AT523973A1 - DC converter with extended voltage range - Google Patents
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Abstract
Gleichspannungswandler zur Umwandlung einer Eingangs-Gleichspannung V1 in eine Ausgangs-Gleichspannung V2, umfassend eine Wandlereinheit (1) zur Umwandlung der Eingangs-Gleichspannung V1 in eine pulsierende Spannung Vpuls, eine Gleichrichteranordnung (2) zur Umwandlung der pulsierenden Spannung Vpuls in die Ausgangs-Gleichspannung V2, wobei die Wandlereinheit (1) zwei oder mehr elektronisch steuerbare Halbbrücken (3, 3‘) aufweist, deren Ausgänge zusammengeschaltet sind, und eine Steuerungseinheit (4), die zur Ansteuerung der Halbbrücken (3, 3‘) in einem Modulationsverfahren mit einer variablen Periodendauer T und einem variablen Tastverhältnis ton/T ausgebildet ist, wobei die Steuerungseinheit (4) dazu ausgebildet ist, die Halbbrücken (3, 3‘) der Wandlereinheit (1) mit voneinander unterschiedlichen Tastverhältnissen ton/T anzusteuern.DC-DC converter for converting an input DC voltage V1 into an output DC voltage V2, comprising a converter unit (1) for converting the input DC voltage V1 into a pulsating voltage Vpuls, a rectifier arrangement (2) for converting the pulsating voltage Vpuls into the output DC voltage V2, wherein the converter unit (1) has two or more electronically controllable half-bridges (3, 3') whose outputs are connected together, and a control unit (4) which is used to control the half-bridges (3, 3') in a modulation method with a variable period T and a variable duty cycle ton/T, the control unit (4) being designed to drive the half-bridges (3, 3') of the converter unit (1) with different duty cycles ton/T.
Description
Gleichspannungswandler mit erweitertem Spannungsbereich DC converter with extended voltage range
Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler mit erweitertem The invention relates to a DC-DC converter with extended
Spannungsbereich. voltage range.
Aus dem Stand der Technik sind gesteuerte Gleichspannungswandler (DC/DCWandler) mit variablem Spannungsbereich bekannt, die eine Eingangs-Gleichspannung Vı in eine Ausgangs-Gleichspannung V2 umwandeln. Der Spannungsbereich bezeichnet dabei das Verhältnis der erzeugten Gleichspannungen V1/V2. Derartige gesteuerte Gleichspannungswandler können einen geschalteten Wechselrichter zur Umwandlung der Eingangs-Gleichspannung in eine gepulste Spannung aufweisen, wobei der Wechselrichter mehrere, elektronisch gesteuerte Halbbrücken umfasst. Die Mittenabgriffe der Halbbrücken bilden dabei die Ausgangsanschlüsse des Wechselrichters. Die gepulste Spannung wird durch eine Gleichrichteranordnung in die Controlled DC voltage converters (DC/DC converters) with a variable voltage range are known from the prior art, which convert an input direct voltage VI into an output direct voltage V2. The voltage range designates the ratio of the generated DC voltages V1/V2. Controlled DC voltage converters of this type can have a switched inverter for converting the input DC voltage into a pulsed voltage, the inverter comprising a plurality of electronically controlled half-bridges. The center taps of the half bridges form the output connections of the inverter. The pulsed voltage is converted into the by a rectifier arrangement
Ausgangs-Gleichspannung V2 umgewandelt. DC output voltage V2 converted.
Zur Erzeugung der gepulsten Spannung ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche die Halbbrücken des Wechselrichters durch ein Modulationsverfahren, beispielsweise Pulsweitenmodulation (PWM), abwechselnd ein- und ausschaltet. Beispielsweise kann dadurch ein sinusförmiger Ausgangs-Wechselstrom aus kurzen Spannungspulsen hoher Frequenz erzeugt werden (sogenannte Sinus-Wechselrichter). Die Halbleiterschalter der Halbbrücken schalten die Eingangs-Gleichspannung mit hoher Schaltfrequenz ein und aus; der erzeugte Spannungsverlauf setzt sich somit aus kleinen, unterschiedlich breiten Impulsen zusammen. Am Ausgang stellt sich ein annähernd sinusförmiger Ausgangsstrom ein. Die Gleichrichteranordnung wandelt To generate the pulsed voltage, a control unit is provided, which alternately switches the half bridges of the inverter on and off using a modulation method, for example pulse width modulation (PWM). For example, a sinusoidal output alternating current can be generated from short, high-frequency voltage pulses (so-called sinusoidal inverters). The semiconductor switches of the half-bridges switch the input DC voltage on and off with a high switching frequency; the voltage curve generated is thus made up of small pulses of different widths. An almost sinusoidal output current appears at the output. The rectifier arrangement converts
diese gepulste Spannung in die gewünschte Ausgangs-Gleichspannung V2 um. converts this pulsed voltage into the desired DC output voltage V2.
Eine Problematik derartiger gesteuerter Gleichspannungswandler besteht darin, dass der Spannungsbereich, also das Verhältnis der erzeugten Gleichspannungen V4/V2, nur innerhalb fester Grenzen variiert werden kann. Dies ist problematisch, wenn der Gleichspannungswandler für verschiedene Anwendungsbereiche einsetzbar sein soll, beispielsweise In einem Fahrzeug einerseits zur Erzeugung des Bordnetzes (24V bzw. 48V) und andererseits zur Bereitstellung der wesentlich höheren Antriebsspannung. Zwar kann bei bekannten Gleichspannungswandlern der Spannungsbereich durch Änderung des Tastverhältnisses des Modulationsverfahrens variiert werden, die minimale Ausgangsspannung ist jedoch durch die kleinste Auflösung des Modulationsverfahrens, also die kleinstmögliche Pulsdauer, vorgegeben und kann nicht weiter reduziert werden. Dadurch ergeben sich hohe Ungenauigkeiten insbesondere bei A problem with such controlled DC voltage converters is that the voltage range, ie the ratio of the generated DC voltages V4/V2, can only be varied within fixed limits. This is problematic if the DC-DC converter is to be used for different areas of application, for example in a vehicle on the one hand to generate the vehicle electrical system (24V or 48V) and on the other hand to provide the much higher drive voltage. Although the voltage range can be varied in known DC-DC converters by changing the pulse duty factor of the modulation method, the minimum output voltage is specified by the smallest resolution of the modulation method, ie the smallest possible pulse duration, and cannot be further reduced. This results in high inaccuracies in particular
der Bereitstellung niedriger Spannungen. the delivery of low voltages.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, diese und andere Probleme zu lösen. Es soll ein Gleichspannungswandler zur Verfügung gestellt werden, bei dem der Spannungsbereich auf einfache Art in einem weiten Bereich variiert werden kann, der also eine sehr hohe Dynamik aufweist. Insbesondere soll ein Gleichspannungswandler bereitgestellt werden, der bei einer gegebenen maximalen Ausgangsspannung auch zur präzisen Erzeugung wesentlich geringerer Ausgangsspannungen, die kleiner sind als It is thus an object of the invention to solve these and other problems. A DC-DC converter is to be made available in which the voltage range can easily be varied over a wide range, which means that it has very high dynamics. In particular, a DC-DC converter is to be provided which, for a given maximum output voltage, can also be used to precisely generate significantly lower output voltages that are smaller than
die minimale Auflösung des Modulationsverfahrens, eingesetzt werden kann. the minimum resolution of the modulation method, can be used.
