DE102010027492A1 - Voltage converter i.e. alternating-current to direct-current converter, for e.g. electronic device, has flyback converter connected with alternating-current terminal, so that voltage is applied between primary side connection points - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Spannungswandler.The invention relates to a voltage converter.
Zur Stromversorgung informationsverarbeitender Einrichtungen oder allgemein elektronischer Geräte aus dem Einphasen-Wechselspannungsnetz werden meist Stromversorgungseinheiten mit einer eingangsseitigen Pulsgleichrichterschaltung und einem nachgeschalteten potentialtrennenden DC/DC-Konverter eingesetzt. Die Pulsgleichrichtenschaltung weist durch entsprechende Regelung eine sinusförmige Stromaufnahme, d. h. ohmsches Netzverhalten und eine geregelte Ausgangsspannung (Zwischenkreisspannung) auf, welche am Eingang des DC/DC-Konverters anliegt. Über das Windungszahlverhältnis des Übertragers und eine ausgangsspannungsabhängige Regelung des Tastverhältnisses wird die Zwischenkreisspannung in eine konstante, an den Verbraucher angepasste Spannung umgeformt Dieses Konzept ist durch eine klare Funktionsgliederung und damit durch einfache Realisierbarkeit gekennzeichnet. Allerdings sind drei Konverterstufen, d. h. eine Dioden-Brückengleichrichtung, ein nicht potentialgetrennter DC/DC-Konverter mit Hochsetzstellerfunktion und die abschließende DC/DC-Wandlung mit Potentialtrennung im Leistungsfluss angeordnet, woraus ein relativ geringer Wirkungsgrad und ein relativ hoher Realisierungsaufwand resultieren.For power supply information processing facilities or general electronic devices from the single-phase AC power supply units are usually used with an input-side pulse rectifier circuit and a downstream potential-separating DC / DC converter. The pulse rectification circuit has by appropriate control a sinusoidal current consumption, d. H. ohmic network behavior and a regulated output voltage (DC link voltage), which is applied to the input of the DC / DC converter. About the turns ratio of the transformer and an output voltage-dependent control of the duty cycle, the DC link voltage is converted into a constant, adapted to the load voltage This concept is characterized by a clear functional classification and thus by simple feasibility. However, there are three converter stages, i. H. arranged a diode bridge rectification, a non-isolated DC / DC converter with boost converter function and the final DC / DC conversion with potential separation in the power flow, resulting in a relatively low efficiency and a relatively high implementation costs result.
Insbesondere bei kleinen Ausgangsleistungen im Bereich bis einige 100 W werden daher vielfach nur zweistufige Konzepte eingesetzt, welche die Funktionen Leistungsfaktorkorrektur und Potentialtrennung sowie Verbraucherspannungsregelung vereinen, also beide DC/DC-Konverterstufen integrieren. Hierbei wird eingangsseitig wieder ein Brückengleichrichter und nachfolgend zum Beispiel ein Sperrwandler angeordnet, welcher i. a. mit konstanter Einschaltzeit über die Netzperiode und an der Grenze von kontinuierlichem und diskontinulerlichem Eingangsstromverlauf (Boundary Mode Control, „BMC”) oder mit konstanter Einschaltzeit und konstanter Dauer der Pulsperiode betrieben wird. Für BMC wird der elektronische Schalter, beispielsweise ein Leistungstransistor, des Sperrwandlers nach der konstanten Einschaltzeit stets dann wieder eingeschaltet, wenn der Strom, der mit dem Abschalten des Leistungstransistors an die Sekundärseite übergeben wird, vollständig abgebaut ist. Somit weist der Eingangsstrom des Brückengleichrichters einen sägezahnförmigen Verlauf mit einer sinusförmigen Einhüllenden und einen sinusförmig verlaufenden lokalen Mittelwert auf. Die schaltfrequenten Harmonischen des Eingangsstromes werden durch ein EMV-Filter mit Tiefpasscharakteristik vom Netz ferngehalten. Es resultiert so wieder ein sinusförmiger, in Phase mit der Netzspannung liegender Netzstrom. Alternativ kann die Funktion der Gleichrichterbrücke und des nicht potentialgetrennten Hochsetzsteller-DC/DC-Konverters zu einem sogenannten Bridge less PFC Boost Rectifier kombiniert werden. Der Bridge less PFC Boost Rectifier weist einen zweistufiger Aufbau auf, bestehend aus einem Gleichrichter mit Leistungsfaktorkorektur (engl. Power Factor Correction, „PFC”) zur Ausbildung eines sinusförmigen Eingangsstroms und einem nachfolgenden potentialgetrennten DC/DC-Konverter.In particular, at low output powers in the range up to several 100 W, therefore, only two-stage concepts are often used, which combine the functions power factor