DE102012024602A1 - Method for conducting electric current from voltage source in electronic circuit, involves mounting counter-voltage source on free-wheeling branch to compensate wheeling current, where current flowing through load is sum of electric current - Google Patents
Method for conducting electric current from voltage source in electronic circuit, involves mounting counter-voltage source on free-wheeling branch to compensate wheeling current, where current flowing through load is sum of electric current Download PDFInfo
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Abstract
Description
Stand der Technik mit FundstellenPrior art with references
- 1. Es ist bekannt, wenn ein R-L-Glied mit Freilaufdiode über einen Schalter geschaltet wird, dass beim Einschalten (Schalter zu) die Induktivität 'geladen wird' und dabei Strom durch den Widerstand fließt. Es entsteht durch die Stromänderung eine Induktionsspannung in der Induktivität.1. It is known that when a R-L element with freewheeling diode is switched via a switch, that when it is switched on (switch closed), the inductance is 'charged' and current flows through the resistor. The current change causes an induction voltage in the inductance.
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Beim Ausschalten (Schalter auf) führt die Stromänderung zu einer Induktionsspannung, die den Stromfluss weiter aufrecht halten will. Die Induktivität wirkt somit als Spannungsquelle, die so gepolt ist, dass der Strom in der bisherigen Richtung weiterfließt. Der Strom fließt hierbei über die Freilaufdiode D auch wieder durch den Widerstand R (*1). Siehe auch
1 .When switching off (switch on), the current change leads to an induction voltage, which wants to continue to maintain the current flow. The inductance thus acts as a voltage source, which is poled so that the current continues to flow in the previous direction. The current flows through the freewheeling diode D again through the resistor R (* 1). See also1 , - 2. Es ist weiterhin bekannt, wie das Lade- bzw. Entladeverhalten von Kondensatoren funktioniert. Ist in vielen Elektronischen Tabellenbüchern beschrieben.2. It is also known how the charging and discharging behavior of capacitors works. Is described in many electronic books.
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3. Des Weiteren ist bekannt, wie sich die Grundschaltung eines Aufwärtswandlers verhält. Hierbei ist eine Induktivität (Spule) L in Reihe mit einer Freilaufdiode D geschaltet, hinter der ein Ladekondensator C die Ausgangsspannung aufsummiert. Die Spule wird durch einen GTO-Thyristor oder einen Transistor gegen Masse geschaltet. An der Spule fällt nun die Eingangsspannung UE ab, der Strom durch die Spule und damit die im Magnetfeld gespeicherte Energie steigen an. Wird der Schalter geöffnet, versucht die Spule den Stromfluss aufrechtzuerhalten. Die Spannung an ihrem sekundären Ende steigt sehr schnell an, bis sie die am Kondensator C anliegende Spannung UA übersteigt und die Diode öffnet. Der Strom fließt im ersten Moment unverändert weiter und lädt den Kondensator weiter auf. Das Magnetfeld wird dabei abgebaut und gibt seine Energie ab, indem es den Strom über die Diode in den Ladekondensator und zur Last treibt (*2). Siehe auch
2 .3. It is also known how the basic circuit of an up-converter behaves. Here, an inductance (coil) L is connected in series with a freewheeling diode D, behind which a charging capacitor C summed up the output voltage. The coil is grounded by a GTO thyristor or a transistor. The input voltage UE now drops at the coil, the current through the coil and thus the energy stored in the magnetic field increase. When the switch is opened, the coil will try to maintain the current flow. The voltage at its secondary end rises very rapidly until it exceeds the voltage applied to the capacitor C UA and opens the diode. The current continues to flow unchanged in the first moment and continues to charge the capacitor. The magnetic field is thereby reduced and releases its energy by driving the current through the diode into the charging capacitor and to the load (* 2). See also2 ,
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(*1) Bild und Text zum Teil aus
'ANGEWANDTE ELEKTRONIK – EINFÜHRUNG WS 09/10' unter Internetseite http://www.controllersandpcs.de/lehrarchiv/pdfs/elektronik/einfuehrung\_09.pdf\newline 'APPLIED ELECTRONICS - INTRODUCTION WS 09/10' at http://www.controllersandpcs.de/lehrarchiv/pdfs/elektronik/einfuehrung\_09.pdf\newline -
(*2) Bild und Text aus
'Wikipedia – Aufwärtswandler' sind unter der Internetseite http://de.wikipedia.org/wiki/Aufw\%C3\%A4rtswandler 'Wikipedia - Upconverters' are available at http://en.wikipedia.org/wiki/Change_transformer
