Die Entwicklung leistungselektronischer Systeme schreitet, getrieben durch globale Trends, wie Klimawandel und Digitalisierung, sehr schnell voran. Viele Anwendungen sind nur durch den Einsatz moderner leistungselektronischer Systeme überhaupt umsetzbar, was zu einem stetig steigenden Bedarf führt. Eines der Hauptziele, neben der Steigerung der Systemeffizienz, ist hierbei die Erhöhung der Leistungsdichte. Diese ist insbesondere zu erreichen durch höhere Schaltfrequenzen der verwendeten Halbleiterbauelemente. Gerade die neuste Generation von Halbleitern mit großem Bandabstand (SiC und GaN) ermöglicht den Betrieb mit Schaltfrequenzen bis in den Megahertz-Bereich.

Neben den Vorteilen, die moderne Systeme bieten, erwachsen aus den angewandten Technologien auch neue Herausforderungen. Gerade im Hinblick auf die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) entstehen ungelöste Fragestellungen. Um bestehende Emissionsgrenzwerte einzuhalten und auf diese Weise den störungsfreien Betrieb anderer elektrischer oder elektronischer Systeme zu garantieren, kommt bei einer Mehrzahl der leistungselektronischen Systeme ein passiver EMV Filter zum Einsatz. Um den schnell schaltenden Halbleiterbauelementen Rechnung zu tragen, ist es notwendig, die Auslegung und den Entwurf der Filterschaltungen zu optimieren. Zu diesem Zweck untersucht die vorliegende Arbeit die unterschiedlichen magnetischen Materialien und Filterkomponenten. Weiterhin werden gegenseitige Verkopplungen innerhalb eines Filters analysiert, Methoden zur Verbesserung der Einfügungsdämpfung erarbeitet und Filtertopologie ausgewertet.

Es werden Verhaltensmodelle der EMV Filter mit unterschiedlicher Komplexität abgeleitet. Weiterhin kommen diverse Simulationsansätze zur Anwendung, um die physikalischen Prozesse zu verstehen und die Verhaltensmodelle schlussendlich anhand von Messungen zu validieren. Mittels der entwickelten Verhaltensmodelle werden negative Einflussfaktoren auf die Einfügungsdämpfung abgeleitet. Anhand der Netzwerktheorie, S-Funktionen und Differentialgleichungen werden die Vor- und Nachteile der Verhaltensmodelle von EMV Filtern verdeutlicht. Dies geschieht mit dem Ziel die Anwendbarkeit innerhalb von Entwurfsautomatisierungswerkzeugen darzulegen.

Bestehende Filterverbesserungsmethoden werden systematisiert und durch neuartige Verbesserungsoptionen ergänzt. Die entwickelten Erweiterungen umfassen Kompensationsverfahren parasitärer Komponenten und Vorschläge zur Minimierung von parasitären Kopplungen, welche die Einfügedämpfung des Filters negativ beeinflussen würden. Die Wirksamkeit der entwickelten Methoden für konventionelle Filterschaltungen wird anhand von Messungen nachgewiesen. Mehrstufige Filter mit erweiterten Topologien werden vorgeschlagen. Eine kritische Bewertung der Filterschaltungen erfolgt basierend auf der Leistungsdichte und den Kosten, wodurch erhebliche Vorteile der entwickelten Filterschaltungen deutlich werden.

Abschließend wird anhand eines dreiphasigen leistungselektronischen Antriebssystems die verursachte Störaussendung analysiert und die jeweiligen Beiträge von Gleich- und Gegentaktgrößen herausgestellt. Zu diesem Zweck werden verschiedene EMV Filter in Verbindung mit verschiedenen leistungselektronischen Schaltungen systematisch untersucht. Der Einfluss der Variation verschiedener Schaltungsparameter auf das Spektrum wird aus der Sichtweise der Filterschaltung aufgewertet. Es wird herausgestellt, dass alle Schaltungsparameter (außer der Spannungsschwankungen des Gleichspannungszwischenkreises) erheblichen Einfluss auf das erzeugte Spektrum haben. Auf diese Weise wird verdeutlicht, dass das EMV-Verhalten eines leistungselektronischen Systems erheblich durch die Veränderung einzelner Schaltungsparameter beeinflusst werden kann.