correction and potential separation and load voltage control, so integrate both DC / DC converter stages. Here, a bridge rectifier and subsequently, for example, a flyback converter is arranged on the input side, which i. a. is operated with a constant on-time over the mains period and at the boundary of continuous and discontinuous input current (Boundary Mode Control, "BMC") or with constant on-time and constant duration of the pulse period. For BMC, the electronic switch, for example a power transistor, of the flyback converter is always switched on again after the constant switch-on time, when the current which is transferred to the secondary side when the power transistor is switched off is completely dissipated. Thus, the input current of the bridge rectifier has a sawtooth shape with a sinusoidal envelope and a sinusoidal local mean. The switching-frequency harmonics of the input current are kept away from the mains by an EMC filter with a low-pass characteristic. This results in again a sinusoidal, lying in phase with the mains voltage mains current. Alternatively, the function of the rectifier bridge and the non-isolated boost converter DC / DC converter can be combined to form a so-called bridge less PFC boost rectifier. The Bridge less PFC Boost Rectifier has a two-stage design consisting of a Power Factor Correction ("PFC") rectifier to form a sinusoidal input current and a subsequent floating DC / DC converter.
Allerdings ist für beide Fälle nach wie vor ein relativ hoher Realisierungsaufwand gegeben und es liegt eine zwar nicht mehr dreistufige, aber immer noch zweistufige Energieumformung mit beschränktem Wirkungsgrad vor.However, in both cases there is still a relatively high implementation effort and there is no longer a three-stage, but still two-stage energy conversion with limited efficiency.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Spannungswandler mit verbesserten Eigenschaften zu schaffen.The object of the invention is therefore to provide a voltage converter with improved properties.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst Es wird ein Spannungswandler mit einem Gleichstromanschluss, einem Wechselstromanschluss und einem Sperrwandler vorgeschlagen, wobei der Sperrwandler einen Speichertransformator mit galvanisch getrennter Primär- und Sekundärwicklung, einen primärseitigen Anschluss, umfassend einen ersten und einen zweiten primärseitigen Anschlusspunkt, einen sekundärseitigen Anschluss, umfassend einen ersten und einen zweiten sekundärseitigen Anschlusspunkt, mindestens einen elektronischen Schalter, über den der primärseitige Anschluss des Sperrwandlers mit der Primärwicklung des Speichertransformators verbunden ist, sowie eine Steuerschaltung zur Ansteuerung des mindestens einen elektronischen Schalters aufweist, wobei der Sperrwandler derart mit dem Wechselstromanschluss verbunden ist, dass zwischen dem ersten und zweiten primärseitigen Anschlusspunkt des Sperrwandlers eine Wechselspannung anliegt.According to the invention, this object is achieved by the subject matter of claim 1. A voltage converter with a DC connection, an AC connection and a flyback converter is proposed, wherein the flyback converter comprises a storage transformer with galvanically separated primary and secondary winding, a primary-side connection comprising a first and a second primary side Connection point, a secondary-side terminal comprising a first and a second secondary-side connection point, at least one electronic switch, via which the primary side terminal of the flyback converter is connected to the primary winding of the memory transformer, and a control circuit for controlling the at least one electronic switch, wherein the flyback converter is connected to the AC power connection such that an AC voltage is applied between the first and second primary-side connection point of the flyback converter.
Der erfindungsgemäße Spannungswandler kommt ohne zusätzliche Elemente zur Gleichrichtung der am Wechselstromanschluss anliegenden Wechselspannung aus. Je nach Konfiguration können Gleichrichterdioden eingespart werden, so dass zum einen der Bauelementeaufwand sinkt und zum anderen weniger elektrische Verluste auftreten, so dass eine Wirkungsgradverbesserung erzielt wird.The voltage converter according to the invention does not require any additional elements to rectify the AC voltage applied to the AC connection. Depending on the configuration, rectifier diodes can be saved so that, on the one hand, the complexity of the components decreases and, on the other hand, less electrical losses occur, so that an improvement in efficiency is achieved.
