Arbeitsgebiet Bordsysteme

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http://hdl.handle.net/2003/30830

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Modellbasierte Analyse der Störfestigkeit von Kfz-Bussystemen
(2023) Austermann, Carina; Frei, Stephan; Gronwald, Frank
Die Entwicklung und Integration neuer Fahr- und Sicherheitsfunktionen in ein Fahrzeug erfordern den schnellen und sicheren leitungsgebundenen Austausch von Daten zwischen Sensoren und Steuergeräten. Die Robustheit der fahrzeuginternen Datenübertragung mittels Bussystemen kann jedoch durch externe elektromagnetische Felder beeinträchtigt werden. Die modellbasierte Analyse ist ein wichtiges Werkzeug, mit dem systematische Untersuchungen der Störfestigkeit von Bussystemen gegenüber eingekoppelten elektromagnetischen Feldern bereits in einer frühen Entwicklungsphase durchgeführt werden können. Es werden dazu Modelle der Physical Layer von Automotive Ethernet und CAN FD, sowie für die Einkopplung von externen Feldern in Kommunikationsleitungen für den Einsatz in Netzwerksimulationstools vorgestellt. Auf Basis von messtechnischen Analysen können Bewertungskriterien für die Störfestigkeit von Bustransceivern formuliert werden. Die Modelle für Bussysteme, Koppelpfade und Fehlerkriterien können für den Aufbau von Simulationen verwendet werden, um Parameterstudien zur Identifikation kritischer Einflussparameter der Störeinkopplung durchzuführen. Es wird eine Methodik vorgestellt, mit der die Störfestigkeit verschiedener Topologien, Koppelstrecken und Bussysteme systematisch untersucht, bewertet und verglichen werden kann. Neben der Analyse der Störfestigkeit werden Maßnahmen zur Reduktion der Störungen in Bussystemen, wie die Wahl von Geometrieparametern potentieller Koppelpfade und der Aufbau der Terminierungsnetzwerke diskutiert. Ein neues Konzept zur Erhöhung der Übertragungssicherheit auf Basis der Synchronisation von Störquelle und Bussystem wird vorgestellt und analysiert. Während wiederkehrende Schalthandlungen von leistungselektronischen Komponenten zu einer Störeinkopplung in ein Bussystem und damit zu einer erheblichen Reduktion der Zuverlässigkeit der Übertragung führen, können mit der neuen kooperativen Betriebsstrategie störungsfreie Zeitintervalle für eine robuste und latenzarme Datenübertragung genutzt werden. Mit den neuen Simulationsmodellen können verschiedene Topologien und Bussysteme, sowie Maßnahmen zur Erhöhung der Störfestigkeit simulationsbasiert untersucht und verbessert werden.
Modeling of the heat transfer in cables using analogies to the electrical transmission line theory
(2023) Henke, Anika; Frei, Stephan; Brabetz, Ludwig
In dieser Arbeit wird die Anwendung von Modellen und Methoden, die aus der elektrischen Leitungstheorie bekannt sind, für Wärmeübertragungsprobleme in Kabeln analysiert. Möglichkeiten und Grenzen werden aufgezeigt. Basierend auf der konsequenten Nutzung von Analogien zwischen elektrischer und thermischer Domäne wird ein thermisches Analogon zur elektrischen Leitungstheorie für ein einadriges Kabel abgeleitet. Die notwendigen Annahmen und Vereinfachungen werden diskutiert. Für komplexere Kabelanordnungen wird ein allgemeiner Modellierungsansatz vorgestellt, der es ermöglicht, ein Ersatzschaltbild und das entsprechende System partieller Differentialgleichungen direkt auf Basis der physikalischen Kabeleigenschaften aufzustellen. Die elektrischen und thermischen Modelle werden verglichen. Die aufgestellten Differentialgleichungen werden gelöst. Zunächst werden lineare analytische Lösungsansätze für konstante Anregungen berechnet, beginnend mit Lösungen der partiellen Differentialgleichungen für Spezialfälle. Darüber hinaus werden für relevante Kabel analytische Berechnungsansätze vorgeschlagen. Ansätze zur Berücksichtigung von zeitlich und räumlich variierenden Anfangs- und Randbedingungen sowie Inhomogenitäten werden diskutiert. Für die nichtlineare Parameterabhängigkeit wird eine schnell konvergierende Fixpunkt-Iteration vorgeschlagen. Die Lösungen werden durch Vergleich mit Messergebnissen und numerischen Referenzlösungen validiert. Es wird ein Ansatz zur Bestimmung einiger Kabelparameter vorgestellt, die nur sehr schwer direkt aus der physikalischen Anordnung abgeleitet werden können. Insgesamt lässt sich eine sehr gute Übereinstimmung zwischen numerisch und analytisch berechneten Temperaturen feststellen. Die Ergebnisse werden im Hinblick auf die Modell- und Lösungsgenauigkeit diskutiert. Darüber hinaus werden die neuen Modelle mit Literaturansätzen für die Einzelleitung verglichen. Für Bündelleitungen wird der Einfluss des Bündels auf die Einzelleitertemperaturen am Beispiel eines Twisted-Pair-Kabels diskutiert. Auch der Einfluss der Annahme eines massiven Leiters im Gegensatz zu einem Litzenleiter wird analysiert. Schließlich wird als Anwendungsbeispiel eine Schutzstrategie für ein Twisted-Pair-Kabel für Power-over-Data-Line (PoDL)-Anwendungen entwickelt. Damit wird die Anwendbarkeit von Kabelschutzstrategien direkt auf Basis der Kabeltemperatur gezeigt.