Diese und andere Aufgaben werden durch einen Gleichspannungswandler nach These and other tasks are performed by a DC-DC converter
Anspruch 1 gelöst. Claim 1 solved.
Ein erfindungsgemäßer Gleichspannungswandler ist zur Umwandlung einer EingangsGleichspannung Vı in eine Ausgangs-Gleichspannung V2 ausgebildet und umfasst eine Wandlereinheit zur Umwandlung der Eingangs-Gleichspannung V1 in eine gepulste Spannung Vpus Sowie eine Gleichrichteranordnung, die zur Umwandlung der gepulsten Spannung Vpuls IN die Ausgangs-Gleichspannung V2 ausgebildet ist. Die Wandlereinheit umfasst zwei oder mehr elektronisch steuerbare Halbbrücken, deren Ausgänge A DC-DC converter according to the invention is designed to convert an input DC voltage Vı into an output DC voltage V2 and includes a converter unit for converting the input DC voltage V1 into a pulsed voltage Vpus and a rectifier arrangement which is designed to convert the pulsed voltage Vpuls IN to the output DC voltage V2 is. The converter unit includes two or more electronically controllable half-bridges whose outputs
zusammengeschaltet sind. are interconnected.
Es ist eine elektronische Steuerungseinheit vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, die Halbbrücken der Wandlereinheit in einem Modulationsverfahren mit einer variablen Periodendauer T und einem variablen Tastverhältnis ton/T zu aktivieren. Dabei kann es sich beispielsweise um Pulsweitenmodulation (PWM) handeln. Mit anderen Worten, die elektronische Steuerungseinheit aktiviert die Halbbrücken der Wandlereinheit zeitversetzt mit hoher und variabler Frequenz, um eine hochfrequente gepulste Spannung und in Folge einen möglichst störungsfreien Stromverlauf zu erzeugen. Dieser kann durch die nachfolgende Gleichrichteranordnung möglichst störungsarm in An electronic control unit is provided, which is designed to activate the half-bridges of the converter unit in a modulation method with a variable period T and a variable duty cycle ton/T. This can be pulse width modulation (PWM), for example. In other words, the electronic control unit activates the half-bridges of the converter unit with a time delay at a high and variable frequency in order to generate a high-frequency pulsed voltage and, as a result, a current profile that is as free of interference as possible. This can be switched to as little interference as possible by the subsequent rectifier arrangement
die Ausgangs-Gleichspannung V2 umgewandelt werden. be converted to the output DC voltage V2.
Die Zahl M der Halbbrücken der Wandlereinheit kann zwei, drei, vier, fünf, sechs oder höher sein. Jede Halbbrücke kann zwei gesteuerte Halbleiterschalter, vorzugsweise SiC- oder GaN-Transistoren und weitere elektronische Bauteile, insbesondere The number M of half-bridges in the converter unit can be two, three, four, five, six or more. Each half-bridge can have two controlled semiconductor switches, preferably SiC or GaN transistors and other electronic components, in particular
Freilaufdioden, umfassen. Free wheeling diodes include.
Die Steuerungseinheit ist regelmäßig dazu ausgebildet, die einer Wandlereinheit zugeordneten M Halbbrücken jeweils für eine identische Einschaltdauer ton und zueinander um eine Zeitspanne von im Wesentlichen ton/M zeitversetzt zu aktivieren. Die Einschaltdauern der einer Wandlereinheit zugeordneten Halbbrücken sind dann im Wesentlichen gleich lang, nämlich gleich ton, jedoch zueinander um ton/M versetzt. Beispielsweise werden bei M=2 die beiden einer Wandlereinheit zugeordneten Halbbrücken um etwa ton/2 verzögert aktiviert. Durch diese Überlagerung der Ansteuersignale einzelner Halbbrücken ergibt sich aus Sicht der Wandlereinheit eine Erhöhung der effektiven Schaltfrequenz auf M x fr. Dadurch kann eine glatte und störungsfreie Wandlung auch bei hohen Spannungen und hoher Dynamik der The control unit is regularly designed to activate the M half-bridges assigned to a converter unit for an identical switch-on duration ton and with a time offset from one another by a time period of essentially ton/M. The switch-on durations of the half-bridges assigned to a converter unit are then essentially the same length, namely the same ton, but offset from one another by ton/M. For example, with M=2, the two half-bridges assigned to a converter unit are activated with a delay of about ton/2. From the point of view of the converter unit, this superimposition of the control signals of individual half-bridges results in an increase in the effective switching frequency to M x fr. This allows a smooth and trouble-free conversion even at high voltages and high dynamics
Ausgangsspannung erreicht werden. output voltage can be reached.
Beispielsweise kann die Steuerungseinheit dazu ausgebildet sein, ein pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal der Halbbrücken mit einer Frequenz des Ansteuersignals von etwa 5 kHz bis etwa 100 kHz zu erzeugen. Bei der Verwendung entsprechend ausgeführter Halbleiterschalter kann auch eine noch höhere Frequenz des Ansteuersignals vorgesehen sein, beispielsweise kann bei Verwendung von GaN-For example, the control unit can be designed to generate a pulse-width-modulated drive signal for the half-bridges with a frequency of the drive signal of approximately 5 kHz to approximately 100 kHz. When using correspondingly designed semiconductor switches, an even higher frequency of the control signal can also be provided, for example when using GaN
Transistoren eine Schaltfrequenz von 400 kHz oder höher vorgesehen sein. Transistors can be provided with a switching frequency of 400 kHz or higher.
Durch das zeitliche Verschieben der Ansteuersignale auf M parallele Halbbrücken in der Wandlereinheit (sogenanntes Interleaving) wird die effektive Frequenz noch weiter By shifting the control signals over time to M parallel half-bridges in the converter unit (so-called interleaving), the effective frequency becomes even wider
erhöht, sodass eine besonders niedrige Welligkeit des Stroms erreicht werden kann. increased, so that a particularly low current ripple can be achieved.
