and inject them in synchronicity with the disturbances. For quasi-periodic EMI, these systems can use the knowledge of the past for the future. Therefore, time constants and delay times can be compensated by shaping the cancellation signal and injecting it earlier than the EMI occurs. By doing so, the signal generation is no limiting factor for the achievable EMI reduction anymore. The remaining limitations are the capabilities of the digital hardware.

These methods are further abstracted to a new active cancellation technique that uses synthesized and synchronized cancellation signals. This method requires the EMI to be predictable so that the cancellation signals can be synthesized and injected at the right time. The predictability is given for quasi-periodic signals (since the past signals allow for an extrapolation into the future), but may also be given for non-periodic signals if there is sufficient knowledge on the upcoming events. Various possibilities for implementation are discussed.

The method is realized by an FPGA system with an ADC and a DAC, or a laboratory setup consisting of arbitrary waveform generators, an oscilloscope and a PC. The FPGA system is investigated and applied to one port of a DC-to-DC converter and a PFC. The laboratory setup is first applied to one and afterward to multiple ports of a DC-to-DC converter. After a system identification, the components are purposefully designed to fulfill specific EMI requirements. Measurement results demonstrate the high potential of the method with promising EMI reductions of up to 64 dB for 1 MHz and up to 47 dB for frequencies of up to 30 MHz.

Anfahrt & Lageplan

Der Campus der Technischen Universität Dortmund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dortmund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dortmund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Campus Süd, die Abfahrt Dortmund-Dorstfeld auf der A40 zum Campus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Universität ausgeschildert.

Direkt auf dem Campus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dortmund Universität“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 20- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dortmund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duisburg. Außerdem ist die Universität mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, außerdem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dortmund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dortmund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dortmund Universität S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Vom Flughafen Dortmund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dortmunder Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Universität. Ein größeres Angebot an internationalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Kilometer entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Universität zu erreichen ist.