Es kann vorgesehen sein, dass die Primärwicklung des Speichertransformators zwei Anschlüsse, einen ersten und einen zweiten Anschluss, und eine Mittelpunktanzapfung aufweist, dass der erste primärseitige Anschlusspunkt über einen ersten Strompfad umfassend einen ersten elektronischen Schalter mit dem ersten Anschluss der Primärwicklung des Speichertransformators verbunden ist, dass der zweite primärseitige Anschlusspunkt über einen zweiten Strompfad umfassend einen zweiten elektronischen Schalter mit dem zweiten Anschluss der Primärwicklung des Speichertransformators verbunden ist und die Mittelpunktanzapfung über einen dritten Strompfad mit dem zweiten primärseitigen Anschlusspunkt verbunden ist. It can be provided that the primary winding of the memory transformer has two terminals, a first and a second terminal, and a center tap, that the first primary-side connection point is connected via a first current path comprising a first electronic switch to the first terminal of the primary winding of the memory transformer, in that the second primary-side connection point is connected to the second connection of the primary winding of the memory transformer via a second current path comprising a second electronic switch, and the center tap is connected to the second primary-side connection point via a third current path.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung so ausgestaltet ist, dass sie den ersten und den zweiten elektronischen Schalter während der positiven Wechselspannungs-Halbwelle mit einem anderen Steuersignal ansteuert als während der negativen Wechselspannungs-Halbwelle, so dass der zweite Strompfad während der positiven Halbwelle gesperrt ist und der erste Strompfad während der negativen Halbwelle gesperrt ist. Die Steuereinrichtung kann vorzugsweise in den Spannungswandler integriert sein.It can further be provided that the control device is designed such that it controls the first and the second electronic switch during the positive AC half-wave with a different control signal than during the negative AC half-wave, so that the second current path during the positive half cycle locked is and the first current path is disabled during the negative half cycle. The control device may preferably be integrated in the voltage converter.
Es ist aber auch möglich, sie als externe Baugruppe auszufahren oder eine Schnittstelle zur Ansteuerung über einen Computer vorzusehen.But it is also possible to extend it as an external module or to provide an interface for control via a computer.
Weiter ist es möglich, dass die Steuereinrichtung so ausgestaltet ist, dass sie den ersten und den zweiten elektronischen Schalter derart ansteuert, dass während der positiven Wechselspannungs-Halbwelle die positive Wechselspannungs-Halbwelle von dem ersten elektronischen Schalter gemäß einem hochfrequenten Signal moduliert wird und während der negativen Wechselspannungs-Halbwelle die negative Wechselspannungs-Halbwelle von dem zweiten elektronischen Schalter gemäß dem hochfrequenten Signal moduliert wird. Die Frequenz des hochfrequenten Signals kann den 10- bis 100-fachen Wert der am Spannungswandler anliegenden Wechselspannung aufweisen. Dieser Wert kann auch für die nachfolgend beschriebenen Ausführungen bevorzugt sein. Infolge der hohen Frequenz ist es möglich, den Speichertransformator sehr klein auszubilden.Further, it is possible that the control device is designed such that it controls the first and the second electronic switch such that during the positive AC half-wave, the positive AC half-wave is modulated by the first electronic switch according to a high-frequency signal and during the negative AC half-wave the negative AC half-wave is modulated by the second electronic switch according to the high-frequency signal. The frequency of the high-frequency signal may be 10 to 100 times the value of the alternating voltage applied to the voltage converter. This value may also be preferred for the embodiments described below. Due to the high frequency, it is possible to make the memory transformer very small.
Der elektronische Schalter kann aus einer Serienschaltung einer Diode und eines Schalttransistors bestehen. Dabei kann die Diode vorgesehen sein, um den Schalttransistor vor zu hohen negativen Sperrspannungen zu schützen. Bei entsprechend spannungsfesten Transistoren ist die Diode entbehrlich.The electronic switch may consist of a series connection of a diode and a switching transistor. In this case, the diode may be provided to protect the switching transistor from excessive negative reverse voltages. In accordance with voltage-proof transistors, the diode is unnecessary.
