DE102013005070A1 - Boost converter - Google Patents

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Abstract

Ein Hochsetzsteller, zum Beispiel zum Einsatz in einer Solarwechselrichterschaltung, weist mehrere Eingänge (10a, 10b) und einen Ausgang (24) auf. Der Ausgang (24) ist mit jedem der mehreren Eingänge jeweils über eine positive Zuleitung und eine negative Zuleitung verbunden. In der positiven Zuleitung und/oder der negativen Zuleitung von jedem Eingang ist wenigstens eine Drossel (12a, 12b) angeordnet. In der positiven Zuleitung und/oder der negativen Zuleitung von jedem Eingang ist wenigstens ein Gleichrichtelement (16a, 16b) angeordnet. Die Eingänge (10a, 10b) sind mittels wenigstens eines Serien-Schaltelements (14, 14a, 14b) in Serie schaltbar und jeweils mittels wenigstens eines Boost-Schaltelements (18a–18c) über die mit ihnen verbundenen Drosseln (12a, 12b) kurzschließbar.A step-up converter, for example for use in a solar inverter circuit, has several inputs (10a, 10b) and one output (24). The output (24) is connected to each of the several inputs via a positive lead and a negative lead. At least one throttle (12a, 12b) is arranged in the positive feed line and / or the negative feed line of each input. At least one rectifying element (16a, 16b) is arranged in the positive feed line and / or the negative feed line of each input. The inputs (10a, 10b) can be connected in series by means of at least one series switching element (14, 14a, 14b) and each can be short-circuited by means of at least one boost switching element (18a-18c) via the chokes (12a, 12b) connected to them.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochsetzsteller mit mehreren Eingängen, eine Schaltungsanordnung mit einem solchen Hochsetzsteller, eine Wechselrichterschaltung mit einem solchen Hochsetzsteller oder einer solchen Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Hochsetzstellers.The present invention relates to a boost converter with a plurality of inputs, a circuit arrangement with such a boost converter, an inverter circuit with such a boost converter or such a circuit arrangement and a method for operating such a boost converter.

Hochsetzsteller werden häufig in Stromversorgungen verschiedenster Art verwendet, um Gleichspannungen auf ein höheres Potenzial hochzusetzen, wobei das Übersetzungsverhältnis variiert werden kann.Step-up converters are often used in power supplies of various kinds to boost DC voltages to a higher potential, whereby the transmission ratio can be varied.

Solche Stromversorgungen können wenigstens einen Wechselrichter enthalten. Wechselrichter benötigen für einen guten Wirkungsgrad üblicherweise eine relativ konstante Zwischenkreisspannung. Zur Anpassung an stark variable Eingangsspannungen, wie sie zum Beispiel bei Solargeneratoren häufig auftreten, wird deshalb oft ein Hochsetzsteller eingesetzt.Such power supplies may include at least one inverter. Inverters usually require a relatively constant intermediate circuit voltage for good efficiency. To adapt to highly variable input voltages, as they often occur, for example, in solar generators, therefore, often a boost converter is used.

1 zeigt die Grundform eines herkömmlichen Hochsetzstellers. Er besteht aus dem Schaltelement 18 und der Freilaufdiode 16, welche in Form einer Halbbrücke parallel zum Ausgang 24 geschaltet sind, und einer Drossel 12, die mit dem Mittelpunkt der Halbbrücke 16, 18 und einem Pol des Eingangs 10 verbunden ist. Die Kapazitäten 20 und 22 parallel zu den Anschlüssen 10 und 24 dienen zur Pufferung von Rippleströmen. 1 shows the basic form of a conventional boost converter. It consists of the switching element 18 and the freewheeling diode 16 , which in the form of a half-bridge parallel to the output 24 are switched, and a throttle 12 with the center of the half bridge 16 . 18 and a pole of the entrance 10 connected is. The capacities 20 and 22 parallel to the connections 10 and 24 serve for buffering ripple currents.

Zum Hochsetzen der Gleichspannung am Eingang 10 wird das Schaltelement 18 in schneller Folge ein- und ausgeschaltet (getaktet). Bei eingeschaltetem Schaltelement 18 ist der Eingang 10 über die Drossel 12 kurzgeschlossen. Dabei fließt Energie in die Drossel 12, welche in der anschließenden Freilaufphase über die Diode 16 direkt an den Ausgang 24 abgegeben wird. Solange das Schaltelement 18 eingeschaltet ist, fließt keine Energie vom Eingang zum Ausgang. Die Betriebsweise dieses Hochsetzstellers wird nachfolgend als ”Boost-Mode” bezeichnet.To increase the DC voltage at the input 10 becomes the switching element 18 switched on and off in rapid succession (timed). When the switching element is switched on 18 is the entrance 10 over the throttle 12 shorted. Energy flows into the throttle 12 , which in the subsequent freewheeling phase via the diode 16 directly to the exit 24 is delivered. As long as the switching element 18 is switched on, no energy flows from the input to the output. The mode of operation of this boost converter is referred to below as "boost mode".

Der herkömmliche Hochsetzsteller nach 1 kann auch in komplementärer Weise aufgebaut werden. In diesem Fall sind Pluspol und Minuspol bei Eingang 10 und Ausgang 24 vertauscht und die Freilaufdiode 16 ist invertiert angeschlossen.The conventional boost converter after 1 can also be built in a complementary manner. In this case, positive pole and negative pole are at input 10 and exit 24 reversed and the freewheeling diode 16 is connected inverted.

2 zeigt einen Hochsetzsteller mit dualem Eingang, wie er zum Beispiel in der DE 10 2008 050 402 A1 offenbart ist. Er verfügt über zwei Eingänge 10a, 10b und einen Ausgang 24. Beide Eingänge 10a, 10b sind jeweils über eine Drossel 12a, 12b und ein Gleichrichtelement 16a, 16b parallel mit dem Ausgang 24 verbunden. Außerdem sind beide Eingänge über die Drosseln 12a, 12b mit Hilfe eines Schaltelements (nachfolgend als Serien-Schaltelement bezeichnet) 14 in Serie schaltbar. Die Kapazitäten 20a, 20b und 22 parallel zu den Anschlüssen 10a, 10b und 24 dienen zur Pufferung von Rippleströmen. 2 shows a boost converter with dual input, as it is for example in the DE 10 2008 050 402 A1 is disclosed. He has two entrances 10a . 10b and an exit 24 , Both inputs 10a . 10b each have a throttle 12a . 12b and a rectifying element 16a . 16b parallel to the output 24 connected. In addition, both inputs are above the chokes 12a . 12b by means of a switching element (hereinafter referred to as series switching element) 14 in series switchable. The capacities 20a . 20b and 22 parallel to the connections 10a . 10b and 24 serve for buffering ripple currents.

Die Betriebsweise dieses dualen Hochsetzstellers wird nachfolgend als ”Dual-Mode” bezeichnet.The operation of this dual boost converter is hereinafter referred to as "dual-mode".

Beträgt die Spannung an den Eingängen 10a, 10b zwischen 50% und 100% der Spannung am Ausgang 24, so wird das Serien-Schaltelement 14 getaktet. Bei geschlossenem Serien-Schaltelement 14 sind die Eingänge 10a, 10b in Serie liegend mit dem Ausgang 24 verbunden, wobei Strom in die Drosseln 12a, 12b und den Ausgang 24 fließt. Bei geöffnetem Serien-Schaltelement 14 liegen die Eingänge 10a, 10b parallel, wobei die Drosseln 12a, 12b die zuvor gespeicherte Energie über die Gleichrichtelemente 16a, 16b an den Ausgang 24 abgeben. Kennzeichnend für den Dual-Mode ist die Serienschaltung von mindestens zwei Eingängen 10a, 10b, die beim obigen Boost-Mode nicht gegeben ist.Is the voltage at the inputs 10a . 10b between 50% and 100% of the voltage at the output 24 so becomes the series switching element 14 clocked. With closed series switching element 14 are the inputs 10a . 10b in series with the exit 24 connected, with electricity in the chokes 12a . 12b and the exit 24 flows. With the series switching element open 14 are the inputs 10a . 10b parallel, with the throttles 12a . 12b the previously stored energy via the rectification elements 16a . 16b to the exit 24 submit. Characteristic of the dual mode is the series connection of at least two inputs 10a . 10b which is not given in the above boost mode.

Wenn die Eingangsspannung 100% der Ausgangsspannung beträgt, so ist das Serien-Schaltelement 14 offen, sodass die beiden Eingänge 10a, 10b statisch parallel liegen. Beträgt die Eingangsspannung 50% der Ausgangsspannung, so ist das Serien-Schaltelement 14 geschlossen, die beiden Eingänge 10a, 10b liegen statisch in Serie. In beiden Fällen treten keinerlei Schaltverluste auf.If the input voltage is 100% of the output voltage, then the series switching element 14 open so the two entrances 10a . 10b static parallel. If the input voltage is 50% of the output voltage, then the series switching element 14 closed, the two entrances 10a . 10b are static in series. In both cases, no switching losses occur.

Im Gegensatz zum Hochsetzsteller nach 1 fließt zu jedem Zeitpunkt Energie von der Eingangsseite 10a, 10b zum Ausgang 24. Die in den Drosseln 12a, 12b zu speichernde Energie und die Rippleströme im Kondensator 22 sind daher wesentlich verringert. Außerdem sind die Spannungshübe an den Drosseln 12a, 12b halbiert, wodurch die Schaltverluste pro übersetzter Leistung im Schaltelement 14 reduziert werden. Dadurch steigt der Wirkungsgrad stark an. Zudem sind Bauvolumen, Gewicht und Kosten für Bauteile und Kühlung erheblich reduziert.In contrast to the boost converter after 1 Energy flows from the input side at all times 10a . 10b to the exit 24 , The in the chokes 12a . 12b energy to be stored and the ripple currents in the capacitor 22 are therefore significantly reduced. In addition, the voltage swings on the throttles 12a . 12b halved, reducing the switching losses per translated power in the switching element 14 be reduced. As a result, the efficiency increases sharply. In addition, the construction volume, weight and costs for components and cooling are significantly reduced.

3 zeigt einen weiteren herkömmlichen dualen Hochsetzsteller, wie er zum Beispiel in der DE 10 2010 006 124 A1 offenbart ist. Aufbau und Funktionsweise sind ähnlich wie beim Hochsetzsteller nach 2. Allerdings ist das Serien-Schaltelement 14 durch zwei in Reihe liegende Serien-Schaltelemente 14a, 14b ersetzt, welche an ihrem gemeinsamen Verbindungspunkt mit einem Mittelpunkt MP eines geteilten Ausgangskondensators 22a, 22b verbunden sind. Da der geteilte Ausgangskondensator eine Entkopplung bewirkt, lassen sich beide Schaltelemente 14a, 14b bei Bedarf asynchron takten, wodurch sich ein zusätzlicher Freiheitsgrad in der Regelung ergeben kann. 3 shows another conventional dual boost converter, such as in the DE 10 2010 006 124 A1 is disclosed. Construction and operation are similar to the boost converter 2 , However, the series switching element is 14 by two series switching elements in series 14a . 14b replaced, which at their common connection point with a center MP of a divided output capacitor 22a . 22b are connected. Since the shared output capacitor causes a decoupling, both can be switching elements 14a . 14b if necessary, clock asynchronously, which may result in an additional degree of freedom in the scheme.

4 zeigt einen noch weiteren herkömmlichen dualen Hochsetzsteller, wie er zum Beispiel in der DE 10 2011 011 329 A1 offenbart ist. Aufbau und Funktionsweise sind ähnlich wie beim Hochsetzsteller nach 3. Allerdings sind hier die Serien-Schaltelemente 14a bzw. 14b jeweils mit einem Pol eines Eingangs 10b bzw. 10a statt mit einem Mittelpunkt MP eines geteilten Ausgangskondensators verbunden. Die Serienschaltung der Eingänge 10a, 10b kann daher über beide Drosseln 12a, 12b parallel erfolgen, wodurch der Strom pro Drossel halbiert ist, sodass die Verluste verringert werden können. 4 shows a still further conventional dual boost converter, as for example in the DE 10 2011 011 329 A1 is disclosed. Construction and operation are similar to the boost converter 3 , However, here are the series switching elements 14a respectively. 14b each with a pole of an input 10b respectively. 10a instead of being connected to a midpoint MP of a divided output capacitor. The series connection of the inputs 10a . 10b can therefore have both throttles 12a . 12b be done in parallel, which halves the current per throttle, so that the losses can be reduced.

Die in 2 bis 4 dargestellten dualen Hochsetzsteller zeichnen sich gegenüber der Grundschaltung von 1 durch einen besseren Wirkungsgrad bei geringem Bauteilaufwand aus. Allerdings kann die Ausgangsspannung maximal so groß werden wie die Summe der Spannungen an den Eingängen 10a, 10b, was bei symmetrischem Betrieb einer Spannungserhöhung um den Faktor zwei entspricht. Bei Solaranlagen ist ein Eingangsspannungs-Bereich von 1:2 bei voller Last normalerweise ausreichend. Diese Anforderung wird von den herkömmlichen dualen Hochsetzstellern nach 2 bis 4 in der Regel gut abgedeckt. In einigen Fällen, zum Beispiel bei einer Teilverschattung von Solargeneratoren, kann jedoch eine Hochsetzung um mehr als den Faktor zwei gewünscht sein.In the 2 to 4 shown dual boost converter are distinguished from the basic circuit of 1 by a better efficiency with low component costs. However, the maximum output voltage can be as high as the sum of the voltages at the inputs 10a . 10b , which corresponds to a voltage increase by a factor of two for symmetrical operation. For solar panels, an input voltage range of 1: 2 at full load is usually sufficient. This requirement is offset by the conventional dual boost converters 2 to 4 usually well covered. In some cases, for example partial shading of solar generators, however, boosting by more than a factor of two may be desired.

Außerdem sind Strom- und/oder Spannungs-Unsymmetrien der speisenden Quellen bei diesen herkömmlichen Hochsetzstellern nur begrenzt ausgleichbar. Bei Solaranlagen besteht daher insbesondere bei ungünstiger Auslegung der Solargeneratoren die Gefahr, dass es ab einem bestimmten Grad von Unsymmetrie nicht mehr möglich ist, die an den Eingängen 10a, 10b angeschlossenen Generatoren in ihrem jeweiligen Punkt maximaler Leistung (Maximum Power Point, MPP) zu betreiben.In addition, current and / or voltage imbalances of the feeding sources in these conventional boost converter limited compensation. In the case of solar systems, there is the danger, in particular in the case of an unfavorable design of the solar generators, that it is no longer possible, starting from a certain degree of asymmetry, at the inputs 10a . 10b connected generators in their respective point maximum power point (MPP) to operate.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Hochsetzsteller zu schaffen, welcher eine Spannungshochsetzung um mehr als den Faktor zwei ermöglicht und/oder auch bei Unsymmetrie der Solargeneratoren mit gutem Wirkungsgrad betrieben werden kann.It is the object of the invention to provide an improved boost converter, which allows a voltage boosting by more than a factor of two and / or can be operated with asymmetry of the solar generators with good efficiency.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by the teaching of the independent claims. Particularly preferred embodiments and further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Hochsetzsteller weist mehrere Eingänge, an welchen jeweils wenigstens eine Gleichspannungsquelle anschließbar ist, und einen gemeinsamen Ausgang zum Bereitstellen einer Gleichspannung auf. Der gemeinsame Ausgang ist mit jedem der mehreren Eingänge jeweils über eine positive Zuleitung und eine negative Zuleitung verbunden, wobei in der positiven Zuleitung und/oder der negativen Zuleitung von jedem Eingang wenigstens eine Drossel angeordnet ist und in der positiven Zuleitung und/oder der negativen Zuleitung von jedem Eingang wenigstens ein Gleichrichtelement angeordnet ist. Die mehreren Eingänge sind somit bezüglich des gemeinsamen Ausgangs parallel betreibbar. Zudem sind wenigstens zwei der mehreren Eingänge mittels wenigstens eines Serien-Schaltelements in Serie schaltbar. Vorzugsweise sind alle Eingänge mittels jeweils wenigstens eines Serien-Schaltelements in Serie schaltbar.The boost converter according to the invention has a plurality of inputs, to each of which at least one DC voltage source can be connected, and a common output for providing a DC voltage. The common output is connected to each of the plurality of inputs via a positive lead and a negative lead, wherein in the positive lead and / or the negative lead from each input at least one throttle is arranged and in the positive lead and / or the negative lead at least one rectifying element is arranged from each input. The multiple inputs are thus operable in parallel with respect to the common output. In addition, at least two of the plurality of inputs can be connected in series by means of at least one series switching element. Preferably, all inputs by means of at least one series switching element in series can be switched.