Erfindungsgemäß ist die Steuerungseinheit darüber hinaus dazu ausgebildet, die Halbbrücken der Wandlereinheit, wenn erforderlich, mit voneinander unterschiedlichen Tastverhältnissen ton/T anzusteuern. Die Steuerungseinheit kann somit eine oder mehrere Halbbrücken der Wandlereinheit mit einem anderen Tastverhältnis aktivieren als andere Halbbrücken, wobei insbesondere auch das Tastverhältnis Null vorgesehen According to the invention, the control unit is also designed to drive the half-bridges of the converter unit, if necessary, with duty cycles ton/T that differ from one another. The control unit can thus activate one or more half-bridges of the converter unit with a different duty cycle than other half-bridges, with the duty cycle zero also being provided in particular
sein kann. can be.
Dadurch wird erreicht, dass die Spannungs-Zeit-Fläche der erzeugten gepulsten Spannung Vpus In wesentlich feineren Abstufungen reduziert oder erhöht werden kann, als wenn das Tastverhältnis aller Halbbrücken der Wandlereinheit jeweils identisch variiert werden würde. Der Nachteil dieser Vorgangsweise besteht zwar in einer erhöhten Welligkeit des Ausgangsstroms und in einer ungleichmäßigen Belastung der Halbbrücken, dies kann jedoch für die Erzielung des höheren Spannungsbereichs in Kauf genommen werden. Insbesondere im Bereich einer sehr kleinen Ausgangs-What is thereby achieved is that the voltage-time area of the generated pulsed voltage Vpus can be reduced or increased in significantly finer increments than if the pulse duty factor of all half-bridges of the converter unit were varied identically in each case. The disadvantage of this procedure is an increased ripple in the output current and an uneven load on the half-bridges, but this can be accepted in order to achieve the higher voltage range. Especially in the area of a very small initial
Gleichspannung Vz ist dies vorteilhaft. DC voltage Vz this is advantageous.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Ausgänge der M Halbbrücken einer Wandlereinheit über Drosseln zusammengeschaltet sind. Dabei kann es sich insbesondere um stromkompensierte Interleaving-Drosseln handeln. Dies hat den Vorteil, dass ein glatter Übergang zwischen den geschalteten Halbbrücken möglich ist und Störungen reduziert werden. Stromkompensiert bedeutet dabei, dass die Wicklungen der Drosseln gegensinnig auf einem gemeinsamen Eisenkern verlaufen. Der Einsatz von stromkompensierten Drosseln ist insbesondere bei der Verwendung According to the invention, it can be provided that the outputs of the M half-bridges of a converter unit are interconnected via chokes. This can in particular be current-compensated interleaving chokes. This has the advantage that a smooth transition between the switched half-bridges is possible and interference is reduced. Current-compensated means that the windings of the chokes run in opposite directions on a common iron core. The use of current-compensated chokes is particularly important when using
von SiC-Transistoren in den Halbbrücken vorteilhaft. of SiC transistors in the half-bridges.
Die Steuerungseinheit ist erfindungsgemäß dazu ausgebildet, die Tastverhältnisse der Halbbrücken unabhängig voneinander zu variieren. Das heißt, die Steuerungseinheit kann einzelne Halbbrücken in einzelnen Schaltperioden mit einem gegenüber den anderen Halbbrücken reduzierten Tastverhältnis aktivieren. According to the invention, the control unit is designed to vary the pulse duty factor of the half-bridges independently of one another. This means that the control unit can activate individual half-bridges in individual switching periods with a duty cycle that is reduced compared to the other half-bridges.
Dies bedeutet, dass die Steuerungseinheit auch dazu ausgeführt sein kann, einzelne Halbbrücken in ausgewählten Schaltperioden nicht zu aktivieren; der InterleavingBetrieb wird dabei in ausgewählten Schaltperioden des Modulationsverfahrens — beispielsweise jeder zweiten, dritten, oder vierten Schaltperiode — aufgehoben. This means that the control unit can also be designed not to activate individual half-bridges in selected switching periods; the interleaving operation is thereby canceled in selected switching periods of the modulation method—for example, every second, third, or fourth switching period.
Durch Wegfall des Interleavings halbiert sich vorübergehend die effektive Schaltfrequenz, die so entstandene Erhöhung der Periodendauer ergibt eine Halbierung der Spannungs-Zeitfläche der pulsierenden Spannung Vpus und in Folge V2. Die Steuerungseinheit kann auch gezielt einzelne Zündimpulse der Halbbrücken weglassen. By eliminating the interleaving, the effective switching frequency is temporarily halved, the resulting increase in the period results in a halving of the voltage-time area of the pulsating voltage Vpus and consequently V2. The control unit can also deliberately omit individual firing pulses from the half-bridges.
Die Steuerungseinheit kann als integriertes elektronisches Bauelement ausgeführt sein, The control unit can be designed as an integrated electronic component
kann jedoch auch mehrere getrennte Steuergeräte umfassen. however, it can also include several separate control units.
Die Steuerungseinheit kann dazu ausgebildet sein, die Halbbrücken der Wandlereinheit mit unterschiedlichen Schaltfrequenzen anzusteuern. Beispielsweise kann bei der Verwendung von SiC-Transistoren in der Wandlereinheit eine Schaltfrequenz fr von 24 kHz, 33 kHz, 75 kHz, oder höher bis zu 200 kHz vorgesehen sein. Hingegen kann bei der Verwendung von GaN-Transistoren in der Wandlereinheit eine wesentlich höhere The control unit can be designed to drive the half-bridges of the converter unit with different switching frequencies. For example, when using SiC transistors in the converter unit, a switching frequency fr of 24 kHz, 33 kHz, 75 kHz or higher up to 200 kHz can be provided. On the other hand, when using GaN transistors in the converter unit, a significantly higher
Schaltfrequenz fr vorgesehen sein, etwa 400 kHz bis zu 2 MHz. Switching frequency fr be provided, about 400 kHz up to 2 MHz.
Der Gleichspannungswandler kann für eine Gleichspannung V2 von bis zu 60 V, bis zu 200 V, bis zu 1000 V oder bis zu 1500 V ausgebildet sein, wobei die Spannungen von bis zu 200 V vorzugsweise bei der Verwendung von GaN-Transistoren vorgesehen The DC-DC converter can be designed for a DC voltage V2 of up to 60 V, up to 200 V, up to 1000 V or up to 1500 V, with voltages of up to 200 V preferably being provided when using GaN transistors
sind, und für höhere Spannungen SiC-Transistoren verwendet werden. are, and for higher voltages SiC transistors are used.