Problemproblem
Die Idee oder das Problem ist nun, den Eingangsstrom aus der Versorgungsspannung, welcher durch den Widerstand fließt, in Induktivität(en) und Kondensator(en) zu speichern und eventuell mithilfe der zuvor beschriebenen Schaltungen über den Widerstand zurückzuführen. Der Strom durch den Widerstand erhöht sich dadurch entsprechend gegenüber dem Eingangsstrom aus der Eingangsspannungsquelle und ist die Summe aus Eingangsstrom und den rückgeführten Strömen. Den gespeicherten Strom zurückzuführen stellt das eigentliche Problem dar. Außerdem können anstelle des Widerstands sogenannte Verbraucher und Spannungsquellen, z. B. Elektrolyseur, Motor, Akku, Lampe usw., eingesetzt werden, welche dann den gesamten aufsummierten Strom nutzen können.The idea or problem now is to store the input current from the supply voltage flowing through the resistor into the inductor (s) and capacitor (s) and eventually return it via the resistor using the previously described circuits. The current through the resistor thereby increases correspondingly to the input current from the input voltage source and is the sum of the input current and the recirculated currents. Due to the stored current represents the real problem. In addition, instead of the resistor so-called consumers and power sources, eg. As electrolyzer, motor, battery, lamp, etc., are used, which can then use the total accumulated power.
Lösungsolution
Diese Probleme bzw. diese Ideen werden durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.These problems or these ideas are solved by the features listed in
Erreichte VorteileAchieved benefits
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass der Strom, welcher durch den Widerstand R fließt, die Summe aus dem Eingangsstrom der Versorgungsspannung UB und den in den Induktivitäten und Kondensatoren rückgeführten Strömen nach dem Ausschalten des Schalters S1 ist. Dadurch ist der Strom durch den Widerstand R grösser als der Eingangsstrom aus der Eingangsspannung UB.The advantages achieved by the invention are in particular that the current flowing through the resistor R, the sum of the input current of the supply voltage UB and the currents returned in the inductors and capacitors after switching off the switch S1. As a result, the current through the resistor R is greater than the input current from the input voltage UB.
Weitere Ausgestaltung der ErfindungFurther embodiment of the invention
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung könnte darin liegen, anstelle des Widerstands R einen Elektrolyseur oder einen zu ladenden Akku einzusetzen. Es würde dann entsprechend dem durch den Elektrolyseur fließenden Strom mehr Wasserstoff erzeugt werden, als wenn nur der Strom aus der Eingangsspannung UB dazu verwendet werden würde.An advantageous embodiment of the invention could be to use instead of the resistor R an electrolyzer or a battery to be charged. It would then be generated according to the current flowing through the electrolyzer more hydrogen than if only the current from the input voltage UB would be used.
Als Nachteil ist der Wirkungsgrad zu sehen, welcher bei kleinen Versorgungsspannungen mit direkt an die Spannungsquelle UB angeschlossenem Elektrolyseur besser ist (wenn richtig gerechnet).A disadvantage is the efficiency to be seen, which is better for small supply voltages with directly connected to the voltage source UB electrolyzer (if calculated correctly).
Sollte jedoch schon eine höhere Versorgungsspannung vorhanden sein, könnte sich der Einsatz dieser Schaltungen mit einem Elektrolyseur als vorteilhaft erweisen.However, should a higher supply voltage already be present, the use of these circuits with an electrolyzer could prove advantageous.
Beschreibung mit AusführungsbeispielenDescription with exemplary embodiments
Mehrere Ausführungsbeispiele sind in den verschiedenen Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.Several embodiments are illustrated in the various drawings and will be described in more detail below.
Die
Die Stromverläufe wurden einmal bei kleiner Versorgungsspannung und einmal bei höherer Versorgungsspannung simuliert und dann gezeichnet. Die Stromstärke ist bei höherer Versorgungsspannung UB größer als bei kleiner UB, ist jedoch in den Stromverläufen nicht mit berücksichtigt.The current curves were simulated once at low supply voltage and once at a higher supply voltage and then drawn. The current intensity is greater at higher supply voltage UB than at lower UB, but is not taken into account in the current curves.