Gemäß der Erfindung ist parallel zu wenigstens einem der mehreren Eingänge wenigstens ein Boost-Schaltelement zum Kurzschließen dieses Eingangs über die mit ihm verbundene Drossel geschaltet. Vorzugsweise ist parallel zu allen Eingänge jeweils wenigstens ein Boost-Schaltelement zum Kurzschließen des jeweiligen Eingangs über die mit ihm verbundene Drossel geschaltet.According to the invention, at least one boost switching element is connected in parallel with at least one of the plurality of inputs for short-circuiting this input via the throttle connected to it. Preferably, at least one boost switching element is connected in parallel to all inputs for short-circuiting the respective input via the throttle connected to it.

Durch die zusätzlich geschaffene Möglichkeit, einen oder mehrere Eingänge mittels Boost-Schaltelementen über die mit dem jeweiligen Eingang verbundene Drossel kurzzuschließen, kann der Hochsetzsteller wahlweise – je nach den aktuellen Betriebsbedingungen – in einem von mehreren Betriebsmodi betrieben werden. Der erfindungsgemäße Hochsetzsteller kann deshalb auch als Hybrid-Hochsetzsteller bezeichnet werden.The additionally created possibility of short-circuiting one or more inputs by means of boost switching elements via the throttle connected to the respective input, the boost converter can optionally - depending on the current operating conditions - be operated in one of several operating modes. The boost converter according to the invention can therefore also be referred to as a hybrid boost converter.

Diese mehreren Betriebsmodi, d. h. vorzugsweise ein Boost-Mode, ein Dual-Mode und ein kombinierter Boost-Dual-Mode, werden weiter unten näher erläutert. Auf diese Weise ist es je nach Bedarf möglich, eine Spannungshochsetzung um mehr als den Faktor zwei zu erzielen und/oder den Hochsetzsteller auch noch bei nennenswerten Unsymmetrien der an den Eingängen bereitgestellten Gleichspannungen mit gutem Wirkungsgrad zu betreiben.These multiple operating modes, i. H. preferably a boost mode, a dual mode and a combined boost dual mode, are explained in more detail below. In this way it is possible, as needed, to achieve a voltage boost by more than a factor of two and / or to operate the boost converter even with significant asymmetries of the DC voltages provided at the inputs with good efficiency.

Der Hochsetzsteller weist mehrere, d. h. zwei, drei, vier oder mehr Eingänge auf. An jeden dieser Eingänge kann wenigstens eine, d. h. ein, zwei, drei oder mehr, in Reihe oder parallel geschaltete Gleichspannungsquellen angeschlossen werden. Unter einer „Gleichspannungsquelle” soll in diesem Zusammenhang jede Art von Vorrichtung oder Schaltung verstanden werden, welche eine Gleichspannung bereitstellt. Zu den Gleichspannungsquellen in diesem Sinne zählen insbesondere, aber nicht ausschließlich, Solargeneratoren, Brennstoffzellen, thermoelektrische Generatoren, Akkus, Batterien, Superkondensatoren, elektromagnetische Generatoren, AC/DC-Wandler, DC/DC-Wandler und dergleichen.The boost converter has several, d. H. two, three, four or more inputs. At each of these inputs, at least one, i. H. one, two, three or more, connected in series or parallel DC voltage sources. In this context, a "DC voltage source" is to be understood as any type of device or circuit which provides a DC voltage. DC sources in this sense include, but are not limited to, solar generators, fuel cells, thermoelectric generators, batteries, supercapacitors, electromagnetic generators, AC / DC converters, DC / DC converters, and the like.

Unter einem Schaltelement soll in diesem Zusammenhang jede Art einer Vorrichtung bzw. eines elektronischen Bauteils verstanden werden, welche geeignet ist, eine elektrische Verbindung wahlweise zu schließen oder zu trennen. Die Schaltelemente sind vorzugsweise Halbleiterschaltelemente oder Leistungshalbleiterschalter, bevorzugt MOSFETs, IGBTs, JFETs, Kaskodeschaltungen und dergleichen. Die Bezeichnungen „Serien-Schaltelement” und „Boost-Schaltelement” dienen lediglich der Unterscheidung der Schaltelemente nach ihrer Positionierung und Aufgabenstellung in der Schaltungsanordnung, nicht aber notwendigerweise auch einer Unterscheidung hinsichtlich ihrer Art, ihres Aufbaus, etc. Die Serien-Schaltelemente und die Boost-Schaltelemente sind vorzugsweise Leistungsschalter, die mit fester oder variabler Frequenz getaktet werden können. In this context, a switching element is to be understood as any type of device or electronic component which is suitable for optionally closing or disconnecting an electrical connection. The switching elements are preferably semiconductor switching elements or power semiconductor switches, preferably MOSFETs, IGBTs, JFETs, cascode circuits and the like. The terms "series switching element" and "boost switching element" are used only to distinguish the switching elements according to their positioning and task in the circuit arrangement, but not necessarily a distinction in terms of their nature, their structure, etc. The series switching elements and the boost Switching elements are preferably circuit breakers that can be clocked at fixed or variable frequency.

Die Schaltelemente werden vorzugsweise von einer Steuerelektronik angesteuert. Die Steuerelektronik ist vorzugsweise analog, digital oder als gemischt digital-analoger Regler aufgebaut. Die Schaltelemente werden vorzugsweise periodisch angesteuert, wobei die Taktfrequenzen so gewählt werden, dass sich am Ausgang des Gleichspannungswandlers ein(e) gewünschte(r) Strom bzw. Spannung einstellt. Die Taktung der Schaltelemente erfolgt vorzugsweise mittels Pulsweitenmodulation mit fester oder variabler Frequenz. Der Strom in den Drosseln kann auf einen kontinuierlichen oder einen lückenden Verlauf geregelt werden.The switching elements are preferably controlled by control electronics. The control electronics are preferably constructed analog, digital or as a mixed digital-analog controller. The switching elements are preferably driven periodically, wherein the clock frequencies are selected so that adjusts a (e) desired (r) current or voltage at the output of the DC-DC converter. The timing of the switching elements is preferably carried out by means of pulse width modulation with a fixed or variable frequency. The current in the chokes can be regulated to a continuous or a lopsided course.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die mehreren Eingänge jeweils über ein einzelnes Serien-Schaltelement in Reihe schaltbar.In a preferred embodiment of the invention, the plurality of inputs are each switchable via a single series switching element in series.

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verfügt der Hochsetzsteller über wenigstens ein Hilfspotenzial. Außerdem sind wenigstens zwei in Reihe liegende Serien-Schaltelemente zur Serienschaltung von zwei Eingängen vorhanden, wobei deren gemeinsamer Verbindungspunkt jeweils mit dem Hilfspotenzial verbunden ist.In another preferred embodiment of the invention, the boost converter has at least one auxiliary potential. In addition, at least two series-connected switching elements are provided for series connection of two inputs, wherein their common connection point is connected to the auxiliary potential.

Das Hilfspotenzial erlaubt einen asynchronen Betrieb zweier miteinander verbundener Serien-Schaltelemente. Dadurch ergibt sich ein zusätzlicher Freiheitsgrad in der Regelung, was bei unsymmetrischer Speisung der Eingänge genutzt werden kann. Wenn ein Hilfspotenzial mit einer nachfolgenden Baugruppe, z. B. einem Wechselrichter verbunden wird, können Unsymmetrien, die im Wechselrichter oder im Hochsetzsteller auftreten, durch die jeweils andere Baugruppe kompensiert werden.The auxiliary potential allows an asynchronous operation of two interconnected series switching elements. This results in an additional degree of freedom in the control, which can be used with asymmetrical supply of the inputs. If an auxiliary potential with a subsequent module, for. B. an inverter is connected, asymmetries that occur in the inverter or in the boost converter, can be compensated by the other module.

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können bei Serienschaltung der Eingänge jeweils wenigstens zwei der mit den jeweiligen Eingängen verbundenen Drosseln parallel geschaltet werden.In another preferred embodiment of the invention, when the inputs are connected in series, at least two of the chokes connected to the respective inputs can be connected in parallel.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in Serie zu einem Serien-Schaltelement ein weiteres Gleichrichtelement zur Entkopplung geschaltet (nachfolgend auch als Entkopplungselement bezeichnet), um das Serien-Schaltelement vor negativen Spannungen zu schützen. Alternativ können rückwärts sperrende Schaltelemente verwendet werden, in welchem Fall die Entkopplungselemente dann entfallen können.In a preferred embodiment of the invention, a further rectifying element for decoupling is connected in series with a series switching element (hereinafter also referred to as decoupling element) in order to protect the series switching element from negative voltages. Alternatively, reverse blocking switching elements can be used, in which case the decoupling elements can then be omitted.

Für die Gleichrichtelemente und/oder die Entkopplungselemente werden vorzugsweise Halbleiterdioden verwendet. Es können aber auch aktive Gleichrichtelemente verwendet werden, um geringere Flussverluste zu erzielen. Mit aktiven Gleichrichtelementen ist es außerdem möglich, den Energiefluss umzukehren, d. h. es ist ein bidirektionaler Betrieb möglich.Semiconductor diodes are preferably used for the rectifying elements and / or the decoupling elements. However, active rectification elements can also be used to achieve lower flux losses. With active rectification elements it is also possible to reverse the flow of energy, i. H. a bidirectional operation is possible.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Minuspol eines Eingangs mit dem Minuspol des Ausgangs verbunden und ist der Pluspol eines anderen Eingangs mit dem Pluspol des Ausgangs verbunden. Mit dieser Konfiguration können Funkstörungen reduziert werden, da die Eingänge bezüglich des Ausgangs keine Potenzialsprünge aufweisen. Es sind aber auch andere Schaltungsanordnungen denkbar.In a preferred embodiment of the invention, the negative pole of an input is connected to the negative pole of the output and the positive pole of another input is connected to the positive pole of the output. With this configuration, radio interference can be reduced because the inputs have no potential jumps with respect to the output. But there are also other circuit arrangements conceivable.

Die Drosseln des Hochsetzstellers sind vorzugsweise als separate Drosseln ausgeführt, sodass ein asynchroner Betrieb der Serien-Schaltelemente und der Boost-Schaltelemente und somit ein Betrieb mit unsymmetrischer Speisung uneingeschränkt möglich ist. Wenn nur geringe Unsymmetrien erwartet werden, können die Drosseln auch gekoppelt sein. Die Serien-Schaltelemente werden dann vorzugsweise synchron getaktet. Das gilt auch für die Boost-Schaltelemente. Es ist auch denkbar, Drosseln mit Anzapfungen zu verwenden.The chokes of the boost converter are preferably designed as separate reactors, so that an asynchronous operation of the series switching elements and the boost switching elements and thus an operation with unbalanced supply is fully possible. If only small asymmetries are expected, the chokes can also be coupled. The series switching elements are then preferably clocked synchronously. This also applies to the boost switching elements. It is also conceivable to use throttles with taps.

Parallel zu den Eingängen und/oder dem gemeinsamen Ausgang ist vorzugsweise jeweils wenigstens ein Pufferkondensator geschaltet, um die Rippleströme zu Puffern.Parallel to the inputs and / or the common output, at least one buffer capacitor is preferably connected in each case in order to buffer the ripple currents.

Zudem sind vorzugsweise Maßnahmen bzw. Mittel zum stromlosen und/oder spannungslosen Schalten der Serien-Schaltelemente und/oder der Boost-Schaltelemente des Hochsetzstellers vorgesehen.In addition, measures or means for the currentless and / or de-energized switching of the series switching elements and / or the boost switching elements of the boost converter are preferably provided.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zudem eine Einrichtung zum Durchführen eines Maximum-Power-Point(MPP)-Trackings der an den Eingängen des Hochsetzstellers angeschlossenen Gleichspannungsquellen vorgesehen. Die Steuerelektronik zum Ansteuern der Schaltelemente ist vorzugsweise Bestandteil dieser Einrichtung.In a preferred embodiment of the invention, a device for carrying out a maximum power point (MPP) tracking of the DC voltage sources connected to the inputs of the boost converter is additionally provided. The Control electronics for driving the switching elements is preferably part of this device.

Der Hybrid-Hochsetzsteller der vorliegenden Erfindung kann als eine Kombination aus wenigstens einem herkömmlichen Hochsetzsteller nach 1, wobei dieser auch in abgewandelter, z. B. in komplementärer oder symmetrischer Form, vorliegen kann, und wenigstens einem dualen Hochsetzsteller angesehen werden, wobei Drosseln und Gleichrichtelemente von den Teil-Hochsetzstellern teilweise gemeinsam genutzt werden und zusätzlich vorzugsweise wenigstens ein Entkopplungselement vorgesehen ist.The hybrid boost converter of the present invention may be used as a combination of at least one conventional boost converter 1 , this also in modified, z. B. in complementary or symmetrical form, and at least one dual boost converter are considered, with throttles and rectifying elements are partially shared by the Teil-Hochsetzstellern and additionally preferably at least one decoupling element is provided.

Die erfindungsgemäße Kombination der verschiedenen Teil-Hochsetzsteller in einem einzigen Hybrid-Hochsetzsteller ermöglicht es zunächst, jede der für den betreffenden Teil-Hochsetzsteller typischen Betriebsarten auszuführen.The combination according to the invention of the various partial boost converters in a single hybrid boost converter first makes it possible to carry out each of the typical operating modes for the relevant sub boost converter.

In einer ersten Betriebsart sind die Serien-Schaltelemente dauerhaft ausgeschaltet, während wenigstens eines der Boost-Schaltelemente getaktet wird. Der zum betreffenden Boost-Schaltelement gehörige Teil-Hochsetzsteller arbeitet dann im bekannten Boost-Mode. Der Wirkungsgrad ist im Boost-Mode jedoch relativ schlecht. Diese Betriebsweise kann aber bei extrem unsymmetrischer Speisung der Eingänge nötig bzw. von Vorteil sein, z. B. wenn nur ein Eingang versorgt wird.In a first mode, the series switching elements are permanently switched off while at least one of the boost switching elements is clocked. The relevant boost switching element part boost converter then works in the known boost mode. However, the efficiency is relatively poor in boost mode. This mode of operation may, however, be necessary or advantageous in the case of extremely asymmetrical feeding of the inputs, eg. B. if only one input is supplied.

In einer zweiten Betriebsart sind die Boost-Schaltelemente dauerhaft ausgeschaltet. Der Hybrid-Hochsetzsteller arbeitet dann im Dual-Mode. Dieser zeichnet sich durch einen sehr hohen Wirkungsgrad aus und ist daher grundsätzlich zu bevorzugen.In a second operating mode, the boost switching elements are permanently switched off. The hybrid boost converter then works in dual mode. This is characterized by a very high efficiency and is therefore to be preferred in principle.

Der Dual-Mode kann insbesondere angewendet werden bei Speisung aus überwiegend symmetrischen Quellen mit Spannungen im Bereich zwischen 50% und 100% der Ausgangsspannung. Er ist aber auch bei unsymmetrischem Betrieb möglich. So können zum Beispiel Quellen mit gleichem Strom und verschiedenen Eingangsspannungen in Serie geschaltet werden oder Quellen mit unterschiedlichen Spannungen unterhalb der Ausgangsspannung und/oder unterschiedlichen Strömen auf die Ausgangsspannung hochgesetzt werden.The dual-mode can be used in particular when supplied from predominantly symmetrical sources with voltages in the range between 50% and 100% of the output voltage. But it is also possible in asymmetrical operation. For example, sources with the same current and different input voltages can be connected in series or sources with different voltages below the output voltage and / or different currents can be boosted to the output voltage.

Im Dual-Mode kann die Ausgangsspannung jedoch nicht über die Summe der Eingangsspannungen hochgesetzt werden. Zudem können Unsymmetrien der die Eingänge speisenden Quellen nur begrenzt ausgeglichen werden.In dual mode, however, the output voltage can not be boosted by the sum of the input voltages. In addition, asymmetries in the sources supplying the inputs can only be compensated to a limited extent.