Erfindungsgemäß können auch mehrere parallelgeschaltete Wandlereinheiten mit jeweils M Halbbrücken vorgesehen sein, wobei die M Ausgänge der Halbbrücken jeweils über Drosseln, insbesondere über stromkompensierte Interleaving-Drosseln zusammengeschaltet sind. Beispielsweise können drei parallele Wandlereinheiten vorgesehen sein, die jeweils über zwei Halbbrücken verfügen. Die Steuerungseinheit kann dazu ausgebildet sein, die Halbbrücken unterschiedlicher Wandlereinheiten mit According to the invention, a plurality of converter units connected in parallel, each with M half-bridges, can also be provided, with the M outputs of the half-bridges each being interconnected via chokes, in particular via current-compensated interleaving chokes. For example, three parallel converter units can be provided, each of which has two half-bridges. The control unit can be designed to use the half-bridges of different converter units
jeweils gleichen oder unterschiedlichen Tastverhältnissen anzusteuern. respectively to drive the same or different duty cycles.
Beispielsweise können die Halbbrücken einer Wandlereinheit unterschiedliche Tastverhältnisse, und die Halbbrücken aller anderen Wandlereinheiten jeweils identische Tastverhältnisse aufweisen. Es können aber auch die Halbbrücken aller Wandlereinheiten unterschiedliche Tastverhältnisse aufweisen. Jedenfalls muss in dieser Ausführungsform eine der Wandlereinheiten Halbbrücken mit unterschiedlichen For example, the half-bridges of a converter unit can have different duty cycles, and the half-bridges of all other converter units can each have identical duty cycles. However, the half-bridges of all converter units can also have different duty cycles. In any case, in this embodiment, one of the converter units must have half-bridges with different
Tastverhältnissen umfassen. include duty cycles.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist ein Gleichspannungswandler zur Umwandlung einer Eingangs-Gleichspannung Vı in eine Ausgangs-Gleichspannung V2 vorgesehen, der mehrere parallelgeschaltete Wandlereinheiten zur Umwandlung der Eingangs-Gleichspannung Vı in pulsierende Spannungen Vpuls, Vpuls‘, Vpuls““ UuNd eine Gleichrichteranordnung zur Umwandlung der pulsierenden Spannungen in die Ausgangs-Gleichspannung V2 umfasst. Die Wandlereinheiten umfassen jeweils eine Zahl M elektronisch steuerbarer Halbbrücken aufweisen, wobei M größer oder gleich zwei ist, deren M Ausgänge jeweils über Drosseln, insbesondere über stromkompensierte Interleaving-Drosseln, zusammengeschaltet sind. Es ist eine Steuerungseinheit vorgesehen, die zur Ansteuerung der Halbbrücken in einem Modulationsverfahren mit einer variablen Periodendauer T und einem variablen Tastverhältnis ton/T ausgebildet ist. In dieser Ausführungsform ist die Steuerungseinheit dazu ausgebildet, die Halbbrücken jeder Wandlereinheit mit jeweils identischem Tastverhältnis anzusteuern, wobei sich jedoch das Tastverhältnis der Halbbrücken einer Wandlereinheit vom Tastverhältnis zumindest einer Halbbrücke einer anderen Wandlereinheit unterscheidet. Mit anderen Worten, die Tastverhältnisse der Halbbrücken sind zwar innerhalb jeder Wandlereinheit identisch, es unterscheiden sich aber die Tastverhältnisse der Wandlereinheiten zueinander. Auch dadurch kann die erfindungsgemäße Wirkung erzielt werden. Alle weiteren oben angeführten erfindungsgemäßen Merkmale können auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung In an alternative embodiment of the invention, a DC-DC converter is provided for converting an input DC voltage Vı into an output DC voltage V2, which has several converter units connected in parallel for converting the input DC voltage Vı into pulsating voltages Vpuls, Vpuls', Vpuls"" and a rectifier arrangement for Conversion of the pulsating voltages into the output DC voltage V2 includes. The converter units each have a number M of electronically controllable half-bridges, M being greater than or equal to two, whose M outputs are connected together via chokes, in particular via current-compensated interleaving chokes. A control unit is provided, which is designed to drive the half-bridges in a modulation method with a variable period T and a variable duty cycle ton/T. In this embodiment, the control unit is designed to drive the half-bridges of each converter unit with an identical duty cycle, although the duty cycle of the half-bridges in one converter unit differs from the duty cycle of at least one half-bridge in another converter unit. In other words, although the duty ratios of the half-bridges are identical within each converter unit, the duty ratios of the converter units differ from one another. The effect according to the invention can also be achieved in this way. All other features of the invention listed above can also be used in this embodiment of the invention
vorgesehen sein. Die Ausführung der nachgeschalteten Gleichrichteranordnung ist grundsätzlich beliebig, be provided. The design of the downstream rectifier arrangement is fundamentally arbitrary,
es kann sich beispielsweise um einen geschalteten Brückengleichrichter, einen it can be, for example, a switched bridge rectifier, a
passiven Brückengleichrichter oder eine Kondensatoranordnung handeln. act passive bridge rectifier or a capacitor arrangement.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Wandlereinheit und die nachgeschaltete Gleichrichteranordnung als integrierte Umrichterbaugruppe ausgebildet sind, sodass eine besonders kompakte Lösung erreicht wird. Eine derartige integrierte In particular, it can be provided that the converter unit and the downstream rectifier arrangement are designed as an integrated converter assembly, so that a particularly compact solution is achieved. Such an integrated
Umrichterbaugruppe kann auch als „Inverter-Stack“ bezeichnet werden. Converter assembly can also be referred to as "inverter stack".
Der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler kann Teil einer Umrichteranordnung sein, wobei eingangsseitig ein Netzumrichter zur Bereitstellung der EingangsGleichspannung V1 vorgesehen ist. In diesem Fall kann die Steuerungseinheit auch dazu ausgebildet sein, die vom Netzumrichter erzeugte Eingangs-Gleichspannung Vı in einem Bereich von V1,min bis V1,max Zu variieren. Der Netzumrichter kann also derart von der Steuerungseinheit angesteuert werden, dass er gezielt eine niedrigere Eingangs-The DC-DC converter according to the invention can be part of a converter arrangement, with a network converter being provided on the input side to provide the input DC voltage V1. In this case, the control unit can also be designed to vary the input DC voltage VI generated by the network converter in a range from V1,min to V1,max. The mains converter can therefore be controlled by the control unit in such a way that it specifically has a lower input
Gleichspannung Vı in einem Bereich von V1,min bis V1,max erzeugt. DC voltage Vı generated in a range from V1,min to V1,max.