Es kann vorgesehen sein, dass die Primärwicklung des Speichertransformators zwei Anschlüsse, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, aufweist, dass der erste primärseitige Anschlusspunkt über einen ersten Strompfad umfassend einen elektronischen Schalter mit dem ersten Anschluss der Primärwicklung des Speichertransformators verbunden ist, und dass der zweite primärseitige Anschlusspunkt über einen zweiten Strompfad mit dem zweiten Anschluss der Primärwicklung verbunden ist Wetter kann vorgesehen sein, dass die Primärwicklung des Speichertransformators zwei Anschlüsse, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, aufweist, dass der erste primärseitige Anschlusspunkt über einen ersten Strompfad umfassend einen ersten elektronischen Schalter und einen zweiten elektronischen Schalter mit dem ersten Anschluss der Primärwicklung des Speichertransformators verbunden ist, und dass der zweite primärseitige Anschlusspunkt über einen zweiten Strompfad mit dem zweiten Anschluss der Primärwicklung verbunden ist.It can be provided that the primary winding of the memory transformer has two terminals, a first terminal and a second terminal, that the first primary-side terminal is connected via a first current path comprising an electronic switch to the first terminal of the primary winding of the memory transformer, and that Weather may be provided that the primary winding of the memory transformer two terminals, a first terminal and a second terminal, that the first primary-side terminal point via a first current path comprising a first current path electronic switch and a second electronic switch is connected to the first terminal of the primary winding of the memory transformer, and that the second primary-side connection point via a second current path with the two Iten connection of the primary winding is connected.
Es kann vorgesehen sein, dass der erste elektronische Schalter und der zweite elektronische Schalter aus einer Gegenserienschaltung zweier Schalttransistoren mit jeweiliger antiparalleler Freilaufdiode oder einer Gegenserienschaltung zweiter IGBTs oder MOSFET-Transistoren bestehen.It can be provided that the first electronic switch and the second electronic switch consist of a counter-series circuit of two switching transistors with respective antiparallel freewheeling diode or a counter-series circuit of second IGBTs or MOSFET transistors.
Weiter ist es möglich, dass der erste elektronische Schalter und der zweite elektronische Schalter aus einer Gegenparallelschaltung zweier bipolar sperrender Schalttransistoren bestehen.Further, it is possible that the first electronic switch and the second electronic switch consist of a counter-parallel connection of two bipolar blocking switching transistors.
Die Steuereinrichtung kann so ausgestaltet sein, dass sie den ersten und den zweiten elektronischen Schalter derart ansteuert, dass während der positiven Wechselspannungs-Halbwelle die positive Wechselspannungs-Halbwelle von dem ersten elektronischen Schalter gemäß einem hochfrequenten Signal moduliert wird und während der negativen Wechselspannungs-Halbwelle die negative Wechselspannungs-Halbwolle von dem zweiten elektronischen Schalter gemäß dem hochfrequenten Signal moduliert wird, wobei bei Einsatz von MOSFET-Transistoren zur Realisierung der Schalter der jeweils nicht modulierte Schalter zur Minimierung der Leitverluste vorteilhaft im Einschaltzustand verbleibt.The control device can be designed such that it controls the first and the second electronic switch such that during the positive AC half-wave, the positive AC half-wave is modulated by the first electronic switch according to a high-frequency signal and during the negative AC half-wave negative AC half-wool is modulated by the second electronic switch according to the high-frequency signal, wherein when using MOSFET transistors for the realization of the switch of each unmodulated switch for minimizing the conduction losses advantageously remains in the on state.
Weitere Ausführungen sind auf die Ausbildung des Sekundärstromkreises gerichtet.Other designs are directed to the formation of the secondary circuit.