Die Stromstärke liegt bei den Simulationen zwischen wenigen mA, bei kleiner Versorgungsspannung UB, und bei einigen A, bei hoher Versorgungsspannung UB.The current intensity in the simulations lies between a few mA, with a small supply voltage UB, and with some A, with a high supply voltage UB.
Allgemein kann festgestellt werden, dass das Verhältnis der Eingangsleistung (mit I1) als P1 = UB·I1 und der Eingangsleistung (mit I2) als P2 = UB·I2 bei den gezeigten Schaltungen zwischen 1:1 bis 1:3 liegt. Jedoch sollte bei dieser Betrachtung das Verhältnis der Eingangsleistung zur Ausgangsleistung eines Elektrolyseurs, bei Anschluss eines Elektrolyseurs direkt an die Versorgungsspannung UB, mit berücksichtigt werden.In general, it can be stated that the ratio of the input power (with I1) as P1 = UB * I1 and the input power (with I2) as P2 = UB * I2 in the circuits shown is between 1: 1 to 1: 3. However, in this consideration, the ratio of the input power to the output of an electrolyzer, when connecting an electrolyzer directly to the supply voltage UB, should be taken into account.
Weitere Schaltungen mit Kondensatoren und Induktivitäten im Eingangsstromzweig I1 und im Freilaufzweig I3 sind möglich. Auch eine Verwendung der Induktivität anstelle des Widerstandes (bei z. B. R = 0 Ohm). Die Anordnung von Kondensatoren und Induktivitäten kann variieren. Auch sind Schaltungen mit mehreren Aufwärtswandlern möglich, um die in den Kondensatoren gespeicherte Energie zurückzuführen.Further circuits with capacitors and inductors in the input current branch I1 and in the freewheeling branch I3 are possible. Also use of the inductor instead of the resistor (at eg R = 0 ohms). The arrangement of capacitors and inductors can vary. Also, multiple up-converter circuits are possible to return the energy stored in the capacitors.
Die folgende Formel (Quelle Wikipedia) zeigt z. B. noch die Berechnung der Erzeugung von Wasserstoff (H2), entsprechend der Stromstärke (I) bei Einsatz eines Elektrolyseurs:The following formula (source Wikipedia) shows z. Eg the calculation of the generation of hydrogen (H2), according to the current intensity (I) when using an electrolyzer:
Wasserstoffproduktion in ml/min:Hydrogen production in ml / min:
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H2 = I·11.2·60·1000/96485 [ml/min]H2 = I * 11.2 * 60 * 1000/96485 [ml / min]
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- 'ANGEWANDTE ELEKTRONIK – EINFÜHRUNG WS 09/10' unter Internetseite http://www.controllersandpcs.de/lehrarchiv/pdfs/elektronik/einfuehrung\_09.pdf\newline [0001] 'APPLIED ELECTRONICS - INTRODUCTION WS 09/10' at http://www.controllersandpcs.de/lehrarchiv/pdfs/elektronik/einfuehrung\_09.pdf\newline [0001]
- 'Wikipedia – Aufwärtswandler' sind unter der Internetseite http://de.wikipedia.org/wiki/Aufw\%C3\%A4rtswandler [0001] 'Wikipedia - Up-converters' are available at http://en.wikipedia.org/wiki/Working_Converter [0001]
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DE201210024602 DE102012024602A1 (en) | 2012-12-15 | 2012-12-15 | Method for conducting electric current from voltage source in electronic circuit, involves mounting counter-voltage source on free-wheeling branch to compensate wheeling current, where current flowing through load is sum of electric current |
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Non-Patent Citations (2)
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'ANGEWANDTE ELEKTRONIK - EINFÜHRUNG WS 09/10' unter Internetseite http://www.controllersandpcs.de/lehrarchiv/pdfs/elektronik/einfuehrung\_09.pdf\newline |
'Wikipedia - Aufwärtswandler' sind unter der Internetseite http://de.wikipedia.org/wiki/Aufw\%C3\%A4rtswandler |
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