Modellbasierte Analyse und Diagnose von Lichtbogenfehlern in 48 V Kfz-Bordnetzen
(2021) Kiffmeier, Michael; Frei, Stephan; Götze, Jürgen
Zur Untersuchung der Beschaffenheit von Lichtbogenfehlern in 48 V Kfz-Bordnetzen und für die Simulation der elektrischen, und gegebenenfalls funktionalen, Auswirkungen wird in dieser Arbeit ein neues Lichtbogenmodell entworfen, welches die in dieser Arbeit analysierten und definierten Anforderungen an Lichtbogenmodelle für Simulationen in 48 V Kfz-Bordnetzen erfüllen kann. Dieses Lichtbogenmodell kann mit Modellen von Bordnetzen kombiniert und so für die Analyse von fehlerhaften Bordnetzen verwendet werden. Anhand einer exemplarischen Bordnetzauslegung wird demonstriert, dass bei geschickter Wahl der Bordnetzabschlüsse und Verkabelungselemente eine intrinsische Sicherheit gegen serielle Lichtbögen erreicht werden kann. Für parallele Lichtbögen wird ein Diagnoseverfahren vorgestellt, welches in der Lage ist, diese zu detektieren und zu klassifizieren. Es werden für verschiedene Konfigurationen Worstcase-Abschätzungen bezüglich der Verlustenergie und somit der maximalen Reaktionszeit von Diagnoseverfahren durchgeführt. Das modellbasierte Diagnoseverfahren wird abschließend zunächst theoretisch hergeleitet und an einem konkreten Beispiel im Labor und mittels einer mit dem neuen Lichtbogenmodell nachgebildeten Simulation angewendet, validiert und diskutiert.
Active cancellation of electromagnetic emissions of power electronic systems by injecting synthesized and synchronized signals
(2020) Bendicks, Andreas; Frei, Stephan; Griepentrog, Gerd
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.
Low frequency field prediction applied to CISPR 25 test setups
(2019) Chen, Zongyi; Frei, Stephan; Krummrich, Peter
Modern automotive systems integrate a variety of electrical and electronic components. To estimate the radiated emissions, the standard CISPR 25 describes the absorber-lined shielded enclosure (ALSE) method, which is the most important standardized field measurement method. However, it suffers from the need for a large anechoic chamber. To reduce costs and more conveniently integrate radiated emission investigations into the product design cycle, alternative methods that predict emissions without such a chamber are necessary. These methods measure currents, voltages, or fields close to the setup’s vicinity, and with the help of appropriate models, CISPR 25 quantities can be calculated. However, the known methods often fail at frequencies below 30 MHz. This dissertation introduces two new methods based on electric near-field measurements to overcome the problems. The first method uses extrapolation and interpolation of the measured data to create a Huygens’ surface. The field at 1 m distance can be calculated from the Huygens’ surface. The second method finds electrostatic dipoles from the measured data. The fields from the dipoles can be estimated at 1 m distance. This dissertation uses measurements and full-wave simulation to verify the accuracy of the proposed methods.