Es kann vorgesehen sein, dass die Sekundärwicklung des Speichertransformators zwei Anschlüsse, einen ersten und einen zweiten Anschluss, aufweist, dass der erste sekundärseitige Anschlusspunkt über einen ersten Strompfad, der eine Diode umfasst, mit dem ersten Anschluss der Sekundärwicklung des Speichertransformators verbunden ist, und dass der zweite sekundärseitige Anschlusspunkt über einen zweiten Strompfad mit dem zweiten Anschluss der Sekundärwicklung verbunden ist. It can be provided that the secondary winding of the memory transformer has two terminals, a first and a second terminal, that the first secondary-side connection point is connected to the first terminal of the secondary winding of the memory transformer via a first current path comprising a diode, and that the second secondary-side connection point is connected via a second current path to the second terminal of the secondary winding.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Sekundärwicklung des Speichertransformators zwei Anschlüsse, einen ersten und einen zweiten Anschluss, aufweist, dass der erste sekundärseitige Anschlusspunkt über einen ersten Brückenstrompfad einer Diodenbrücke mit dem ersten Anschluss der Sekundärwicklung des Speichertransformators verbunden ist, und dass der zweite sekundärseitige Anschlusspunkt über einen zweiten Brückenstrompfad der Diodenbrücke mit dem zweiten Anschluss der Sekundärwicklung verbunden ist.It can further be provided that the secondary winding of the memory transformer has two terminals, a first and a second terminal, that the first secondary-side connection point is connected via a first bridge current path of a diode bridge to the first terminal of the secondary winding of the memory transformer, and that the second secondary-side connection point is connected via a second bridge current path of the diode bridge to the second terminal of the secondary winding.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass die Sekundärwicklung des Speichertransformators zwei Anschlüsse, einen ersten und einen zweiten Anschluss, und eine Mittelpunktanzapfung aufweist, dass der erste sekundärseitige Anschlusspunkt über einen ersten Strompfad umfassend eine erste Diode mit dem ersten Anschluss der Sekundärwicklung des Speichertransformators verbunden ist und über einen zweiten Strompfad umfassend eine zweite Diode mit dem zweiten Anschluss der Sekundärwicklung des Speichertransformators verbunden ist und dass der zweite sekundärseitige Anschlusspunkt über einen dritten Strompfad mit der Mittelpunktanzapfung verbunden ist, wobei in die Mittelpunktsverbindung oder in die Verbindung mit dem positiven sekundärseitigen Anschlusspunkt vorteilhaft ein weiterer Schalttransistor eingefügt werden kann, der nur dann durchgeschaltet wird, wenn der Speichertransformator Energie an die Sekundärseite abgeben soll. Durch Anordnung dieses Schalters wird der Betriebsbereich des Systems hinsichtlich des möglichen Pegels der Ausgangsspannung erhöht. Eine sinngemäß gleiche Vorrichtung, d. h. ein Schalter in der negativen oder positiven Verbindung mit dem sekundärseitigen Anschlusspunkt kann vorteilhaft auch für die Ausführung der sekundärseitigen Gleichrichtung als Diodenbrücke vorgesehen werden.In a further advantageous embodiment it can be provided that the secondary winding of the memory transformer has two terminals, a first and a second terminal, and a center tap, that the first secondary-side connection point via a first current path comprising a first diode to the first terminal of the secondary winding of the memory transformer and is connected via a second current path comprising a second diode to the second terminal of the secondary winding of the memory transformer and that the second secondary-side connection point is connected via a third current path to the center tap, wherein in the center point connection or in the connection to the positive secondary side connection point Advantageously, a further switching transistor can be inserted, which is only turned on when the storage transformer is to deliver energy to the secondary side. By arranging this switch, the operating range of the system is increased with respect to the possible level of the output voltage. An analogous same device, d. H. a switch in the negative or positive connection with the secondary-side connection point can advantageously also be provided for the execution of the secondary-side rectification as a diode bridge.