Beispielsweise kann bei einer Versorgung des Gleichspannungswandlers aus dem Netz die vom Netzumrichter erzeugte Zwischenkreis-Gleichspannung temporär auf einen minimalen Wert reduziert werden und so in Folge eine sehr kleine Ausgangsspannung V2 erzeugt werden. Für höhere Ausgangsspannungen wird die Zwischenkreisspannung mit dem Netzumrichter wieder auf ihren nominellen Wert erhöht. So können hohe und For example, when the DC-DC converter is supplied from the mains, the intermediate circuit DC voltage generated by the mains converter can be temporarily reduced to a minimum value and a very small output voltage V2 can thus be generated as a result. For higher output voltages, the intermediate circuit voltage is increased again to its nominal value with the mains converter. So can high and
sehr niedere Ausgangsspannungen realisiert werden. very low output voltages can be realized.
Ferner kann eine galvanische Trennung der Eingangs-Gleichspannung V- über Transformator vorgesehen sein. Zu diesem Zweck kann die Eingangs-Gleichspannung Vı1 eingangsseitig über einen DC/AC-Wandler, einen Transformator und einen AC/DCWandler geführt werden. Der Transformator kann vorzugsweise ein Übersetzungsverhältnis N1/N2 < 1 haben, beispielsweise 6:10, sodass die Spannung Va‘ Furthermore, a galvanic separation of the input direct voltage V- can be provided via a transformer. For this purpose, the input direct voltage Vı1 can be routed on the input side via a DC/AC converter, a transformer and an AC/DC converter. The transformer can preferably have a transformation ratio N1/N2 < 1, for example 6:10, so that the voltage Va'
an der Sekundärseite höher ist als die Spannung V+1 an der Primärseite. on the secondary side is higher than the voltage V+1 on the primary side.
In diesem Fall kann auch vorgesehen sein, dass die Sekundärseite der Potentialtrennung, also der AC/DC-Wandler, als ein von der Steuerungseinheit angesteuerter Gleichrichter ausgebildet ist, welcher mit der Wandlereinheit oder den In this case, it can also be provided that the secondary side of the electrical isolation, ie the AC/DC converter, is designed as a rectifier controlled by the control unit, which is connected to the converter unit or the
Wandlereinheiten in einer gemeinsamen Umrichterbaugruppe integriert ist. Converter units is integrated in a common converter module.
Der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler kann für einen bidirektionalen Betrieb ausgelegt sein, sodass er dazu verwendet werden kann, elektrische Leistung in beide Richtungen zu übertragen, insbesondere auch zur Speisung eines Wechselspannungsoder Gleichspannungsnetzes. Diese und eine Vielzahl anderer Anwendungen werden The DC-DC converter according to the invention can be designed for bidirectional operation, so that it can be used to transmit electrical power in both directions, in particular also for feeding an AC or DC voltage network. This and a multitude of other applications will be
durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers ermöglicht. made possible by the use of a DC-DC converter according to the invention.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus den Patentansprüchen, den Figuren und der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Die Erfindung wird im Folgenden Further features according to the invention result from the patent claims, the figures and the following description of the figures. The invention is described below
an Hand von nicht ausschließlichen Ausführungsbeispielen erläutert: explained using non-exclusive examples:
Fig. 1a zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers; 1a shows a schematic exemplary embodiment of an embodiment of a DC/DC converter according to the invention;
Fig. 1b zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel einer Ausführungsform einer Wandlereinheit für einen erfindungsgemäßen Gleichspannungswandler; 1b shows a schematic exemplary embodiment of an embodiment of a converter unit for a DC-DC converter according to the invention;
Fig. 1c zeigt schematische Stromverläufe durch die Halbbrücken bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers; 1c shows schematic current curves through the half-bridges in an embodiment of a DC-DC converter according to the invention;
Figs. 2a und 2b zeigen schematische Ausführungsbeispiele verschiedener Ausführungsformen von Wandlereinheiten erfindungsgemäßer Gleichspannungswandler; figs 2a and 2b show schematic exemplary embodiments of different embodiments of converter units according to the invention;
Fig. 3 zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers; 3 shows a schematic embodiment of a DC-DC converter according to the invention;
Fig. 4 zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fig. 4 shows a schematic embodiment of an inventive
Gleichspannungswandlers. DC converter.
Fig. 1a zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers zur Umwandlung einer EingangsGleichspannung Vı in eine Ausgangs-Gleichspannung V2. Der Gleichspannungswandler umfasst eine Wandlereinheit 1 zur Umwandlung der Eingangs-Gleichspannung Vı in eine pulsierende Spannung Vpuls, eine Gleichrichteranordnung 2 zur Umwandlung der pulsierenden Spannung Vpguls IN die 1a shows a schematic exemplary embodiment of an embodiment of a DC-DC converter according to the invention for converting an input DC voltage V1 into an output DC voltage V2. The DC-DC converter comprises a converter unit 1 for converting the input DC voltage Vı into a pulsating voltage Vpuls, a rectifier arrangement 2 for converting the pulsating voltage Vpguls IN die
Ausgangs-Gleichspannung V2, und eine elektronische Steuerungseinheit 4. DC output voltage V2, and an electronic control unit 4.
Die Steuerungseinheit 4 ist zur Ansteuerung der Wandlereinheit 1 und Gleichrichteranordnung 2 mit diesen über eine Datenschnittstelle verbunden, wobei es The control unit 4 is connected to the converter unit 1 and the rectifier arrangement 2 via a data interface in order to control the latter
sich um eine elektronische Schnittstelle handeln kann. can be an electronic interface.
Fig. 1b zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel einer Ausführungsform einer Wandlereinheit 1 für den erfindungsgemäßen Gleichspannungswandler. Die Wandlereinheit 1 umfasst zwei parallel angeordnete elektronisch schaltbare Halbbrücken 3, 3‘, deren Ausgänge über stromkompensierte Interleavingdrosseln 5, 5‘ zusammengeschaltet sind, d. h. die Wicklungen der Drosseln sind gegensinnig auf einem gemeinsamen Eisenkern angeordnet. Jede der Halbbrücken 3, 3‘ umfasst zwei gesteuerte Halbleiterschalter, nämlich SiC- oder GaN-Transistoren mit (nicht dargestellten) Freilaufdioden. Derartige Halbleiterschalter können auch mehrere 1b shows a schematic exemplary embodiment of an embodiment of a converter unit 1 for the DC-DC converter according to the invention. The converter unit 1 comprises two electronically switchable half-bridges 3, 3' arranged in parallel, whose outputs are interconnected via current-compensated interleaving chokes 5, 5', i. H. the windings of the chokes are arranged in opposite directions on a common iron core. Each of the half-bridges 3, 3' includes two controlled semiconductor switches, namely SiC or GaN transistors with freewheeling diodes (not shown). Such semiconductor switches can also have several
parallelgeschaltete Transistoren aufweisen, die gleichzeitig angesteuert werden. have transistors connected in parallel, which are driven simultaneously.