Bei dem erfindungsgemäßen Hochsetzsteller sind die Serien-Schaltelemente und die Boost-Schaltelemente aber auch in Kombination miteinander betreibbar, wodurch die für herkömmliche und duale Hochsetzsteller geltenden Einschränkungen überwunden werden können.In the boost converter according to the invention, however, the series switching elements and the boost switching elements can also be operated in combination with one another, whereby the restrictions applicable to conventional and dual boost converters can be overcome.

Eine bevorzugte Taktungsart wird zunächst für den Betrieb mit symmetrischer Speisung und für einen Hybrid-Hochsetzsteller mit zwei Eingängen beschrieben.A preferred type of clocking will first be described for symmetrical feed operation and for a two input hybrid pull-up converter.

Beträgt die Eingangsspannung zwischen 50% und 100% der Ausgangsspannung, so arbeitet der Hybrid-Hochsetzsteller im bekannten Dual-Mode. Das Tastverhältnis der Serien-Schaltelemente steigt dabei von 0% bei statischer Parallelschaltung der Eingänge auf bis zu 100% bei statischer Serienschaltung der Eingänge.If the input voltage is between 50% and 100% of the output voltage, the hybrid boost converter operates in the well-known dual mode. The duty cycle of the series switching elements increases from 0% with static parallel connection of the inputs to up to 100% with static series connection of the inputs.

Liegt die Eingangsspannung unterhalb 50% der Ausgangsspannung, so können erfindungsgemäß die Serien-Schaltelemente dauerhaft geschlossen bleiben, während zusätzlich die Boost-Schaltelemente getaktet werden. Das Tastverhältnis der Boost-Schaltelemente ist dabei umso höher, je niedriger die Eingangsspannung ist.If the input voltage is below 50% of the output voltage, according to the invention the series switching elements can remain permanently closed, while additionally the boost switching elements are clocked. The duty cycle of the boost switching elements is higher, the lower the input voltage.

Theoretisch ist eine beliebig starke Hochsetzung der Eingangsspannungen möglich. Im Gegensatz zum Boost-Mode eines herkömmlichen Hochsetzstellers nach 1 ist der Spannungshub an den Drosseln viel kleiner, da der Freilauf nicht mehr gegen das hohe Potenzial des Ausgangs erfolgt. Dadurch sind die Schaltverluste stark verringert, der Wirkungsgrad ist erhöht. Der Dual-Mode kann somit ausgedehnt werden auf den Bereich von Eingangsspannungen unter 50% der Ausgangsspannung.Theoretically, an arbitrarily high boost of the input voltages is possible. In contrast to the boost mode of a conventional boost converter after 1 the voltage swing at the chokes is much smaller, because the freewheel is no longer against the high potential of the output. As a result, the switching losses are greatly reduced, the efficiency is increased. The dual mode can thus be extended to the range of input voltages below 50% of the output voltage.

Ist die Unsymmetrie der speisenden Quellen zu groß, so kann an einem der Eingänge ein Leistungsüberschuss übrigbleiben.If the unbalance of the supplying sources is too large, a power surplus may remain at one of the inputs.

In diesem Fall können beide Betriebsarten, Boost-Mode und Dual-Mode, kombiniert ausgeführt werden. Dies kann innerhalb derselben Taktzyklen oder in schneller Folge abwechselnd in separaten Taktzyklen geschehen.In this case, both operating modes, boost mode and dual mode, can be combined. This can be done alternately in separate clock cycles within the same clock cycles or in rapid succession.

Wegen des besseren Wirkungsgrades wird vorzugsweise ein möglichst hoher Anteil der Leistung im Dual-Mode übersetzt. Dazu werden die Serien-Schaltelemente möglichst häufig und/oder möglichst lange eingeschaltet.Because of the better efficiency preferably the highest possible proportion of the power is translated in dual mode. For this purpose, the series switching elements are turned on as often and / or as long as possible.

Der verbleibende Leistungsüberschuss kann dann im Boost-Mode übersetzt werden.The remaining power surplus can then be translated in boost mode.

Das Boost-Schaltelement, das mit demjenigen Eingang verbunden ist, an dem ein Leistungsüberschuss besteht, wird nur so oft bzw. so lange eingeschaltet, wie es nötig ist, um den Leistungsüberschuss abzubauen bzw. um die an diesem Eingang angeschlossene Quelle in den MPP zu bringen. Das mit diesem Boost-Schaltelement verbundene Serien-Schaltelement wird nur so oft bzw. so lange geöffnet, wie es nötig ist, um den Leistungsüberschuss direkt in den Ausgang zu übertragen.The boost switching element, which is connected to the input at which there is a power surplus, is turned on only as often as necessary to reduce the power surplus, respectively, to the source connected to that input in the MPP bring. The The series switching element connected to this boost switching element is only opened as often or as long as necessary to transfer the power surplus directly to the output.

Das Boost-Schaltelement, das mit demjenigen Eingang verbunden ist, an dem kein Leistungsüberschuss besteht, wird möglichst selten und/oder kurz eingeschaltet. Ist die Eingangsspannung hoch genug, so kann es ganz ausgeschaltet bleiben.The boost switching element, which is connected to the input at which there is no power surplus, is turned on as rarely and / or briefly. If the input voltage is high enough, it can be left completely off.

Bei dieser kombinierten Betriebsweise wird nur der infolge einer Unsymmetrie entstehende überschüssige Leistungsanteil im Boost-Mode, also mit schlechtem Wirkungsgrad übertragen. Da zwischen den Generatoren einer Solaranlage häufig eine relativ hohe Symmetrie vorliegt, ist der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Hybrid-Hochsetzstellers in den meisten Fällen höher als wenn ausschließlich ein oder mehrere herkömmliche Hochsetzsteller nach 1 eingesetzt werden.In this combined mode of operation, only the excess power component resulting from an imbalance is transmitted in boost mode, ie with poor efficiency. Since there is often a relatively high symmetry between the generators of a solar system, the efficiency of the hybrid boost converter according to the invention in most cases is higher than if only one or more conventional boost converter after 1 be used.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Schaltungsanordnung, die einen oben beschriebenen Hochsetzsteller der Erfindung in Kombination mit einem dualen Hoch-Tiefsetzsteller enthält.The invention also relates to a circuit arrangement which includes a boost converter of the invention described above in combination with a dual up-down converter.

Diese Kombination ergibt einen Hybrid-Hoch-Tiefsetzsteller mit extrem weitem Eingangsspannungsbereich. Als duale Hoch-Tiefsetzsteller eignen sich zum Beispiel die Schaltungstopologien, welche in der DE 10 2011 018 357 A1 beschrieben sind, ohne dass die vorliegende Erfindung auf diese Kombinationen beschränkt sein soll.This combination results in a hybrid up-down converter with an extremely wide input voltage range. For example, the circuit topologies suitable in the DE 10 2011 018 357 A1 are described, without the present invention being limited to these combinations.

Der Hybrid-Hochsetzsteller der Erfindung bzw. die beschriebenen Schaltungsanordnungen mit einem solchen Hybrid-Hochsetzsteller eignen sich in vorteilhafter Weise zur Speisung von Gleichstromverbrauchern oder Gleichstromnetzen sowie zum Einsatz in Wechselrichterschaltungen, insbesondere in Solarwechselrichterschaltungen.The hybrid boost converter of the invention or the described circuit arrangements with such a hybrid boost converter are advantageously suitable for feeding DC consumers or DC networks and for use in inverter circuits, in particular in solar inverter circuits.

Gegenstand der Erfindung ist mithin auch eine Wechselrichterschaltung mit wenigstens einem Hochsetzsteller der Erfindung und/oder wenigstens einer Schaltungsanordnung der Erfindung, sowie wenigstens einem Wechselrichter zum Umsetzen der am Ausgang des Hochsetzstellers bzw. der Schaltungsanordnung bereitgestellten Gleichspannung in eine Wechselspannung.The invention therefore also relates to an inverter circuit having at least one step-up converter of the invention and / or at least one circuit arrangement of the invention, and at least one inverter for converting the DC voltage provided at the output of the step-up converter or the circuit arrangement into an AC voltage.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Zwischenkreis des Wechselrichters mit wenigstens einem Hilfspotenzial des Hochsetzstellers verbunden, sodass ein Ausgleich von Unsymmetrien durch den Hochsetzsteller und/oder den Wechselrichter möglich ist.In a preferred embodiment of the invention, a DC link of the inverter is connected to at least one auxiliary potential of the boost converter, so that a balance of imbalances by the boost converter and / or the inverter is possible.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können auch zwei oder mehrere erfindungsgemäße Hybrid-Hochsetzsteller bzw. Schaltungsanordnungen parallel, in Serie oder kaskadiert geschaltet werden.In a preferred embodiment of the invention, two or more hybrid boost converter or circuit arrangements according to the invention can also be connected in parallel, in series or in cascade.

Gegenstand der Erfindung ist schließlich auch ein Verfahren zum Betreiben eines Hochsetzstellers mit wenigstens zwei Eingängen, an welchen jeweils wenigstens eine Gleichspannungsquelle anschließbar ist, und einem gemeinsamen Ausgang zum Bereitstellen einer Gleichspannung, insbesondere eines oben beschriebenen Hochsetzstellers der Erfindung, wobei der gemeinsame Ausgang mit jedem der mehreren Eingänge jeweils über eine positive Zuleitung und eine negative Zuleitung verbunden ist, wobei in der positiven Zuleitung und/oder der negativen Zuleitung von jedem Eingang wenigstens eine Drossel angeordnet ist, wobei in der positiven Zuleitung und/oder der negativen Zuleitung von jedem Eingang wenigstens ein Gleichrichtelement angeordnet ist, und wobei die wenigstens zwei Eingänge mittels wenigstens eines Serien-Schaltelements in Serie schaltbar sind. Erfindungsgemäß wird wenigstens ein Eingang mit Hilfe wenigstens eines Boost-Schaltelements über die mit diesem Eingang verbundene Drossel getaktet kurzgeschlossen.Finally, the invention also relates to a method for operating a boost converter having at least two inputs, to each of which at least one DC voltage source can be connected, and a common output for providing a DC voltage, in particular a boost converter of the invention described above, wherein the common output with each of a plurality of inputs in each case via a positive supply line and a negative supply line is connected, wherein in the positive supply line and / or the negative supply line of each input at least one throttle is arranged, wherein in the positive supply line and / or the negative supply line of each input at least one Rectifying element is arranged, and wherein the at least two inputs are switchable by means of at least one series switching element in series. According to the invention, at least one input is short-circuited via the throttle connected to this input by means of at least one boost switching element.

Bezüglich der besonderen Merkmale, Vorteile, Begriffsdefinitionen und bevorzugten Ausgestaltungen dieses Verfahrens wird der Einfachheit halber auf die obigen Ausführungen in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Hochsetzsteller verwiesen.With regard to the special features, advantages, definitions of terms and preferred embodiments of this method, reference is made to the above statements in connection with the boost converter according to the invention for the sake of simplicity.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Serien-Schaltelemente dauerhaft geschlossen und die Boost-Schaltelemente synchron oder asynchron getaktet, falls die Eingangsspannungen an den Eingängen einen bestimmten Wert unterschreiten.In a preferred embodiment of the invention, the series switching elements are permanently closed and the boost switching elements clocked synchronously or asynchronously, if the input voltages at the inputs fall below a certain value.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Serien-Schaltelemente möglichst häufig und/oder möglichst lange eingeschaltet, um einen möglichst hohen Leistungsanteil mit hohem Wirkungsgrad zu übertragen.In a preferred embodiment of the invention, the series switching elements are turned on as often and / or as long as possible in order to transmit the highest possible power component with high efficiency.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das wenigstens eine Boost-Schaltelement, das mit einem Eingang verbunden ist, an dem ein Leistungsüberschuss besteht, nur so oft bzw. so lange eingeschaltet wird, wie es nötig ist, um den Leistungsüberschuss abzubauen, und wird das mit diesem Boost-Schaltelement verbundene wenigstens eine Serien-Schaltelement nur so oft bzw. so lange geöffnet, wie es nötig ist, um den Leistungsüberschuss direkt in den Ausgang zu übertragen.In a preferred embodiment of the invention, the at least one boost switching element, which is connected to an input at which there is a power surplus, is turned on only as often as necessary to reduce the power surplus, and becomes connected to this boost switching element at least one series switching element only as often or as long as it is necessary to transfer the power surplus directly into the output.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Taktfrequenz der Serien-Schaltelemente und/oder der Boost-Schaltelemente abgesenkt, wenn die Eingangsspannungen im Bereich von etwa 50% oder von etwa 100% der Ausgangsspannung liegen.In a preferred embodiment of the invention, the clock frequency of the series Switching elements and / or the boost switching elements lowered when the input voltages are in the range of about 50% or about 100% of the output voltage.

Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:The above and other features and advantages of the invention will become more apparent from the following description of preferred, non-limiting embodiments thereof with reference to the accompanying drawings. Show:

1 ein Prinzipschaltbild eines herkömmlichen Hochsetzstellers; 1 a schematic diagram of a conventional boost converter;

2 ein Prinzipschaltbild eines ersten herkömmlichen dualen Hochsetzstellers; 2 a schematic diagram of a first conventional dual boost converter;

3 ein Prinzipschaltbild eines zweiten herkömmlichen dualen Hochsetzstellers; 3 a schematic diagram of a second conventional dual boost converter;

4 ein Prinzipschaltbild eines dritten herkömmlichen dualen Hochsetzstellers; 4 a schematic diagram of a third conventional dual boost converter;

5 ein Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem die Eingänge über ein einzelnes Serien-Schaltelement in Serie schaltbar sind; 5 a schematic diagram of a boost converter according to a first embodiment of the present invention, wherein the inputs via a single series switching element in series can be switched;

6 ein Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem ein Hilfspotenzial vorhanden ist; 6 a schematic diagram of a boost converter according to a second embodiment of the present invention, in which an auxiliary potential is present;

7 ein Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem die Eingänge über zwei parallel schaltbare Drosseln in Serie schaltbar sind; 7 a schematic diagram of a boost converter according to a third embodiment of the present invention, in which the inputs via two parallel switchable throttles are connected in series;

8 ein vereinfachtes Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit drei Eingängen; 8th a simplified schematic diagram of a boost converter according to a fourth embodiment of the present invention with three inputs;

9 ein vereinfachtes Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 9 a simplified schematic diagram of a boost converter according to a fifth embodiment of the present invention;

10 ein Prinzipschaltbild einer beispielhaften Schaltungskombination eines erfindungsgemäßen Hochsetzstellers mit einem Solarwechselrichter; 10 a schematic diagram of an exemplary circuit combination of a boost converter according to the invention with a solar inverter;

11 ein Prinzipschaltbild eines herkömmlichen dualen Hoch-Tiefsetzstellers; 11 a schematic diagram of a conventional dual up-down converter;

12 ein Prinzipschaltbild eines weiteren herkömmlichen dualen Hoch-Tiefsetzstellers; 12 a schematic diagram of another conventional dual up-down converter;

13 ein Prinzipschaltbild einer ersten Kombination eines erfindungsgemäßen Hochsetzstellers mit einem dualen Hoch-Tiefsetzsteller; und 13 a schematic diagram of a first combination of a boost converter according to the invention with a dual up-down converter; and

14 ein Prinzipschaltbild einer zweiten Kombination eines erfindungsgemäßen Hochsetzstellers mit einem dualen Hoch-Tiefsetzsteller. 14 a schematic diagram of a second combination of a boost converter according to the invention with a dual up-down converter.

Grundlegende Konfigurationen und Funktionsweisen des erfindungsgemäßen Hochsetzstellers werden nachfolgend anhand eines in 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels näher erläutert.Basic configurations and modes of operation of the boost converter according to the invention are described below with reference to a in 5 illustrated first embodiment explained.