Die Sekundärwicklung des Speichertransformators kann auch zwei Anschlüsse, einen ersten und einen zweiten Anschluss, aufweisen, und es kann vorgesehen sein, dass der erste sekundärseitige Anschlusspunkt über einen ersten Strompfad, der einen dritten elektronischen Schalter umfasst, mit dem ersten Anschluss der Sekundärwicklung des Speichertransformators verbunden ist, und dass der zweite sekundärseitige Anschlusspunkt über einen zweiten Strompfad mit dem zweiten Anschluss der Sekundärwicklung verbunden Ist Die Steuereinrichtung kann so ausgestattet sein, dass sie den dritten elektronischen Schalter derart ansteuert, dass er gemäß einem hochfrequenten Signal an- und ausschaltet. The secondary winding of the memory transformer may also have two terminals, a first and a second terminal, and it may be provided that the first secondary-side connection point is connected to the first terminal of the secondary winding of the memory transformer via a first current path comprising a third electronic switch The control unit may be equipped to control the third electronic switch to turn on and off in accordance with a high-frequency signal.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Sekundärwicklung des Speichertransformators zwei Anschlüsse, einen ernten und einen zweiten Anschluss, aufweist, dass der erste sekundärseitige Anschlusspunkt über einen ersten Brückenstrompfad einer mit vierten elektronischen Schaltern ausgebildeten Brücke mit dem ersten Anschluss der Sekundärwicklung des Speichertransformators verbunden ist, und dass der zweite sekundärseitige Anschlusspunkt über einen zweiten Brückenstrompfad der mit den vierten elektronischen Schaltern ausgebildeten Brücke mit dem zweiten Anschluss der Sekundärwicklung verbunden ist.In a further advantageous embodiment it can be provided that the secondary winding of the memory transformer has two terminals, a harvesting and a second connection, that the first secondary-side connection point via a first bridge current path formed with a fourth electronic switches bridge with the first terminal of the secondary winding of the memory transformer is connected, and that the second secondary-side connection point is connected via a second bridge current path of the formed with the fourth electronic switches bridge to the second terminal of the secondary winding.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die vierten elektronischen Schalter aus einem Schalttransistor mit antiparalleler Freilaufdiode oder einem IGBT oder MOSFET-Transistor bestehen.It can further be provided that the fourth electronic switch consist of a switching transistor with antiparallel freewheeling diode or an IGBT or MOSFET transistor.
Die Sekundärwicklung des Speichertransformators kann auch zwei Anschlüsse, einen ersten und einen zweiten Anschluss, und eine Mittelpunktanzapfung aufweisen, wobei weiter vorgesehen sein kann, dass der erste sekundärseitige Anschlusspunkt über einen ersten Strompfad umfassend einen fünften elektronischen Schalter mit dem ersten Anschluss der Sekundärwicklung des Speichertransformators verbunden ist und über einen zweiten Strompfad umfassend einen sechsten elektronischen Schalter mit dem zweiten Anschluss der Sekundärwicklung des Speichertransformators verbunden ist und die Mittelpunktanzapfung über einen dritten Strompfad mit dem zweiten sekundärseitigen Anschlusspunkt verbunden ist.The secondary winding of the memory transformer may also have two terminals, a first and a second terminal, and a center tap, wherein it may further be provided that the first secondary-side connection point via a first current path comprising a fifth electronic switch connected to the first terminal of the secondary winding of the memory transformer is connected via a second current path comprising a sixth electronic switch to the second terminal of the secondary winding of the memory transformer and the center tap is connected via a third current path to the second secondary-side connection point.
Die Steuereinrichtung kann so ausgestaltet sein, dass sie die vierten bzw. fünften und sechsten elektronischen Schalter derart ansteuert, dass während der positiven Wechselspannungs-Halbwelle eine erste Gruppe der vierten elektronischen Schalter bzw. die fünften elektronischen Schalter gemäß einem hochfrequenten Signal an- und ausgeschaltet werden und während der negativen Wechselspannungs-Halbwelle eine zweite Gruppe der vierten elektronischen Schalter bzw. die sechsten elektronischen Schalter an- bzw. ausgeschaltet werden.The control device can be designed such that it controls the fourth or fifth and sixth electronic switches in such a way that during the positive AC half-wave a first group of the fourth electronic switches or the fifth electronic switches are switched on and off in accordance with a high-frequency signal and during the negative AC half cycle, a second group of the fourth electronic switch or the sixth electronic switch are turned on and off.
Die Steuereinrichtung kann weiter so ausgestaltet sein, dass nach Filterung schaltfrequenter Anteile des Eingangsstromes durch ein EMV-Filter ein netzspannungsproportionaler oder sinusförmiger Eingangsstrom am Wechselstromanschluss resultiert. Das EMV-Filter, bei dem es sich um ein LC-Glied handeln kann, ist vorgesehen, um den Eingangsstrom des Sperrwandlers, der einen impulsförmigen Verlauf mit einer sinusförmigen Hüllkurve aufweisen kann, von Oberwellen zu befreien, so dass keine störenden Rückwirkungen auf das Netz eintreten. The control device can further be designed such that, after filtering switching-frequency components of the input current through an EMC filter, a mains voltage-proportional or sinusoidal input current at the AC connection results. The EMC filter, which may be an LC element, is provided to eliminate the input current of the flyback converter, which may have a pulse shape with a sinusoidal envelope, from harmonics, so that no disturbing effects on the network enter.