EMV Analysen zur Datenübertragung über das Kfz-Energiebordnetz
(2020) Zeichner, Alexander; Frei, Stephan; Schulz, Dirk
Die Datenvernetzung innerhalb des Fahrzeuges hat Einfluss auf das Gewicht, das Volumen und die Komplexität des Fahrzeugkabelbaums. Mit den traditionellen Kfz-Bussystemen und der großen Vielfalt an Funktionen, die in Zukunft noch zunehmen wird, lässt sich ein Optimum hinsichtlich dieser Kriterien nur schwer erreichen. Eine mögliche Lösung könnte die Datenübertragung über das Kfz-Energiebordnetz darstellen. Die sogenannte Powerline Communication (PLC) ist eine Technologie, die die vorhandenen Energieleitungen für eine Datenübertragung nutzt. Im automotiven Umfeld gibt es für diese Technologie noch Forschungsbedarf. In dieser Arbeit werden die Freiheitsgrade, die in einem Kfz-Energiebordnetz vorliegen, hinsichtlich der Datenübertragung untersucht. Zwei wichtige Aspekte spielen dabei eine entscheidende Rolle: Zum einen sind die Übertragungseigenschaften des Energiebordnetzes für die Signalintegrität der Übertragung von großer Bedeutung. Zum anderen ist die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) entscheidend für einen robusten Betrieb der PLC, ohne andere Systeme zu stören oder gestört zu werden. Daraus werden mögliche Betriebsstrategien für eine PLC-Datenübertragung abgeleitet. Einflussfaktoren auf die Kanalübertragungseigenschaften, z. B. typische Abschlussimpedanzen und die Topologie des Bordnetzes, werden diskutiert und untersucht. Diverse Varianten zur Einkopplung des PLC-Signals in die Energieleitungen wurden ebenfalls analysiert. Auf Basis von Kfz-EMV-Normen werden die theoretischen Randbedingungen für eine störungsfreie Datenübertragung aufgestellt und in Messungen analysiert. Zuletzt wurde die Kommunikation in typischen EMV-Störfestigkeitsprüfungen unter Zuhilfenahme von Simulationen untersucht.
High-voltage ESD structures and ESD protection concepts in smart power technologies
(2019) Cao, Yiqun; Frei, Stephan; Deutschmann, Bernd
Electro-static discharge (ESD) event can cause upset or permanent damage of integrated circuits (IC) and electrical systems. The risk of ESD fails needs to be mitigated or prevented. ESD robustness of IC products and electrical systems is specified, verified and qualified according to respective ESD standards. For high-voltage IC products based on smart power semiconductor technologies for industrial, power and automotive applications, design of effective and cost-efficient ESD protection is a big challenge, demanding wide and deep technical knowledge throughout high-frequency and high-power characterization techniques, semiconductor device physic, circuit design as well as modeling and simulation. The required measurement setups and tester components are developed and introduced. The characterization of ESD protection devices, IC and off-chip circuit elements is enabled and improved. The rise-time filters are important for the study of rise-time dependent ESD robustness. The human metal model (HMM) tester as an alternative to IEC ESD generators provides voltage waveform measurement with good quality in addition to current waveform measurement. It can be used for wafer-level or package-level device characterization. The measurement results of HMM tester and IEC ESD generator are compared. The on-chip ESD protection design relies on proper choice of different types of ESD protection devices and structures, depending on ESD specifications and IC applications. Typical on-chip ESD protection, whether snapback or non-snapback, single device or ESD circuit is introduced. The failure levels studies give a systematic benchmark of the ESD protection devices and structures, concerning device area, clamping voltage and other relevant parameters. The trade-off between those parameters and limitation of different ESD protection is discussed. Moreover, understanding of ESD failure modes is the key to implement effective ESD design. A unique ESD failure mode of smart power semiconductor device is discovered and investigated in detail. In the scope of finding ESD solutions, new active ESD clamps have been further developed in this work. The study of ESD protection is extended to the system-level involving on- and off-chip ESD protection elements. The characteristics of typical off-chip elements as well as the interaction between IC and off-chip protection elements plays essential role on the system robustness. A system-level ESD simulation incorporating IC and off-chip protection elements is desired for system efficient ESD design (SEED). A behavioral ESD model is developed which reproduces pulse-energy-dependent failure levels and self-heating effects. This modeling methodology can be used for assessment of system robustness even beyond ESD time-domain. The validation of the models is given by representative application examples. Several main challenges of high-voltage ESD design in smart power technologies have been addressed in this work, which can serve as guidance for ESD development and product support in future power semiconductor technologies.