Der Hochsetzsteller hat zwei Eingänge 10a, 10b und einen Ausgang 24, an welchen jeweils eine Gleichspannung anliegt. Der Minuspol des ersten Eingangs 10a ist direkt mit dem Minuspol des Ausgangs 24 verbunden. Der Pluspol des ersten Eingangs 10a ist über eine Drossel 12a und ein Gleichrichtelement 16a mit dem Pluspol des Ausgangs 24 verbunden. Der Pluspol des zweiten Eingangs 10b ist direkt mit dem Pluspol des Ausgangs 24 verbunden. Der Minuspol des zweiten Eingangs 10b ist über eine zweite Drossel 12b und ein zweites Gleichrichtelement 16b mit dem Minuspol des Ausgangs 24 verbunden. Beide Eingänge 10a, 10b sind somit bezüglich des Ausgangs 24 parallel betreibbar.The boost converter has two inputs 10a . 10b and an exit 24 , to each of which a DC voltage is applied. The negative pole of the first input 10a is directly to the negative pole of the output 24 connected. The positive pole of the first input 10a is over a throttle 12a and a rectifying element 16a with the positive pole of the output 24 connected. The positive pole of the second input 10b is directly with the positive pole of the output 24 connected. The negative pole of the second input 10b is over a second throttle 12b and a second rectifying element 16b with the negative pole of the output 24 connected. Both inputs 10a . 10b are thus relative to the output 24 operated in parallel.

Die Eingänge 10a, 10b sind mittels eines Serien-Schaltelements 14 in Serie schaltbar. In Serie zu diesem Serien-Schaltelement 14 ist ein Entkopplungselement 19 zum Schutz des Serien-Schaltelements 14 vor negativen Spannungen vorgesehen. Alternativ kann für das Serien-Schaltelement 14 ein rückwärtssperrendes Schaltelement verwendet werden, in welchem Fall dann auf das Entkopplungselement 19 verzichtet werden kann.The inputs 10a . 10b are by means of a series switching element 14 switchable in series. In series with this series switching element 14 is a decoupling element 19 to protect the series switching element 14 provided against negative voltages. Alternatively, for the series switching element 14 a reverse blocking switching element can be used, in which case then on the decoupling element 19 can be waived.

Sowohl die Gleichrichtelemente 16a, 16b als auch das Entkopplungselement 19 sind zum Beispiel Halbleiter-Dioden. Es können aber auch aktive Gleichrichtelemente wie beispielsweise Halbleiterschalter verwendet werden, um geringere Flussverluste zu erzielen. Mit aktiven Gleichrichtelementen ist es außerdem möglich, den Energiefluss umzukehren, d. h. einen bidirektionalen Betrieb zu ermöglichen.Both the rectification elements 16a . 16b as well as the decoupling element 19 are for example semiconductor diodes. However, active rectification elements such as semiconductor switches can be used to achieve lower flux losses. With active rectification elements, it is also possible to reverse the flow of energy, ie to allow bidirectional operation.

Parallel zu den Eingängen 10a, 10b und dem Ausgang 24 befindet sich jeweils ein Pufferkondensator 20a, 20b, 22, um die Rippleströme zu Puffern.Parallel to the entrances 10a . 10b and the exit 24 there is one buffer capacitor each 20a . 20b . 22 to buffer the ripple currents.

Weiterhin sind beide Eingänge 10a, 10b jeweils über die mit ihnen verbundenen Drosseln 12a, 12b mit Hilfe von Boost-Schaltelementen 18a, 18b kurzschließbar. Das Serien-Schaltelement 14 und die Boost-Schaltelemente 18a, 18b sind Leistungsschalter, die mit fester oder variabler Frequenz getaktet werden können, z. B. Halbleiterschalter wie IGBTs, MOSFETs, JFETs oder Halbleiterkombinationen wie Kaskodeschaltungen. Sie können über externe oder interne antiparallele Freilaufdioden verfügen.Furthermore, both inputs 10a . 10b in each case via the chokes connected to them 12a . 12b with the help of boost switching elements 18a . 18b short-circuited. The series switching element 14 and the boost switching elements 18a . 18b are circuit breakers that can be clocked at fixed or variable frequency, eg. As semiconductor switches such as IGBTs, MOSFETs, JFETs or semiconductor combinations such as Cascode circuits. They can have external or internal antiparallel freewheeling diodes.

Der Hybrid-Hochsetzsteller kann Energie von den Eingängen 10a, 10b zum Ausgang 24 übertragen. Als speisende Quellen sind verschiedenste Gleichstromquellen denkbar, wie zum Beispiel Solargeneratoren, Brennstoffzellen, thermoelektrische Generatoren, Akkus, Batterien, Superkondensatoren, elektromagnetische Generatoren, AC/DC-Wandler, DC/DC-Wandler und dergleichen.The hybrid boost converter can take energy from the inputs 10a . 10b to the exit 24 transfer. Various types of direct current sources are conceivable as feeding sources, such as solar generators, fuel cells, thermoelectric generators, batteries, batteries, supercapacitors, electromagnetic generators, AC / DC converters, DC / DC converters and the like.

Am Ausgang können Verbraucher angeschlossen werden. Als Verbraucher sind auch Baugruppen möglich, welche die Energie weiterreichen, z. B. Wechselrichter oder Batterieladegeräte.At the output consumers can be connected. As consumers and assemblies are possible, which pass the energy, z. As inverters or battery chargers.

Sind die Gleichrichtelemente 16a, 16b und das Entkopplungselement 19 als Synchron-Gleichrichtelemente ausgeführt, so ist auch ein umgekehrter Energiefluss möglich. Ein Einsatzbeispiel wäre z. B. das Laden und Entladen von Akkus.Are the rectifying elements 16a . 16b and the decoupling element 19 designed as synchronous rectifying elements, so a reverse energy flow is possible. An example would be z. B. charging and discharging of batteries.

Weiterhin ist eine Steuereinheit bzw. Steuerelektronik (nicht dargestellt) vorhanden, welche den Strom und/oder die Spannung an den Eingängen 10a, 10b und/oder am Ausgang 24 steuert oder regelt, indem sie das Serien-Schaltelement 14 und die Boost-Schaltelemente 18a, 18b, im Fall von Synchrongleichrichtern auch die Gleichrichtelemente 16a, 16b und das Entkopplungselement 19 getaktet ansteuert. Die Steuereinheit kann auch dazu eingesetzt werden, um ein MPP-Tracking der angeschlossenen Generatoren ausführen oder die Spannung an wenigstens einem Hilfspotenzial zu regeln.Furthermore, a control unit or control electronics (not shown) is present, which the current and / or the voltage at the inputs 10a . 10b and / or at the exit 24 controls or regulates by the series switching element 14 and the boost switching elements 18a . 18b , in the case of synchronous rectifiers also the rectifying elements 16a . 16b and the decoupling element 19 clocked drives. The control unit can also be used to perform an MPP tracking of the connected generators or to regulate the voltage at at least one auxiliary potential.

Steuereinheiten für getaktete Stromversorgungen können z. B. analog, digital oder als gemischt digital-analoge Hybridregler aufgebaut sein. Die Taktung der Leistungshalbleiter kann z. B. mittels Pulsweitenmodulation mit fester oder variabler Frequenz erfolgen. Der Strom in den Drosseln kann auf einen kontinuierlichen oder lückenden Verlauf geregelt werden. Derartige Steuereinheiten sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und werden deshalb nicht weiter beschrieben.Control units for switched-mode power supplies can, for. B. analog, digital or mixed digital-analog hybrid controller be constructed. The timing of the power semiconductors z. B. by means of pulse width modulation with fixed or variable frequency. The current in the chokes can be regulated to a continuous or discontinuous course. Such control units are well known to the skilled person and are therefore not described further.

Der Hybrid-Hochsetzsteller von 5 stellt eine Kombination dar aus einem herkömmlichen Hochsetzsteller nach 1, einem Komplement des herkömmlichen Hochsetzstellers nach 1 und einem herkömmlichen dualen Hochsetzsteller nach 2, wobei die Drosseln 12a, 12b und die Gleichrichtelemente 16a, 16b gemeinsam genutzt werden und zusätzlich ein Entkopplungselement 19 in Serie zum Serien-Schaltelement 14 vorhanden ist.The hybrid boost converter from 5 represents a combination of a conventional boost converter 1 , a complement of the conventional boost converter 1 and a conventional dual boost converter 2 , where the throttles 12a . 12b and the rectifying elements 16a . 16b be shared and additionally a decoupling element 19 in series with the series switching element 14 is available.

Die Kombination der drei verschiedenen Teil-Hochsetzsteller in einem einzigen Hybrid-Hochsetzsteller ermöglicht es zunächst, jede der für den betreffenden Hochsetzsteller typischen Betriebsarten auszuführen:
In einer ersten Betriebsart ist das Serien-Schaltelement 14 dauerhaft ausgeschaltet, während wenigstens eines der Boost-Schaltelemente 18a, 18b getaktet wird. Der in der Schaltung enthaltene herkömmliche Hochsetzsteller nach 1 und/oder sein Komplement können dann unabhängig voneinander im bekannten Boost-Mode arbeiten. Der Wirkungsgrad ist in diesem Boost-Mode jedoch relativ schlecht. Diese Betriebsweise kann aber bei extrem unsymmetrischer Speisung nötig sein, z. B. wenn nur einer der Eingänge 10a, 10b versorgt wird.
The combination of the three different partial boost converters in a single hybrid boost converter makes it possible to carry out each of the typical operating modes for the boost converter in question:
In a first mode, the series switching element 14 permanently off while at least one of the boost switching elements 18a . 18b is clocked. The conventional boost converter included in the circuit 1 and / or its complement can then work independently of each other in the known boost mode. However, the efficiency is relatively poor in this boost mode. This mode of operation may be necessary for extremely unbalanced power supply, z. If only one of the inputs 10a . 10b is supplied.

In einer zweiten Betriebsart sind die Boost-Schaltelemente 18a, 18b dauerhaft ausgeschaltet. Der Hybrid-Hochsetzsteller arbeitet dann wie der bekannte duale Hochsetzsteller von 2 im Dual-Mode. Dieser zeichnet sich durch einen sehr hohen Wirkungsgrad aus und ist daher grundsätzlich zu bevorzugen.In a second mode, the boost switching elements 18a . 18b permanently switched off. The hybrid boost converter then works like the well-known dual boost converter from 2 in dual mode. This is characterized by a very high efficiency and is therefore to be preferred in principle.

Der Dual-Mode kann insbesondere angewendet werden bei Speisung aus überwiegend symmetrischen Quellen mit Spannungen im Bereich zwischen 50% und 100% der Ausgangsspannung. Er ist aber auch bei unsymmetrischem Betrieb möglich.The dual-mode can be used in particular when supplied from predominantly symmetrical sources with voltages in the range between 50% and 100% of the output voltage. But it is also possible in asymmetrical operation.

Zum Beispiel können Quellen mit gleichem Strom und verschiedenen Eingangsspannungen statisch in Serie geschaltet werden. Trotz Unsymmetrie können beide Quellen in ihrem MPP betrieben werden, wenn die am Ausgang 24 anliegende Summenspannung von einer nachfolgenden Baugruppe, z. B. einem Wechselrichter, geregelt wird.For example, sources with the same current and different input voltages can be statically connected in series. Despite imbalance, both sources can be operated in their MPP, if those at the output 24 applied sum voltage from a subsequent module, for. As an inverter is regulated.

Auch kann eine Quelle mit hoher Spannung den Ausgang direkt (d. h. ohne Hochsetzung) speisen, während die niedrigere Spannung einer zweiten Quelle auf die Ausgangsspannung hochgesetzt wird. Beide Quellen können in ihrem MPP betrieben werden, wenn die am Ausgang 24 anliegende Spannung von einer nachfolgenden Baugruppe geregelt wird und die Spannung der zweiten Quelle vom dualen Hochsetzsteller geregelt wird.Also, a high voltage source may feed the output directly (ie without boosting) while the lower voltage of a second source is boosted to the output voltage. Both sources can be operated in their MPP if those at the output 24 voltage is controlled by a subsequent module and the voltage of the second source is controlled by the dual boost converter.

Ferner können Quellen mit unterschiedlichen Spannungen unterhalb der Ausgangsspannung und/oder unterschiedlichen Strömen auf die Ausgangsspannung hochgesetzt werden. Da nur ein einziges Serien-Schaltelement 14 vorhanden ist, ist es aber nicht möglich, den MPP für beide Quellen separat einzustellen. Stattdessen kann der duale Hochsetzsteller so geregelt werden, dass ein gemeinsamer MPP für die gesamte Schaltungsanordnung eingestellt wird. Durch das Einbringen mindestens eines weiteren, separat taktbaren Serien-Schaltelements, wie bei den Schaltungen von 3, 4, 6 und 7, entsteht ein zusätzlicher Freiheitsgrad für die Regelung, sodass ein separates MPP-Tracking der Quellen möglich ist.Furthermore, sources with different voltages below the output voltage and / or different currents can be boosted to the output voltage. Because only a single series switching element 14 but it is not possible to set the MPP separately for both sources. Instead, the dual boost converter can be controlled to set a common MPP for the entire circuitry. By introducing at least one further, separately clockable series switching element, as in the circuits of 3 . 4 . 6 and 7 , creates an additional degree of freedom for the Control, so that a separate MPP tracking of the sources is possible.

Die Ausgangsspannung kann in dieser Betriebsart jedoch nicht über die Summe der Eingangsspannungen hochgesetzt werden. Zudem können Unsymmetrien der die Eingänge 10a, 10b speisenden Quellen nur begrenzt ausgeglichen werden. Je niedriger die Spannungen an den Eingängen 10a, 10b sind, desto schwieriger ist es, Unsymmetrien auszugleichen. Liefert eine der Quellen 10a, 10b überhaupt keinen Strom, so kann die Spannung der anderen Quelle nicht mehr hochgesetzt werden. Dieser Extremfall tritt zum Beispiel ein, wenn von zwei angeschlossenen Solargeneratoren einer schneebedeckt ist.However, the output voltage in this mode can not be boosted by the sum of the input voltages. In addition, imbalances of the inputs 10a . 10b feeding sources are only partially compensated. The lower the voltages at the inputs 10a . 10b the more difficult it is to balance out asymmetries. Returns one of the sources 10a . 10b no electricity at all, so the voltage of the other source can not be increased. This extreme case occurs, for example, when snow is covered by two connected solar generators.

Erfindungsgemäß sind das Serien-Schaltelement 14 und die Boost-Schaltelemente 18a, 18b aber auch in Kombination miteinander betreibbar, wodurch die für herkömmliche und duale Hochsetzsteller geltenden Einschränkungen überwunden werden können.According to the invention, the series switching element 14 and the boost switching elements 18a . 18b but also operable in combination with each other, whereby the existing restrictions for conventional and dual boost converter can be overcome.

Eine bevorzugte Taktungsart wird zunächst für den Betrieb mit symmetrischer Speisung 10a, 10b beschrieben.A preferred type of timing is initially for symmetrical feed operation 10a . 10b described.

Beträgt die Eingangsspannung zwischen 50% und 100% der Ausgangsspannung, so arbeitet der Hybrid-Hochsetzsteller im bekannten Dual-Mode. Das Tastverhältnis des Serien-Schaltelements 14 steigt dabei von 0% bei statischer Parallelschaltung der Eingänge 10a, 10b auf bis zu 100% bei statischer Serienschaltung der Eingänge.If the input voltage is between 50% and 100% of the output voltage, the hybrid boost converter operates in the well-known dual mode. The duty cycle of the series switching element 14 increases from 0% with static parallel connection of the inputs 10a . 10b up to 100% with static series connection of the inputs.

Liegt die Eingangsspannung unterhalb 50% der Ausgangsspannung, so bleibt erfindungsgemäß das Serien-Schaltelement 14 dauerhaft geschlossen, während zusätzlich die Boost-Schaltelemente 18a, 18b vorzugsweise synchron getaktet werden. Das Tastverhältnis der Boost-Schaltelemente 18a, 18b ist dabei umso höher, je niedriger die Eingangsspannung ist.If the input voltage is below 50% of the output voltage, the series switching element remains according to the invention 14 permanently closed while in addition the boost switching elements 18a . 18b preferably be clocked synchronously. The duty cycle of the boost switching elements 18a . 18b is higher, the lower the input voltage.

Theoretisch ist eine beliebig starke Hochsetzung der Eingangsspannungen möglich. Im Gegensatz zum Boost-Mode eines herkömmlichen Hochsetzstellers nach 1 ist der Spannungshub an den Drosseln 12a, 12b halbiert, da der Freilauf nicht mehr gegen das hohe Potenzial des Ausgangs 24 erfolgt. Dadurch sind die Schaltverluste stark verringert, was den Wirkungsgrad erhöht. Der Dual-Mode wird somit ausgedehnt auf den Bereich von Eingangsspannungen unter 50% der Ausgangsspannung.Theoretically, an arbitrarily high boost of the input voltages is possible. In contrast to the boost mode of a conventional boost converter after 1 is the voltage swing at the chokes 12a . 12b halved, since the freewheel is no longer against the high potential of the output 24 he follows. As a result, the switching losses are greatly reduced, which increases the efficiency. The dual mode is thus extended to the range of input voltages below 50% of the output voltage.