Der erfindungsgemäße Spannungswandler ermöglicht eine Vielzahl von Ausführungsformen durch Kombination der für die Primärseite und die Sekundärseite vorgesehenen Ausführungen. Werden auf der Sekundärseite anstelle der Dioden elektronische Schalter eingesetzt, wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, die Spannungswandler nicht nur als AC/DC-Wandler, sondern bei entsprechender Ansteuerung auch als DC/AC-Wandler einzusetzen. So ist es möglich, auf der Gleichspannungsseite anfallende Energie, beispielsweise Bremsenergie, in ein Wechselspannungsnetz einzuspeisen.The voltage converter according to the invention enables a multiplicity of embodiments by combining the designs provided for the primary side and the secondary side. If electronic switches are used instead of the diodes on the secondary side, as described above, it is possible to use the voltage transformers not only as AC / DC converters but also as DC / AC converters with appropriate control. Thus, it is possible to feed on the DC side energy accumulating, for example, braking energy in an AC mains.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigenThe invention will now be explained in more detail with reference to exemplary embodiments. Show it
Der Sperrwandler
Zwischen dem ersten und zweiten primärseitigen Anschlusspunkt des primärseitigen Anschlusses
Die Primärwicklung des Speichertransformators
Die Sekundärwicklung des Speichertransformators
Zum Schutz vor Überspannungen können die beiden Teilwicklungen der Primärwicklung des Speichertransformators
Bei einem Sperrwandler wird in einer Leitphase, bei der der elektronische Schalter geschlossen ist, eine kleine Energiemenge im Magnetfeld des Speichertransformators gespeichert und in einer Sperrphase, in der der elektronische Schalter geöffnet ist, von einem am Gleichstromanschluss angeordneten elektrischen Verbraucher entnommen. Dabei wird Energie in dem Kondensator
Der geschilderte Zyklus wird einige Tausend mal pro Sekunde durchlaufen, so dass ein quasi kontinuierlicher Energiefluss von der Primärseite zur Sekundärseite des Sperrwandlers ausgebildet ist.The described cycle will run through a few thousand times per second, so that a quasi-continuous flow of energy from the primary side to the secondary side of the flyback converter is formed.
Das obere Diagramm zeigt den seitlichen Verlauf der Wechselspannung uN im Verlauf einer Wechselspannungsperiode. Die Wechselspannung UN weist einen sinusförmigen Verlauf mit einer positiven und eine negativen Halbwelle auf.The upper diagram shows the lateral profile of the AC voltage u N in the course of an AC voltage period. The alternating voltage U N has a sinusoidal profile with a positive and a negative half-wave.
Die beiden darunter angeordneten Diagramme zeigen den zeitlichen Verlauf der an den Steueranschlüssen
Das untere Diagramm veranschaulicht den impulsförmigen Stromfluss im Primärstromkreis, der sich als Abfolge iS(t) dreiecksförmiger Impulse darstellt, deren Amplituden einen sinusförmigen Verlauf, der in Phase mit dem Spannungsverlauf ist, zeigen. Das weiter oben in
Die Primärwicklung des Speichertransformators
Der Spannungswandler
Die Sekundärwicklung des Speichertransformators
Der in
Die elektronischen Schalter
Das obere Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf der Wechselspannung UN im Verlauf einer Schwingungsperiode. Die Wechselspannung uN weist einen sinusförmigen Verlauf mit einer positiven und eine negativen Halbwelle auf.The upper diagram shows the time course of the AC voltage U N in the course of a period of oscillation. The alternating voltage u N has a sinusoidal course with a positive and a negative half-wave.
Die beiden darunter angeordneten Diagramme zeigen den zeitlichen Verlauf der an den Steueranschlüssen
Das untere Diagramm veranschaulicht den impulsförmigen Stromfluss im Primärstromkreis, der sich als Abfolge iS(t) dreiecksförmiger Impulse darstellt, deren Amplituden einen sinusförmigen Verlauf zeigen. Das werter oben in
Ein Spannungswandler
Das obere Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf der Wechselspannung uN im Verlauf einer Schwingungsperiode. Die Wechselspannung uN weist einen sinusfömigen Verlauf mit einer positiven und eine negativen Halbwelle auf.The upper diagram shows the time course of the alternating voltage u N in the course of a period of oscillation. The alternating voltage u N has a sinusoidal profile with a positive and a negative half-wave.