Modellierung nichtlinearer Eigenschaften von ESD-Schutzelementen
(2018) Scheier, Stanislav; Frei, Stephan; Mathis, Wolfgang
Elektrostatische Entladungen stellen ein großes Risiko für die Elektronik dar. Eine simulationsgestützte Optimierung hilft, die ESD-Risiken bereits in einer frühen Entwicklungsphase zu erkennen und geeignete Gegenmaßnahmen einzuleiten. Die Güte des Simulationsergebnisses ist direkt mit den Modellen einzelner Komponenten verknüpft. Einen besonderen Stellungswert nehmen dabei die ESD-Schutzelemente ein. In der vorliegenden Arbeit wird eine systematische Methode zur Charakterisierung und Modellierung von diesen in verschiedenen Aspekten nichtlinearen Bauelementen vorgestellt.
Erstellung von Leiterplatten-Abstrahlmodellen unter Beachtung der dominanten Strompfade
(2018) Rinas, Denis; Frei, Stephan; Schulz, Dirk
Moderne Automobile verfügen heutzutage über eine hohe Packungsdichte elektronischer Systeme. Zur Sicherstellung des EMV-Verhaltens ist eine Bewertung und Kontrolle ihrer Störaussendungen vor der Markteinführung notwendig. Verfahren wie ALSE-Antennenmessungen stellen sich heutzutage als standardisierte Methoden zur Bewertung von gestrahlten Störungen elektronischer Komponenten dar. Sie sind allerdings auf in der Anschaffung und Wartung kostspielige Absorberkammern angewiesen. EMV-Prüfungen können deshalb meist nicht mehrfach und erst in späten Entwicklungsphasen eines Produktes durchgeführt werden, woraus unter Umständen hohe Re-Design-Kosten entstehen. Darüber hinaus stellen sich die gewonnenen Ergebnisse oft als nicht reproduzierbar dar und sind nicht ausreichend um die Störcharakteristik einer Komponente vollständig zu beschreiben. Nahfeldmessverfahren und äquivalente Modelle von Platinen, welche anhand geeigneter Messdaten eine approximierende Quellenverteilung rekonstruieren, sind den bekannten Methoden in ihrer Leistungsfähigkeit deutlich überlegen. Ziel dieser Arbeit ist es, alternative Verfahren zur Bestimmung von genauen Strom- und Abstrahlmodellen von Elektronikplatinen zu entwickeln. Diese lassen sich zur Vorhersage von ALSE-Antennenmesswerten und zur Identifizierung von Störquellen einsetzen. Für ein genaues und stabiles Modell ist es wichtig, eine Stromverteilung zu bestimmen, die physikalisch korrekt ist und die realen Ströme exakt abbildet. Dazu werden die äquivalenten Quellen an die wahrscheinlichen Strompfade auf der Platine gebunden und Korrekturverfahren zur Störunterdrückung integriert. Das Wissen über die Strompfade kann anhand von CAD-Daten oder aus bildgebenden Verfahren gewonnen werden. Sind die Ströme berechnet, müssen Einflussfaktoren der Messumgebung in die Feldberechnung integriert werden, damit eine Vorhersage von standardisierten Antennenmesswerten möglich ist. Die vorgestellten Methoden werden anhand verschiedener simulatorisch und messtechnisch ermittelter Platinen-Daten untersucht und verifiziert.
Improvement of the correlation between ALSE and BCI by adjusting the feeding and positioning conditions based on indirect measurement of termination impedances using current transformers
(2018) Hassanpour Razavi, Seyyed Ali; Frei, Stephan; Schulz, Dirk
The most commonly used automotive immunity test methods for electrical interferences from narrowband radiated electromagnetic energy are described in ISO 11452 series. Bulk Current Injection (BCI) and Absorber Line Shielded Enclosure (ALSE) apply different coupling mechanisms to assess the immunity of electronic components. While ALSE subjects the entire test setup to the electromagnetic fields generated by an antenna, BCI induces the interference signals directly into a certain part of the wiring harness by a current injection probe. ALSE is often considered as the more reliable method. However, testing with BCI is preferred as it allows performing the immunity tests in less time with less effort and cost. Despite using similar test setups, different interference currents are injected into the terminal units at each test method and therefore, the correlation between the test results is often poor. In order to improve the correlation, the BCI method must be modified to inject the same interference current as the ALSE method. This thesis proposes an approach that searches for these modifications and makes it possible to inject the same interference currents with a BCI probe. The two main issues of concern are the calculation of the injected interference currents during real test scenarios in a simulation environment and, the measurement of the input impedance of terminal units under the operation condition using optimized current transformers. The developed models and measurement methods are combined to reproduce the ALSE currents with a single BCI probe. In line with the implementation scheme: firstly, a measurement-based approach to model the ALSE and BCI couplings to a wire-over-ground structure is developed. These models are used to determine the interference currents at the terminal units; secondly, theoretical and measurement based methods are developed to characterize current transformers. The goal is to assess the ability of a current transformer to measure the input impedance of the terminal units without disconnecting the wiring harness; thirdly, four non-invasive methods to measure the input impedance of terminal units using optimized current transformers are proposed and experimentally validated; finally, an approach to reproduce the ALSE termination currents with a single BCI probe according to an optimization process is developed and validated. Capabilities and limitations of the proposed methods and approaches are analyzed, discussed, and ultimately applied to a real immunity test setup.