Ist die Unsymmetrie der speisenden Quellen zu groß, so kann sich die an einem der Eingänge, beispielsweise am Eingang 10b, angeschlossene Quelle in ihrem MPP befinden, während die am anderen Eingang 10a angeschlossene Quelle noch nicht ihre maximal verfügbare Leistung abgibt. Am Eingang 10a existiert dann ein Leistungsüberschuss.If the unbalance of the supplying sources is too large, the input at one of the inputs, for example at the input, may be too large 10b , source connected to their MPP while those at the other input 10a connected source does not yet deliver its maximum available power. At the entrance 10a then exists a surplus of power.

In diesem Fall können beide Betriebsarten, Boost-Mode und Dual-Mode, kombiniert ausgeführt werden. Es wird also z. B. bei Leistungsüberschuss am Eingang 10a das Boost-Schaltelement 18a häufiger und/oder länger eingeschaltet, um den Strom in der Drossel 12a zu erhöhen und dadurch den Leistungsüberschuss abzubauen. Das Serien-Schaltelement 14 kann häufiger und/oder länger geöffnet werden, wodurch die Serienschaltung mit dem Eingang 10b bzw. der Dual-Mode zeitweise unterbrochen wird zugunsten des Boost-Mode. D. h. der Leistungsüberschuss wird am Eingang 10b vorbei direkt zum Ausgang 24 geleitet, damit die am Eingang 10b angeschlossene Quelle nicht durch einen zu hohen Strom überlastet bzw. aus ihrem MPP gebracht wird.In this case, both operating modes, boost mode and dual mode, can be combined. So it is z. B. at excess power at the entrance 10a the boost switching element 18a more often and / or longer turned on to the current in the choke 12a increase and thereby reduce the surplus. The series switching element 14 can be opened more often and / or longer, allowing the series connection with the input 10b or the dual mode is temporarily interrupted in favor of the boost mode. Ie. the surplus is at the entrance 10b over to the exit 24 passed, so that at the entrance 10b connected source is not overloaded by a too high current or brought out of their MPP.

Boost-Mode und Dual-Mode können in schneller Folge abwechselnd in separaten Taktzyklen ausgeführt werden. Die eingangsseitigen Kondensatoren 20a, 20b können dabei als Zwischenspeicher für die fluktuierende Energie dienen. Je größer der Leistungsüberschuss an einem der Eingänge ist, desto häufiger können Taktzyklen im Boost-Mode ausgeführt werden.Boost mode and dual mode can be alternately executed in rapid succession in separate clock cycles. The input-side capacitors 20a . 20b can serve as a buffer for the fluctuating energy. The greater the power surplus at one of the inputs, the more frequently clock cycles can be executed in boost mode.

Es ist auch möglich, Boost-Mode und Dual-Mode innerhalb derselben Taktzyklen auszuführen. Dazu wird z. B. bei Leistungsüberschuss am Eingang 10a das Boost-Schaltelement 18a innerhalb eines Taktzyklus länger eingeschaltet. Das Serien-Schaltelement 14 kann im gleichen Taktzyklus länger geöffnet werden, um vermehrt einen direkten Freilauf der Drossel 12a zum Ausgang 24 zu ermöglichen, unter Umgehung der Serienschaltung mit dem Eingang 10b.It is also possible to execute boost mode and dual mode within the same clock cycles. This is z. B. at excess power at the entrance 10a the boost switching element 18a Switched on longer within one clock cycle. The series switching element 14 can be opened longer in the same cycle to increase the direct free-wheeling of the throttle 12a to the exit 24 to allow, bypassing the series connection with the input 10b ,

Wegen des besseren Wirkungsgrades wird vorzugsweise ein möglichst hoher Anteil der Leistung im Dual-Mode übersetzt. Dazu wird das Serien-Schaltelement 14 möglichst häufig (in vielen Taktzyklen) und/oder möglichst lange (innerhalb eines Taktzyklus) eingeschaltet.Because of the better efficiency preferably the highest possible proportion of the power is translated in dual mode. This is the series switching element 14 as often as possible (in many clock cycles) and / or as long as possible (within one clock cycle) switched on.

Nur der verbleibende Leistungsüberschuss wird im Boost-Mode übersetzt: Besteht zum Beispiel am Eingang 10a ein Leistungsüberschuss, so wird das Boost-Schaltelement 18a nur so oft bzw. so lange eingeschaltet, wie es nötig ist, um den Leistungsüberschuss abzubauen und die angeschlossene Quelle in den MPP zu bringen. Das mit dem Boost-Schaltelement 18a verbundene Serien-Schaltelement 14 wird nur so oft bzw. so lange geöffnet, wie es nötig ist, um den Leistungsüberschuss direkt in den Ausgang 24 zu leiten und den Eingang 10b nicht zu überlasten.Only the remaining power surplus is translated in boost mode: exists for example at the entrance 10a a surplus power, so is the boost switching element 18a turned on only as often or as long as necessary to reduce the excess power and bring the connected source in the MPP. That with the boost switching element 18a connected series switching element 14 is opened only as often or as long as it is necessary to transfer the excess power directly into the output 24 to guide and the entrance 10b not to overload.

Das Boost-Schaltelement 18b, das mit dem Eingang 10b verbunden ist, an dem kein Leistungsüberschuss besteht, wird hingegen nur so selten und/oder kurz eingeschaltet, wie es nötig ist, um die Energie vom Eingang 10b abzuführen. Häufig kann es ganz ausgeschaltet bleiben. The boost switching element 18b that with the entrance 10b on the other hand, it is switched on only rarely and / or briefly, as it is necessary to the energy from the entrance 10b dissipate. Often it can stay completely off.

Bei eingeschaltetem Serien-Schaltelement 14 fließt ein Teil des Stroms aus der Drossel 12a in die Drossel 12b, sodass das Boost-Schaltelement 18a bzw. 18b beim Schalten nur noch mit dem Differenzstrom belastet wird. Daher sinken die Schaltverluste.When the series switching element is switched on 14 a part of the current flows out of the choke 12a into the throttle 12b so that the boost switching element 18a respectively. 18b when switching only charged with the differential current. Therefore, the switching losses decrease.

Bei dieser kombinierten Betriebsweise wird nur der infolge einer Unsymmetrie entstehende überschüssige Leistungsanteil im Boost-Mode, also mit schlechtem Wirkungsgrad übertragen. Da zwischen den Generatoren einer Solaranlage häufig eine relativ hohe Symmetrie vorliegt, ist der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Hybrid-Hochsetzstellers in den meisten Fällen höher als wenn ausschließlich ein oder mehrere herkömmliche Hochsetzsteller nach 1 eingesetzt werden.In this combined mode of operation, only the excess power component resulting from an imbalance is transmitted in boost mode, ie with poor efficiency. Since there is often a relatively high symmetry between the generators of a solar system, the efficiency of the hybrid boost converter according to the invention in most cases is higher than if only one or more conventional boost converter after 1 be used.

Wenn sich bei symmetrischer Speisung der Eingänge 10a, 10b die Spannungsübersetzung dem Wert 100% oder dem Wert 200% annähert, sinkt – bei konstanter Taktfrequenz der Schaltelemente – der Stromripple in den Drosseln 12a, 12b immer mehr ab. Die Taktfrequenz kann daher immer stärker abgesenkt werden, um die Schaltverluste zu minimieren. Im Extremfall, d. h. bei einer Spannungsübersetzung von exakt 100% bzw. 200% können die Eingänge 10a, 10b statisch parallel bzw. in Serie geschaltet werden. Die Taktung kann dann ausgesetzt werden, sodass keinerlei Schaltverluste mehr auftreten.When with symmetrical supply of the inputs 10a . 10b the voltage ratio approaches 100% or 200%, the current ripple in the chokes drops - with the switching elements at constant switching frequency 12a . 12b more and more. The clock frequency can therefore be lowered more and more in order to minimize the switching losses. In extreme cases, ie with a voltage ratio of exactly 100% or 200%, the inputs 10a . 10b static parallel or in series. The timing can then be suspended, so that no more switching losses occur.

Wird der Drosselstrom über einen Zweipunkt-Regler mit konstanter Hysterese, also mit konstantem Ripplestrom geregelt, so ergibt sich eine derartige Frequenzabsenkung automatisch. Durch geeignete Ausgestaltung des Reglers, z. B. durch eine Variation der Hysterese oder Limitierung der Schaltzeiten für die Taktung, kann ein zu starkes Absinken der Taktfrequenz, z. B. in den Hörbereich, vermieden werden.If the inductor current is regulated by means of a two-point regulator with constant hysteresis, that is to say with a constant ripple current, such a frequency reduction results automatically. By suitable design of the controller, z. B. by a variation of the hysteresis or limitation of the switching times for the clocking, too strong a decrease in the clock frequency, z. B. in the listening area, be avoided.

Auch bei unsymmetrischer Speisung der Eingänge 10a, 10b kann die Taktfrequenz in ähnlicher Weise reduziert werden. Um einen optimalen Wirkungsgrad zu erreichen, kann es dann sinnvoll sein, die Drosseln 12a, 12b mit unterschiedlicher Frequenz zu betreiben. Hier ergeben sich jedoch Einschränkungen, da nur ein einziges Serien-Schaltelement 14 zur Taktung beider Drosseln vorhanden ist. Diese Einschränkung kann durch Zufügung weiterer Serien-Schaltelemente beseitigt werden, worauf weiter unten eingegangen wird.Also with asymmetrical feeding of the inputs 10a . 10b the clock frequency can be reduced in a similar way. In order to achieve optimum efficiency, it may then be useful to the chokes 12a . 12b operate at different frequencies. However, here are limitations, since only a single series switching element 14 to clock both throttles is present. This limitation can be eliminated by adding further series switching elements, which will be discussed below.

Da bei abnehmender Eingangsspannung und konstanter Leistung der Gleichanteil des Drosselstroms zunimmt, ist es vorteilhaft, wenn der Ripplestrom parallel dazu abnimmt. Die Drossel kann dann auf einen kleineren Maximalstrom ausgelegt werden. Daher kann es vorteilhaft sein, die Taktfrequenz bei kleinen Eingangsspannungen nur moderat abzusenken.Since the DC component of the inductor current increases with decreasing input voltage and constant power, it is advantageous if the ripple current decreases in parallel thereto. The throttle can then be designed for a smaller maximum current. Therefore, it may be advantageous to lower the clock frequency only moderately at low input voltages.

Beim Hochsetzsteller von 5 ist jeweils ein Pol der Eingänge 10a, 10b direkt mit dem Ausgang 24 verbunden. Auf diese Weise werden Potenzialsprünge zwischen den Eingängen und dem Ausgang verhindert, was die Funkstörungen minimiert. Der Hybrid-Hochsetzsteller der Erfindung ist aber nicht auf diese Anordnung eingeschränkt. Beispielsweise kann die Drossel 12a in die negative Zuleitung des Eingangs 10a eingefügt sein statt in die positive. Auch diese Anordnung ist funktionsfähig, jedoch weist dann der Eingang 10a im getakteten Betrieb starke Potenzialsprünge gegenüber dem Ausgang 24 auf.At the boost converter of 5 is one pole of the inputs 10a . 10b directly to the exit 24 connected. In this way, potential jumps between the inputs and the output are prevented, which minimizes the radio interference. However, the hybrid boost converter of the invention is not limited to this arrangement. For example, the throttle 12a into the negative supply of the input 10a be inserted instead of in the positive. This arrangement is functional, but then has the entrance 10a in pulsed operation strong potential jumps compared to the output 24 on.

Zur Verringerung der Schaltverluste können zusätzlich Mittel vorgesehen sein, welche das Schalten des Serien-Schaltelements 14 und/oder der Boost-Schaltelemente 18a, 18b im Strom- und/oder Spannungsnulldurchgang ermöglichen.To reduce the switching losses may additionally be provided means which the switching of the series switching element 14 and / or the boost switching elements 18a . 18b allow in current and / or voltage zero crossing.

Zusätzlich können Mittel, z. B. Relais, vorhanden sein, um in bestimmen Betriebszuständen Bauteile statisch zu überbrücken, um die Flussverluste in diesen Bauelementen zu verhindern. Zum Beispiel können bei einer Spannungsübersetzung von 100% die Gleichrichtelemente 16a, 16b und/oder die Drosseln 12a, 12b überbrückt werden. Bei statischer Serienschaltung der Eingänge können das Serien-Schaltelement 14, das Entkopplungselement 19 und/oder die Drosseln 12a, 12b überbrückt werden. Wenn die Boost-Schaltelemente nicht getaktet werden, kann das Entkopplungselement 19 überbrückt werden. Wenn das Serien-Schaltelement 14 dauerhaft geschlossen ist, kann es ebenfalls statisch überbrückt werden.Additionally, means, e.g. As relays, be present to bridge static components in certain operating conditions to prevent the flow losses in these devices. For example, with a voltage ratio of 100%, the rectifier elements 16a . 16b and / or the throttles 12a . 12b be bridged. With static series connection of the inputs, the series switching element can 14 , the decoupling element 19 and / or the throttles 12a . 12b be bridged. If the boost switching elements are not clocked, the decoupling element can 19 be bridged. When the series switching element 14 permanently closed, it can also be bridged statically.

Es können zudem Bypass-Elemente vorgesehen sein, welche den Pluspol des Eingangs 10a direkt mit dem Pluspol des Ausgangs 24 und den Minuspol des Eingangs 10b direkt mit dem Minuspol des Ausgangs 24 verbinden. Sie überbrücken bei hoher Eingangsspannung die Serienschaltung aus Drossel 12a und Gleichrichtelement 16a sowie die Serienschaltung aus Drossel 12b und Gleichrichtelement 16b. Als Bypass-Elemente eignen sich zum Beispiel Halbleiterdioden mit sehr geringer Flussspannung. Da die Bypass-Elemente nicht getaktet werden, müssen sie keine kurzen Schaltzeiten aufweisen.It can also be provided bypass elements, which is the positive pole of the input 10a directly to the positive pole of the output 24 and the negative pole of the input 10b directly to the negative pole of the output 24 connect. At high input voltage, they bridge the series connection from choke 12a and rectifying element 16a as well as the series connection of throttle 12b and rectifying element 16b , As bypass elements are, for example, semiconductor diodes with very low forward voltage. Since the bypass elements are not clocked, they need not have short switching times.

Die Drosseln 12a, 12b des Hybrid-Hochsetzstellers sind typischerweise als separate Drosseln ausgeführt, damit ein asynchroner Betrieb der Boost-Schaltelemente 18a, 18b und damit der Betrieb mit unsymmetrischer Speisung uneingeschränkt möglich ist. Wenn nur geringe Unsymmetrien auftreten, können die Drosseln 12a, 12b gekoppelt werden. Die Boost-Schaltelemente 18a, 18b werden dann vorzugsweise synchron getaktet. The throttles 12a . 12b of the hybrid boost converter are typically designed as separate reactors, thus an asynchronous operation of the boost switching elements 18a . 18b and thus the operation with unbalanced power supply is fully possible. If only small asymmetries occur, the chokes can 12a . 12b be coupled. The boost switching elements 18a . 18b are then preferably clocked synchronously.

Es ist auch denkbar, Drosseln mit Anzapfung zu verwenden. So können zum Beispiel die Boost-Schaltelemente 18a bzw. 18b und das Entkopplungselement 19 bzw. das Serien-Schaltelement 14 jeweils mit einer Anzapfung der Drossel 12a bzw. 12b verbunden sein, während die Gleichrichtelemente 16a bzw. 16b wie in 5 gezeigt an den ausgangsseitigen Enden der Drosseln 12a bzw. 12b angeschlossen sind. Dadurch verschieben sich u. a. die Strom- und/oder Spannungsbelastungen der Bauteile. Es bestehen weitere Möglichkeiten der Verschaltung für Drosseln mit Anzapfung, analog zu den bekannten Schaltungen für Hoch- oder Tiefsetzsteller mit angezapften Drosseln, welche dem Fachmann bekannt sind.It is also conceivable to use throttles with tapping. For example, the boost switching elements 18a respectively. 18b and the decoupling element 19 or the series switching element 14 each with a tap of the throttle 12a respectively. 12b be connected while the rectifying elements 16a respectively. 16b as in 5 shown at the output ends of the chokes 12a respectively. 12b are connected. As a result, inter alia, the current and / or voltage loads of the components move. There are other possibilities of interconnection for throttles with tap, analogous to the known circuits for boost or buck converter with tapped chokes, which are known in the art.