Die drei darunter angeordneten Diagramme zeigen den zeitlichen Verlauf der an den Steueranschlüssen
Das untere Diagramm veranschaulicht den impulsförmigen Stromfluss im Primärstromkreis, der sich als Abfolge iS(t) dreiecksförmiger Impulse darstellt, deren Amplituden einen sinusförmigen Verlauf zeigen. Das werter oben in
Die
Die
Die in
Das obere Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf der Wechselspannung uN im Verlauf einer Schwingungsperiode. Die Wechselspannung uN weist einen sinusförmigen Verlauf mit einer positiven und eine negativen Halbwelle auf.The upper diagram shows the time course of the alternating voltage u N in the course of a period of oscillation. The alternating voltage u N has a sinusoidal course with a positive and a negative half-wave.
Die vier mittleren Diagramme zeigen die zeitabhängigen Verläufe der Steuerspannungen u20as, u20bs, u21bs/u19bs und u21as/u19as.The four middle diagrams show the time-dependent curves of the control voltages u 20as , u 20bs , u 21bs / u 19bs and u 21as / u 19as .
Die Verläufe von u22s und u23s sind in den beiden Halbwellen der Wechselspannung alternierend, d. h. wenn u22s impulsförmig verläuft, ist u23s = 0 und umgekehrt.The curves of u 22s and u 23s are alternating in the two half waves of the alternating voltage, ie if u 22s is pulsed, u 23s = 0 and vice versa.
Ebenso sind die Verläufe von u26s/u18s und u24s/u17s in den beiden Halbwellen der Wechselspannung alternierend, d. h. wenn u25s/u18s anliegt, ist u24s/u17s = 0 und umgekehrt. Die besagten Spannungen liegen jeweils für die Dauer einer Halbwelle konstant an.Likewise, the curves of u 26s / u 18s and u 24s / u 17s are alternating in the two half-waves of the alternating voltage, ie when μ 25s / u 18s is applied, u 24s / u 17s = 0 and vice versa. The said voltages are constant in each case for the duration of a half-wave.
Die
Die in den
Ein derartiger Betrieb ist grundsätzlich auch durch antiparallele Anordnung eines der AC/DC Systeme nach
Das in
Sekundärseitig weist der Spannungswandler
Es ergeben sich je nach Ansteuerung folgende Betriebsarten:
Das in
Es ergeben sich je nach Ansteuerung folgende Betriebsarten:
Das in
Es ergeben sich je nach Ansteuerung folgende Betriebsarten:
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1–61-6
- SpannungswandlerDC converter
- 1111
- GleichstromanschlussDC power connector
- 1212
- WechselstromanschlussAC connection
- 1313
- Sperrwandlerflyback converter
- 13p13p
- primärseitiger Anschlussprimary-side connection
- 13s13s
- sekundärseitiger Anschlusssecondary side connection
- 1414
- Speichertransformatorflyback transformer
- 1515
- Kondensatorcapacitor
- 1616
- Drosselthrottle
- 17, 1817, 18
- elektronischer Schalterelectronic switch
- 17s, 18s17s, 18s
- Steueranschlusscontrol connection
- 1919
- Diodediode
- 2020
- Kondensatorcapacitor
- 2121
- Spannungsbegrenzervoltage limiter
- 22–2522-25
- elektronischer Schalterelectronic switch
- 22s–25s22s-25s
- Steueranschlusscontrol connection
Claims (20)
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE201010027492 DE102010027492A1 (en) | 2010-07-16 | 2010-07-16 | Voltage converter i.e. alternating-current to direct-current converter, for e.g. electronic device, has flyback converter connected with alternating-current terminal, so that voltage is applied between primary side connection points |
Publications (1)
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DE102010027492A1 true DE102010027492A1 (en) | 2012-01-19 |
Family
ID=45402864
Family Applications (1)
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CN110034687A (en) * | 2019-04-18 | 2019-07-19 | 国网江苏省电力有限公司 | A kind of electric power electric transformer |
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-
2010
- 2010-07-16 DE DE201010027492 patent/DE102010027492A1/en not_active Ceased
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20120630 |