Entwicklung einer Methodik zur simulationsbasierten Dimensionierung von Kfz-Bordnetzen
(2016) Diebig, Maja; Frei, Stephan; Brabetz, Ludwig
Bedingt durch den stetigen Anstieg elektrischer Verbraucher, deren Leistung im Fahrzeug und der Elektrifizierung des Antriebsstrangs gewinnt die Dimensionierung des Kabelbaums immer mehr an Bedeutung. Die Verkabelung hat große Auswirkungen auf die elektrischen Funktionen, das Gewicht, den benötigten Einbauraum und die Kosten. Nur mit leistungsfähigen Methoden kann ein optimierter Kabelbaum mit minimalen Kosten unter gleichzeitiger Berücksichtigung der elektrischen Funktionen entwickelt werden. Insbesondere die Integration dynamischer Lasten mit hohen Spitzenströmen ist eine Herausforderung bei der Auslegung der Leitungen. Neue Ansätze für die Architektur, wie bei-spielsweise Mehrspannungsbordnetze, müssen untersucht werden. Die Einführung zusätzlicher Spannungsebenen (z. B. 48 V) für Hochleistungsverbraucher muss analysiert und bewertet werden. In dieser Arbeit wird eine Methodik entwickelt, welche die Simulation unter besonderer Berücksichti-gung der Stromtragfähigkeit der Leitung und der Spannungsstabilität des Bordnetzes verwendet. Diese Methodik ermöglicht eine automatisierte Modellerstellung, Simulation und Optimierung des Bordnetzes auf Basis von Kabelbaumlisten. Zur Verifikation werden verschiedene Topologien simuliert und die Einsparpotentiale bewertet. Die entwickelte Methodik zeigt, wie Bordnetztopologien analysiert werden. Resultat der Optimierung sind die Parameter für die Leitungsquerschnitte, der Einbauraum für die Wandler und die Architektur. Zur Verifikation werden statische Quellen und Verbraucher verwendet. Die Methodik erlaubt zugleich das Beurteilen dynamischer Komponenten, wie auch das Erhöhen der Anzahl an Wandlern und das Verwenden verschiedener Spannungsebenen. Die Optimierung bietet die Möglichkeit simulationsbasiert beide Kriterien zu berücksichtigen. Neben den Leitungsquerschnitten werden der Einbauraum der Wandler und die Architektur als variable Pa-rameter gewählt. Die Analyse der verschiedenen Varianten erfolgt über verschiedene Bewertungs-funktionen, die jeweils spezifisch für die Leitungen und Wandler entwickelt werden. Durch den entwi-ckelten zweikriteriellen Evolutionären Algorithmus kann das Ergebnis als eine Pareto-Front dargestellt werden, die alle nicht dominierten Parametersätze berücksichtigt. Die optimale Variante wird bestimmt, indem beispielsweise die niedrigsten Anschaffungs- oder Betriebskosten berücksichtigt werden oder eine Kombination aus beiden als Optimierungsgrundlage dient.