In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform umfassen die InterleavingDrosseln 5, 5‘ jeweils einen eigenen unabhängigen Eisenkern. Eine Anordnung wie in Fig. 1b, bei der zwei Interleavingdrosseln 5, 5‘ auf einen gemeinsamen Eisenkern gewickelt sind, kann auch als einzige stromkompensierte Interleavingdrossel mit zwei In an alternative embodiment that is not shown, the interleaving chokes 5, 5' each have their own independent iron core. An arrangement as in Fig. 1b, in which two interleaving chokes 5, 5' are wound onto a common iron core, can also be used as a single current-compensated interleaving choke with two
Wicklungen bezeichnet werden. windings are referred to.
Die Steuereinheit 4 ist dazu ausgebildet, die Halbbrücken 3, 3‘ in einem Modulationsverfahren mit einer variablen Periodendauer T und einem variablen Tastverhältnis ton/T zu aktivieren. Dadurch wird am Ausgang eine pulsierende Spannung Vpuls erzeugt, die an einem Verbraucher einen im Wesentlichen sinusförmigen Stromverlauf bewirkt. Die Periodendauer des sinusförmigen Stromverlaufs am Ausgang kann wesentlich höher sein als die Periodendauer der Schaltimpulse des Modulationsverfahrens, beispielsweise etwa 100- bis 200-mal höher, um einen guten sinusförmigen Verlauf zu erzielen. Im gegenständlichen Ausführungsbeispiel beträgt die Schaltfrequenz jeder einzelnen Halbbrücke 3, 3‘ etwa ft = 75 kHz. The control unit 4 is designed to activate the half-bridges 3, 3' in a modulation method with a variable period T and a variable duty cycle ton/T. As a result, a pulsating voltage Vpuls is generated at the output, which causes an essentially sinusoidal current curve at a consumer. The period of the sinusoidal current waveform at the output can be significantly longer than the period of the switching pulses of the modulation method, for example about 100 to 200 times higher, in order to achieve a good sinusoidal waveform. In the present exemplary embodiment, the switching frequency of each individual half-bridge 3, 3' is approximately ft=75 kHz.
Fig. 1c zeigt schematische Stromverläufe Is, Is‘ durch die Halbbrücken 3, 3‘ bei einer Ausführungsform der Wandlereinheit 1 gemäß Fig. 1b. Die Steuerungseinheit 4 ist dazu ausgebildet, die Halbbrücken 3, 3° mit voneinander unterschiedlichen Tastverhältnissen ton/T und ton‘/T* anzusteuern. Beispielsweise ist das Tastverhältnis der ersten Halbbrücke 3 höher als das Tastverhältnis der zweiten Halbbrücke 3‘. Dadurch ergibt sich eine pulsierende Spannung Vpus, deren Spannungs-Zeitfläche niedriger ist, als wenn beide Halbbrücken 3, 3‘ mit dem identischen Tastverhältnis angesteuert werden. Auch die effektive Frequenz, mit der die pulsierende Spannung Vpuls durch das Modulationsverfahren erzeugt wird, variiert bei diesem Ausführungsbeispiel, und zwar zwischen der doppelten Schaltfrequenz 2fr in jenen Schaltperioden, in denen beide Halbbrücken schalten, und der einfachen Schaltfrequenz fr in jenen Schaltperioden, in FIG. 1c shows schematic current curves Is, Is' through the half-bridges 3, 3' in an embodiment of the converter unit 1 according to FIG. 1b. The control unit 4 is designed to drive the half-bridges 3, 3° with different duty cycles ton/T and ton'/T*. For example, the duty cycle of the first half bridge 3 is higher than the duty cycle of the second half bridge 3'. This results in a pulsating voltage Vpus whose voltage-time area is lower than when both half-bridges 3, 3' are driven with the identical duty cycle. The effective frequency with which the pulsating voltage Vpuls is generated by the modulation method also varies in this exemplary embodiment, specifically between double the switching frequency 2fr in those switching periods in which both half-bridges switch and the simple switching frequency fr in those switching periods in
denen nur eine der Halbbrücken schaltet. which only one of the half-bridges switches.
In (nicht dargestellten) Ausführungsbeispielen kann die Wandlereinheit 1 mehr als zwei Halbbrücken 3, 3‘ umfassen, deren Ausgänge über Drosseln zusammengeschaltet sind, beispielsweise drei, vier, fünf oder mehr Halbbrücken. Wiederum können die Drosseln In exemplary embodiments (not shown), the converter unit 1 can comprise more than two half-bridges 3, 3', the outputs of which are interconnected via chokes, for example three, four, five or more half-bridges. Again, the chokes can
stromkompensiert, also auf einem gemeinsamen Eisenkern angeordnet sein. current-compensated, i.e. arranged on a common iron core.
Fig. 2a zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers, wobei drei parallelgeschaltete Wandlereinheiten 1, 1‘, 1“ vorgesehen sind. Die Eingangs-Gleichspannung Vı1 wird in diesem Ausführungsbeispiel in drei pulsierende Spannungen Vpuls, Vpuls‘, Vpuls“ umgewandelt. Die nachgeschaltete Gleichrichteranordnung ist hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Wandlereinheiten 1, 1‘, 1“ umfassen je zwei Halbbrücken 3, 3‘, 3a, 3a‘, und 3b, 3b‘. Die Halbbrücken umfassen jeweils zwei elektronisch schaltbare Halbleiterschalter die von einer elektronischen Steuereinheit 4 2a shows a schematic exemplary embodiment of a further embodiment of a DC-DC converter according to the invention, three parallel-connected converter units 1, 1', 1'' being provided. In this exemplary embodiment, the input direct voltage Vı1 is converted into three pulsating voltages Vpuls, Vpuls', Vpuls". The downstream rectifier arrangement is not shown here for reasons of clarity. The converter units 1, 1', 1" each include two half-bridges 3, 3', 3a, 3a' and 3b, 3b'. The half-bridges each comprise two electronically switchable semiconductor switches which are controlled by an electronic control unit 4
angesteuert werden. be controlled.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 4 als integriertes elektronisches Bauelement realisiert. Die Halbleiterschalter sind als SiC-Schalter ausgeführt und weisen eine hohe Spannungsfestigkeit auf. Ferner sind die Wandlereinheiten 1, 1‘, 1“in In this exemplary embodiment, the control unit 4 is implemented as an integrated electronic component. The semiconductor switches are designed as SiC switches and have a high dielectric strength. Furthermore, the converter units 1, 1', 1"in
diesem Ausführungsbeispiel in einer gemeinsamen Umrichterbaugruppe integriert. integrated in this exemplary embodiment in a common converter assembly.