Wenn eine Unsymmetrie der speisenden Quellen von vornherein feststeht, kann in einigen Fällen auf das Boost-Schaltelement 18a oder 18b verzichtet werden, welches mit demjenigen Eingang 10a bzw. 10b verbunden ist, der aus der schwächeren Quelle gespeist wird.If an imbalance of the feeding sources is established from the outset, in some cases, the boost switching element can 18a or 18b be dispensed with, which with the entrance 10a respectively. 10b which is fed from the weaker source.

Bei hoher Quellenspannung kann es z. B. bei Defekt des Serien-Schaltelements 14 zu einer ungewollten dauerhaften Serienschaltung der Eingänge 10a, 10b und damit zu einer unzulässig hohen Spannung am Ausgang 24 kommen. Um dies zu verhindern, können Schutzvorrichtungen eingebaut werden, wie sie z. B. in der DE 10 2011 011 329 A1 beschrieben sind.At high source voltage, it may, for. B. in case of defect of the series switching element 14 to an unwanted permanent series connection of the inputs 10a . 10b and thus an inadmissibly high voltage at the output 24 come. To prevent this, protective devices can be installed, as they are for. B. in the DE 10 2011 011 329 A1 are described.

Zwei oder mehrere der erfindungsgemäßen Hybrid-Hochsetzsteller können parallel geschaltet werden. In diesem Fall können die einzelnen Hybrid-Hochsetzsteller phasenversetzt betrieben werden, um die Rippleströme zu verringern (Multiphase-Betrieb). Außerdem können bei Teillast einzelne Hybrid-Hochsetzsteller ganz abgeschaltet werden, um den Teillastwirkungsgrad zu erhöhen. Es ist auch möglich, zwei oder mehrere Hybrid-Hochsetzsteller in Serie zu schalten oder zu kaskadieren.Two or more of the hybrid boost converter according to the invention can be connected in parallel. In this case, the individual hybrid boost converters can be operated out of phase to reduce the ripple currents (multiphase operation). In addition, at partial load individual hybrid boost converter can be completely switched off to increase the partial load efficiency. It is also possible to connect or cascade two or more hybrid boost converters in series.

Es werden nun verschiedene weitere Ausführungsbeispiele des Hybrid-Hochsetzstellers der Erfindung Bezug nehmend auf 6 bis 9 beschrieben. Dabei werden im Wesentlichen nur noch deren besondere Eigenschaften hervorgehoben. Trotzdem sind natürlich auch bei diesen weiteren Ausführungsbeispielen – wie für den Fachmann leicht erkennbar – die oben in Zusammenhang mit 5 erläuterten Detaillösungen umsetzbar.Various other embodiments of the hybrid boost converter of the invention will now be referred to 6 to 9 described. Essentially, only their special properties are emphasized. Nevertheless, of course, in these other embodiments - as readily apparent to one skilled in the art - the above in connection with 5 explained detail solutions implemented.

6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hybrid-Hochsetzstellers. Dieses Ausführungsbeispiel stellt eine Kombination dar aus einem herkömmlichen Hochsetzsteller nach 1, einem Komplement des Hochsetzstellers nach 1 und einem dualen Hochsetzsteller nach 3, wobei die Drosseln 12a, 12b und die Gleichrichtelemente 16a, 16b gemeinsam genutzt werden. 6 shows a second embodiment of the hybrid boost converter according to the invention. This embodiment provides a combination of a conventional boost converter 1 , a complement of the boost converter after 1 and a dual boost converter 3 , where the throttles 12a . 12b and the rectifying elements 16a . 16b be shared.

Im Unterschied zu 5 ist am Ausgang 24 ein Hilfspotenzial MP vorhanden, das in diesem Fall mittels eines geteilten Ausgangskondensators 22a, 22b erzeugt wird. Das gemeinsame Serien-Schaltelement 14 aus 5 ist außerdem durch zwei in Reihe liegende Serien-Schaltelemente 14a, 14b ersetzt, wobei deren Verbindungspunkt mit dem Hilfspotenzial MP verbunden ist. In Reihe zu jedem der Serien-Schaltelemente 14a, 14b liegt außerdem ein Entkopplungselement 19a, 19b.In contrast to 5 is at the exit 24 an auxiliary potential MP present, in this case by means of a divided output capacitor 22a . 22b is produced. The common series switching element 14 out 5 is also by two series series switching elements 14a . 14b replaced, with their connection point is connected to the auxiliary potential MP. In series with each of the series switching elements 14a . 14b is also a decoupling element 19a . 19b ,

Bei symmetrischer Speisung entspricht die Spannung an diesem Hilfspotenzial MP vorzugsweise der halben Ausgangsspannung. Es ist aber auch eine unsymmetrische Spannungsaufteilung an den Kondensatoren 22a, 22b möglich, z. B. wenn die Eingänge 10a, 10b unterschiedliche Spannungen, aber gleiche Ströme aufweisen und statisch in Serie geschaltet sind. Es kann jedoch sinnvoll sein, die Spannungs-Unsymmetrie zu limitieren. Die Spannungsfestigkeit der Kondensatoren 22a, 22b, der Serien-Schaltelemente 14a, 14b und der Entkopplungselemente 19a, 19b kann dann kleiner gewählt werden.With symmetrical supply, the voltage at this auxiliary potential MP preferably corresponds to half the output voltage. But it is also an unbalanced voltage distribution at the capacitors 22a . 22b possible, for. B. when the inputs 10a . 10b different voltages, but have the same currents and are statically connected in series. However, it may be useful to limit the voltage imbalance. The dielectric strength of the capacitors 22a . 22b , the series switching elements 14a . 14b and the decoupling elements 19a . 19b can then be chosen smaller.

Durch die Klemmung auf das Hilfspotenzial MP sind der Spannungshub an den Drosseln 12a, 12b und die Spannungsbelastung der Bauelemente 14a, 14b und 19a, 19b reduziert.By clamping on the auxiliary potential MP, the voltage swing at the chokes 12a . 12b and the stress of the components 14a . 14b and 19a . 19b reduced.

Das Hilfspotenzial MP entkoppelt die mit der Drossel 12a verbundenen Bauteile 16a, 19a, 14a, 18a von den mit der Drossel 12b verbundenen Bauteilen 16b, 19b, 14b, 18b. Die Schaltelemente 14a und 18a können daher asynchron zu den Schaltelementen 14b und 18b betrieben werden. Dadurch ist es zum Beispiel möglich, die Schaltelemente mit unterschiedlichen, jeweils optimierten Taktfrequenzen und Tastverhältnissen zu betreiben und ggf. ein separates MPP-Tracking der beiden Quellen durchzuführen. Die Spannungen und Ströme an den Eingängen können unterschiedlich sein. Es sollte jedoch darauf geachtet werden, dass der Mittelwert des in das Hilfspotenzial MP fließenden Stroms Null ist, damit dessen Potenzial nicht wegläuft.The auxiliary potential MP decouples with the throttle 12a connected components 16a . 19a . 14a . 18a of those with the throttle 12b connected components 16b . 19b . 14b . 18b , The switching elements 14a and 18a can therefore be asynchronous to the switching elements 14b and 18b operate. As a result, it is possible, for example, to operate the switching elements with different, respectively optimized clock frequencies and duty cycles and if necessary to perform a separate MPP tracking of the two sources. The voltages and currents at the inputs can be different. However, care should be taken that the average of the current flowing into the auxiliary potential MP is zero, so that its potential does not run away.

Falls zum Beispiel aufgrund von zu unsymmetrischer Speisung das Hilfspotenzial nicht mehr stabil gehalten werden kann, gibt es die Möglichkeit, das Hilfspotenzial MP mit einer nachfolgenden Baugruppe zu verbinden, beispielsweise mit dem Mittelpunkt des Zwischenkreises eines Neutral-Point-Clamped-Wechselrichters. Auf diese Weise können Unsymmetrien, die im Wechselrichter und/oder im Hybrid-Hochsetzsteller auftreten, durch die jeweils andere Baugruppe kompensiert werden.For example, if the auxiliary potential can no longer be kept stable due to asymmetrical feeding, there is the possibility to connect the auxiliary potential MP with a subsequent module, for example, the center of the intermediate circuit of a neutral-point-clamped inverter. In this way, asymmetries that occur in the inverter and / or in the hybrid boost converter, can be compensated by the other module.

Alternativ oder zusätzlich kann ein Leistungsüberschuss an einem der Eingänge 10a, 10b wie für die Schaltung in 5 beschrieben durch den Betrieb im Boost-Mode abgebaut werden. Im Unterschied zur Schaltung von 5 wird jedoch das Öffnen der Serien-Schaltelemente 14a bzw. 14b so gesteuert, dass überschüssiger Strom nicht ins Hilfspotenzial MP, sondern direkt zum Ausgang 24 geleitet und das Hilfspotenzial MP dadurch konstant gehalten wird.Alternatively or additionally, there may be a power surplus at one of the inputs 10a . 10b as for the circuit in 5 described be degraded by the operation in boost mode. Unlike the circuit of 5 However, the opening of the series switching elements 14a respectively. 14b so controlled that excess power not into the auxiliary potential MP, but directly to the output 24 passed and the auxiliary potential MP is kept constant thereby.

7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hybrid-Hochsetzstellers. Diese Ausführungsform stellt eine Kombination dar aus einem herkömmlichen Hochsetzsteller nach 1, einem Komplement des Hochsetzstellers nach 1 und einem herkömmlichen dualen Hochsetzsteller nach 4, wobei die Drosseln 12a, 12b und die Gleichrichtelemente 16a, 16b gemeinsam genutzt werden. 7 shows a third embodiment of the hybrid boost converter according to the invention. This embodiment provides a combination of a conventional boost converter 1 , a complement of the boost converter after 1 and a conventional dual boost converter 4 , where the throttles 12a . 12b and the rectifying elements 16a . 16b be shared.

Im Unterschied zu 6. ist das Serien-Schaltelement 14a mit dem Minuspol des Eingangs 10b verbunden und ist das Serien-Schaltelement 14b mit dem Pluspol des Eingangs 10a verbunden. Somit können bei Serienschaltung der Eingänge 10a, 10b beide Drosseln 12a, 12b parallel geschaltet werden, wodurch die Ströme und die Flussverluste in den Drosseln sinken.In contrast to 6 , is the series switching element 14a with the negative pole of the input 10b connected and is the series switching element 14b with the positive pole of the input 10a connected. Thus, when connecting the inputs in series 10a . 10b both throttles 12a . 12b in parallel, causing the currents and flux losses in the reactors to drop.

Auch hier können die Schaltelemente 14a und 18a asynchron zu den Schaltelementen 14b und 18b betrieben werden.Again, the switching elements 14a and 18a asynchronous to the switching elements 14b and 18b operate.

Der Hybrid-Hochsetzsteller der Erfindung kann beliebig viele Eingänge aufweisen. 8 zeigt beispielhaft ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit drei Eingängen.The hybrid boost converter of the invention may have any number of inputs. 8th shows by way of example a fourth embodiment of the invention with three inputs.

Die Blöcke 15a und 15b stehen für die hier nicht im Detail gezeigten verschiedenen möglichen Schaltungen für die Serien-Schaltelemente und deren Umfeld bzw. Zuleitungen, wie dies aus 2 bis 4 hervorgeht. Sie ermöglichen wie bisher die serielle Verbindung der Eingänge 10a, 10b und 10c.The blocks 15a and 15b stand for the various possible circuits shown here for the series switching elements and their environment or supply lines, as is shown in detail 2 to 4 evident. They allow the serial connection of the inputs as before 10a . 10b and 10c ,

Der mittlere Eingang 10c hat vorzugsweise sowohl in der positiven Zuleitung als auch in der negativen Zuleitung je eine Drossel und ein Gleichrichtelement (12c und 16c bzw. 12d und 16d). Beide Drosseln 12c und 12d sind über das Boost-Schaltelement 18c kurzschließbar.The middle entrance 10c preferably has both a throttle and a rectifying element in both the positive feed line and in the negative feed line ( 12c and 16c respectively. 12d and 16d ). Both throttles 12c and 12d are via the boost switching element 18c short-circuited.

Der Freilauf erfolgt über die Gleichrichtelemente 16a16d gegen den Ausgang 24. Somit sind die Eingänge 10a10c jeweils wie bisher auch sowohl in Serie schaltbar als auch parallel mit dem Ausgang 24 betreibbar.The freewheel is via the rectifying elements 16a - 16d against the exit 24 , Thus, the inputs 10a - 10c each as before, both in series switchable as well as in parallel with the output 24 operated.

Da drei Eingänge 10a10c in Serie schaltbar sind, ergibt sich bei symmetrischer Speisung eine Spannungshochsetzung um den Faktor drei statt wie bisher um den Faktor zwei. Abgesehen davon kann der Betrieb in vergleichbarer Weise wie für die Schaltungen von 5 bzw. 6 oder 7 erfolgen.There are three inputs 10a - 10c can be switched in series, there is a voltage increase by a factor of three instead of the previously two factor with symmetrical power supply. Apart from that, the operation in a similar way as for the circuits of 5 respectively. 6 or 7 respectively.

9 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hybrid-Hochsetzstellers. Diese enthält einen dualen Hochsetzsteller. Block 15 steht für die hier nicht im Detail gezeigten Serien-Schaltelemente und deren Umfeld bzw. Zuleitungen, wie dies z. B. aus 2 bis 4 hervorgeht. 9 shows a fifth embodiment of the hybrid boost converter according to the invention. This contains a dual boost converter. block 15 stands for the not shown here in detail series switching elements and their environment or supply lines, as z. B. off 2 to 4 evident.

Im Gegensatz zu den vorigen Ausführungsformen sind die Boost-Schaltelemente 18a, 18b über separate Drosseln 12e, 12f mit den Eingängen 10a, 10b verbunden. Zudem erfolgt der Freilauf dieser Drosseln über separate Gleichrichtelemente 16e, 16f. Bei dieser Anordnung wird auf die gemeinsame Nutzung der Drosseln und Gleichrichtelemente verzichtet.In contrast to the previous embodiments, the boost switching elements 18a . 18b via separate throttles 12e . 12f with the entrances 10a . 10b connected. In addition, the freewheeling of these chokes via separate rectifying elements 16e . 16f , In this arrangement, the sharing of chokes and rectifying elements is dispensed with.

Vorzugsweise wird ein möglichst großer Teil der Eingangsleistung mit Hilfe des effizienteren dualen Teil-Hochsetzstellers (Bauteile 12a, 12b, 16a, 16b und Block 15) verarbeitet. Der aufgrund von Unsymmetrien verbleibende Leistungsüberschuss an einem der Eingänge 10a bzw. 10b wird durch Taktung des jeweils zugeordneten Schaltungszweiges 12e, 16e, 18a bzw. 12f, 16f, 18b auf den Ausgang 24 übersetzt.Preferably, the largest possible part of the input power with the help of the more efficient dual partial boost converter (components 12a . 12b . 16a . 16b and block 15 ) processed. The remaining power due to imbalances at one of the inputs 10a respectively. 10b is by clocking the respectively associated circuit branch 12e . 16e . 18a respectively. 12f . 16f . 18b on the exit 24 translated.

Diese Ausführungsform des Hybrid-Hochsetzstellers hat den Nachteil, dass in der Regel ein hoher Bauteil-Aufwand nötig ist. Wenn jedoch eine relativ hohe Symmetrie der Eingänge gegeben ist und die Eingangsspannungen über 50% der Ausgangsspannung liegen, müssen die komplementären Teilhochsetzsteller (Bauteile 12e, 16e, 18a und 12f, 16f, 18b) nur kleine Leistungen übertragen und können entsprechen preisgünstig gefertigt werden.This embodiment of the hybrid boost converter has the disadvantage that as a rule a high component complexity is necessary. If, however, a relatively high symmetry of the inputs is given and the input voltages are above 50% of the output voltage, the complementary partial boost converters (components 12e . 16e . 18a and 12f . 16f . 18b ) transmitted only small services and can be manufactured inexpensively.