Simulation der Zerstörwirkung von elektrostatischen Entladungen (ESD) auf Kfz-Elektroniksysteme
(2013) Arndt, Bastian; Frei, Stephan; Pommerenke, David
Die Eigenschaften von elektrostatischen Entladungen stellen ein erhebliches Störpotential für elektronische Bauelemente und Geräte dar. Es sind daher Maßnahmen notwendig um empfindliche Bauelemente zu schützen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Simulationsmethode erarbeitet, welche es erlaubt, die leitungsgebundene Auswirkung von transienten Pulsen auf Kfz-Elektroniksystemen zu analysieren und zu bewerten. Der Simulationsansatz kann dazu verwendet werden um ESD-Schutzstrategien in Kfz-System zu beurteilen, die dafür notwendigen Komponenten zu dimensionieren und die dabei entstehenden Phänomene und Effekte zu analysieren. Mit den dabei erstellten Modellen ist es möglich, sowohl das elektrische Verhalten als auch die Ausfallschwelle der belasteten Systeme mittels gängiger Simulatoren zu ermitteln. Die dabei erarbeiteten Verfahren zur Modellierung der einzelnen Komponenten erlauben es das ESD Verhalten der betrachteten Systeme mit einem vertretbaren Modellierungsaufwand zu bewerten. Hierbei konnte unter anderem ein Ansatz entwickelt werden, welcher das nichtlineare Verhalten von ESD- Schutzkomponenten und IC-Eingängen unter Pulsbelastung beschreibt. Darauf aufbauend wurde ein thermisches Ausfallmodell entwickelt. Bei der Erstellung der Verfahren wurde darauf geachtet, dass alle notwendigen Modellparameter mithilfe von Messungen ermittelt werden können. Dies gilt sowohl für das nichtlineare Verhalten von diskreten Bauelementen, als auch für die Parameter zur Beschreibung des Verhaltens von IC-Eingängen unter Pulsbelastung und die darauf aufbauenden thermischen Ausfallmodelle.
Current scan methods to predict radiated emissions of automotive components according to CISPR 25
(2015) Jia, Jin; Frei, Stephan; Jenau, Frank
High density of electrical modules and electronic control units are, nowadays, extensively integrated into modern automotive systems. Estimate and further control the electromagnetic emissions from these components tend to be increasingly indispensable before marketing them. Full-compliance Absorber Lined Shielded Enclosure (ALSE) method or so-called antenna method according to CISPR 25, gives a standardized test configuration to estimate the radiated emissions on component level. However, this emission test method often suffers from the need of a large anechoic chamber, where often only the integrated impact of common-mode current on the test cable bundle is measured. Availability of a specific-size anechoic chamber and repeated experimental runs after a test failure increase the cost for the development of a new product. Since the common-mode current can be measured quite easily, it is promising to estimate the level of radiated emissions directly from the measured current. This thesis aims to develop a common-mode current based method to predict the radiated emissions according to CISPR 25 and discuss its applicability based on several complex test cases. Different problems linked to this approach have to be solved. Firstly, appropriate common-mode current acquisition methods are required. Secondly, a flexible common-mode radiation model of the cable bundle is required. Thirdly, in order to get comparable data the real ALSE-test environment has to be taken into account. For the mentioned problems, different solutions are developed and discussed. The proposed solutions are applied to several cable structures and a real stepper-motor drive system. Capabilities and limitations are shown and discussed.
Entwicklung von Mehrleitermodellen für Signalintegritäts- und EMV-Analysen von Kfz-Bussystemen
(2013-10-11) Siebert, Kerstin; Frei, Stephan; Clemens, Markus
Bussysteme werden im Kfz teilweise für sicherheitskritische Anwendungen eingesetzt. Gleichzeitig sind die potentiellen Störungen der Signale im Kfz besonders groß. Signale auf dicht benachbarten Kabeln erzeugen störende elektromagnetische Felder, und auch in der Umgebung des Kfz finden sich vielfältige Störmöglichkeiten. Daher besteht die Notwendigkeit der Analyse der EMV und der Signalintegrität der Kfz-Bussysteme. Simulationen können hierzu ein geeignetes Hilfsmittel sein, wenn leistungsfähige Modelle vorhanden sind. In dieser Arbeit werden geeignete Modelle für Simulationen der Signalintegrität und der EMV von Mehrleitersystemen im Zeit- und Frequenzbereich unter Berücksichtigung frequenzabhängiger Verluste und unter Einfluss elektromagnetischer Felder vorgestellt. Mit diesen Modellen können zahlreiche Analysen durchgeführt werden. Hier werden beispielhaft Störungen durch Überkopplung von benachbarten parallelen HV-Kabeln und die Störfestigkeit gegen elektromagnetische Felder für LIN und FlexRay analysiert. Weiterhin werden verschiedene Methoden zur Messung der Leitungsparameter differentieller Bussysteme verglichen und teilweise weiterentwickelt.

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