Die Ausgänge von je zwei Halbbrücken sind über stromkompensierte InterleavingDrosseln 5, 5‘, 5a, 5a‘, und 5b, 5b‘ zusammengeschaltet. Dabei sind für jede Wandlereinheit 1, 1‘, 1“ zwei gegensinnig laufende Wicklungen auf einem gemeinsamen Eisenkern vorgesehen. Dies ermöglicht die kompakte Ausführung der Drosseln und gleichzeitig einen besonders rippelfreien Betrieb. Wiederum können mehrere auf einen gemeinsamen Kern gewickelte Drosseln 5, 5‘ auch als einzige The outputs of two half-bridges each are interconnected via current-compensated interleaving chokes 5, 5', 5a, 5a' and 5b, 5b'. Two windings running in opposite directions on a common iron core are provided for each converter unit 1, 1', 1". This enables the compact design of the chokes and at the same time a particularly ripple-free operation. Again, several chokes 5, 5' wound on a common core can also be used as a single
Interleaving-Drossel bezeichnet werden. called interleaving choke.
Die Steuereinheit 4 schaltet die Halbleiterschalter in einem Modulationsverfahren mit einer Grundfrequenz je Schalter von etwa fr = 75 kHz. Die Steuereinheit 4 aktiviert die Halbbrückenpaare jeder Wandlereinheit 1, 1‘, 1“ zeitversetzt, sodass sich der Strom auf die Halbbrücken im Wesentlichen gleich aufteilt. Beispielsweise aktiviert die Steuereinheit 4 zunächst die erste Halbbrücke 3 für eine bestimmte Zeitdauer ton und, nach einer Verzögerungszeit von etwa ton/2, die Halbbrücke 3‘ für eine etwa identische Zeitdauer ton. Die Steuerungseinheit 4 ist jedoch ebenfalls dazu ausgebildet, die Halbbrücken gleicher oder unterschiedlicher Wandlereinheiten 1, 1‘, 1‘ mit voneinander The control unit 4 switches the semiconductor switches using a modulation method with a fundamental frequency of approximately fr=75 kHz per switch. The control unit 4 activates the half-bridge pairs of each converter unit 1, 1′, 1″ with a time offset, so that the current is divided essentially equally between the half-bridges. For example, the control unit 4 first activates the first half-bridge 3 for a specific period of time ton and, after a delay time of approximately ton/2, activates the half-bridge 3' for an approximately identical period of time ton. However, the control unit 4 is also designed to connect the half-bridges of the same or different converter units 1, 1', 1' to one another
unterschiedlichen Tastverhältnissen ton/T anzusteuern. different duty cycles ton/T.
Die Steuerungseinheit 4 kann also beispielsweise die Halbbrücke 3 der Wandlereinheit 1 mit einem anderen Tastverhältnis aktivieren als die Halbbrücke 3‘ dieser Wandlereinheit 1; sie kann aber auch beide Halbbrücken 3, 3‘ der Wandlereinheit 1 mit identischem Tastverhältnis aktivieren, welches jedoch anders ist als das Tastverhältnis der Halbbrücken in den beiden anderen Wandlereinheiten 1‘, 1“. Es können also sowohl die Tastverhältnisse der Halbbrücken einzelner Wandlereinheiten variiert werden als auch die Tastverhältnisse der Wandlereinheiten untereinander. Beispielsweise können die Halbbrücken der Wandlereinheiten 1, 1‘, 1“ Jeweils zueinander identische Tastverhältnisse aufweisen, die sich jedoch von Wandlereinheit zu Wandlereinheit unterscheiden. Dies hat den Vorteil, dass die einer Wandlereinheit zugeordneten Interleaving-Drosseln immer gleich stark belastet werden, und dennoch eine hohe Flexibilität bei der Einstellung des Spannungshubs Vh/V2 erreicht werden The control unit 4 can thus, for example, activate the half-bridge 3 of the converter unit 1 with a different duty cycle than the half-bridge 3' of this converter unit 1; however, it can also activate both half-bridges 3, 3' of the converter unit 1 with an identical duty cycle, which, however, is different than the duty cycle of the half-bridges in the other two converter units 1', 1". It is therefore possible to vary both the duty cycle of the half-bridges of individual converter units and the duty cycle of the converter units among one another. For example, the half-bridges of the converter units 1, 1′, 1″ can each have duty cycles which are identical to one another, but which differ from converter unit to converter unit. This has the advantage that the interleaving chokes assigned to a converter unit are always loaded to the same extent, and yet a high degree of flexibility is achieved when setting the voltage swing Vh/V2
kann. can.
Fig. 2b zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers, wobei zwar sechs parallelgeschaltete Halbbrücken 3, 3‘, 3a, 3a‘, 3b, 3b‘ vorgesehen sind, jedoch nur vier davon in zwei parallelen Wandlereinheiten 1, 1‘ verwendet werden. Die Halbbrücken 3b, 2b shows a schematic exemplary embodiment of a further embodiment of a DC-DC converter according to the invention, with six half-bridges 3, 3′, 3a, 3a′, 3b, 3b′ connected in parallel being provided, but only four of them being used in two parallel converter units 1, 1′ . The half bridges 3b,
3b‘ können in diesem Ausführungsbeispiel für andere Zwecke verwendet werden. 3b' can be used for other purposes in this embodiment.