Der duale Teil-Hochsetzsteller 12a, 12b, 15, 16a, 16b kann auf die Übertragung rein symmetrischer Leistungen optimiert werden, wodurch die Drosseln 12a, 12b kleiner gebaut werden können. Außerdem können Entkopplungselemente für die Serien-Schaltelemente entfallen. Der Wirkungsgrad steigt dadurch an.The dual partial boost converter 12a . 12b . 15 . 16a . 16b can be optimized for the transmission of purely symmetrical power, reducing the chokes 12a . 12b can be built smaller. In addition, decoupling elements for the series switching elements can be omitted. The efficiency increases as a result.

Bei vorgegebener Unsymmetrie kann in einigen Fällen auf einen der beiden Teil-Hochsetzsteller 12e, 16e, 18a bzw. 12f, 16f, 18b von vornherein verzichtet werden.For a given asymmetry, in some cases one of the two partial boost converters can be used 12e . 16e . 18a respectively. 12f . 16f . 18b be waived from the outset.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der erfindungsgemäße Hybrid-Hochsetzsteller mit einem dualen Hoch-Tiefsetzsteller zu einem Hybrid-Hoch-Tiefsetzsteller mit extrem weitem Eingangsspannungsbereich kombiniert werden.In an advantageous embodiment of the invention, the hybrid boost converter according to the invention can be combined with a dual high-buck converter to a hybrid high-buck converter with extremely wide input voltage range.

Als duale Hoch-Tiefsetzsteller eignen sich zum Beispiel die Schaltungstopologien, welche in der DE 10 2011 018 357 A1 beschrieben sind, ohne dass die vorliegende Erfindung auf diese Kombinationen beschränkt sein soll. Auf den gesamten Offenbarungsgehalt dieser vorgenannten Druckschrift wird hierdurch vollinhaltlich Bezug genommen.For example, the circuit topologies suitable in the DE 10 2011 018 357 A1 are described, without the present invention being limited to these combinations. On the entire disclosure content of this aforementioned document is hereby incorporated by reference.

Zwei Beispiele eines solchen herkömmlichen dualen Hoch-Tiefsetzstellers sind in 11 und 12 dargestellt. Beide Hoch-Tiefsetzsteller können Spannungen beliebig stark tiefsetzen, aber nur bis zum Faktor zwei hochsetzen. Die Tiefsetzstellerfunktion wird über die Schaltelemente 44a, 44b und die Gleichrichtelemente 46 bzw. 46a, 46b erreicht. Die Gleichrichtelemente 46, 46a, 46b können als Synchrongleichrichter ausgeführt sein, um Verluste zu senken oder einen bidirektionalen Betrieb zu ermöglichen. Sie bewirken eine Serienschaltung der Drosseln 12a, 12b, wodurch die Spannungshübe an diesen Drosseln und an den mit ihnen verbundenen Schaltelementen 44a, 44b gesenkt werden. Dadurch steigt der Wirkungsgrad.Two examples of such a conventional dual buck-boost converter are in 11 and 12 shown. Both buck-boost converters can lower voltages as much as they like, but can only boost voltages up to a factor of two. The buck converter function is via the switching elements 44a . 44b and the rectifying elements 46 respectively. 46a . 46b reached. The rectifying elements 46 . 46a . 46b can be designed as a synchronous rectifier to reduce losses or to allow bidirectional operation. They effect a series connection of the chokes 12a . 12b , whereby the voltage swings on these chokes and on the associated switching elements 44a . 44b be lowered. This increases the efficiency.

Durch Kombination solcher dualen Hoch-Tiefsetzsteller mit dem erfindungsgemäßen Hybrid-Hochsetzsteller entstehen Hybrid-Hoch-Tiefsetzsteller wie in 13 und 14 veranschaulicht, die nun zusätzlich in der Lage sind, die Spannung an den Eingängen 10a, 10b um mehr als den Faktor zwei – theoretisch beliebig stark – hochzusetzen.By combining such dual buck-boost converters with the hybrid boost converter of the present invention, hybrid buck-boost converters as in FIG 13 and 14 which are now additionally able to control the voltage at the inputs 10a . 10b to increase more than a factor of two - theoretically arbitrarily strong.

Die Kombination entsteht dadurch, dass an den ausgangsseitigen Polen der Drosseln 12a, 12b zusätzliche Boost-Schaltelemente 18a, 18b angeschlossen werden, durch welche die Eingänge 10a, 10b über die Drosseln 12a, 12b und die Schaltelemente 44a, 44b kurzschließbar sind. Die Boost-Schaltelemente 18a bzw. 18b sind dazu mit den Eingängen 10a bzw. 10b verbunden. Zusätzlich können Entkopplungselemente 19, 19a, 19b in Serie zu den Serien-Schaltelementen 14, 14a, 14b eingefügt werden, falls diese nicht rückwärtssperrend sind.The combination arises from the fact that at the output poles of the chokes 12a . 12b additional boost switching elements 18a . 18b be connected, through which the inputs 10a . 10b over the throttles 12a . 12b and the switching elements 44a . 44b are short-circuited. The boost switching elements 18a respectively. 18b are with the entrances 10a respectively. 10b connected. In addition, decoupling elements 19 . 19a . 19b in series with the series switching elements 14 . 14a . 14b be inserted if they are not reverse blocking.

Darüber hinaus werden auf der Eingangsseite der Drosseln den Gleichrichtelementen 46, 46a, 46b zusätzliche Entkopplungselemente 49, 49a, 49b in Serie geschaltet. Diese können z. B. Halbleiterschalter wie IGBTs, MOSFETs usw. sein. Sie werden geöffnet, wenn die Summe der Eingangsspannungen geringer ist als die Ausgangsspannung, um bei geschlossenen Schaltelementen 44a, 44b einen Kurzschluss über die Gleichrichtelemente 46 bzw. 46a, 46b zu verhindern. Sind die Entkopplungselemente 49, 49a, 49b rückwärtssperrend, so kann auf die Gleichrichtelemente 46, 46a, 46b verzichtet werden.In addition, on the input side of the chokes the rectifying elements 46 . 46a . 46b additional decoupling elements 49 . 49a . 49b connected in series. These can be z. B. semiconductor switches such as IGBTs, MOSFETs, etc. be. They are opened when the sum of the input voltages is lower than the output voltage, with closed switching elements 44a . 44b a short circuit across the rectifier elements 46 respectively. 46a . 46b to prevent. Are the decoupling elements 49 . 49a . 49b reverse blocking, so can on the rectifying elements 46 . 46a . 46b be waived.

Die Funktion des so aufgebauten Hybrid-Hoch-Tiefsetzstellers ist bei symmetrischer Speisung wie folgt.The function of the thus constructed hybrid up-down converter is with symmetrical supply as follows.

Beträgt die Spannung an den Eingängen 10a, 10b mindestens 50% der Spannung am Ausgang 24, so arbeitet der Hybrid-Hoch-Tiefsetzsteller bevorzugt wie in DE 10 2011 018 357 A1 beschrieben. Die Boost-Schaltelemente 18a, 18b sind geöffnet, die Entkopplungselemente 49, 49a, 49b sind geschlossen.Is the voltage at the inputs 10a . 10b at least 50% of the voltage at the output 24 , the hybrid up-down converter works preferably as in DE 10 2011 018 357 A1 described. The boost switching elements 18a . 18b are open, the decoupling elements 49 . 49a . 49b are closed.

Beträgt die Spannung an den Eingängen 10a, 10b weniger als 50% der Spannung am Ausgang 24, so werden die Schaltelemente 44a, 44b sowie die Serien-Schaltelemente 14 bzw. 14a, 14b dauerhaft geschlossen, während die Entkopplungselemente 49, 49a, 49b geöffnet werden. Die Boost-Schaltelemente 18a, 18b werden getaktet. Je höher das Tastverhältnis ist, desto stärker ist die Spannungshochsetzung.Is the voltage at the inputs 10a . 10b less than 50% of the voltage at the output 24 , so are the switching elements 44a . 44b as well as the series switching elements 14 respectively. 14a . 14b permanently closed while the decoupling elements 49 . 49a . 49b be opened. The boost switching elements 18a . 18b are clocked. The higher the duty cycle, the stronger the voltage boost.

Es können zusätzlich noch Gleichrichtelemente 48a, 48b vorhanden sein, wie beispielhaft in 13 gezeigt. Das Gleichrichtelement 48a ist mit dem eingangsseitigen Pol der Drossel 12a und dem Minuspol des Eingangs 10a verbunden. Analog dazu ist das Gleichrichtelement 48b mit dem eingangsseitigen Pol der Drossel 12b und dem Pluspol des Eingangs 10b verbunden. Die Gleichrichtelemente können z. B. Halbleiterdioden oder aktive Gleichrichter sein.It can additionally rectifier elements 48a . 48b be present as exemplified in 13 shown. The rectifying element 48a is with the input side pole of the choke 12a and the negative pole of the input 10a connected. The rectifying element is analogous to this 48b with the input side pole of the throttle 12b and the positive pole of the input 10b connected. The rectifying elements can, for. B. semiconductor diodes or active rectifier.

Durch Hinzufügung dieser Gleichrichtelemente 48a, 48b ist der Hybrid-Hoch-Tiefsetzsteller uneingeschränkt in der Lage, mit unsymmetrischen Quellen an den Eingängen 10a, 10b zu arbeiten.By adding these rectifying elements 48a . 48b The hybrid buck-boost converter is fully capable of having single-ended sources at the inputs 10a . 10b to work.

Als Extremfall einer Unsymmetrie wird im Folgenden ein Fall beschrieben, wenn nur am Eingang 10a eine speisende Quelle anliegt.As an extreme case of an asymmetry, a case will be described below, if only at the input 10a a feeding source is present.

Beträgt die Spannung am Eingang 10a mehr als 100% der Ausgangsspannung, so wird das Schaltelement 44a getaktet, welches in Verbindung mit dem Gleichrichtelement 48a nach Art eines herkömmlichen Tiefsetzstellers arbeitet. Das Entkopplungselement 49, das Serien-Schaltelement 14 und das Boost-Schaltelement 18a bleiben vorzugsweise geöffnet.Is the voltage at the input 10a more than 100% of the output voltage, so will the switching element 44a clocked, which in conjunction with the rectifying element 48a works in the manner of a conventional buck converter. The decoupling element 49 , the series switching element 14 and the boost switching element 18a preferably remain open.

Beträgt die Spannung am Eingang 10a weniger als 100% der Ausgangsspannung, so wird das Schaltelement 44a dauerhaft geschlossen. Das Boost-Schaltelement 18a wird getaktet und arbeitet in Verbindung mit dem Gleichrichtelement 16a nach Art eines herkömmlichen Hochsetzstellers nach 1. Das Entkopplungselement 49 und das Serien-Schaltelement 14 bleiben vorzugsweise geöffnet.Is the voltage at the input 10a less than 100% of the output voltage, so does the switching element 44a permanently closed. The boost switching element 18a is clocked and works in Connection to the rectifier element 16a in the manner of a conventional boost converter after 1 , The decoupling element 49 and the series switching element 14 preferably remain open.

Somit arbeitet der Hoch-Tiefsetzsteller nach Art eines klassischen Hoch-Tiefsetzstellers ohne Verwendung des Gleichrichtelements 46 und des Serien-Schaltelements 14, welche eine Serienschaltung der Drosseln 12a, 12b bzw. der Eingänge 10a, 10b ermöglichen. Der Wirkungsgrad ist relativ schlecht.Thus, the buck-boost converter operates in the manner of a classic buck-boost converter without using the rectifying element 46 and the series switching element 14 , which is a series connection of the chokes 12a . 12b or the inputs 10a . 10b enable. The efficiency is relatively poor.

Sobald jedoch zumindest eine teilweise Symmetrie an den Eingängen 10a, 10b gegeben ist, kann der Wirkungsgrad des Hybrid-Hoch-Tiefsetzstellers erhöht werden. Dazu erfolgt der Betrieb vorzugsweise in vergleichbarer Weise, wie es für den Betrieb des Hybrid-Hochsetzstellers der Erfindung bereits beschrieben wurde. Das Entkopplungselement 49 und das Schaltelement 14 werden möglichst oft bzw. möglichst häufig eingeschaltet, da dann die Spannungshübe an den Drosseln 12a, 12b klein sind, wodurch der Wirkungsgrad steigt.However, once at least a partial symmetry at the entrances 10a . 10b is given, the efficiency of the hybrid up-buck converter can be increased. For this purpose, the operation is preferably carried out in a comparable manner, as has already been described for the operation of the hybrid boost converter of the invention. The decoupling element 49 and the switching element 14 are turned on as often as possible or as often as possible, since then the voltage strokes to the chokes 12a . 12b are small, whereby the efficiency increases.

Die insbesondere zur Verarbeitung von einseitigen Leistungsüberschüssen vorgesehenen Boost-Schaltelemente 18a, 18b und die Gleichrichtelemente 48a, 48b werden nur so selten bzw. so kurz eingeschaltet bzw. bestromt, wie es nötig ist, um einseitige Leistungsüberschüsse zu übertragen.The intended in particular for the processing of one-sided power surges boost switching elements 18a . 18b and the rectifying elements 48a . 48b are switched on or energized only infrequently or for as short a time as is necessary to transmit unilateral power surpluses.

Der Hybrid-Hochsetzsteller von 14 verfügt im Unterschied zu dem von 13 über ein Hilfspotenzial MP, welches mit den Entkopplungselementen 49a, 49b und den Serien-Schaltelementen 14a, 14b verbunden ist. Dieses Hilfspotenzial MP ermöglicht den asynchronen Betrieb der beiden Drosseln 12a, 12b durch asynchrone Taktung der jeweils mit den Drosseln verbundenen Schaltelemente.The hybrid boost converter from 14 unlike that of 13 via an auxiliary potential MP, which with the decoupling elements 49a . 49b and the series switching elements 14a . 14b connected is. This auxiliary potential MP allows the asynchronous operation of the two chokes 12a . 12b by asynchronous timing of each associated with the chokes switching elements.

Wie für den Fachmann leicht ersichtlich, sind weitere Kombinationen für derartige Hybrid-Hoch-Tiefsetzsteller möglich, u. a. auch auf Basis der Schaltung von 7. Auch hier können bei überwiegend symmetrischem Betrieb die Drosseln 12a, 12b gekoppelt sein. Weiterhin ist es denkbar, Drosseln mit Anzapfungen zu verwenden. So können z. B. die Gleichrichtelemente 46a bzw. 46b mit je einer Anzapfung der Drosseln 12a bzw. 12b verbunden sein, während die Schaltelemente 44a bzw. 44b wie in 14 gezeigt mit den eingangsseitigen Anschlüssen der Drosseln 12a, 12b verbunden sind. Auch hier bestehen weitere Möglichkeiten der Verschaltung für Drosseln mit Anzapfung, analog zu den bekannten Schaltungen für Hoch- oder Tiefsetzsteller mit angezapften Drosseln.As will be readily apparent to those skilled in the art, other combinations are possible for such hybrid up-down converters, including based on the circuit of 7 , Here, too, in predominantly symmetrical operation, the chokes 12a . 12b be coupled. Furthermore, it is conceivable to use throttles with taps. So z. B. the rectifying elements 46a respectively. 46b with one tap each of the throttles 12a respectively. 12b be connected while the switching elements 44a respectively. 44b as in 14 shown with the input-side connections of the throttles 12a . 12b are connected. Again, there are other possibilities of interconnection for throttles with tap, analogous to the known circuits for boost or buck converter with tapped chokes.

Der Hybrid-Hochsetzsteller der Erfindung und die oben beschriebenen Schaltungsanordnungen mit diesem Hybrid-Hochsetzsteller können beispielsweise zur direkten Speisung von Gleichstromverbrauchern oder Gleichstromnetzen oder zum Laden und Entladen von Energiespeichern genutzt werden. Da keine Umformung in Wechselstrom und zurück in Gleichstrom stattfindet, ist der Wirkungsgrad derartiger Systeme besonders hoch. Sie werden deshalb zunehmend eingesetzt, insbesondere im Zusammenhang mit regenerativen Energiequellen.The hybrid boost converter of the invention and the above-described circuit arrangements with this hybrid boost converter can be used, for example, for direct supply of DC consumers or DC networks or for charging and discharging energy storage. Since no conversion takes place in alternating current and back into direct current, the efficiency of such systems is particularly high. They are therefore increasingly used, especially in connection with renewable energy sources.