Wiederum sind im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2b die Ausgänge der Halbbrücken 3, 3‘, 3a, 3a‘ über Interleaving-Drosseln 5, 5‘, 5a, 5a‘ zusammengeschaltet, wobei jedoch im Unterschied zum Ausführungsbeispiel aus Fig. 2a diesmal die InterleavingDrosseln 5, 5‘, 5a, 5a‘ auf einem gemeinsamen Kern angeordnet sind. Die weiteren Again, in the exemplary embodiment according to FIG. 2b, the outputs of the half-bridges 3, 3', 3a, 3a' are interconnected via interleaving chokes 5, 5', 5a, 5a', but in contrast to the exemplary embodiment from FIG. 2a, this time the interleaving chokes 5 , 5', 5a, 5a' are arranged on a common core. The others
Merkmale entsprechen jenen aus Fig. 2a. Features correspond to those of Fig. 2a.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers. In dieser Ausführungsform ist eingangsseitig ein Netzumrichter 6 zur Bereitstellung der Eingangs-Gleichspannung V1 vorgesehen, wobei die Steuerungseinheit 4 dazu ausgebildet ist, die vom Netzumrichter 6 erzeugte Eingangs-Gleichspannung Vı in einem Bereich V1,min bis V1,max Zu variieren. Insbesondere kann der Netzumrichter 6 dazu ausgebildet sein, eine EingangsGleichspannung V1 zu erzeugen, die deutlich geringer ist als die ursprünglich vorgesehene Eingangs-Gleichspannung V1. Dadurch reduziert sich automatisch auch die erzeugte Ausgangs-Gleichspannung V2. Die Interleaving-Drosseln und die konkrete Ausführung der Gleichrichteranordnung sind in dieser schematischen Darstellung aus 3 shows a schematic exemplary embodiment of an embodiment of a DC-DC converter according to the invention. In this embodiment, a mains converter 6 is provided on the input side to provide the input direct voltage V1, with the control unit 4 being designed to vary the input direct voltage V1 generated by the mains converter 6 in a range from V1,min to V1,max. In particular, the grid converter 6 can be designed to generate an input DC voltage V1 that is significantly lower than the input DC voltage V1 originally provided. This automatically reduces the output direct voltage V2 that is generated. The interleaving chokes and the specific design of the rectifier arrangement are shown in this schematic representation
Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Not shown for reasons of clarity.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers. In diesem Ausführungsbeispiel ist eingangsseitig zur galvanischen Potentialtrennung ein DC/AC-Wandler und ein Transformator 7 vorgesehen. Der Transformator 7 ist mit einem Übersetzungsverhältnis kleiner als 1 ausgebildet, nämlich etwa 6:10. Dadurch ergibt sich eine Erhöhung der Eingangs-Gleichspannung V1 gegenüber der ursprünglich angelegten Eingangs-Gleichspannung um einen entsprechenden Faktor auf Vu‘ = V1 x 10/6. FIG. 4 shows a schematic exemplary embodiment of a further embodiment of a DC-DC converter according to the invention. In this exemplary embodiment, a DC/AC converter and a transformer 7 are provided on the input side for galvanic potential isolation. The transformer 7 is designed with a transformation ratio of less than 1, namely about 6:10. This results in an increase in the DC input voltage V1 compared to the originally applied DC input voltage by a corresponding factor to Vu' = V1 x 10/6.
Insbesondere wird dadurch bei einer Eingangs-Gleichspannung von Vı = 850 V eine Erhöhung auf etwa V1‘ = 1400 V erreicht. In anderen Ausführungsbeispielen ist eine In particular, with an input DC voltage of Vı = 850 V, an increase to approximately V1' = 1400 V is achieved. In other embodiments, a
Erhöhung der Eingangs-Gleichspannung auf V+4‘ = 1000 V vorgesehen. Increasing the input DC voltage to V+4' = 1000 V is planned.
Ebenfalls dargestellt ist hier eine ausgangsseitige Gleichrichteranordnung 2 in Form einer Kondensatoranordnung sowie eine nachgeschaltete Filteranordnung, deren konkrete Ausführung aber für die vorliegende Erfindung nicht von Belang ist. Die Sekundärseite des Transformators 7, also der geschaltete AC/DC-Wandler zur Erzeugung von Vı‘ und die Wandlereinheiten 1,1‘ sind in diesem Ausführungsbeispiel in Also shown here is an output-side rectifier arrangement 2 in the form of a capacitor arrangement and a downstream filter arrangement, the specific design of which, however, is not relevant to the present invention. The secondary side of the transformer 7, i.e. the switched AC/DC converter for generating Vı' and the converter units 1,1' are in this exemplary embodiment
einer gemeinsamen Umrichterbaugruppe integriert. integrated into a common converter module.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorliegenden Ausführungsbeispiele, sondern umfasst sämtliche Vorrichtungen im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche. Insbesondere ist der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler nicht auf eine bestimmte elektrische Leistungsflussrichtung von der Eingangs-Gleichspannung V+1 auf die Ausgangs-Gleichspannung V2 beschränkt, sondern umfasst auch Anwendungen mit The invention is not limited to the present exemplary embodiments, but includes all devices within the scope of the following patent claims. In particular, the DC-DC converter according to the invention is not limited to a specific electric power flow direction from the input DC voltage V+1 to the output DC voltage V2, but also includes applications
bidirektionalem elektrischem Leistungsfluss. bidirectional electrical power flow.
Hierin verwendete Begriffe sollen nicht zu eng ausgelegt werden. Auch ist die konkrete schaltungstechnische Realisierung nicht wesentlich. Erfindungsgemäß vorgesehene elektrische Schaltungen können stets auch eine interne galvanische Trennung vorsehen und können für mittlere bis hohe elektrische Leistungen vorgesehen sein, beispielsweise Leistungen im Bereich von 10 kW bis 100 kW bei einer Gleichspannung von 48V, 230V oder 850 V bzw. bis zu 300 kVA Wechselstromleistung. Terms used herein should not be interpreted too narrowly. The concrete circuitry implementation is also not essential. Electrical circuits provided according to the invention can always provide internal galvanic isolation and can be provided for medium to high electrical power, for example power in the range from 10 kW to 100 kW with a DC voltage of 48 V, 230 V or 850 V or up to 300 kVA AC power .
Bezugszeichenliste Reference List
1 Wandlereinheit 1 converter unit
2 Gleichrichteranordnung 3, 3° Halbbrücke 2 rectifier arrangement 3, 3° half bridge
4 Steuerungseinheit 4 control unit
5, 5 Interleavingdrossel 5, 5 interleaving choke
6 Netzumrichter 6 line converters
7 Transformator 7 transformer
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA50560/2020A AT523973A1 (en) | 2020-07-02 | 2020-07-02 | DC converter with extended voltage range |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| ATA50560/2020A AT523973A1 (en) | 2020-07-02 | 2020-07-02 | DC converter with extended voltage range |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| AT523973A1 true AT523973A1 (en) | 2022-01-15 |
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ID=79259542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ATA50560/2020A AT523973A1 (en) | 2020-07-02 | 2020-07-02 | DC converter with extended voltage range |
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- 2020-07-02 AT ATA50560/2020A patent/AT523973A1/en not_active Application Discontinuation
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Effective date: 20220715 |