Der Hybrid-Hochsetzsteller der Erfindung sowie dessen Kombinationen mit dualen Hoch-Tiefsetzstellern lassen sich aber auch nutzen zur Speisung von Gleichspannungs-Zwischenkreisen in anderen Geräten wie z. B. Wechselrichtern. Ein Wechselrichter braucht zur Erzeugung einer Wechselspannung in der Regel eine Zwischenkreisspannung bestimmter Höhe. Ein optimaler Wirkungsgrad wird erreicht, wenn die Zwischenkreisspannung genau auf die zu erzeugende Wechselspannung angepasst ist.The hybrid boost converter of the invention and its combinations with dual buck-boost converters can also be used to power DC bus in other devices such. B. inverters. An inverter usually needs an intermediate circuit voltage of a certain height to generate an alternating voltage. Optimum efficiency is achieved when the intermediate circuit voltage is precisely matched to the alternating voltage to be generated.

Wechselrichter werden häufig zur solaren Stromversorgung eingesetzt. Solargeneratoren liefern allerdings abhängig von Lichteinfall, Temperatur und Anzahl der verschalteten Module eine stark schwankende Gleichspannung. Je breiter der Bereich der Eingangs-Gleichspannung ist, die ein Wechselrichter verarbeiten kann, desto mehr Möglichkeiten hat der Installateur, passende Solarmodulkombinationen zu finden.Inverters are often used for solar power. However, depending on the amount of light, temperature and number of modules connected, solar generators deliver a strongly fluctuating DC voltage. The wider the range of DC input voltage that an inverter can handle, the more options the installer will have to find matching solar panel combinations.

Der erfindungsgemäße Hybrid-Hochsetzsteller und die beschriebenen Schaltungsanordnungen mit diesem Hybrid-Hochsetzsteller können die variierende Gleichspannung von Solargeneratoren auf eine näherungsweise konstante Zwischenkreisspannung umsetzen. Es ist auch möglich, die Zwischenkreisspannung mit einem überlagerten Wechselanteil zu modulieren, was für die optimale Anpassung des Wechselrichters von Vorteil sein kann.The hybrid step-up converter according to the invention and the described circuit arrangements with this hybrid step-up converter can convert the varying DC voltage of solar generators to an approximately constant DC link voltage. It is also possible to modulate the intermediate circuit voltage with a superimposed alternating component, which can be advantageous for the optimum adaptation of the inverter.

Gegenüber dem Stand der Technik nach 1 ist der Wirkungsgrad erhöht. Gegenüber dem Stand der Technik nach 2 bis 4 sind höhere Übersetzungsverhältnisse und ein unsymmetrischer Betrieb ohne Einschränkungen möglich. Die Potenziale an den Eingängen können konstant gehalten werden. Dies ist wichtig, weil das Potenzial eines Solargenerators aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit keine hochfrequenten Sprünge aufweisen sollte.Compared to the state of the art 1 the efficiency is increased. Compared to the state of the art 2 to 4 higher gear ratios and unbalanced operation are possible without restrictions. The potentials at the inputs can be kept constant. This is important because the potential of a solar generator for electro-magnetic compatibility should not be high-frequency jumps.

In Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Hybrid-Hochsetzsteller können verschiedene Wechselrichter-Topologien eingesetzt werden. Es können sowohl einphasige als auch mehrphasige Wechselrichter verwendet werden. Es können Wechselrichter zur Speisung von Inselnetzen oder zur Einspeisung in ein Stromnetz verwendet werden. Der Hybrid-Hochsetzsteller kann ein MPP-Tracking der speisenden Solargeneratoren ausführen.Various inverter topologies can be used in conjunction with the hybrid boost converter according to the invention. Both single-phase and multi-phase inverters can be used. Inverters can be used to feed isolated networks or to feed into a power grid. The hybrid boost converter can perform an MPP tracking of the feeding solar generators.

10 zeigt eine mögliche Wechselrichteranordnung mit einem erfindungsgemäßen Hybrid-Hochsetzsteller nach 5. 10 shows a possible inverter arrangement with a hybrid step-up converter according to the invention 5 ,

Mit den Eingängen 10a, 10b des Hybrid-Hochsetzstellers sind Solargeneratoren 30a, 30b verbunden. Deren variable Spannung wird mit Hilfe des Hybrid-Hochsetzstellers auf eine relativ konstante Spannung am Ausgang 24 bzw. am Zwischenkreis des Wechselrichters 32 hochgesetzt.With the entrances 10a . 10b of the hybrid boost converter are solar generators 30a . 30b connected. Their variable voltage is using the hybrid boost converter to a relatively constant voltage at the output 24 or at the DC link of the inverter 32 set high.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10, 10a, 10b, 10c10, 10a, 10b, 10c
Eingängeinputs
12, 12a–12f12, 12a-12f
Drosselnthrottle
14, 14a, 14b14, 14a, 14b
Serien-SchaltelementeSerial switching elements
15, 15a, 15b15, 15a, 15b
Schaltungsblöckecircuit blocks
16, 16a–16f16, 16a-16f
GleichrichtelementeRectifying members
18, 18a–18c18, 18a-18c
Boost-SchaltelementeBoost switching elements
19, 19a, 19b19, 19a, 19b
Entkopplungselementedecoupling elements
20, 20a–20c20, 20a-20c
Puffer-Kondensatoren am EingangBuffer capacitors at the input
22, 22a, 22b22, 22a, 22b
Puffer-Kondensatoren am AusgangBuffer capacitors at the output
2424
Ausgangoutput
30a, 30b30a, 30b
Solargeneratorensolar generators
3232
Wechselrichterinverter
44a, 44b44a, 44b
Schaltelementeswitching elements
46, 46a, 46b46, 46a, 46b
GleichrichtelementeRectifying members
48a, 48b48a, 48b
GleichrichtelementeRectifying members
49, 49a, 49b49, 49a, 49b
Entkopplungselementedecoupling elements
MPMP
MittelpunktFocus

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Claims (14)

Hochsetzsteller, mit mehreren Eingängen (10a10c), an welchen jeweils wenigstens eine Gleichspannungsquelle anschließbar ist, und einem gemeinsamen Ausgang (24) zum Bereitstellen einer Gleichspannung, wobei der gemeinsame Ausgang (24) mit jedem der mehreren Eingänge (10a10c) jeweils über eine positive Zuleitung und eine negative Zuleitung verbunden ist, wobei in der positiven Zuleitung und/oder der negativen Zuleitung von jedem Eingang wenigstens eine Drossel (12a12d) angeordnet ist, wobei in der positiven Zuleitung und/oder der negativen Zuleitung von jedem Eingang wenigstens ein Gleichrichtelement (16a16d) angeordnet ist, und wobei wenigstens zwei der Eingänge (10a10c) mittels wenigstens eines Serien-Schaltelements (14, 14a, 14b) in Serie schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu wenigstens einem der mehreren Eingänge (10a10c) wenigstens ein Boost-Schaltelement (18a18c) zum Kurzschließen dieses Eingangs (10a10c) über die mit ihm verbundene Drossel (12a12d) geschaltet ist.Boost converter, with several inputs ( 10a - 10c ), to each of which at least one DC voltage source can be connected, and a common output ( 24 ) for providing a DC voltage, the common output ( 24 ) with each of the multiple inputs ( 10a - 10c ) is connected in each case via a positive feed line and a negative feed line, wherein in the positive feed line and / or the negative feed line from each input at least one throttle ( 12a - 12d ) is arranged, wherein in the positive feed line and / or the negative feed line from each input at least one rectifying element ( 16a - 16d ) and at least two of the inputs ( 10a - 10c ) by means of at least one series switching element ( 14 . 14a . 14b ) are switchable in series, characterized in that parallel to at least one of the plurality of inputs ( 10a - 10c ) at least one boost switching element ( 18a - 18c ) for shorting this input ( 10a - 10c ) via the throttle connected to it ( 12a - 12d ) is switched. Hochsetzsteller nach Anspruch 1, bei welchem wenigstens zwei der Eingänge (10a10c) mittels einer Serienschaltung aus wenigstens zwei Serien-Schaltelementen (14a, 14b) in Serie schaltbar sind, deren gemeinsamer Verbindungspunkt mit einem Hilfspotenzial (MP) verbunden ist.A boost converter according to claim 1, wherein at least two of the inputs ( 10a - 10c ) by means of a series connection of at least two series switching elements ( 14a . 14b ) are connected in series whose common connection point is connected to an auxiliary potential (MP). Hochsetzsteller nach Anspruch 1, bei welchem bei Serienschaltung von zwei Eingängen (10a10c) wenigstens zwei der mit diesen Eingängen (10a10c) verbundenen Drosseln (12a12d) parallel schaltbar sind.A boost converter according to claim 1, wherein in the case of series connection of two inputs ( 10a - 10c ) at least two of these inputs ( 10a - 10c ) connected chokes ( 12a - 12d ) are switchable in parallel. Hochsetzsteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem in Serie zu dem Serien-Schaltelement (14, 14a, 14b) ein weiteres Gleichrichtelement (19, 19a, 19b) zur Entkopplung geschaltet und/oder das Serien-Schaltelement (14, 14a, 14b) als ein rückwärts sperrendes Schaltelement ausgestaltet ist.Step-up converter according to one of the preceding claims, in which in series with the series switching element ( 14 . 14a . 14b ) another rectifying element ( 19 . 19a . 19b ) connected for decoupling and / or the series switching element ( 14 . 14a . 14b ) is configured as a reverse blocking switching element. Hochsetzsteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die mit den Eingängen (10a10c) verbundenen Gleichrichtelemente (16a16d) und/oder die in Serie zu den Serien-Schaltelementen (14, 14a, 14b) geschalteten weiteren Gleichrichtelemente (19, 19a, 19b) Synchrongleichrichter sind und ein inverser Energiefluss möglich ist.Step-up converter according to one of the preceding claims, in which the inputs ( 10a - 10c ) rectifying elements ( 16a - 16d ) and / or in series with the series switching elements ( 14 . 14a . 14b ) connected further rectifying elements ( 19 . 19a . 19b ) Are synchronous rectifiers and an inverse flow of energy is possible. Hochsetzsteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein Minuspol eines Eingangs (10a) mit einem Minuspol des Ausgangs (24) verbunden ist und ein Pluspol eines anderen Eingangs (10, 10c) mit einem Pluspol des Ausgangs (24) verbunden ist.Step-up converter according to one of the preceding claims, in which a negative pole of an input ( 10a ) with a negative pole of the output ( 24 ) and a plus pole of another input ( 10 . 10c ) with a positive pole of the output ( 24 ) connected is. Schaltungsanordnung, mit einem Hochsetzsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in Kombination mit einem dualen Hoch-Tiefsetzsteller.Circuit arrangement, comprising a step-up converter according to one of claims 1 to 6 in combination with a dual up-down converter. Wechselrichterschaltung, mit wenigstens einem Hochsetzsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder wenigstens einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, und wenigstens einem Wechselrichter (32) zum Umsetzen der am Ausgang (24) des Hochsetzstellers bzw. der Schaltungsanordnung bereitgestellten Gleichspannung in eine Wechselspannung.Inverter circuit comprising at least one step-up converter according to one of Claims 1 to 6 and / or at least one circuit arrangement according to Claim 7, and at least one inverter ( 32 ) for converting the at the output ( 24 ) of the boost converter or the circuit arrangement provided DC voltage in an AC voltage. Wechselrichterschaltung nach Anspruch 8, bei welcher ein Zwischenkreis des Wechselrichters (32) mit wenigstens einem Hilfspotenzial (MP) des Hochsetzstellers verbunden ist und ein Ausgleich von Unsymmetrien durch den Hochsetzsteller und/oder den Wechselrichter möglich ist.An inverter circuit according to claim 8, wherein a DC link of the inverter ( 32 ) is connected to at least one auxiliary potential (MP) of the boost converter and compensation of imbalances by the boost converter and / or the inverter is possible. Verfahren zum Betreiben eines Hochsetzstellers mit wenigstens zwei Eingängen (10a10c), an welchen jeweils wenigstens eine Gleichspannungsquelle anschließbar ist, und einem gemeinsamen Ausgang (24) zum Bereitstellen einer Gleichspannung, insbesondere eines Hochsetzstellers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der gemeinsame Ausgang (24) mit jedem der mehreren Eingänge (10a10c) jeweils über eine positive Zuleitung und eine negative Zuleitung verbunden ist, wobei in der positiven Zuleitung und/oder der negativen Zuleitung von jedem Eingang wenigstens eine Drossel (12a12d) angeordnet ist, wobei in der positiven Zuleitung und/oder der negativen Zuleitung von jedem Eingang wenigstens ein Gleichrichtelement (16a16d) angeordnet ist, und wobei die wenigstens zwei Eingänge (10a10c) mittels wenigstens eines Serien-Schaltelements (14, 14a, 14b) in Serie schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Eingang (10a10c) mit Hilfe wenigstens eines Boost-Schaltelements (18a18c) über die mit diesem Eingang verbundene Drossel (12a12d) getaktet kurzgeschlossen wird.Method for operating a boost converter with at least two inputs ( 10a - 10c ), to each of which at least one DC voltage source can be connected, and a common output ( 24 ) for providing a DC voltage, in particular a boost converter according to one of claims 1 to 5, wherein the common output ( 24 ) with each of the multiple inputs ( 10a - 10c ) is connected in each case via a positive feed line and a negative feed line, wherein in the positive feed line and / or the negative feed line of each input at least one throttle ( 12a - 12d ) is arranged, wherein in the positive feed line and / or the negative feed line from each input at least one rectifying element ( 16a - 16d ), and wherein the at least two inputs ( 10a - 10c ) by means of at least one series switching element ( 14 . 14a . 14b ) are switchable in series, characterized in that at least one input ( 10a - 10c ) by means of at least one boost switching element ( 18a - 18c ) via the throttle connected to this input ( 12a - 12d ) is short-circuited. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem die Serien-Schaltelemente (14, 14a, 14b) dauerhaft geschlossen und die Boost-Schaltelemente (18a18c) synchron oder asynchron getaktet werden, falls die Eingangsspannungen an den Eingängen (10a10c) einen bestimmten Wert unterschreiten.Method according to Claim 10, in which the series switching elements ( 14 . 14a . 14b ) permanently closed and the boost switching elements ( 18a - 18c ) can be clocked synchronously or asynchronously if the input voltages at the inputs ( 10a - 10c ) fall below a certain value. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei welchem die Serien-Schaltelemente (14, 14a, 14b) möglichst häufig und/oder möglichst lange eingeschaltet werden, um einen möglichst hohen Leistungsanteil mit hohem Wirkungsgrad zu übertragen.Method according to Claim 10 or 11, in which the series switching elements ( 14 . 14a . 14b ) As often as possible and / or as long as possible to transfer the highest possible power share with high efficiency. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei welchem das wenigstens eine Boost-Schaltelement (18a18c), das mit einem Eingang (10a10c) verbunden ist, an dem ein Leistungsüberschuss besteht, nur so oft bzw. so lange eingeschaltet wird, wie es nötig ist, um den Leistungsüberschuss abzubauen, und das mit diesem Boost-Schaltelement (18a18c) verbundene wenigstens eine Serien-Schaltelement (14, 14a, 14b) nur so oft bzw. so lange geöffnet wird, wie es nötig ist, um den Leistungsüberschuss direkt in den Ausgang (24) zu übertragen. Method according to one of claims 10 to 12, wherein the at least one boost switching element ( 18a - 18c ), with an entrance ( 10a - 10c ), where there is a power surplus, is only turned on as often as necessary to reduce the power surplus and with this boost switching element ( 18a - 18c ) connected at least one series switching element ( 14 . 14a . 14b ) is opened only as often or as long as necessary to bring the excess power directly into the output ( 24 ) transferred to. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei welchem die Taktfrequenz der Serien-Schaltelemente (14, 14a, 14b) und/oder der Boost-Schaltelemente (18a18c) abgesenkt wird, wenn die Eingangsspannungen im Bereich von etwa 50% oder von etwa 100% der Ausgangsspannung liegen.Method according to one of Claims 10 to 13, in which the clock frequency of the series switching elements ( 14 . 14a . 14b ) and / or the boost switching elements ( 18a - 18c ) is lowered when the input voltages are in the range of about 50% or about 100% of the output voltage.
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